跨越式電動平板車的設(shè)計與應(yīng)用

景紅濤

(河南萬合機(jī)械有限公司,河南新密452371)

0 引 言

河南萬合機(jī)械有限公司部分車間布置如圖1所示。

從圖1中可以看出料場位于兩個車間之間的空地上。公司所采購的鋼板、圓鋼及各種型鋼會先擺放在料場上，當(dāng)需要加工時再運(yùn)送到車間內(nèi)。那么這些堆放到料場的原材料如何運(yùn)送到車間內(nèi)進(jìn)行加工呢？目前主要的運(yùn)輸方式是采用廠內(nèi)汽車運(yùn)輸，小型的原材料有時也采用架子車或叉車運(yùn)輸。采用汽車或叉車運(yùn)輸一方面增加了設(shè)備的制作成本，另一方面汽車或叉車運(yùn)輸還需要配備專職的司機(jī)，增加了人工成本。采用架子車運(yùn)輸勞動強(qiáng)度大、效率低，同時還存在安全隱患。為此我們準(zhǔn)備從料場中間鋪設(shè)一條軌道，通過車間的側(cè)面大門進(jìn)入車間，這樣就可以利用電動平板車把原材料運(yùn)送到車間內(nèi)部。電動平板車的軌道和料場龍門吊的軌道垂直交叉，而且車間內(nèi)部地平面的標(biāo)高相對于料場地平面的標(biāo)高高出了約380 mm，電動平板車如何越過龍門吊的道軌進(jìn)入車間內(nèi)部成為我們需要解決的問題。

1 解決方案

1.1 方案一

將越過料場龍門吊軌道的那段電動平板車道軌做成活動的，在龍門吊通過的時候，使電動平板車的道軌處于斷開狀態(tài)。在電動平板車需要通過的時候，把龍門吊開到別的地方，使電動平板車軌道處于閉合狀態(tài)，如圖2所示。

圖2（a）狀態(tài)下，平板車軌道斷開，龍門吊可以通過。圖2（b）狀態(tài)下，將龍門吊開走，平板車軌道閉合，此狀態(tài)下平板車可以通過。

1.2 方案二

為使平板車順利通過，首先要保證平板的軌道面是水平的。為實現(xiàn)這個目的可以在料場內(nèi)設(shè)置一混凝土平臺，該平臺的上平面和車間內(nèi)地平面高度一致。在通過龍門吊軌道處，將平臺斷開，根據(jù)現(xiàn)場測量，斷開寬度需要1100 mm，才可以使龍門吊順利通過。然后利用中國高鐵架橋機(jī)的原理，設(shè)計一臺跨越式電動平板車，如圖3所示。

圖3中，將龍門吊開走以后，跨越式電動平板車就可以直接通過和其垂直交叉的龍門吊軌道而進(jìn)入車間。其工作原理為：當(dāng)平板車行走到平板車軌道與龍門吊軌道的垂直交叉口時，如果平板車?yán)^續(xù)向前走，第一組輪子就會懸空；但由于重物和平板車組成的組合體的重心還落在左邊的軌道上，因此，第一組輪子懸空并不會影響電動平板車?yán)^續(xù)向前行進(jìn)。電動平板車?yán)^續(xù)向前行進(jìn)，第一組輪子就會落在右邊的軌道上，此時第二組輪子仍然落在左邊的軌道上，這時平板車的四組輪子全部都落在軌道上；繼續(xù)再向前行進(jìn)時，第二組輪子就會懸空，此時第一組輪子、第三組和第四組輪子仍然落在軌道上，因此第二組輪子懸空也不會對平板車的運(yùn)行狀態(tài)造成影響。電動平板車?yán)^續(xù)向前行進(jìn)，第二組輪子就會落到右邊的軌道上，此時第三組輪子落在左邊的軌道上，這個時候平板車的四組輪子都落在軌道上，平板車處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。繼續(xù)向前行進(jìn)時，電動平板車的第三組輪子懸空，平板車由第一組、第二組、第四組輪子做支撐，仍然可以繼續(xù)向前行駛。當(dāng)?shù)谌M輪子落到右邊的軌道上，第四組輪子還在左邊的軌道上時，重物和電動平板車組成的組合體的重心已經(jīng)移動到右邊的軌道之上了。當(dāng)平板車再向前行進(jìn)時，第四組輪子就會懸空，這時由于重物和平板車組成的組合體的重心已經(jīng)移動到右邊的軌道之上了，因此懸空的第四組輪子仍然不會影響電動平板車?yán)^續(xù)向前運(yùn)行，直至第四組輪子落到右邊的軌道上。這時，電動平板車就完成了對垂直交叉龍門吊軌道的跨越。

1.3 方案確定

以上兩種方案各有優(yōu)缺點。方案一的優(yōu)點是可以使用普通的電動平板車。缺點是操作起來比較麻煩，電動平板車的運(yùn)行和龍門吊的運(yùn)行之間存在著邏輯關(guān)系，即龍門吊運(yùn)行時，要確保平板車軌道處于斷開狀態(tài)。每次電動平板車需要通過時，都需要人工把活動的軌道給搭接上，然后才能通行。當(dāng)然也可以增加氣缸和電磁閥將活動的軌道設(shè)計成自動搭接的來克服這一缺點。方案二的優(yōu)點是操作簡單，把龍門吊開走以后，電動平板車就可以直接通過，不需要額外的操作。缺點是需要設(shè)計專門電動平板車，而且電動平板車尺寸較大。

經(jīng)過對以上兩種方案的對比，我們準(zhǔn)備采用第二種方案，設(shè)計專門的跨越式電動平板車。跨越式電動平板車雖然尺寸較大，但平常不用的時候，可以將平板車停放在料場上，在雨雪天氣或者每天下班后，再把跨越式電動平板車停放到車間內(nèi)部。

2 尺寸計算

普通的電動平板車設(shè)置了兩組輪子，如果要實現(xiàn)電動平板車的跨越功能，則需要在普通平板車的基礎(chǔ)上增加輪子的組數(shù)。理論上輪子的組數(shù)越多且輪距越小，越能夠?qū)崿F(xiàn)跨越功能，這樣做會增加電動平板車的制造成本。通過圖3我們可以發(fā)現(xiàn)，只要尺寸設(shè)計合適，四組輪子是可以實現(xiàn)電動平板車的跨越功能的，那么三組輪子是不是也能夠?qū)崿F(xiàn)電動平板車的跨越功能呢？下面通過計算來說明這一問題。假設(shè)需要跨越的寬度為a，輪距為b，如圖4所示。

從圖4中可以看出，b ≥a 時也是可以實現(xiàn)跨越功能的，但前提條件是物料的重力作用線必須垂直通過中間的輪子的中心。假設(shè)物料的重力作用線垂直偏離中間輪子中心的距離為x，如圖5所示。

圖5中，假設(shè)重物的質(zhì)量為m，當(dāng)三輪跨越式電動平板車的第一組輪子懸空時，重物就會以中間輪子的中心為轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生力矩mgx，只要x＞0，電動平板車就會發(fā)生前傾或者后翹。

在實際應(yīng)用中，嚴(yán)格要求操作者把物料置于平板車的中心是不可能實現(xiàn)的。因此三組輪子的平板車雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)跨越功能，但沒有實際應(yīng)用意義，所以實際應(yīng)用中的跨越式電動平板車至少要設(shè)置四組輪子。

對于四組輪子的跨越式電動平板車，假設(shè)需要跨越的寬度為a，第一組輪子和第二組輪子及第三組和第四組輪子的輪距為b，第二組輪子和第三組輪子的輪距為c，重物的質(zhì)量為m物，平板車的質(zhì)量為m車，如圖6所示。

圖6中，假設(shè)b＜a，平板車在繼續(xù)向前行進(jìn)時，就會出現(xiàn)第一組輪子和第二組輪子同時懸空的情況，此時重物就會產(chǎn)生以第三組輪子中心為轉(zhuǎn)軸的力矩m物g（b+c/2），平板車本身也會產(chǎn)生以第三組輪子為轉(zhuǎn)軸的力矩m車gc/2，這兩個力矩的共同作用，會使平板車產(chǎn)生前傾，因此b應(yīng)不小于a。

當(dāng)b≥a時，c=0，就變成了三輪平板車，通過前面的分析，三輪平板車在跨越軌道時沒有實際應(yīng)用意義。

當(dāng)b≥a時，只要c＞0，就可以實現(xiàn)平板車的跨越功能。由此看來，c尺寸對四輪平板車的跨越功能沒有影響，但c尺寸卻影響著平板車上物料的放置區(qū)域。

在圖6中，當(dāng)b≥a，且c＞0時，只要平板車上所放置的物料的重力作用線垂直穿過c尺寸范圍內(nèi)，平板車在運(yùn)行時就不會發(fā)生前傾或者后翹。當(dāng)c尺寸太小時，物料的放置區(qū)域也變得很小，這樣，在使用中有可能會發(fā)生物料的重力作用線沒有垂直穿過c尺寸范圍內(nèi)，此時平板車就有可能會發(fā)生前傾或者后翹。

在跨越式電動平板車的設(shè)計中，建議c尺寸設(shè)計為1.5 m比較合適。龍門吊的驅(qū)動裝置和龍門吊支架的寬度大約為1.0 m，因此a尺寸設(shè)計為1.1 m，b尺寸設(shè)計為1.2 m，平板車的軌距建議設(shè)計為0.9 m。

圖6中平板車的上平面上設(shè)置了物料放置區(qū)和禁放區(qū)，物料的放置區(qū)域也就是c尺寸范圍內(nèi)的區(qū)域。理論上禁放區(qū)也是可以放置物料的，但對物料的質(zhì)量有嚴(yán)格要求，否則容易發(fā)生平板車的前傾或者后翹。在實際應(yīng)用中，電動平板車的運(yùn)輸距離比較近，可以增加運(yùn)輸次數(shù)也不要嘗試在禁放區(qū)放置物料，以防止事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用效果

跨越式電動平板車及其軌道制作完成后，將萬合公司的料場、下料車間、機(jī)加工車間、拋丸清砂機(jī)車間連通起來。利用跨越式電動平板車將原材料從料場運(yùn)送到下料車間下料，或者從下料車間把下好的材料運(yùn)送到機(jī)加工車間加工，或者把下好的料運(yùn)送到拋丸清砂機(jī)車間進(jìn)行除銹，不但提高了運(yùn)輸效率、降低了運(yùn)輸成本，而且節(jié)省了人工。

4 結(jié) 語

跨越式電動平板車操作簡單、運(yùn)行成本低、效率高，在兩條軌道交叉且有一定落差的情況下均可適用，或者在軌道跨越水溝、電纜溝等情況下也可以使用，在工廠內(nèi)部具有推廣使用價值。