摘 要：介紹了華菱VAMA電動(dòng)平板車的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，指出2800mm大軌距電動(dòng)平板車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。該平板車在華菱鋼廠現(xiàn)場(chǎng)使用中穩(wěn)定、可靠，成功作為一種大軌距電動(dòng)平板車的設(shè)計(jì)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)平板車；設(shè)計(jì)；大軌距前言

電動(dòng)平板車，又稱電動(dòng)平車、電平車、臺(tái)車等，它是一種運(yùn)輸車，它是電驅(qū)動(dòng)車輛在電動(dòng)機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)運(yùn)行的一種平板車[1]。

湖南安賽樂米塔爾汽車板有限公司，所需的80t電動(dòng)平板車是用于車間內(nèi)冷軋臥卷和成品卷的運(yùn)輸，其軌距為2800mm。文章介紹根據(jù)電動(dòng)平板車的應(yīng)用背景和需求，設(shè)計(jì)了電動(dòng)平板車的主要部件，如電動(dòng)機(jī)減速器的選型、車架結(jié)構(gòu)，并確定了這些部件的尺寸參數(shù)；同時(shí)指出采用一種鼓形齒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式解決大軌距啃軌的難點(diǎn)。實(shí)踐使用中，這種大軌距電動(dòng)平板車運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，得到用戶的好評(píng)。

1 平板車技術(shù)參數(shù)及外形結(jié)構(gòu)

1.1 技術(shù)參數(shù)

VAMA項(xiàng)目大軌距平板車外形尺寸為5000mm×3000mm×853mm（長×寬×高）；名義載重：80000kg；平板車自重：10000kg；牽引高度：645mm；軸距：1948mm；軌距（內(nèi)側(cè)距）：2800mm；車輪直徑：630mm；行程：59m；供電方式：滑觸線。

1.2 外形結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1 平板車的外形結(jié)構(gòu)

2 三合一電機(jī)減速機(jī)的選擇

2.1 阻力矩Mm和摩擦阻力Pm

平板車運(yùn)行時(shí)的主要摩擦力矩有：滾動(dòng)摩擦阻力矩，車輪軸承的摩擦阻力矩以及附加摩擦力矩[2]。

Mm=（G+Q）g*（R+μd/2）β （1）

Pm=2Mm/Dc （2）

式中G為平板車自重，G=10，000KG；Q為載重量，Q=80，000KG；Dc為車輪直徑， Dc=630mm；R為滾動(dòng)摩擦系數(shù)，R=0.8；μ為車輪軸承摩擦系數(shù)，μ=0.015；d為軸承內(nèi)徑：d=18mm；β為附加摩擦系數(shù)，β=1.5；

代入得：

Mm=2902.5Nm

Pm=9214N

2.2 坡度阻力矩Mp及阻力Pp

Pp=（G+Q）gKp （3）

Mp=Pp×Dc/2 （4）

式中Kp為坡度阻力系數(shù)，Kp=0.002；

代入得：

Pp=1800N

Mp=567Nm

2.3 平板車的靜阻力矩系數(shù)Mj及靜阻力Pj

Mj=Mm+Mp=3470Nm （5）

Pj=Pm+Pp=11014N （6）

2.4 電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率Pd

Pd=Kd*Nj=Kd*[PjVc/（1000ηm）] （7）

式中Nj為靜功率；Vc為平板車運(yùn)行速度，Vc=23m/min（設(shè)計(jì)值）；η為運(yùn)行機(jī)構(gòu)效率，η=0.9；m為電動(dòng)機(jī)數(shù)量，m=1；Kd為電動(dòng)機(jī)的安全系數(shù)，Kd=2

代入得：

Pd=9.4kW

2.5 電機(jī)減速機(jī)型號(hào)的選擇

n2=Vc/πD=11.63r/min

i=n1/n2=1470/11.63=126.4

式中n1為電機(jī)轉(zhuǎn)速；n2為輸出轉(zhuǎn)速；i為減速機(jī)數(shù)比；

根據(jù)計(jì)算的驅(qū)動(dòng)功率，選取一套三合一電機(jī)減速機(jī)雙軸伸輸出的設(shè)計(jì)。其性能參數(shù)為：

型號(hào)：K127DRS160M4BE20HR/V

功率：11kW

速比：122.48

輸出轉(zhuǎn)速：12r/min

3 電動(dòng)平板車的車架設(shè)計(jì)

平板車的車架是整個(gè)平板車在運(yùn)輸工程中直接承載的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式對(duì)平板車運(yùn)行平穩(wěn)及承載能力有重要影響。本設(shè)計(jì)中，車架由4根橫梁和若干縱梁組成，運(yùn)輸部件時(shí)4根橫梁主要承載。邊梁與橫梁焊接在一起，力通過橫梁傳遞給縱了梁，使加在車架上的力均化，保證了平板車運(yùn)行的平穩(wěn)。車架車梁受力圖結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平板車車梁受力圖

車架框架橫梁采用40c工字鋼（GB/T706-1988），材料為Q235B，按。40c工字鋼：抗彎截面模數(shù)Wx=1190[3]，按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)取安全系數(shù)為2，許用應(yīng)力[σ]=117.5 MPa

橫梁?jiǎn)挝婚L度上的載荷重：q=Wg /（6L） （8）

均布載荷產(chǎn)生的彎距：M1=Kd*ql2/2 （9）

牽引力產(chǎn)生的彎距：M2=Pj*e/4=1 698 N·m （10）

式中Wg為平板車載重 Wg=800000N；L 為車梁長度， L=5m；Kd為安全系數(shù)，Kd=2；l為懸臂長度，l=1m； e為牽引點(diǎn)距車梁中心軸的距離，e=0.2m。

代入得：

q=40000N/m

M1=40000Nm

M2=505Nm

Mmax=M1+M2=40505Nm；

車梁抗彎截面模數(shù)Wxi=Mmax /[σ]=345<1190，40c工字鋼材料的選擇滿足設(shè)計(jì)要求[4]。

4 2800軌距電動(dòng)平車設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 單驅(qū)動(dòng)雙軸伸輸出設(shè)計(jì)

采用SEW三合一減速機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)、減速機(jī)和剎車機(jī)構(gòu)一體化，比常規(guī)的雙驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)降低了制造成本。通常大軌距電動(dòng)車在設(shè)計(jì)時(shí)采用兩側(cè)雙電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。例如北京順義冷軋2800軌距電動(dòng)平車就是兩側(cè)采用了兩套5、5kw電機(jī)減速機(jī)雙驅(qū)動(dòng)。文章采用一套11kw的三合一減速機(jī)單驅(qū)動(dòng)雙軸伸輸出的設(shè)計(jì)。由于單驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)只需一套驅(qū)動(dòng)裝置，所以制造成本降低很多。

采用單驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，比通常的雙驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有更高的可靠性能。這是因?yàn)殡p驅(qū)動(dòng)的兩套電機(jī)減速機(jī)之間由于快速響應(yīng)時(shí)間不同，存在著運(yùn)行不同步的問題，運(yùn)行的不同步會(huì)造成啃軌現(xiàn)象，特別是當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)側(cè)出現(xiàn)斷電或其它故障時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)側(cè)翻。因此單驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)有更好的可靠性能。同時(shí)由于傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)捷，傳動(dòng)效率更高。

4.2 采用鼓形齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)設(shè)計(jì)，補(bǔ)償軸向和經(jīng)向兩個(gè)方向的誤差

由于加工和裝配都存在著誤差，特別是鋼結(jié)構(gòu)焊接件的變形誤差更大，還有在使用過程中熱變形的問題都會(huì)給使用的可靠性帶來很大的影響。在設(shè)計(jì)中采用了鼓形齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。它在軸向的最大補(bǔ)償量可達(dá)5mm，在經(jīng)向的補(bǔ)償量可以到3度。能夠很好的解決上述問題，提高了傳動(dòng)的可靠性。

4.3 軸承座采用雙十字鍵結(jié)構(gòu)

通常設(shè)計(jì)由于車架體整體焊接變形很大（一般變形量達(dá)10至15mm以上），要用很厚的調(diào)整墊片組來調(diào)整軸承座的平面度。本設(shè)計(jì)采用扁擔(dān)形軸承座結(jié)構(gòu)，在兩端的結(jié)合部位采用雙十字鍵定位，如圖1所示，尺寸780H9/f9，170H9/f9分別控制兩個(gè)方向的精度。車架體上的8個(gè)軸承座基面在焊接后一次加工成形，確保其安裝基礎(chǔ)的平面度和直線度，與軸承座裝配時(shí)無需找正，一次安裝到位，從而控制高度方向的精度。該種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，定位精度高，減少了裝配難度和工作時(shí)間。

軸承座采用固定端和游動(dòng)端組合的結(jié)構(gòu)形式，解決由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的熱變形問題而造成軸承的損壞，提高軸承的使用壽命。

5 結(jié)束語

該種設(shè)計(jì)的電動(dòng)平板車，將一臺(tái)電機(jī)減速機(jī)和鼓形齒聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，成功應(yīng)用在2800mm大軌距的平板車生產(chǎn)實(shí)踐中。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送鋼卷中，該平板車運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、低噪音，完全滿足用戶的需要，成功作為一種大軌距電動(dòng)平板車的設(shè)計(jì)實(shí)例。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉欣榮（1983，9-），女，山西朔州人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。