一种大轨距电动平板车的设计

摘 要：介绍了华菱VAMA电动平板车的设计计算方法，指出2800mm大轨距电动平板车的设计特点。该平板车在华菱钢厂现场使用中稳定、可靠，成功作为一种大轨距电动平板车的设计实例。

关键词：电动平板车；设计；大轨距前言

电动平板车，又称电动平车、电平车、台车等，它是一种运输车，它是电驱动车辆在电动机减速机驱动下自动运行的一种平板车[1]。

湖南安赛乐米塔尔汽车板有限公司，所需的80t电动平板车是用于车间内冷轧卧卷和成品卷的运输，其轨距为2800mm。文章介绍根据电动平板车的应用背景和需求，设计了电动平板车的主要部件，如电动机减速器的选型、车架结构，并确定了这些部件的尺寸参数；同时指出采用一种鼓形齿联轴器的结构形式解决大轨距啃轨的难点。实践使用中，这种大轨距电动平板车运行平稳、可靠，得到用户的好评。

1 平板车技术参数及外形结构

1.1 技术参数

VAMA项目大轨距平板车外形尺寸为5000mm×3000mm×853mm（长×宽×高）；名义载重：80000kg；平板车自重：10000kg；牵引高度：645mm；轴距：1948mm；轨距（内侧距）：2800mm；车轮直径：630mm；行程：59m；供电方式：滑触线。

1.2 外形结构（见图1）

图1 平板车的外形结构

2 三合一电机减速机的选择

2.1 阻力矩Mm和摩擦阻力Pm

平板车运行时的主要摩擦力矩有：滚动摩擦阻力矩，车轮轴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为平板车自重，G=10，000KG；Q为载重量，Q=80，000KG；Dc为车轮直径， Dc=630mm；R为滚动摩擦系数，R=0.8；μ为车轮轴承摩擦系数，μ=0.015；d为轴承内径：d=18mm；β为附加摩擦系数，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为坡度阻力系数，Kp=0.002；

代入得：

Pp=1800N

Mp=567Nm

2.3 平板车的静阻力矩系数Mj及静阻力Pj

Mj=Mm+Mp=3470Nm （5）

Pj=Pm+Pp=11014N （6）

2.4 电动机的实际功率Pd

Pd=Kd*Nj=Kd*[PjVc/（1000ηm）] （7）

式中Nj为静功率；Vc为平板车运行速度，Vc=23m/min（设计值）；η为运行机构效率，η=0.9；m为电动机数量，m=1；Kd为电动机的安全系数，Kd=2

代入得：

Pd=9.4kW

2.5 电机减速机型号的选择

n2=Vc/πD=11.63r/min

i=n1/n2=1470/11.63=126.4

式中n1为电机转速；n2为输出转速；i为减速机数比；

根据计算的驱动功率，选取一套三合一电机减速机双轴伸输出的设计。其性能参数为：

型号：K127DRS160M4BE20HR/V

功率：11kW

速比：122.48

输出转速：12r/min

3 电动平板车的车架设计

平板车的车架是整个平板车在运输工程中直接承载的关键结构，其结构形式对平板车运行平稳及承载能力有重要影响。本设计中，车架由4根横梁和若干纵梁组成，运输部件时4根横梁主要承载。边梁与横梁焊接在一起，力通过横梁传递给纵了梁，使加在车架上的力均化，保证了平板车运行的平稳。车架车梁受力图结构如图2所示。

图2 平板车车梁受力图

车架框架横梁采用40c工字钢（GB/T706-1988），材料为Q235B，按。40c工字钢：抗弯截面模数Wx=1190[3]，按经验设计取安全系数为2，许用应力[σ]=117.5 MPa

横梁单位长度上的载荷重：q=Wg /（6L） （8）

均布载荷产生的弯距：M1=Kd*ql2/2 （9）

牵引力产生的弯距：M2=Pj*e/4=1 698 N·m （10）

式中Wg为平板车载重 Wg=800000N；L 为车梁长度， L=5m；Kd为安全系数，Kd=2；l为悬臂长度，l=1m； e为牵引点距车梁中心轴的距离，e=0.2m。

代入得：

q=40000N/m

M1=40000Nm

M2=505Nm

Mmax=M1+M2=40505Nm；

车梁抗弯截面模数Wxi=Mmax /[σ]=345<1190，40c工字钢材料的选择满足设计要求[4]。

4 2800轨距电动平车设计特点

4.1 单驱动双轴伸输出设计

采用SEW三合一减速机传动设计，实现电机、减速机和刹车机构一体化，比常规的双驱动设计降低了制造成本。通常大轨距电动车在设计时采用两侧双电机减速机驱动。例如北京顺义冷轧2800轨距电动平车就是两侧采用了两套5、5kw电机减速机双驱动。文章采用一套11kw的三合一减速机单驱动双轴伸输出的设计。由于单驱动设计只需一套驱动装置，所以制造成本降低很多。

采用单驱动设计结构，比通常的双驱动设计有更高的可靠性能。这是因为双驱动的两套电机减速机之间由于快速响应时间不同，存在着运行不同步的问题，运行的不同步会造成啃轨现象，特别是当一个驱动侧出现断电或其它故障时，甚至会出现侧翻。因此单驱动设计有更好的可靠性能。同时由于传动链简捷，传动效率更高。

4.2 采用鼓形齿式联轴器传动设计，补偿轴向和经向两个方向的误差

由于加工和装配都存在着误差，特别是钢结构焊接件的变形误差更大，还有在使用过程中热变形的问题都会给使用的可靠性带来很大的影响。在设计中采用了鼓形齿式联轴器联接。它在轴向的最大补偿量可达5mm，在经向的补偿量可以到3度。能够很好的解决上述问题，提高了传动的可靠性。

4.3 轴承座采用双十字键结构

通常设计由于车架体整体焊接变形很大（一般变形量达10至15mm以上），要用很厚的调整垫片组来调整轴承座的平面度。本设计采用扁担形轴承座结构，在两端的结合部位采用双十字键定位，如图1所示，尺寸780H9/f9，170H9/f9分别控制两个方向的精度。车架体上的8个轴承座基面在焊接后一次加工成形，确保其安装基础的平面度和直线度，与轴承座装配时无需找正，一次安装到位，从而控制高度方向的精度。该种设计结构简单可靠，定位精度高，减少了装配难度和工作时间。

轴承座采用固定端和游动端组合的结构形式，解决由于运转中的热变形问题而造成轴承的损坏，提高轴承的使用寿命。

5 结束语

该种设计的电动平板车，将一台电机减速机和鼓形齿联轴器的设计特点，成功应用在2800mm大轨距的平板车生产实践中。在现场运送钢卷中，该平板车运行稳定、可靠、低噪音，完全满足用户的需要，成功作为一种大轨距电动平板车的设计实例。

参考文献

[1]赵静一，李侃.平板车发展状况与趋势[J].东北大学学报，2008（2）：258-261.

[2]张质文，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1997，1.

[3]成大先，等.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004，1.

[4]王文艳.40 t新型运架平板车设计计算[J].机械管理开发，2012（1）：30-31.

作者简介：刘欣荣（1983，9-），女，山西朔州人，本科，助理工程师，研究方向：机械产品设计。