倒运平车应力分析及适应性改造

任启亮++杜军++邹清武++白如冰

[摘 要]倒运平车应用于运送钢材、木材、汽车、机械设备等体积或重量较大的货物，也可借助集装箱运送其他货物。我国自行设计和制造的了多种平车，从结构上来分，主要有平板式和带活动墙板式两种。但平车在运送货物过程中经常出现连接轴损坏故障，现以50T平板式平车为例，通过载荷应力计算，分析找到故障发生原因并做适应性改造以提高设备承载强度。

[关键词]倒运平车 车轴 应力 材料

中图分类号：U272.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0121-02

0 前言

型钢厂大H型钢生产线现有50T倒运平车，用于承担炼钢钢坯倒运工作。其平车运行故障频发，严重影响生产顺行。

1 现状分析

1.1 倒运平车相关设计参数

额定载荷：50T（设计）

车轴数：2（主动、被动各1根）

轨距：1460mm

C段（装轴承）轴颈的直径：120mm

P段轴颈的直径：130mm

A段（装车轮）轴颈的直径：150mm

车轴材质：45号钢

1.2 设备故障类型

a、皮带经常出现松弛打滑。

b、 车轴断裂

1.3 故障原因分析

1.3.1 皮带松动分析

平台运行工况差，环境温度在60°以上。平车电机固定无防护经常出现松动现象。是皮带松动的主要原因

1.3.2 车轴强度校核

首先作出车轴的受力简图：

倒运平车额定载荷为50吨，由2根车轴4个轮子支撑。考虑到载荷的重心与车体中心会有所偏移，每个车轴端部所受的最大静压力比理论压力提高30%，得：

F=N

根据车轴的受力分析作出车轴的剪力图和弯矩图：

1.3.3 P-A交接处强度校核

首先， 45号钢的屈服点应力为355MPa，由于载荷在行车安放时的冲击载荷，以及轴颈变化引起的应力集中，取安全系数=3，则抗拉许用应力为：

===118Mpa

许用切应力为：

=0.5·=59Mpa

P-A交接处的最大正应力为：

===137.3Mpa≥

P-A交接处的最大切应力为：

===16.1Mpa≤

如果把A-D段看作一个整体，C-A段为杆长小于5倍直径的短悬臂梁，则P-A交接处顶部承受最大拉应力，且承受该纵向截面的平均切应力：

=12.1Mpa

按照第三强度理论，P-A交接处顶部的应力为：

=139.1Mpa≥

1.4 校核结果分析

根据以上强度校核计算，可以看出P-A交接处弯曲正应力和按照第三强度理论计算出的应力超出许用应力，由此可见，该处经常断裂是必然的。

2. 改造方案设计

2.1 皮带解决方案

1）在皮带上方增加隔热护板改善皮带受热温度减少变形。

2）增加电机定位挡块减少螺栓受力强度，提高电机固定可靠性。

2.2 车轴解决方案

根据P-A交接处的强度校核结果，要改变其强度，有以下几方面途径：

1） 缩短C-A的距离，以降低P-A交接处的转矩；

2） 加大P段的直径，降低最大应力；

3） 采用抗冲击，强度高的材料。

根据以上分析，我们采用以下三种措施：

1） 缩短C-A的距离，由185mm减至150mm；

2） 将P段轴颈的直径由130mm加大到140mm；

3） 材料由45号钢变更为35CrMo，热处理为淬火，不仅提高了车轴的抗冲击性能，而且大幅提高了材料的许用应力。

2.2.1 改造后车轴的P-A交接处强度校核

首先，可以查出35CrMo的屈服点应力为835MPa，依然取安全系数=3，则抗拉许用应力为：

===278Mpa

许用切应力为：

=0.5·=139Mpa

P-A交接处的剪力依然为1.60×N，弯矩则变为：

=2.4×NM

P-A交接处的最大正应力为：

===89.2Mpa≤

P-A交接处的最大切应力为：

===16.1Mpa≤

P-A交接处纵向截面的平均切应力：

=10.4Mpa

按照第三强度理论，P-A交接处顶部的应力为：

=91.6Mpa≤

2.3 校核结果分析

经过校核可以看出，经过简单的改动，车轴最薄弱的P-A交接处不仅满足许用应力要求，而且有200%以上的强度冗余，可靠性大大提高。

3 运行效果

改造后50T倒运平车皮带打滑故障发生频率减少70%，车轴没有出现断裂情况，节省了大量维修力量和备件费用。

4 结论

对于零部件的强度校核，一定要考虑到载荷的偏心、冲击载荷、应力集中效应，才能准确的反映实际情况；另外，在改造中一定要针对性的改动，有的放矢，才能做到小改动解决大问题。

作者简介：

任启亮（1982），男，2005年毕业于江西科技师范大学机械电子工程专业，现为莱钢型钢厂大型轧钢车间点检员，助理工程师，从事设备管理工作。