電動過跨車的基本參數(shù)和載荷

1、1電動過跨車的基本參數(shù)和載荷設(shè)計一臺電動過跨車，首先我們確定它主要由車體、減速裝置等部分組成。其中是因電動機推動減速器和車軸工作才能使過跨車啟動運行，當中減速裝置是通過聯(lián)軸器才能與車軸連接。其中在電動車工作過程中也會伴隨著機構(gòu)載荷，載荷是結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性計算的基本受力分析的依據(jù)。為了安全起見，保護減速器的使用壽命，將減速裝置安裝保護罩。1.1過跨車基本參數(shù)的選擇在第一章節(jié)中，我們要做的就是決定車的型式和整體決策，所以在設(shè)計過程中按照起重機的國家標準來選擇合理的參數(shù)。在參數(shù)的選擇上，我們要滿足過跨車的工作效率、車的承載量和運行速度他們之間的配合，在選取參數(shù)時，必須考慮各種因素。在最終確定額定值時

2、，必須滿足過跨車標準的相關(guān)條件。 本課題的主要內(nèi)容：（1）設(shè)計一臺電動過跨車。主要對電跨車的車架部分（包括橫梁、端梁、鋼包座及內(nèi)部板筋）進行受力分析和強度校核。最后，用CAD畫出主要零部件圖。（2）重點研究問題：要準確的對橫梁、端梁、電動過跨車的驅(qū)動形式與輪壓、運行機構(gòu)計算。（3）題目要求設(shè)計的電動過跨車的起重量為Q=160t、軌距4400mm、行程145m、行走速度為30m/min。1.1.1參數(shù)定位額定起重量：電跨車一次可承載的重物，連同配合工具自身質(zhì)量總和被定義為額定的起重量。本課題要求的額定起重量Q=160t過跨車軌距：電動過跨車的行走軌道，與軌道中心線垂直方向的距離叫做軌距。本課題要

3、求軌距為4400mm。額定工作速度：在電動機的帶動下，在額定轉(zhuǎn)速下而帶動小車啟動行走的速度。本課題要求的行走速度為30m/min.1.2過跨車的工作等級利用等級總工作循環(huán)的次數(shù)N附注U01.6×104不經(jīng)常使用U13.2×104U26.3×104U31.25×105U42.5×105經(jīng)常清閑的使用U55×105經(jīng)常中等的使用U61×106不經(jīng)常繁忙的使用U72×106繁忙的使用U84×106U94×1061-2起重機的利用等級機構(gòu)利用等級總設(shè)計壽命/h 說明T0200不經(jīng)常使用T1400T280

4、0T31600T43200經(jīng)常清閑的使用T56300經(jīng)常中等的使用T612500不經(jīng)常繁忙的使用T725000繁忙的使用T850000T91000001-3機構(gòu)利用等級電動過跨車在工作當中是屬于經(jīng)常中等的使用，因此綜合上述的三個表格可以得知利用等級是U5、T5.我們需要設(shè)計的是160T的起重量，因此Q4特重級別，查表得知電動過過跨車的工作級別所屬的是A7。1.3計算載荷的分類 載荷主要的作用方式分為靜載荷、動載荷、水平載荷、其他載荷。本課題設(shè)計主要涉及到車架、鋼包座、傳動裝置、電機、減速器的自重載荷，工作時運輸?shù)闹亓恳约靶D(zhuǎn)時軸的轉(zhuǎn)動的力矩等。1自重載荷自重載荷是指電動過跨車本身自帶的機構(gòu)、電

5、氣設(shè)備等車體結(jié)構(gòu)的重力。目前，我們還不能知道電動過跨車的自重和其他零件的部件分配。所以設(shè)計初期，我們先把電動過跨車的輪廓先設(shè)計出來，以它的自重為基礎(chǔ)，末期在總體修改。2運動載荷過跨車的運動載荷是指車體啟動時加速度或者減慢速度的不穩(wěn)定狀態(tài)時而引發(fā)震動載荷和慣性載荷。運動載荷不但在零件機構(gòu)和構(gòu)件結(jié)構(gòu)上強度的計算上有影響，而且還在外載荷的計算上有相當大的影響部分。在驗算和疲勞強度計算也有影響。為了統(tǒng)一計算，使計算過程顯而易見，我們通長把等速運行的車體穩(wěn)定狀態(tài)下產(chǎn)生的靜電荷或電動機的額定扭矩翻一倍來運算動載荷部分的影響用一個系數(shù)來表示。系數(shù)用來表示動載荷系數(shù)。每一個機構(gòu)部分的計算方法和不同時刻的工作狀

6、態(tài)不同，動載荷系數(shù)會有所不同的。所以，當靜強度計算很難確定最大載荷計算時，會采取把結(jié)構(gòu)構(gòu)件還有機構(gòu)傳動零件部分分開考慮的。下面兩點分別是突然卸載沖擊系數(shù)3和運行沖擊系數(shù)4在我國設(shè)計標準和ISO標準中的規(guī)范，1車輛上的承載重物突然全部卸載時，載重量會減少產(chǎn)生動態(tài)作用。載重量減少后相當于原來的載重量與突然減少的沖擊系數(shù)3的乘積。2當電動過跨車沿軌道運行時，由于軌道變形或者是軌道上有異物，沿垂直方向上產(chǎn)生沖擊載荷。運行沖擊載荷和電動過跨車的自重載荷的乘積。1.4計算載荷的種類電動過跨車在車間運行的時候一般是短周期循環(huán)的機械工作狀態(tài)，這樣的性質(zhì)導致了實際載荷的多樣化。在工作過程中電動車的工作狀況不同會

7、走走停停，反復啟動，制動，會發(fā)生不同種狀態(tài)的載荷。所以，受載過程是隨機過程。現(xiàn)在來講，設(shè)計過跨車時我們會采用理論與現(xiàn)實相結(jié)合的方法來確定載荷。這就是所謂的計算載荷。一般情況下有三種計算電動過跨車的載荷1壽命計算載荷也叫正常工作狀態(tài)的載荷。正常工作狀態(tài)下電動過跨車所承受的載荷，這種載荷通常用來計算零部件的耐久性。也包括平穩(wěn)自重、風載荷等。2強度計算載荷也是工作最大載荷，包括最大強度的工作各種狀態(tài)產(chǎn)生的載荷還有本身自帶的自重條件還有發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的載荷。3驗算載荷也是非工作狀態(tài)的情況下產(chǎn)生的最大載荷，驗算過跨車支撐零部件的自身穩(wěn)定性。不是所有設(shè)計部分都會用到這三種載荷。但是在設(shè)計過跨車的過程中，第

8、二種載荷是必不可少的。第一種載荷和第二種載荷只有少數(shù)部分設(shè)計會用到。2車架的設(shè)計本課題的電動過跨車與以往的大部分鐵水車都有像是的機構(gòu)，行走系統(tǒng)大同小異。因此，在設(shè)計運行機構(gòu)過程中取之精華，去其糟粕。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗和工作性質(zhì)的基礎(chǔ)上對電動過跨車進行設(shè)計。電動過跨車在車間為了實現(xiàn)承載并且運送轉(zhuǎn)爐罐，必須要把結(jié)構(gòu)安放好，滿足足夠的強度和硬性剛度的金屬結(jié)構(gòu)，并配合好驅(qū)動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)?，F(xiàn)在工廠內(nèi)都是把安全放在第一位，當然安全是不容小視的，必須要給過跨車安裝安全裝置的信號指示系統(tǒng)。設(shè)計過跨車時，應遵循以下條件：1）保證抗彎強度的足夠。在各種復雜受力條件下，使電動過跨車車架的總成因車架變形而失去工作能

9、力。2）由足夠的疲勞強度，在汽車各種復雜受力條件下，保證車架不損壞，不至于使電動車嚴重受損。3）由足夠的扭矩。為了保證車體在不平路面上的適應性，要求有一定的通過性和平順能力。必須保證恰到好處的扭轉(zhuǎn)剛度，車架兩端剛度需要大一些，中間位置適當可以小一些。4）盡可能的減小重量，這樣可以減小鋼板的消耗量，外形尺寸不要做不必要的增加，滿足設(shè)計要求即可。還要使貨物重量和各部零件重量受力均勻的安裝在車輪上。綜上所述，滿足這些條件，我們可以得到合理的電動過跨車，可以讓車輪最小 ，軸及軸承箱的尺寸也能最小，并且車架梁受力均勻。在設(shè)計車架的過程上，零件的安裝位置可是至關(guān)重要的問題，必須讓各部件無論是維修還是保養(yǎng)上

10、裝卸零件一定要簡單方面。需要維護或修理的部件，不用移動其他部件就能輕而易舉的裝卸。眾所周知，電動車需要經(jīng)常的系統(tǒng)檢查，還有注入油的設(shè)備，合理的位置會省時省力。由于環(huán)境的變化，為了保證安全性和耐久性，減速器（閉式）是傳動機構(gòu)最佳選擇型式。會使用滾動軸承來完成軸的支撐。生產(chǎn)電動過跨車時，無論是零件表面的耐磨性還是使用壽命都大大的提高了，主要是因為零件廣泛的應用熱處理技術(shù)?，F(xiàn)在起重機機構(gòu)的維護變得簡單起來，是因為軸承多半使用集中形潤滑系統(tǒng)，確保了供給潤滑油給全部的軸承的控制工作。除了上文所說的主要結(jié)構(gòu)外，安全裝置一必不可少，比如說：清軌器、限位開關(guān)等等。2.1車架整體設(shè)計的確定車架設(shè)計要考慮種種因素

11、，例如：載荷的分布、小車的穩(wěn)定性。車架主要是由端梁、橫梁還有主腹板大架構(gòu)組成。主腹板承受大部分的載荷，而且軌道被安裝到上翼板邊緣處。為了增加主梁水平剛度，我采取加寬主梁的方式，既可以省掉走臺，又可以讓變形量減少。通過主梁上翼板還有肋板來傳遞小車載荷。主梁和端梁還有一些部件我們都采用自動焊接的方法，工藝結(jié)構(gòu)性好，性價比高，唯一不足之地就是變形量大。2.2車架整體形式方案電動過跨車車架的部分主要包括橫梁、端梁、鋼包座還有內(nèi)部板筋，外部載荷通過鋼包座直接作用在主梁上，在傳遞到端梁上，緊接著作用在車輪上。所以在設(shè)計過程中我們要對各部分進行受力分析和強度校對。2.2.1車架的結(jié)構(gòu)分析車架的受力構(gòu)件主要分

12、為：與軌道平行的的兩個端梁，與兩個端梁垂直的兩個橫梁。車輪的軸承被端梁支撐，主梁和端梁焊接形成的剛性構(gòu)架。為了使安裝方便，在主梁和縱梁銜接的構(gòu)架上有空缺的部分，我們要在安裝電動機、減速器、軸承座和制動器的地方要焊接墊板，還要留有工作時需要的孔、槽，都要耐火磚。為了增強安裝處的局部剛性，在車價臺面的下面要焊一些型鋼。在端梁兩端彎曲下蓋板，均需要各自安裝縱向的墊板，為了輪子安裝角形軸承箱。墊板要加工的恰到好處，要與軸承箱凹槽相配合，也要滿足足夠的厚度，因為要鑲?cè)氚疾壑校缓蠛附釉诙肆旱南律w板上。軸承箱要與端梁的蓋板地面留有10mm的間隙，好安裝6mm的焊縫。2.2.2車架的主梁本論文主梁截面結(jié)構(gòu)我

13、們采用箱型結(jié)構(gòu)。箱型結(jié)構(gòu)適用于橋梁跨度較大的，還有箱型結(jié)構(gòu)截面抗扭矩剛度很大，對于采用懸掛施工的橋梁特別有利。頂?shù)装宥季哂泻芎玫膭恿μ匦院褪湛s性，能滿足配筋的抵抗正負彎矩的需要。其他的現(xiàn)在都處于研究階段，不適于永久性抗震橋梁。所以，箱型結(jié)構(gòu)最滿足條件。2.3橫梁的計算實際上橫梁是主要承載的梁，但為了簡化算法，將承載的重量視為橫梁與端梁平均承受。 1.支撐反力及最大彎矩的計算， R1A=R1B=（G0+G2）/2+q0L /2 (式31) 式中： G0一個鋼包座的重力 G2一個橫梁的重力 q 01/4的承重力 G0=m 0g1436×9.8=14072.8N G2=m 2g2310&#

14、215;9.8=22638.0N L=3980mm q0L =1/G罐0.25×208.7×1000×9.8=511315N (滿載時；空 載時為48.7） 則R1A=R 1B=274012.9N （式32） 前半段，M（X）=R 1Ax -q 0x²/2 （0x L /2) (式33） 后半段，M（X）=R 1Ax-q 0x²/2-(G 0+G 2 ) (x -L /2) (L /2x L）（式34） 則MA=0 M B=0 M C =294012.9Nm 而Mmax=Mc=q 0L²/8+（G 0 +G2 ）/4=294012.9

15、Nm (式35） 2.橫梁選用箱型斷面結(jié)構(gòu) 總的斷面積相對于a -a 軸的靜力矩 Sa =0.38×0.02×1.31+2×0.02×1.28×0.66+0.38×0.02×0.01=0.0432 m³ 總的斷面積，F(xiàn)=2（0.038×0.02+1.28×0.02）=0.644 總斷面重心到a-a軸的距離，Z=Sa /F =0.66m Z 1=1.32-0.66=0.66m 總斷面對x-x軸的慣性矩， Ix=I x 1-I x2=(BH³-bh³）/12=0.38×

16、1.32m³/12-0.34×1.28m³ /12=0.0134m4(式3-6） 對于上、下部邊緣，W1x-x=Ix /Z=0.02m3 則外邊緣處應力為，=Mmax /W1x-x=290906.45/0.02=15MPa (式3-7） 而【】b =s /n s s -Q 235A鋼的屈服極限 n s -材料的安全系數(shù) 查手冊，取s =225Mpa ,ns =1.2-2.5,取n s =2 則【】b =112.5Mpa 滿足【】b =s /n s ，則橫梁強度設(shè)計通過。2.4端梁的計算1.支撐反力及最大彎矩的計算，端梁的受力分析與橫梁計算一樣，Mmax=Mc =q

17、10L端2/8+L端G1/4式中：G1-一個端梁的重力G1=m1g4099×9.8=40170.2N；q10L端2=q0L =1/4G罐0.25×208.7×1000×9.8=511315N（式3-9）則Mmax =505865.367Nm 2. 端梁選用箱型斷面結(jié)構(gòu) 總斷面相對于a-a 軸的靜力矩Sa =0.325×0.02×1.31+2×0.02×1.28×0.66+0.596×0.02×0.01=0.0424m2 總斷面積，F(xiàn)=2×1.28×0.02×

18、;+0.325×0.02+0.02×0.596=0.696m 2 總斷面重心到a-a軸的距離，Z=Sa/F =0.61m Z1=1.32-0.61=1.71m 總斷面對x-x軸的慣性矩，Ix =0.325×0.023/12+0.325×0.02×0.72+0.596×0.023/12+0.596×0.02×1.283/12×2+2×0.02×1.28×0.052=0.0146m4 對于上部邊緣W上=IX/Z 1=0.024m 3 (式3-10） 對于下部邊緣W 下=Ix /Z

19、 =0.021m 3 (式3-11）對于下部邊緣處拉應力拉=Mmax/W下=0.024m3 (式3-12） 對于上部邊緣處壓應力壓=Mmax/W上=0.021m3 (式3-13）滿足【】b =s /n s ，則端梁強度計算通過。2.5梁的穩(wěn)定性 梁的彎曲強度條件為，max=Mmax/W【】其中Mmax為梁的最大彎矩，W為抗彎截面系數(shù)，由于梁是矩形的，W=b×h2/6. 其中b 為截面高度。梁的材料主要是45鋼。查表得45鋼的彎曲許用應力【】=100Mpa 1局部穩(wěn)定性驗算無論是工字形截面梁，還是箱型截面梁，其腹板可視為兩邊受翼緣板嵌固的四邊簡支薄板，在彎曲應力、剪應力和局部擠壓應力j

20、作用下，都可能發(fā)生局部失穩(wěn)。根據(jù)機械機構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)計算得知，只要腹板高厚比符合式， h0/80240/s (式3-14）式中，屈服點s =225Mpa ,則h0/82.62腹板無論承受何種應力，也無論是否移動集中載荷作用，局部穩(wěn)定都是有保證的?？梢?，此處不會出現(xiàn)局部失穩(wěn)的狀態(tài)。2橫梁穩(wěn)定性計算由于我們選的主梁箱型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗扭轉(zhuǎn)性能都遠超于其他的車架主梁形式。并且抗彎的剛性在水平方向也很強。綜合條件下，箱型結(jié)構(gòu)是最好的選擇，就不用在進行驗算。2.6板筋的設(shè)計在長、短筋板都能用整料制作，部分的長筋板也靠拼接制造，并且長肋板中間有減輕孔。選用筋板是很嚴格的要求。寬度要在1mm左右，筋板之間連

21、接要呈現(xiàn)90度。如果想增加梁的剛度，與其增加板筋的厚度，不如增加數(shù)目，這樣能有效的縮短板筋的間距。板筋在截面轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生的應力差是不可或缺的結(jié)構(gòu)。在對車架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有結(jié)構(gòu)體懸殊面過大的地方，因此為增加結(jié)合面強度，我們使用加強筋。用加強筋可以克服應力不均勻造成的變形，還可以減輕重量，節(jié)約材料。這是在焊接結(jié)構(gòu)中不可或缺的重要部分，根據(jù)跨度和載荷條件一般情況下安排5個板筋，使梁均勻受力。如果跨度增大和遇到裝配等問題時，提高板筋數(shù)量即可。確定筋板尺寸。在確定筋板的高度時，h0要稍微低于梁高h,并且梁的重量要占總重量的4到5成，且厚度的增加對梁截面的慣性沒有多大的影響，就是會使耗鋼量明顯增加。除此之外，

22、板筋主要時承受剪力，而很少承受彎矩，梁的剪力很小。綜上，板筋厚度應該設(shè)計的小一些，減輕梁的自重。根據(jù)公式，=4+0.002h可以承受抗剪強度和滿足局部穩(wěn)定性。其中，這里h代表梁高，代表筋板厚度。根據(jù)防繡、防腐蝕、耐久性三方面考慮，6mm.太薄的筋板容易發(fā)生變形，長應取6-20mm。3電動過跨車運行機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1車輪的驅(qū)動形式在選擇車輪的驅(qū)動形式上，我們要考慮到電動過跨車的自身因素，首先在運載能力要求上是較大的，其次電動過跨車對調(diào)速要求時比較高的，因此我們要選擇分別驅(qū)動的形式。由于時分別驅(qū)動， 兩個構(gòu)成車輪的運行機構(gòu)之間毫無機械聯(lián)系，是獨立的。這樣就省去了傳動軸，我們采用了浮動軸，減

23、輕了自重，還有很好的分組性，不管在裝配上還是在維修上都簡便了不少。當滿足輪距/跨度=B/L=1/12和保證橋架的水平剛度時，安裝在兩側(cè)的輸出力矩才能更好的調(diào)節(jié)。由此看來，起重機分別驅(qū)動比起重機集中驅(qū)動相比較來看，分別驅(qū)動還是更加穩(wěn)定，所以，在起重機的領(lǐng)域中，分別驅(qū)動應用得到廣泛認可。我們所選擇的驅(qū)動形式都是由原動機帶動每個工作結(jié)構(gòu)驅(qū)動的，廣義上說原動機就是把其他能轉(zhuǎn)化成機械能，我這里的原動機一般為液壓馬自達、氣動缸等。這種驅(qū)動形式對裝置的變形影響很小。雖然這種驅(qū)動方式功率大又集中，增加了成套的設(shè)備，但在各種各樣的起重機上仍廣泛的應用。我們要選取載重能力強，扭轉(zhuǎn)力矩大、機械強度過高的等特點的起重

24、冶金系列的電動機，所以我們選擇用起重機金路電動機，比起工業(yè)用的，更適合間歇運動，還有重負能力的工作要求。交流異步電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、可靠性高、適用在腐蝕性環(huán)境、有最佳的冷卻方式，運行安全可靠等特點，所以我們選擇覺就異步電動機。當然起重機用的有繞線型、鼠籠型兩種電動機。兩者相比較下繞線型的電動機具有啟動電流小，比較好控制、啟動轉(zhuǎn)距大等特性，多用于重負荷啟動的場合，調(diào)速簡單但范圍有限。3.2輪壓的計算3.2.1輪壓計算的介紹我們所設(shè)計的電動過跨車是帶有鋼包座的，這種車的特點是有很大的承載能力，所以不管是在垂直方向上還是水平方向上都受很大的力。電動過跨車的運行機構(gòu)車輪部分由于它

25、的承載量大，所以車輪必須是一種寬踏面、堅實的輪緣的形態(tài)。在運送鐵水過程中，輪子承受力和鋼軌所能承受的力，剛車輪所受的力不大于500KN。起重運 行機的支撐方式有兩種：三點支撐和四點支撐。三點支撐的方式受力比較單一，只與總的合力大小、位置和穩(wěn)定性有關(guān)，比較單一。而四點支撐力是當近似假定狀態(tài)下才能進行計算。它的支點與安裝誤差、車架及軌道基本剛度都是關(guān)聯(lián)。三點支撐方式屬于靜定性，而四點支撐方式是屬于超靜定性。靜定性結(jié)構(gòu)一個約束出現(xiàn)故障了，整個結(jié)構(gòu)的性質(zhì)都變了，可是超靜定性的結(jié)構(gòu)，個別失效了，還是穩(wěn)定的狀態(tài)。綜上所述，我們選擇四點支撐的方式。3.2.2四點支撐壓力的計算帶有起重機構(gòu)的電動過跨車通暢柔性

26、很好。所以我們就把車架部分的軌距和輪距 都是看成簡易梁支梁。我們把結(jié)構(gòu)自身的數(shù)量、鐵水罐的自身重量還有可以承受的載荷重量而作用在橫梁上的力看成簡支梁然后在分配到端梁，左右兩端所受分配到的載荷也看成簡支梁的方法然后分配到相應的兩個支撐點。把作用在主梁上的承載重量也就是一般鋼水罐承載的載荷q均勻分布。對于本次設(shè)計的過跨車在設(shè)計結(jié)構(gòu)上我們都看成是對稱的。RA=RC=0.5QL(0.5+D/K)+(G2+G0)(0.5+D/K)+G1RB=RD=0.5QL(0.5-D/K)+( G2+G0)(0.5-D/K)+G1式中，L=3750mm K=5640mmm D=1875mmG1代表的是一個端梁的重力G

27、2代表的是一個主梁的重力Q代表的是承載一半的鐵水灌的總重力G0=m0g1436×9.8N=14072.8NG1=m1g4099×9.8N=40170.2NG2=m2g2310×9.8N=22638.0N而QL=0.5G罐0.5×208.7×1000×9.8N=1022630N（滿載時）空載時為48.7t所以Rmax=RAmax=Rcmax460.77KN3.3車輪的計算3.3.1車輪組1.車輪與其軸輪之間的連接與配合這里車輪與軸之間的配合一定要是過盈的，最大的承載扭矩是由最小的過盈配合來決定下來的。主動車輪是比較容易損壞的，所以我們要

28、用鍵與軸連接。另外，如果錐孔緊配，無鍵連接也是可用的?？着c軸的配合為H7/r62.車輪的材質(zhì)和熱處理 車輪制作方法一般有3種：軋制、鍛造、鑄造 。并且對于車輪材料是有要求的，軋制應大于等于碳素鋼中的60鋼，鍛造是要是大于等于45鋼，鑄造的要求是不低于ZG340-640.要用在耐磨性大的場合，將碳鋼的輪轂進行熱壓配合并且要制成整體車輪。在設(shè)計車輪時有規(guī)定，在車輪材料規(guī)定鑄鋼為SC60級，鍛鋼為SF60級。但日本通常采用SS45C、SSWQ1.這次設(shè)計中，我為車輪選用的材料是65Mn鋼，而對應的車輪軸選用材料45鋼。3. 車輪組的概述車輪組主要是由車輪、軸承和軸等組成，在運行機構(gòu)中充當著重要的角色

29、。輪緣要是起到導向和防止脫軌的作用。輪緣分為（雙、單、無）輪緣三種形式，由于車間中電動過跨車要進型繁重的工作，所以決定采取雙輪緣車輪。車輪組在結(jié)構(gòu)上有兩種形式：定軸式和轉(zhuǎn)軸式。在這里要選用轉(zhuǎn)軸式，因為定軸式大多數(shù)應用于低速和中速的起重機上，而轉(zhuǎn)軸式的要應用于重型高速的起重機上，正好適用于本論文所設(shè)計的過跨車。 車輪踏面主要分為三種形狀：鼓形、圓錐形和圓柱形。從動輪、驅(qū)動輪均可以采用圓柱形。驅(qū)動輪還可以采用圓錐形，但必須要搭配帶曲率的鋼軌才可以用圓錐 形。所以，經(jīng)分析驅(qū)動輪、從動輪都采用圓柱形車輪。為了方便設(shè)計，決定采用圓柱形踏面。3.4軌道的計算根據(jù)電動過跨車的和應用的車輪的類型，查表知，需要

30、選用直徑為700mm的車輪，對應的鋼軌類型是QU100.表3-1車輪組尺寸及許用輪壓表3-2QU100軌道的基本尺寸（mm）車輪踏面應進行淬火，熱處理要求如下，表3-3我國車輪熱處理要求3.4.1滾動軸承現(xiàn)在起重機大多都用滾動軸承代替過去使用的滑動軸承。之所以用滾動軸承是因為它具有軸承摩擦小。摩擦阻力小，還能減小驅(qū)動力，能源消耗小。并且還可以降低使用費在保養(yǎng)和維修方面。浮動軸上的軸承負責，徑向載荷和軸向載荷。要保證車輪的位置精度，要保證讓軸的中心線和軸承座孔中心線重合而產(chǎn)生角度誤差，還要考慮到軸的繞度很大，所以要選擇調(diào)心性很好的調(diào)心球軸承。調(diào)心球軸承為，軸承代號1226，10000型，（0）2

31、系列，其壽命和負荷計算可忽略不計了。表3-4軸承基本參數(shù)4動力系統(tǒng)設(shè)計4.1起重及冶金用電動機概述4.1.1電動機類型一般電動機分為直流電動機和交流電動機。直流的特征適用于對調(diào)速要求高的。而交流的設(shè)備特點是體積不大，控制方便，經(jīng)濟實用性能好，應用范圍很廣。交流電動機按結(jié)構(gòu)分有兩種：鼠籠式和繞線式 。繞線式工作損耗大部分在外部電阻器中，熱量大部分在消耗電阻外部。所以大部分用于頻率的地方。4.1.2用在起重和冶金上電動機的特點歸結(jié)起重機特點有以下幾點：1. 頻繁短距離反復運行。2. 經(jīng)常啟動和逆向運行。3. 經(jīng)常的機械與電氣之間的制動。4. 總是承載大量負荷。5. 經(jīng)常性的卸載而產(chǎn)生震動和沖擊性創(chuàng)

32、傷。6. 車間環(huán)境中有大量灰塵，還包括金屬灰塵。7. 工作環(huán)境要達到（-40+70）。當與一般工業(yè)的電動機相比，它的特點是：1. 額定轉(zhuǎn)速的倍數(shù)要低于起動允許的最大安全轉(zhuǎn)速。2. 它是起防護型式的，這種型式是密封樣式，并加強了機械結(jié)構(gòu)。因為在多灰場所，所以要求電動機的密封性要好。3. 起重機冶金用的電動機起動速度快，適用于重載下啟動。4. 這種電動機用于持續(xù)牢率較大的地方。5. 冶金型因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量GD較小，直徑與轉(zhuǎn)子之比較小，所以有對于較小的加速時間和起動損耗。4.1.3起重機的選擇（種類、工作方式）在起重機上的電動機都是滿足起重次數(shù)頻繁并且起重起重力矩大的這種特點。我們現(xiàn)在生產(chǎn)的YZ型和

33、YZR型起重機同樣也滿足冶金的異步電動機，代替過去的JZ型和JZR型。YZ型是鼠籠式，YZR型是繞線式，其中絕緣的等級有3種：B級、F級、H級。B級是絕緣電動機，其工作周期為10分鐘，工作方式S325%，可以在工作環(huán)境低于+25的工作地點，F(xiàn)級工作方式：S3-4%，在工作環(huán)境低于+40，H級工作方式S3-60%，在工作環(huán)境低于+60的工作地點。如今，我國冶金用的電動機在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有40多個系列型號產(chǎn)品，它具有很大的過載能力、很好的動態(tài)性能和恰好的機械強度。YZ系類適用于各種形式的起重機和用于電力傳動冶金設(shè)備。適用于反復運動、周期性斷續(xù)、頻繁的工作狀態(tài)。并且YZ系列在額定電壓下啟動。啟動時，具有

34、力矩大、電流小、機械強度高的優(yōu)點。而YZP系列在YZRZ變頻調(diào)速三相異步電動機的基礎(chǔ)上，應用了電磁計算、工藝材料等現(xiàn)代技術(shù)的產(chǎn)品?？傮w來說，性價比高、結(jié)構(gòu)設(shè)計很合理，是增產(chǎn)增益的第一項選擇。起重及冶金同時都有的變頻調(diào)速的三相異步電動機適用于各種驅(qū)動模式的起重機械這樣的專用產(chǎn)品。調(diào)速有寬廣的范圍，過載能力很大。機械強度也很高。綜上所述，它特別適用于車間（轉(zhuǎn)爐式）的電動過跨車。1.要使電動機正常的運行，必須要滿足于以下的條件。 一般環(huán)境，溫度不超過40；在冶金環(huán)境中，環(huán)境溫度不能超過6。 適用于頻繁啟（制）動及逆轉(zhuǎn)。 使用時所處海拔高度小于1000m。 使用相對溫度不高于90%。2.和一般電動機一

35、樣，額定頻率為50HZ，額定電壓為380V，并在5100HZ之間可以連接調(diào)速，YZB與YZBF相比較，YZB電動機不帶，強迫風冷。3.電動機的工作制為S3-40%。4.在普通環(huán)境下，電動機的防護等級不高于IP44，電動機在冶金環(huán)境下高于IP454.圖4-1電動機型號說明圖42YPZ系列電動機4.2電動機工作制的確定1.根據(jù)不同性質(zhì)的負荷，且可以應用于斷斷續(xù)續(xù)的周期性的負荷，可將電動機的工作制分為， a)電機在負載恒定的情況下，運動時間完全可以讓電機是熱穩(wěn)定狀態(tài)。S1連續(xù)工作制。 b)在負載恒定的情況下，按照規(guī)定的時間運行。給定的時間并不能讓電機達到熱穩(wěn)定狀態(tài)，因隨之即斷就能有足夠的時間，這樣在

36、冷卻介質(zhì)和再度冷卻到他們的溫度差在2K以內(nèi) 。S2-短時工作制。 c)按照有一定規(guī)律周期性的這種工作方式的電動機，這個周期包括兩種狀態(tài)、恒定負載運行和斷能停轉(zhuǎn)時間，兩種工作方式交替運行。這樣的工作方式啟動電流不致對溫升造成很大的干擾在一周期內(nèi)。S3-斷續(xù)周期工作。 d)按照有一定規(guī)律周期性的這種工作方式，一周期包括3段狀態(tài)：一對溫升有很大影響的啟動時間、負載恒定的運行時間、斷能停轉(zhuǎn)時間。S4-斷續(xù)周期的啟動工作制。 e)按照有一定規(guī)律周期性的這種工作方式，一個周期包括4段狀態(tài)：啟動時間、負載恒定的運行時間、快速的電制動時間、短能停轉(zhuǎn)時間。S5-斷續(xù)周期的啟動工作制。 f)按照有一定規(guī)律周期性的

37、這種工作方式，一個周期包括2段狀態(tài)：負載恒定的運行時間和空載運行的時間，沒有斷能停轉(zhuǎn)的時間。S6-連續(xù)周期的工作制。 g)按照一定規(guī)律周期性的工作方式。每一個周期包括3段狀態(tài)：啟動時間、負載恒定的運行時間、電制動時間，沒有斷能停轉(zhuǎn)的時間。S7-連續(xù)周期性的電制動工作制。 h)按照一定規(guī)律周期性的工作方式，每一個周期包括2段狀態(tài)：負載恒定是預定下轉(zhuǎn)速下運行時間和負載恒定不同轉(zhuǎn)速下運行的時間，沒有斷能停轉(zhuǎn)的時間。S8-連續(xù)周期性并轉(zhuǎn)速相應變化的工作制。 i)在允許的范圍內(nèi)負載和轉(zhuǎn)速是非周期性變化的。這樣的工作制經(jīng)常有超過基準負載的現(xiàn)象。S9-工作制是轉(zhuǎn)速和負載保持著非周期性。 j)恒定負載離線型工

38、作制包括4種離散型負載值。無論哪種負載的運行時間都能讓電動機達到熱穩(wěn)定狀態(tài)，甚至在一個規(guī)律性周期種最小負載值可為0.S1-S10是工作別的工作類型。除此之外，還要添加其它規(guī)定，S2后須加工作時限，S3、S6后應加負載持續(xù)率。舉例：S2-30min、S3-40%、S4-60%。S4、S5后加負載持續(xù)路和電動機軸上的數(shù)值，S7后加JM和jext（注：jm電動機的轉(zhuǎn)動慣量、jext負載轉(zhuǎn)動慣性。S10后加負載和持續(xù)時間標值。2. 電動機工作方式：S3-40%。4.3電動機和傳動部件的選擇計算電動機的選擇1. 運行靜阻力的計算，電動過跨車摩擦阻力分為以下集中 當電動車滿載時的最大摩擦力。 當電動過跨車

39、水平運行時，車輪軸產(chǎn)生摩擦阻力，還有沿軌道與車輪踏板面之間產(chǎn)生的滾動阻力。 在電動過跨車水平運行時會避不可免的偏斜，所以，還有輪緣與軌道側(cè)面沿軌道方向之間的摩擦阻力。以上三種摩擦力之和的計算公式：F=（d ）其中：G是運行時候的質(zhì)量重力；G=250×9.8=2450KN D代表車輪的直徑；D=900mm d 代表車輪軸承的內(nèi)徑；d =120mm C代表軌緣與軌道之間的摩擦阻力系數(shù)，我們選用值1.5 K代表沿軌道運行時產(chǎn)生的滾動摩擦系數(shù)，k =0.5 調(diào)心軸承的摩擦系數(shù)=0.015所以當滿載時F=2450×1.5÷900×（2×0.5+0.015

40、×120）=17.64KN2選擇電動機，確定減速器（1） 當滿載運行時，電動機的靜功率 P=Fv/其中：F 是滿載運行靜阻力，F(xiàn)=17.64KN V代表電動過跨車的運行速度，V=0.5m /s 代表的是機構(gòu)總效率；=1231代表傳動副的減速裝置，2代表每對軸承的效率。3代表每個聯(lián)軸器的效率，查手冊知。減=0.955，聯(lián)軸器=0.99，軸承=0.99，則P=9614.5（2） 確定電動機選擇電動機時首先要考慮的就是啟動階段時所消耗的功率。Pv =P·k電k電代表當電動機啟動時，功率增大系數(shù)（客服慣性），當電動機型號為YZ和YZR時，取k電=1.5所以Pv=P·k電=

41、14410W查相關(guān)電動機規(guī)格表，選擇YZP160L-4型號的電動機，其參數(shù)如下：（3） 電動機發(fā)熱的驗算PS=0.001GF/其中G代表穩(wěn)態(tài)載荷的平均系數(shù)，推薦值來決定機構(gòu)的CZ值。CZ=800.根據(jù)電動機允許的曲線圖得知，CZ=800時。P=12.74KW。穩(wěn)態(tài)功率小于允許功率，故發(fā)熱驗算通過。（4） 減速器的確定在工作機和原動機有一個獨立封閉式的傳動裝置就是減速器。減速器的作用是增大轉(zhuǎn)矩、降低轉(zhuǎn)速。當然，也有例外，在一定特定環(huán)境下也用做增速，叫增速器。減速器分為三大基本部分：1）箱體 2）齒輪、軸及軸承 3）減速器附件 i=n/n輪=Dn /V 車其中，i是減速器的傳動比 n代表電動機的轉(zhuǎn)

42、速 ，n=1500r/min V 車代表電動過跨車的運行速度V 車=30m/min 則i=109.9查產(chǎn)品目錄表4-2FDBY減速器型號根據(jù)減速器型號是FDBY-228/i=112的減速器合適。（5） 確定聯(lián)軸器當選擇聯(lián)軸器時，我們要考慮載荷大小、安裝部件精度、傳遞軸轉(zhuǎn)速、價格等問題，對比各種聯(lián)軸器，選擇最實用的一款。選擇時具體要考慮的問題如下：1、 安裝調(diào)整后是很難保證兩軸的安裝精度。這樣的問題主要是因為制造、溫度變化、安裝等原因造成的。 相對徑向位移大時，要選用滑塊聯(lián)軸器。 當角位移大時或兩軸相交可選用萬向聯(lián)軸器。 當兩軸相對位移大時（工作中），可選用擾性聯(lián)軸器。2、 當傳動軸高速運轉(zhuǎn)時，

43、選擇平衡精度高的聯(lián)軸器。3、 如果是大功率而且還重載，則選用齒式聯(lián)軸器。如果要消除軸系扭轉(zhuǎn)震動或是嚴重沖擊載荷的傳動，我們可以選擇輪胎式聯(lián)軸器。4、 要考慮聯(lián)軸器的可靠程度還有工作環(huán)境。由金屬制成的聯(lián)軸器比較可靠，一般不需要潤滑。一般需要潤滑的聯(lián)軸器，可能會污染環(huán)境。含橡膠的聯(lián)軸器對強光、腐蝕介質(zhì)等比較敏感，比較快的老化。5、 當可以達到性能標準的同時，應盡量滿足拆卸簡單，維護方便，性價比高的聯(lián)軸器。一般情況下，非金屬彈性元件聯(lián)軸器綜合能力好，適用于中小功率傳動。我們需要的聯(lián)軸器，要容易拆裝的并且有很高的定位精度。還要補償其他部件在裝配過程中產(chǎn)生的誤差和車架變形的因素。齒式聯(lián)軸器總的來說工作性

44、非常的可靠，速度使用的范圍非常廣泛，機構(gòu)很合理，還有一點是安裝很方便，后補償產(chǎn)生的誤差能力。據(jù)我所知，齒輪式的聯(lián)軸器有兩種：CLZ和CL。當C2CLZ與C1CLZ相對比時，C1CLZ相對外型尺寸較大，比C2CLZ要重，C2CLZ相對于慣量小。C2CLZ適用于制動頻繁的，轉(zhuǎn)速較高的，且結(jié)構(gòu)緊湊的地方。所以，要選擇C2CLZ型的。圖4-3G2CLZ1-13型鼓形齒式聯(lián)軸器圖4-4G2CLZ14-25型鼓形齒式聯(lián)軸器考慮到工作轉(zhuǎn)速、計算扭矩、還有被聯(lián)軸器的尺寸還有負荷狀況，在系列表種選出具體的型號，令M計【M】其中，M代表聯(lián)軸器傳遞的計算扭矩 【M】代表聯(lián)軸器的許用扭矩 M等效=M計/n1式中，n1

45、代表的是安全系數(shù)（第一類載荷），查表知，n1=1.8 M等效是當聯(lián)軸器傳遞時的等效力矩，M等效=M零額·等效1·等效2 等效1代表當實際的載重發(fā)生變動時產(chǎn)生影響的等效靜載荷系數(shù)，取等效1=1.0 等效2代表機構(gòu)（起）制動是產(chǎn)生載荷對傳動零件影響的等效載荷系數(shù)。取等效2=2.0M零額= M額=9.55NK/n=9.55kg·mM等效=19.1 kg·mM計1= M等效·n1=34.38 kg·mM計2= M計1×i ×=34.48×0.95×120=3930.72 kg·m我們知道電機軸

46、的鏈接尺寸和已經(jīng)計算除了扭矩M計，并且車輪D=700mm，查表（聯(lián)軸器系列表）而知選擇齒形聯(lián)軸器，允許的【M】=500 kg·m，選擇聯(lián)軸器的型號為G2CLZ，【M】5M計，因此滿足條件。表4-3聯(lián)軸器型號選擇聯(lián)軸器，1. 鍵的選擇：在通常情況下，鍵會選擇碳鋼制造，它的抗拉極限為SS600MP，一般用45鋼。（1） 選擇類型要有以下幾方面： 根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu) 使用特性 工作條件，連接于軸上的零件需不需要沿軸滑動。 傳遞扭矩的大小。 對于聯(lián)軸器對中性的標準。 鍵對于軸的固定作用是否需要。 軸上鍵的位置，是在軸的端部還是在軸的中部等。（2） 選擇尺寸： 鍵的剖面尺寸為b×h,按

47、照軸的尺寸d,由標準軸來選擇。 鍵的長度L：輪轂寬度要比鍵長510mm,符合長度系列值。2. 強度校核平鍵聯(lián)接對于手動聯(lián)接平鍵，主要失效的形式有兩種：壓潰和磨損。少數(shù)情況會發(fā)生鍵的剪斷，除非嚴重過載才會產(chǎn)生這種現(xiàn)象。假設(shè)均勻分布載荷，可得知平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件為:P=27×103/kld 【P】對于動聯(lián)接由滑鍵和導向平鍵組成，計算時應依據(jù)磨損，應限制的壓強，所以，P=2T×103/kld 【P】（1） 一直軸的直徑而選擇鍵根據(jù)已知條件去選取鍵的規(guī)格如下表：選取A型頭鍵表4-4鍵的型號規(guī)格鍵的標準長度L可選擇為：6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、

48、32、36、40、45、50、56、63等。鋼為鍵的選擇材料，發(fā)生輕微沖擊，【P】的范圍是100-120MPa ,選取【P】=110MPa 校核公式為P=2T×103/kld 【P】其中，d 代表直徑k =0.5 l =1+b 因此：P=48.53MP【P】所以P【P】滿足條件選取鍵的代號為GB/T 1096-2003的36x 20，材料為Q275-A（6） 選擇制動器制動器是電動過跨車的傳動機構(gòu)中必不可少的一部分，以為電動過跨車在車間運動是會經(jīng)常發(fā)生啟動或者制動，它是一種間歇動作機械。一般情況下，制動器會安裝在電動機軸或者是減速器的輸入軸（高速軸）上，也有部分安裝在卷筒或低速軸上，

49、防止當傳動系統(tǒng)斷軸而發(fā)生了物品墜落的現(xiàn)象。前者可隨制動力矩的大小變化，而確定制動器尺寸的大??；后者則可以增加安全性，防止因零件損壞（傳動系統(tǒng)承載力）而讓物品墜落。起重機在安全檢查過程中，必須對下列方面進行確認，1） 凡是起重機是動力驅(qū)動，就要保證旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、運行機構(gòu)都要安裝制動器。2） 采用常閉式的兩種機構(gòu)的制動器：起升機構(gòu)和變幅機構(gòu)。3） 在工作過程經(jīng)常會吊運熾熱金屬和很多危險物品，很有可能發(fā)生事故或者起升機構(gòu)損失，所以在每套獨立的驅(qū)動裝置都要安裝兩套的支持制動器。4） 若是起重機是人力驅(qū)動模式，則必須安裝制動器或者停止器在起升機構(gòu)和變幅機構(gòu)上。5） 制動力矩要滿足，Mz

50、KM其中，MZ代表制動力矩 K代表安全系數(shù) M代表制動器在軸的傳動力矩（一） 制動器的類型和特點1） 按操縱方式，可分為：手動式、自動式、混合式2） 按照用途 ，可分為：停止式和調(diào)速式。起停止還有支持運動物體的作用是起停式。調(diào)速式是在停止式的基礎(chǔ)上外加調(diào)節(jié)物體運動速度。3） 按結(jié)構(gòu)特征，可分為：盤式、塊式和帶式?？臻g受限制，選用盤式和帶式。若安裝有足夠空間，就選用外抱塊式。4） 按工作狀態(tài)，常閉式只有施加外力才能解除經(jīng)常處于合閘的制動狀態(tài);常開式制動器總是松閘狀態(tài)，要施加壓力才能制動。對于起重機起升和變幅狀況的機構(gòu)選用常閉式，對于車輛運行和旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)多采用常開式。綜合這次任務(wù)要求是承載量大，選

51、用液壓電磁塊式制動器。屬于廠行程制動器。結(jié)構(gòu)形式，在制動過程中為了避免車輪在鋼軌上發(fā)生滑移現(xiàn)象，一定要適當減速度。在空載狀況下，選擇適當制動器并且對制動力矩進行計算。1.規(guī)定減速度a制空 參考相關(guān)規(guī)定，建議用a制空=0.55m/s 22.制動軸上需要的制動力矩M總制動（空載制動不打滑）M總制動=G總·D輪·a制空/2g·i+k(GD電2+GD聯(lián)2)n·a制空·60/375V小車=12.37kg·mK代表傳動件的非輪距影響系數(shù)，取K=1.53. 空載在制動軸上的運行靜阻力距M空（靜制）M空（靜制）=M靜/K附M靜=P靜(空)·D輪/2i·