張洪

【摘 要】過(guò)山車(chē)在運(yùn)行時(shí)中心梁與中心軸是主要受力部件，其受力復(fù)雜，工況惡劣。中心軸裝在中心梁內(nèi)，兩者的裝配質(zhì)量會(huì)直接影響過(guò)山車(chē)的平順性、安全性、游客體驗(yàn)性。針對(duì)中心軸傳統(tǒng)裝配方法的不足，本文提出了一種新的裝配方案。本文對(duì)新方案的結(jié)構(gòu)組成及使用新方案裝配中心軸的過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)新方案頂平臺(tái)進(jìn)行了受力分析、變形計(jì)算，以及說(shuō)明了液壓油缸選擇。供同行參考。

【關(guān)鍵詞】過(guò)山車(chē)中心軸；裝配；受力分析；液壓油缸選擇

1 過(guò)山車(chē)中心軸裝配的傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)介

過(guò)山車(chē)在運(yùn)行時(shí)中心梁與中心軸是主要受力部件，其受力復(fù)雜，工況惡劣，中心軸裝在中心梁內(nèi)，兩者的裝配質(zhì)量會(huì)直接影響過(guò)山車(chē)的平順性、安全性、游客體驗(yàn)性。目前國(guó)內(nèi)過(guò)山車(chē)中心軸裝配主要使用設(shè)備供應(yīng)商提供的微動(dòng)電動(dòng)葫蘆，此方法無(wú)需特別工具，設(shè)備簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，但也存在不足：中心軸調(diào)整對(duì)位較困難，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)操作人員的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)要求高。如圖1所示。

圖1

圖2

2 過(guò)山車(chē)中心軸裝配的新方案簡(jiǎn)介

新方案利用液壓傳動(dòng)可無(wú)級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)中心軸裝配時(shí)的精確調(diào)整。如圖2所示，新方案分為兩大部分，第一部分為對(duì)中夾具，第二部分為升降臺(tái)。對(duì)中夾具裝在升降臺(tái)上，升降臺(tái)裝在過(guò)山車(chē)維修間的地坑內(nèi)。

對(duì)中夾具設(shè)置有細(xì)牙螺桿與軸向推桿。細(xì)牙螺桿從兩側(cè)夾緊中心軸并可精確調(diào)節(jié)中心軸的水平位置。軸向推桿將調(diào)整好的中心軸緩慢推入中心梁內(nèi)[1]。

升降臺(tái)承擔(dān)對(duì)中夾具及中心軸的重量，通過(guò)液壓油缸的升降可調(diào)節(jié)中心軸的豎向位置（用手動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)液壓油缸）。升降臺(tái)主要由頂平臺(tái)、底平臺(tái)、液壓油缸、手動(dòng)油泵、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。2只液壓油缸裝在頂平臺(tái)及底平臺(tái)兩側(cè)的中間位置。導(dǎo)向裝置位于頂平臺(tái)的四角。頂平臺(tái)面上鋪裝有16mm鋼板，其上裝有磁力座和百分表，以中心梁底板為基準(zhǔn)，可將頂平臺(tái)面找平。為使中心軸裝配順暢及達(dá)到所要求的裝配精度，經(jīng)測(cè)算，頂平臺(tái)面中心處的變形不宜超過(guò)0.8mm。

3 升降臺(tái)之頂平臺(tái)受力分析

3.1 載荷計(jì)算

考慮到頂平臺(tái)中心處的變形不宜超過(guò)0.8mm，頂平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)采用抗彎能力好的H型鋼制造，初步選定 H型鋼尺寸為125x60，經(jīng)計(jì)算頂平臺(tái)自重為250kg，頂平臺(tái)自重在長(zhǎng)度方向按均布載荷q計(jì)。

經(jīng)計(jì)算，對(duì)中夾具的重量為376kg，對(duì)中夾具對(duì)稱(chēng)安裝在距頂平臺(tái)中心0.45m處，對(duì)中夾具作用在頂平臺(tái)上的載荷計(jì)為P1。

查詢(xún)過(guò)山車(chē)圖紙資料得知中心軸的重量為574kg，中心軸位于頂平臺(tái)中心處，中心軸作用在頂平臺(tái)上的載荷計(jì)為T(mén)[2]。

經(jīng)計(jì)算，作用在液壓油缸活塞桿端頭的支座反力F1=5.88KN。

3.2 受力分析圖

圖3

3.3 彎曲正應(yīng)力校核

H型鋼的材質(zhì)為Q235，其屈服強(qiáng)度為235MPa，取安全系數(shù)為2，則需用應(yīng)力[σ]=235/2=118MPa。

H型鋼的型號(hào)為125x60，查型鋼表得其慣性矩Iz=417cm4。到H型鋼中性層最遠(yuǎn)距離y=125/2=62.5mm。

由上述受力分析圖可知最大彎矩M=3.23KN·M。

H型鋼所受的彎曲正應(yīng)力

由上可知？滓≤[？滓]，符合要求。

4 升降臺(tái)之頂平臺(tái)彎曲變形計(jì)算

由于要求頂平臺(tái)中心處的變形不宜超過(guò)0.8mm，有必要對(duì)頂平臺(tái)中心處的撓度進(jìn)行計(jì)算。已知下列參數(shù)：慣性矩Iz=417cm4，彈性模量E=200GPa，總長(zhǎng)L=1.54m，均布載荷q=1.59KN/m，載荷T=5.63KN，載荷P1=1.84KN，載荷P1距端點(diǎn)的距離b=0.32m。

4.1 均布載荷q在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f(wàn)1：

4.2 載荷T在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f(wàn)2：

4.3 載荷P1在頂平臺(tái)中心處引起的撓度f(wàn)3：

4.4 頂平臺(tái)中心處的總撓度f(wàn)=f1+f2+f3=0.07+0.26+0.31=0.64， 頂平臺(tái)中心處的總撓度f(wàn)小于0.8mm，符合要求。

5 液壓油缸的選擇

根據(jù)維修間地坑底離過(guò)山車(chē)中心梁的距離，計(jì)算得到液壓油缸活塞行程為512mm， 設(shè)計(jì)用兩個(gè)液壓缸，左右各一個(gè).

5.1 液壓油缸所受的載荷：

頂平臺(tái)自重=250kg；對(duì)中夾具重量為 376kg；中心軸重量574kg。動(dòng)載系數(shù)取1.2。

單只液壓油缸所受的載荷

5.2 液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度

設(shè)計(jì)頂平臺(tái)上升到調(diào)整位置的時(shí)間為5秒， 則活塞的運(yùn)動(dòng)速度V =512/5=103 mm/s

5.3 液壓油缸功率

ηt——液壓缸的總效率，查詢(xún)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P19-205得ηt= 0.9×0.98×1.0=0.882

根據(jù)以上計(jì)算， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P19-199～206， 選擇如下液壓油缸：

類(lèi)型——雙作用單活塞液壓油缸；液壓油缸內(nèi)徑——63mm；活塞桿直徑——36mm；行程——550mm。油壓——2.3MPa；理論推力——7.06KN；理論拉力——4.82KN；活塞速度——103mm/s。

5.4 活塞桿彎曲穩(wěn)定性驗(yàn)算

活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力：

K——液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)， 查詢(xún)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P19-222表19-6-21得K = 4；LB——液壓缸支承長(zhǎng)度，由圖可知：LB=1083 （mm）；E1——實(shí)際彈性模數(shù)，E1=1.80×105（N/mm2）；I——活塞桿橫截面慣性矩， I=0.049×d4=0.049×364=82301（mm4）。

則：

PK=3.14×3.14×1.80×105×82301×106/（4×4×1083×1083）=77.8×103N

活塞桿彎曲穩(wěn)定必須滿(mǎn)足如下條件：P1≤PK/Nk

P1 ——活塞桿受力， P1=7.06×103N；Nk——安全系數(shù)，取Nk=6

則： 7.06×103≤77.8×103/6=13×103，滿(mǎn)足要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用本方案對(duì)過(guò)山車(chē)中心軸進(jìn)行裝配，不僅調(diào)整方便，也可提高中心軸的裝配質(zhì)量，縮短中心軸的裝配時(shí)間，減輕維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。中心軸的裝配質(zhì)量提高，使過(guò)山車(chē)運(yùn)行時(shí)更順暢，更安全，游客體驗(yàn)更佳。

【參考文獻(xiàn)】

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

[2]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.