夏衛(wèi)明，嵇寬斌

（江蘇國力鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

液壓機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中常用設(shè)備，大型液壓機(jī)沖壓生產(chǎn)線中，模具尺寸和重量均較大，一般需要用行車起吊安裝。液壓機(jī)多采用移動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，移動(dòng)工作臺(tái)可以移出機(jī)身外側(cè)，方便更換和安裝模具。

目前，國內(nèi)外液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)多采用減速機(jī)驅(qū)動(dòng)滾輪實(shí)現(xiàn)移動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)工作臺(tái)的行走重量、滾輪大小、減速比等直接關(guān)系到移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)功率的選擇。

正確選擇驅(qū)動(dòng)功率對(duì)液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)尤為重要，選擇過大易造成功率浪費(fèi)、制造成本增加、安裝空間不足等問題。選擇過小則致驅(qū)動(dòng)扭矩不足、不能驅(qū)動(dòng)移動(dòng)工作臺(tái)行走、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過熱等故障。

本文在查閱相關(guān)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合一個(gè)移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的實(shí)例，論述了液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算方法。

1 移動(dòng)工作臺(tái)參數(shù)

行走速度：V≈60mm/s；

移動(dòng)工作自重加承載：W=7×105N。

采用四輪支撐，兩輪驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 確定滾輪直徑和寬度

滾輪直徑直接關(guān)系到移動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和摩擦力矩，滾輪直徑和寬度還影響滾輪與路軌的接觸應(yīng)力。滾輪與路軌的接觸應(yīng)力必須小于材料的許用接觸應(yīng)力值，否則容易造成路軌壓凹變形。路軌壓凹變形還會(huì)增加移動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)阻力，造成驅(qū)動(dòng)功率不足?？砂凑蘸掌澖佑|應(yīng)力公式進(jìn)行校核和選取滾輪直徑和寬度。

式中：F——單個(gè)圓柱滾輪承載，F(xiàn)=W/4（N）；

E——彈性模量，MPa；

B——滾輪寬度，mm；

R——滾輪半徑，mm；

σHP——許用接觸應(yīng)力[1],MPa,滾輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)硬度 215～225HB，σHP=440～470MPa。

根據(jù)移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)空間，初步選取滾輪半徑R=225mm，寬度 B=110mm，根據(jù)式（1）可得接觸應(yīng)力：

可知，最大接觸應(yīng)力超過許用接觸應(yīng)力，需要調(diào)整滾輪半徑和寬度，但還可通過調(diào)整滾輪和路軌鑲條的硬度來提高許用接觸應(yīng)力。

路軌鑲條一般采用45鋼板制造，45鋼淬火，硬度可達(dá)到42～45HRC,其許用接觸應(yīng)力可以提高約1.5倍，約為700MPa，滿足接觸強(qiáng)度條件，所以路軌和滾輪需表面淬火處理。

淬火鋼的許用接觸應(yīng)力極限值σHlim可按下式計(jì)算：

又：45HRC≈60HV（HV——維氏硬度）

所以45鋼淬火，其許用接觸應(yīng)力極限值可達(dá)：

σHlim=0.541*60+882=914 MPa

因此，本文所述實(shí)例不調(diào)整滾輪半徑和寬度，而將路軌鑲條和滾輪進(jìn)行淬火熱處理，以提高其許用接觸應(yīng)力值。

3 選擇總傳動(dòng)比

減速機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用四級(jí)異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速n≈1420r/min。

滾輪的速度：

由（3）式可得總傳動(dòng)比：

可得：

根據(jù)總傳動(dòng)比i＝i1×i2，分配減速機(jī)傳動(dòng)比i1和齒輪副傳動(dòng)比i2。i2的選擇受設(shè)計(jì)空間的限制，還需要進(jìn)行齒輪模數(shù)和強(qiáng)度的校核，本文在此不做詳細(xì)論述。

4 計(jì)算滾輪行走阻力

（1）平面行走阻力Wr（N）

式中：k——滾輪軸承摩擦系數(shù)，取0.01；

d——軸承外圈半徑，d=17.5cm；

R——滾輪半徑，cm；

fs——滾輪與路軌之間的摩擦系數(shù)，取0.1。

代入數(shù)據(jù)：

（2）行走時(shí)路軌彎曲產(chǎn)生的斜面行走阻力Fr（N）

式中：θ1——路軌產(chǎn)生的撓角度，，其中δ1=0.2mm，L=1000mm；

θ2——導(dǎo)軌安裝和制造的精度，導(dǎo)軌安裝精度和彎曲應(yīng)在2mm/1000mm以內(nèi)，。

代入數(shù)據(jù)得：Fr=1679（N）

（3）移動(dòng)工作臺(tái)在2s內(nèi)速度從0→V的慣性阻力 Fa（N）

由牛頓第二定律：

式中：a——移動(dòng)工作臺(tái)從靜止到勻速運(yùn)動(dòng)的加速度，m·s-2；t——移動(dòng)工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)間，s；g——重力加速度，g=9.8m·s-2。

（4）移動(dòng)工作臺(tái)行走時(shí)克服路軌壓凹所需要的力 Fs（N）

式中：fs——導(dǎo)軌凹陷長度，cm；其他各物理量意義及單位制與式（5）同。

由赫茲接觸半徑公式：

式中：∑B——四個(gè)滾輪寬度之和，mm；

E——彈性模量，E=2.0×105（MPa）。

5 移動(dòng)工作臺(tái)行走功率

行走時(shí)所需的功率（kW）：

啟動(dòng)時(shí)所需的功率（kW）：

其中：F1——Wr與Fs中較大者；

η——機(jī)械效率，取0.85；

K——安全系數(shù)，取1.25。

代入數(shù)據(jù)：

所以移動(dòng)工作臺(tái)在啟動(dòng)時(shí)的功率要比正常行走時(shí)功率大許多，移動(dòng)工作臺(tái)在穩(wěn)定速度行走時(shí)所需功率會(huì)有所降低，這與實(shí)際情況一是相同的。

6 移動(dòng)工作臺(tái)越障礙功率

液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算還需要考慮路軌上不平，路軌鑲條接縫的不平度和移臺(tái)路軌上有細(xì)微障礙物的影響。

如下圖2所示，移動(dòng)工作臺(tái)滾輪要越過障礙，滾輪驅(qū)動(dòng)力矩需要克服移動(dòng)工作臺(tái)和模具重量作用在滾輪和障礙物之間的力矩：

由上圖之間的關(guān)系得：

圖2 移動(dòng)工作臺(tái)越過障礙物示意圖

式中：h——為障礙物高度尺寸，mm。

移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率與滾輪轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為：

式中：n——減速機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1420r/min，i總傳動(dòng)比。由式（12）、（13）、（14）得：

取障礙物的高度h=0.3mm，代入數(shù)據(jù)得：

7 選擇減速驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率

根據(jù)上文的論述可知，移動(dòng)工作臺(tái)越過障礙物的功率為最大。因此，在選擇移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)以此功率為依據(jù)，結(jié)合減速機(jī)樣本，可以選擇驅(qū)動(dòng)功率為3kW的四級(jí)電機(jī)。

8 結(jié)束語

（1）移動(dòng)工作臺(tái)的滾輪尺寸的選擇需要根據(jù)移動(dòng)工作臺(tái)滾輪與路軌的赫茲接觸應(yīng)力計(jì)算校核，接觸應(yīng)力不得超過許用接觸應(yīng)力。按照赫茲接觸應(yīng)力公式，移動(dòng)工作臺(tái)滾輪的直徑和寬度越大，則接觸應(yīng)力越小。但受設(shè)計(jì)空間的限制和設(shè)計(jì)合理性的需要，滾輪的直徑和寬度不可能太大，可對(duì)移動(dòng)工作臺(tái)滾輪和路軌鑲條進(jìn)行熱處理，以提高其許用接觸應(yīng)力值。

（2）移動(dòng)工作臺(tái)在工作中受到各種不同的阻力，根據(jù)阻力和移動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，得到了行走功率和啟動(dòng)功率。移動(dòng)工作臺(tái)的啟動(dòng)功率大于行走功率，這與實(shí)際情況是一致的的。

（3）移動(dòng)工作臺(tái)在工作中，由于路軌上的障礙物，移動(dòng)工作臺(tái)越過障礙物的功率與障礙物的高度關(guān)系最大，根據(jù)我公司的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般可取障礙物的高度為0.3mm。此功率大于移動(dòng)工作臺(tái)的行走功率和啟動(dòng)功率，因此選擇移動(dòng)工作臺(tái)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)功率時(shí)需以此值為依據(jù)，并根據(jù)電機(jī)規(guī)格，適當(dāng)加大。

（4）設(shè)計(jì)實(shí)踐和用戶現(xiàn)場(chǎng)的使用表明，本文論述的液壓機(jī)移動(dòng)工作臺(tái)功率計(jì)算方法是適宜的。