丁志剛

（邯鋼設備制造安裝有限公司，河北 邯鄲 056000）

金屬運輸車是金屬冶煉生產(chǎn)工藝的重要設備，在轉(zhuǎn)爐冶煉、二次精煉以及連鑄等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，金屬液的地面運輸全部都是依靠金屬材料車來完成的。如果金屬材料車運行出現(xiàn)問題，那么則有可能影響到正常生產(chǎn)，嚴重還會引起生產(chǎn)事故，因此，金屬運輸車傳動機構(gòu)的科學設計是十分關鍵的。金屬材料車是運輸金屬液的設備，長期處于高溫、重載的惡劣工況條件下，其傳動機構(gòu)在設計時首要考慮的就是高溫重載工況下運行的平穩(wěn)性與可靠性。

1 金屬運輸車整體設計方案選定和工作原理概述

1.1 金屬材料車設計方案及傳動機構(gòu)基本組成

金屬材料車的傳動形式有很多中，其中電機式帶傳動形式由于具有結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，成本低廉的優(yōu)勢因而被廣泛采用，我們以此為設計整體方案。電機式帶傳動金屬運輸車傳動機構(gòu)主要由以下部分組成：驅(qū)動電機、減速機、輸入聯(lián)軸器、輸出聯(lián)軸器以及車輪組件，包括車輪本體、車輪連接件、車輪軸、軸承等。

1.2 金屬材料車傳動機構(gòu)基本工作原理

目前在冶金設備中金屬材料車的功能、傳動形式和自動化程度差異很大，其傳動形式可分為兩輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動。金屬材料車工作時，由控制單元向驅(qū)動電機發(fā)出信號，控制金屬材料車開始向生產(chǎn)工位行進，此時金屬材料車電機開始轉(zhuǎn)動并向輸入聯(lián)軸器輸出轉(zhuǎn)矩，減速器會將電機輸出轉(zhuǎn)矩以理想的速比傳輸至車輪軸和輸出聯(lián)軸器，繼而帶動車輪軸以及車輪旋轉(zhuǎn)，推動機車行進至生產(chǎn)工位。

2 金屬材料運輸車驅(qū)動功率與減速器速比的確定。

2.1 金屬材料車驅(qū)動功率計算及電機的選擇。

電機是金屬材料車的“心臟”，金屬材料車電機的選擇前首先應準確計算它的阻力力矩，然后確定金屬材料車所需的驅(qū)動功率。金屬材料車在正常工作時，需要頻繁地起動和停止，所以應以金屬材料車起動時所消耗的功率作為金屬材料車驅(qū)動的額定功率。金屬材料車平穩(wěn)運行時，阻力矩主要來自于軸承轉(zhuǎn)動和車輪與軌道之間的摩擦力，其摩擦力的大小與軸承等部件的摩擦系數(shù)，以及金屬材料車的實際載重量有關，此時金屬材料車電機所需力矩可用以下公式計算：M1＝λ1?N?(f＋d÷2?μ)÷i式中M1為平穩(wěn)運行狀態(tài)下的金屬材料車動力矩，λ1為修正系數(shù)，N為金屬材料車滿載狀態(tài)下的重量，f為車輪的滾動摩擦系數(shù)，對于鋪設良好的光滑軌道f＝0.0005m；d為軸承滾動摩擦當量半徑；μ為軸承的滾動摩擦系數(shù)，通常設定μ＝0.0015～0.003。由于對車輪和軌道的摩擦沒有準確的數(shù)學模型，為了減少設計誤差，提高金屬材料車運行的安全性，工程設計中往往需要引入修正系數(shù)對理論計算數(shù)值進行修正。

電機功率的計算除了要考慮機車起動和平穩(wěn)運行時需克服的阻力，還要考慮需要克服的慣性力。金屬材料車在時間t內(nèi)，從零加速至最高速Vmax，會產(chǎn)生較大的平移慣性力，電機克服慣性力所需的功率可用以下公式計算：Ma＝m?(Vmax÷t)?(d÷2)÷i式中M為金屬材料車起動時慣性矩，m為機車滿載時的總質(zhì)量，t為起動時間。金屬材料車起動時電機所需力矩應為：M∑＝M1＋Ma，即為各所需力矩之和。則金屬材料車起動時電機所需的理論驅(qū)動公式為：PD＝M∑?n÷9550η。

式中PD為金屬材料車啟動時電機所需力矩（KW），η為驅(qū)動效率。

2.2 減速機速比的確定。

金屬材料車電機采用變頻控制，為了使機車可以在起動、勻速行駛、減速等不同運行狀態(tài)下保持合適的速度，既滿足冶金工藝要求和生產(chǎn)節(jié)奏需要。速度越快慣性越大，金屬運輸車在滿載狀態(tài)下重量最大可達到數(shù)百噸，較快的車速下其慣性也是非常大的；由于金屬材料車運輸?shù)氖?600℃高溫的金屬液，因此為了防止液體灑濺，減少過高的車速對人員和設備的潛在威脅，通常要求金屬材料車最大運行速度不得超過25～30m/min。金屬材料車減速機速比的確定應以機車最大設計速度為基準，計算公式如下：

式中i為減速機速比，d為車輪直徑，n為電機輸出轉(zhuǎn)速，Vmax為機車最大運行速度。

3 傳動裝置的結(jié)構(gòu)設計

3.1 傳動結(jié)構(gòu)的設計

在確定金屬材料車的電機功率和減速機速比之后，就要確定傳動裝置的結(jié)構(gòu)，包括電機、減速機、車架和車輪組件等構(gòu)件的布置形式。金屬材料車傳動機構(gòu)設計的關鍵是要保證其運行的可靠性，因此，在冶金生產(chǎn)中，為了避免因金屬材料車電機故障而導致生產(chǎn)停滯，金屬材料車一般采用雙電機減速器獨立驅(qū)動。

3.2 車架結(jié)構(gòu)的設計。

車架即為機車的主體構(gòu)架，是電機、減速機、聯(lián)軸器、車輪組件以及高溫金屬液的載體，其設計的關鍵是要保證車架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，要求車架結(jié)構(gòu)具有較強的剛度和強度。車架結(jié)構(gòu)分為整體式和分體式，分體式車架的優(yōu)點是拆卸和運輸比較方便，承載梁和連接梁等拆解部件均采用高強度螺絲固定。

3.3 車輪組件的設計。

車輪是支撐整個金屬材料車荷載的部件，在電機驅(qū)動下使金屬材料車在軌道上往來行進。金屬材料車車輪的設計首先應保證其具有足夠的強度，能夠承受較高的輪壓。輪緣的設計則與軌道有關，車輪輪緣結(jié)構(gòu)可分為雙輪緣、單輪緣和無輪緣三種，由于金屬材料車載重量很大，為了限制金屬材料車跑偏或橫向滑移，金屬材料車車輪通常采用雙輪緣結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

隨著冶金工藝的發(fā)展，對于金屬材料車傳動機構(gòu)的設計也一直在不斷的改進和完善當中。設計中必須要認真分析金屬材料車使用的環(huán)境條件，合理確定金屬材料車電機功率，減速機速比，傳動裝置布置形式，才能使金屬材料車設計滿足冶金生產(chǎn)需要，保證運行的可靠性和經(jīng)濟性。