軌道式手推平車錐度車輪在曲線軌道上的運用

2018-06-02 10:32:04姜靜濤李享

中國新技術新產品 2018年8期

姜靜濤李享

摘要：正常情況下，工礦企業使用的軌道式平車均采用圓柱式車輪，平車是直線運動，需要變向時，平車是借助下方的埋入式旋轉平臺調向，接軌后推出，但由于工況環境的限制，需要平車進行小半徑的曲線通過，這已經是圓柱車輪不可能實現的。

關鍵詞：平車；車輪組；錐度；軌道

中圖分類號：U231 文獻標志碼：A

0 引言

平車正常沿軌道運動是通過帶輪緣的圓柱車輪滾動向前運動的，為保證車輪與軌道間無啃軌現象，4組車輪安裝時有意讓其有水平對稱的內八或外八，水平力相抵保證向前的導向，但是遇到曲線軌道，圓柱車輪完全不適用，存在著嚴重啃軌，卡死推不動，甚至出軌現象。

1 圓柱車輪曲線軌道實驗

試驗條件：4組臺車組與運輸平臺間增加水平旋轉軸，增加推力軸承。臺面尺寸4500mm×3000mm，軌道型號60mm×40mm，試驗臺直道5m，彎道半徑36m，軌距2000mm，彎道長度6.2m。

1.1 第一次試驗狀態

（1）4組臺車組與運輸平臺固定，輪子為單輪緣，輪緣在軌道外側。

（2）兩人推空載。

（3）當左前輪進入彎道時，右前輪的輪緣與軌道接觸產生啃軌，促使右前輪強行轉彎，摩擦力增大，使左前輪及右前輪與軌道同時產生橫向摩擦力，人力已無法克服此摩擦力，運輸車無法前行。增加人力則車輪爬出軌道。

1.2 第二次試驗狀態

（1）4組臺車組與運輸平臺間增加水平旋轉軸，增加推力軸承，輪子為單輪緣，輪緣在軌道外側。

（2）兩人推空載。

（3）當左前輪進入彎道時，右前輪的輪緣與軌道接觸產生啃軌，促使右前輪強行轉彎，因為有旋轉軸的作用，右前輪在輪緣的作用下進入彎道，拖動左前輪也進入彎道，因左前輪與右前輪運行無速度差，致使左前輪始終處于被拖動狀態，而右前輪因輪緣作用始終處于強行轉彎狀態，同時八輪失去導向約束，存在連滾帶滑的現象，摩擦力較大，不適合正常搬運工作。

1.3 第三次試驗狀態

（1）4組臺車組與運輸平臺間增加水平旋轉軸，增加推力軸承，輪子為單輪緣，輪緣在軌道外側，在臺車外增加水平導向輪。

（2）理論分析：因臺車轉銷與水平導向輪之間存在轉矩，要克服前后兩輪橫向水平摩擦位移，才可使車輪轉彎。水平導向輪將承載巨大水平力。此方案不合理。

2 圓錐車輪曲線軌道實驗

2.1 4組臺車組與運輸平臺間增加水平旋轉軸，增加推力軸承

八輪輪緣均布置在軌道內側，八輪輪踏面均為1∶20斜度。

2.2 2 人推空載或5人推15t載荷

在直線軌道上運動時，因輪踏面存在斜度，運輸平臺整體呈蛇形運動狀態。當左前輪接觸彎道時，左前輪在輪緣的作用下進入彎道，此時左前輪處于大徑運動狀態，右前輪處于小徑運動狀態，左右后輪處于擺尾游動狀態。當左后輪進入彎道，在輪緣的作用下，左后輪也處于大徑的運動狀態，右后輪處于小徑運動狀態。此時整個運輸平臺進入彎道，由于左側運動速度大于右側，整體運動平穩。

2.3 10人推動30t載荷

在直線軌道上運動時，因輪踏面存在斜度，運輸平臺整體呈蛇形運動狀態，由于載荷量大，車輪與軌道間的摩擦力增大，滾動的同時滑動阻力變大，車輪與軌道間有滑動現象。當左前輪接觸彎道時，左前輪在輪緣的作用下進入彎道，此時左前輪處于大徑運動狀態，右前輪處于小徑運動狀態，左右后輪處于擺尾游動狀態，此時后輪有明顯滑動現象。當左后輪進入彎道，在輪緣的作用下，左后輪也處于大徑的運動狀態，右后輪處于小徑運動狀態。此時整個運輸平臺進入彎道，由于左側運動速度大于右側，整體運動平穩，僅內軌車輪存在間歇性滑動現象。

3 圓柱車輪試驗結果原因分析

當安裝圓柱車輪的平車在直道軌道運動時，平車上四角處每個車輪因直徑相等，運行速度也相等，則每個車輪線運動相等，不會存在速度差。但當進入彎道時，由于外側軌道的弧長為（圖1）：π（R+K）θ°/180°=π·R·θ°/180°+π·K ·θ°/180°，內側軌道的弧長為：π·R·θ°/180°；由此外軌上的車輪要比內軌上的車輪多走：π·K·θ°/180°的距離，而直徑相等的圓柱輪是不可能走出這個距離差的，因此引入了帶錐度車輪的技術。

圓錐車輪試驗結果原因分析：

由于圓柱輪在直線軌道上運動理論上是純滾動，但車輪進入彎道時，在輪緣的作用下，產生滑動+滾動，同時由于車輪組安裝在小車架上，整個小車架也隨著這個車輪的水平滑動而產生位移，推動著其他車輪的滑移變位，輪壓小的時候，產生的滑動摩擦力較小，人力尚可推動，但載重加大后，輪壓變大后，摩擦阻力已非人力可以克服，因此就產生了上述試驗結果。如果進入彎道后，外側軌道上的車輪能夠在同一時間內滾出π·R·θ°/180°+π·K·θ°/180°的距離，而內側軌道上的車輪能夠在同一時間內滾出π·R·θ°/180°的距離，即在彎道上外側輪比內側輪多滾出π·K ·θ°/180°的距離，平車就完成了曲線通過。

當平車在直道上運動時，錐度車輪在軌道上除了垂直壓力外，還會因車輪錐度而產生水平力，左右兩側車輪的水平力大小左右交替變化，會使平車以蛇形運行方式完成直線段運動，當進入彎道時，外側軌道上的車輪會首先滾入錐度輪的大徑端，隨后在輪緣的作用下，促其轉向，同時繼續在大徑端滾動，內側軌道上的車輪則會通過平車架車輪固定間距2000mm，被動地拖入錐度車輪的小徑端運動。

如圖2所示，假設小徑端與軌道接觸點直徑為d，大徑端與軌道接觸點直徑為（d+Δ），于是大徑端（d+Δ）比小徑端d在同一時間段要多滾出π·K ·θ°/180°的距離：

[π（d+Δ）-π·d] ·m=π·K ·θ°/180°

得：Δ= K ·θ°/180°·m

式中：

K—軌距。

θ°—軌道曲線段弧長角度。

m—車輪滾出圈數。

Δ是圓錐車輪與軌道接觸最大徑處和與軌道接觸最小徑處的直徑差。

由此可以得出結論：m越小，即車輪直徑越大，Δ可以相應減少。

結語

通過試驗和說明分析證明，雖然圓錐車輪可以曲線通過，但車輪的錐度不宜過大：

（1）車輪與軌道接觸面減少，局部壓應力增大，易產生材料局部疲勞，易磨損，壽命短。