冶金行業中金屬車傳動機構的結構與設計研究

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工藝的重要設備，在轉爐冶煉、二次精煉以及連鑄等生產環節，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問題，那么則有可能影響到正常生產，嚴重還會引起生產事故，因此，金屬運輸車傳動機構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，其傳動機構在設計時首要考慮的就是高溫重載工況下運行的平穩性與可靠性。

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構簡單，運行穩定，成本低廉的優勢因而被廣泛采用，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主要由以下部分組成：驅動電機、減速機、輸入聯軸器、輸出聯軸器以及車輪組件，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動和四輪驅動。金屬材料車工作時，由控制單元向驅動電機發出信號，控制金屬材料車開始向生產工位行進，此時金屬材料車電機開始轉動并向輸入聯軸器輸出轉矩，減速器會將電機輸出轉矩以理想的速比傳輸至車輪軸和輸出聯軸器，繼而帶動車輪軸以及車輪旋轉，推動機車行進至生產工位。

2 金屬材料運輸車驅動功率與減速器速比的確定。

2.1 金屬材料車驅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動的額定功率。金屬材料車平穩運行時，阻力矩主要來自于軸承轉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，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為平穩運行狀態下的金屬材料車動力矩，λ1為修正系數，N為金屬材料車滿載狀態下的重量，f為車輪的滾動摩擦系數，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，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對理論計算數值進行修正。

電機功率的計算除了要考慮機車起動和平穩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，從零加速至最高速Vmax，會產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下保持合適的速度，既滿足冶金工藝要求和生產節奏需要。速度越快慣性越大，金屬運輸車在滿載狀態下重量最大可達到數百噸，較快的車速下其慣性也是非常大的；由于金屬材料車運輸的是1600℃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為電機輸出轉速，Vmax為機車最大運行速度。

3 傳動裝置的結構設計

3.1 傳動結構的設計

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構，包括電機、減速機、車架和車輪組件等構件的布置形式。金屬材料車傳動機構設計的關鍵是要保證其運行的可靠性，因此，在冶金生產中，為了避免因金屬材料車電機故障而導致生產停滯，金屬材料車一般采用雙電機減速器獨立驅動。

3.2 車架結構的設計。

車架即為機車的主體構架，是電機、減速機、聯軸器、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構的穩固性，要求車架結構具有較強的剛度和強度。車架結構分為整體式和分體式，分體式車架的優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，車輪輪緣結構可分為雙輪緣、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構。

4 結語

隨著冶金工藝的發展，對于金屬材料車傳動機構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需要，保證運行的可靠性和經濟性。