ZP-25型重型平板车的力学计算与选择

摘要 矿用重型平板车主要是用来在井下运输采煤设备,在其设计中力学计算与选择是确保重型平板车安全运行的关键。ZP型重型平板车的设计经力学校核,符合煤矿安全规程要求,满足了煤矿运输的需要,受到了用户的好评,取得了良好地经济效益和社会效益。

关键词 重型;平板车;力学计算

中图分类号TD421文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)21-0131-02

随着采煤机械化水平的不断提高,井下采煤机械设备越来越多,设备的规格重量也越来越大,根据煤矿井下设备运输的需要,欲设计一ZP-25型矿用重型平板车,将设备运送到采煤面或工作地点,本文将ZP型重型平板车的力学计算和选择进行了论述。

1 重型平板车的技术要求与结构特点

1)牵引条件:巷道运输采用ZK10-600/550矿用架线式电机车牵引;上山运输采用矿用调度绞车,巷道坡度λ=5‰;上山最大倾角α=10°。

2)额定载重量:W=25t。

3)运行参数: 轨距:600mm;轴距:1 100mm;轮径:300mm;装载台车面高:370mm。

4)平板车结构。由车盘、轮对牵引装置组成,车盘由14#槽钢、四角加三角板组焊而成框架结构,两端焊有牵引装置座;轮对采用双列球面轴承;牵引装置由牵引座、插销、牵引三环链组成。

2 平板车所承受牵引力计算

根据列车运行理论,平板车在电机车牵引下沿轨道运行,平板车在牵引状态时,作用在平板车上的力有3个,即牵引电机车产生的与运动方向一致的牵引力F,与运动方向反向的静阻力Wj,平板车加速运行的惯性阻力Wo。

1)静阻力:列车运行的静阻力,因运行速度低,只计基本阻力和坡道阻力

基本阻力:W0=(G+Q)*ω

其中G为平板车载重、Q为平板车自重;ω为基本阻力系数,平板车设计自重1 500kg;基本阻力系数0.0053,则;W0=1404.5N

附加阻力:

坡道阻力:巷道运输:W1′=(G+Q)λ=1.325kN

上山运输:W1″=(G+Q)sinα=46.017kN

其中λ为巷道坡度,λ=5‰;α为上山倾角,α=10°。

2)惯性阻力:根据W2=(G+Q)/g×(1+r)×a

其中g为重力加速度取10;r为惯性系数取0.1;a为列车加速度取0.05;则W2=1.458kN

3)平板车牵引力:巷道运输:Wx= W0+ W1′+ W2=2.729kN 上山运输:Ws =W0+ W1″+ W2=47.421kN

参照矿车标准取重型平板车额定牵引力F=60kN

3 平板车轮轴和牵引部的力学计算

平板车的主要受力一是轮轴负荷冲击力;二是牵引部拉力,设计选择要符合“煤矿安全规程”的规定。

1)牵引部分两部分组成,即Ф48牵引插销、三环链和由Q235钢板焊接而成的牵引支座,支座结构及受力,如图3所示。

牵引插销强度校核:牵引插销由三环链与驱动电机车连接,牵引插销的受力状态可简化为简支梁,根据工程力学理论:NB=70/105F;NA=35/105F;M=35×NB,则插销实际抗弯强度为:

σ=M/W=35×10-3×70×60×103/105лd3/32=85.8MPa

插销材料选用45钢,按照《煤矿安全规程》第四百一十四条:“6σ=514.5MPa

牵引支座强度计算:支座先由钢板焊成箱形结构后再与支架焊接,施工中采用二氧化碳气体保护焊,坡口形式如图所示为双面V形,焊缝为斜角角焊缝,根据焊接强度理论公式:σf=N/helW≤βf

其中βf为焊缝承载动力系数,根据井下条件,按承受动力载荷设计,取动力系数为1;为焊缝强度设计值,按等强度设计取Q235-A破断强度值为375MPa;he为焊缝有效厚度取30mm;lw为有效长度区485×2-40;则:σf = 2.15 MPa

同理支座板与车架焊接σ=1.2MPa

按照《煤矿安全规程》取6倍安全系数则:

6σ= 6×2.15=12.9≤βf=375

所以,设计符合《煤矿安全规程》要求。

2)轮轴强度计算:

轮轴如图二所示由轮轴、轴承和车轮等组成,轮轴的受力主要是荷载与车盘自重的合力及惯性力通过车盘轴架作用到轮轴上,其力学模型为简支梁模型如图2所示。

危险端面为轴架加载面,根据材料力学公式:σ=M/W

其中M=120×10-3PP=270kN P0=P/4

考虑到设备在平板车放置可能与平板车中心不重合,取最大不重合系数K为1.3,则P0=KP/4=87.75kN;简支梁抗弯截面模量W=Лd3/32则

取45碳素结构钢正火处理σ=355MPa,按一般轴设计,安全系数n=1.15-4.0,取n=2.5则355/107.31=3.3符合设计要求,考虑井下道轨实际情况,轴承选用两盘双列球面轴承53119,经核算符合要求。

4 结论

ZP型重型平板车的设计经以上力学校核,符合设计要求和煤矿安全规程要求,按施工要点进行施工生产,生产后的ZP型重型平板车经6个月的运行实践,各项技术性能指标符合设计要求,满足煤矿运输的需要,受到了用户的好评,取得了良好地经济效益和社会效益。