网址：www.jxgcs 电邮：*******************2021年第3期
王明龙，孟祥东
（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆401122）
0引言
本文所述钢卷小车是用于冶金行业带卷生产车间中立式带卷的运输，即上卷、卸卷或转运钢卷，是带卷生产车间的重要辅助设备。作为带卷生产线的开始或结束设备，该设备起到了至关重要的作用，其工作的正常与否直接影响了整个产线的产能。其中用于上卷的钢卷小车负责将步进梁运输机或鞍座上的原料钢卷运输到悬臂开卷机的卷筒或双柱（或锥头）开卷机的圆柱（或锥头）上，并将钢卷套在卷筒或双柱（或锥头）之间的中心位置，完成上卷工序。用于卸卷的钢卷小车负责将钢卷从卷取机卷筒上托出，然后运输到固定鞍座或步进梁运输机，完成卸卷工序。用于转运钢卷的小车负责在步进梁运输机或固定鞍座之间运输钢卷[1-2]。
钢卷小车的升降一般采用液压缸驱动，动作平稳、结构简单。钢卷小车的平移采用电动机或液压马达驱动。钢卷小车在两条平行的钢制轨道上运行，依靠车轮与钢轨之间的摩擦力来驱动钢卷小车运行。另外， 如果小车加速度、减速度过大，就需要采用链轮链条传动或齿轮齿条传动以避免车轮打滑。在钢卷小车传动的设计过程中，要根据工况合理地选择传动结构，以避免车轮在轨道上打滑。本文主要分析以电动机驱动的钢卷小车的传动情况。1钢卷小车传动结构
钢卷小车由小车本体、升降鞍座、驱动装置、轨道、伸缩安全盖板等部件组成，如图1所示。其中小车本体为焊接钢结构，至少配有4个车轮，若小车需要跨轨可采用6个或8个车轮。车轮上设计有轮缘，用于小车运行时的导向。升降鞍座装在小车本体上，由液压缸推动升降，且设有导卫装置以保持升降鞍座直线升降。为了实现钢卷小车的自动操作，为小车平移及升降设置有传感器，实时监控平移及升降位置，进而对其进行闭环控制，如图2所示。
钢卷小车
的平移运行机构属于有轨支承运行，采用钢制车轮支承在钢制轨道上沿轨道滚动运行。其优点是支承能力大运行阻力小冲击小。钢卷小车的车轮通过传动机构进
行驱动，一般分为电动机传动或液压马达传动。该传动机
构的关键在于是否采用了防车轮打滑的同步机构，而同步机构的采用取决于车轮与轨道之间的摩擦力能否为钢卷小车提供足够的驱动力并保证钢卷小车加减速时车轮不打滑。通常情况下，考虑到传动机构的复杂程度，尽量不采用同步机构。下面着重对钢卷小车的平移运动进行传动分析计算。
摘要：对冶金行业带卷运输用钢卷小车的各种传动参数进行分析，并以某工程为例，从主动轮数量、加速度、减速度大小
方面进行分析计算，为小车传动的设计提供依据。
关键词：钢卷小车；主动轮；加减速；车轮打滑
中图分类号:TH 132文献标志码:A
文章编号：1002-2333（2021）03-0123-03
Analysis and Calculation of Steel Coil Trolley Transmission for Coil Transportation in Metallurgical Industry
WANG Minglong,MENG Xiangdong
(CISDI Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)
Abstract:This paper analyzes various transmission parameters of the steel coil trolley for coil transportation in the metallurgical industry.Taking a project as an example,the number of driving whe
els,acceleration,and deceleration are analyzed and calculated to provide a basis for the design of trolley transmission.Keywords:steel coil trolley;driving wheel;acceleration and deceleration;wheel slip
带卷升降鞍座
小车本体升降液压缸
车轮
轨道
钢卷小车升降高位
钢卷小车升降低位
图1钢卷小车结构示意图
图2钢卷小车平移控制示意图
带卷
车轮轨道
后退极限位
后退减速位
b
汽车阻尼板小车平移电动机
c
赵兰兴钢卷小车移动后退
前进
d
高温锂基脂e
f
等待位前进减速位鞍座位前进极限位
行走位置
测量激光
测距仪123
2钢卷小车平移运动的传动计算分析
钢卷小车处于厂房内，在无风且水平状态下运行，可以不考虑风阻对小车的影响。据此对钢卷小车平移运动的传动分情况进行分析如下。
2.1钢卷小车平稳运行时的传动计算
钢卷小车平稳运行，不考虑小车的加速，运行阻力包括车轮轴承的摩擦阻力和车轮踏面沿轨道的滚动阻力；另外，由于水平运行时偏斜总是不可避免的，因此还要考虑轮缘沿轨道侧面的附加摩擦阻力[3]。3种摩擦阻力之和F f的计算公式为
F f=Gμd+2k D c。
式中：G为运行质量的重力，N；D为车轮直径，mm；d为车轮轴径，mm；k为车轮沿轨道的滚动摩
擦力臂，mm，通常k≈0.5mm；μ为轴承的摩擦因数，滑动时μ=0.08，滚动时μ=0.015；c为偏斜运行的侧向附加阻力系数，c=1.2~1.8。
以某一实际工程为例进行计算：车质量为7100kg，钢卷质量为28000kg，运行质量的重力G=343980N；车轮直径D=315mm；车轮轴径d=130mm；取k=0.5mm，μ= 0.015（滚动轴承），c=1.5。求得3种摩擦阻力之和F f= 4832.1N；作用到车轮上的3种摩擦阻力矩之和M f=F f·D/ 2=761.05N·m。
该工程中钢卷小车运行速度v=0.6m/s，传动电动机功率计算公式为
P f=F f·vη。
其中η为传动系统效率，取η=0.9。计算得P f=3.22kW。
根据以上计算得知，若钢卷小车平稳运行（即不考虑小车变速运行）需要电动机传动功率为3.22kW以上，与实际工程测得电动机传动负荷值相符。实际上，钢卷小车在钢卷的运输过程中总是在不断地启停及加速，因此在实际应用中要充分考虑小车启停及加速时的电动机传动能力。
2.2钢卷小车加速时的传动计算
机械制图标题栏
钢卷小车的传动一般只有一部分车轮由电动机通过减速机或齿轮马达驱动，这部分车轮称为主动轮。钢卷小车的运行由主动轮与轨道之间的摩擦力驱动。工程设计时，为了简化传动机构，主动轮数量越少越好。如果主动轮数量过少，钢卷小车起动时由于提供摩擦力驱动的车轮正压力过小将产生车轮打滑现象，进而造成车轮磨损甚至难以启动，但是主动轮增多又会增加机构的复杂程度及平移控制的难度，这是一个矛盾的关系，需要合理取舍。
钢卷小车平移的驱动力是由电动机通过主动轮踏面与轨道间的黏着摩擦提供的。钢卷小车加减速时，电动机的驱动力需要克服运行惯性力和运行静摩擦力之和，而要保证钢卷小车加速时车轮不打滑，车轮与轨道的黏着摩擦力需要不小于电动机的驱动力，即
μ0F N≥ma+F f。
式中：μ0为黏着系数，室内工作时取μ0=0.15；F N为主动轮的总轮压，N；m为运行的总质量，kg，m=G/9.8；a为钢卷小车加速度，m/s2，a≤μ0F N/m-（μd+2k）Gc/（mD）。
以2.1节中提到的实际工程为例：m=35100kg；钢卷小车共有4个车轮，其中有2个为主动轮，不考虑偏载时F N=G/2=171990N。代入上式，求得a≤0.6m/s2，即钢卷小车的最大加速度为0.6m/s2，一旦超过该值，车轮将打滑。若其中仅有1个为主动轮，不考虑偏载F N=G/4= 85995N。代入上式，求得a≤0.23m/s2。
若4个车轮均为主动轮，则F N=G=343980N。代入上式，求得a≤1.33m/s2。
该工程钢卷小车运行速度v=0.6m/s，按照中速与高速（常用的）工况取加减速时间为3s，加速度为0.2m/s2。该工程采用2个主动轮的传动方式，能够保证起动时车轮不打滑并完成正常起动。
在确保钢卷小车起动时不出现打滑现象的前提下，电动机传动功率计算公式为
P=ma+F fη·v。
计算得P=7.9kW。在2.1节中已经得出钢卷小车在平稳运动时需要电动机传动功率为3.22kW，即平稳运动时电动机负荷为41%，与实际工程测得传动电动机负荷值相符。
所需加速速距离：
S=v·t/2。
计算得S=0.9m。
若取加减速时间为4s，加速度为0.15m/s2，计算得P= 6.7kW。平稳运动时电动机负荷为48%，与实际工程测得传动电动机负荷值相符。计算得所需加速速距离S=1.2m。
将以上的几种情况汇总，如表1所示。
通过对表1分析可知，在负载及运行速度一定的情况下，小车加速度越大，所需加速距离越小，传动电动机功率越大。在设计过程中要根据小车的运行情况及使用要求合理选择小车的加速度。
综上，钢卷小车的传动设计
首先通过小车加速度来确定主
动轮数量，接着计算小车在加速
时所需传动电动机功率，据此选
取电动机。
3大加/减速度钢卷小车防滑
措施
多数工程中不会用到很大
加/减速度或1
但在某些特殊情况下还是有此
类情况的应用，在此情况下可以
采用链轮链条辅助传动（如图3
或齿轮齿条辅助传动（如图4）
序
号
总负载
/kg运行速度
/(m·s-1)加速时间/s加速度
/(m·s-2)加速距
离/m
电动机
功率/kW
备注1351000.6——— 3.22平稳运行2351000.630.200.97.90—3351000.640.15 1.2 6.70—表1小车在不同加速度下所需传动电动机功率
车轮
轨道
链轮
链条
3钢卷小车链轮链
条辅助传动结构
示意图
核桃壳滤料124
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（上接第120页）
（上接第122页）
构能够满足设备的使用要求，相较于设备的运行精度而
言远远满足其使用要求，优化结果可行。综合以上分析，本次结构优化在保证零件强度和刚度的前提下，减少了零件的质量，降低了生产成本。4结语
本文通过使用SolidWorks 软件的Simulation 有限元分析功能，对全自动激光去溢料机中的推料板零件在静应力分析的基础上进行结构优化改进，以达到在保证设备使用性能的前提下降低零件的生产成本，并对改进后的推料板零件再次进行强度验证。
结果表明，通过对设计完成的零部件进行以有限元分析为基础的结构优化，能够在保证零件强度的前提下，有效地减轻其质量。该方法的使用可以较好地优化全自动激光去溢料机中关键零部件的质量，从而降低零部件乃至设备的生产成本。[参考文献]
[1]严金林，樊春明，李中华，等.闸板防喷器壳体强度分析方法研究[J].机械工程师，2020（5）：141-144.[2]李利，杨林彬，张德伟，等.新型橡胶破碎机关键部件有限元分析[J].橡胶工艺，2019（5）：376-381.[3]刘阳.基于ANSYS 的采煤机截割部关键零件有限元分析[J].煤矿机械，2018（11）：164-166.
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张蕾，高峰，任亚洲.刮板输送机挡板槽帮减重及有限元分析[J].
煤矿机械，2020（4）：75-77.
（编辑马忠臣）
作者简介：周琦（1981—），男，硕士，副教授，研究方向为机械创新设
计、虚拟制造。
收稿日期：2020-07-24
效果。3结语
本文通过对牙嵌式电磁离合器的基本描述，明确了离合器的零部件组成、工作原理及其在阀门行业的应用。并选取了LHQ-1600型号的牙嵌式电磁离合器，对其基本参数进行了确定并对其强度进行了计算，验证了其设计的合理性。通过对影响离合器转矩传递的参数进行了分析，并在对减小齿形半角后其所能传递转矩进行计算后发现，当齿形半角减小了20%后，其所传递的转矩增加了59.37%，减小齿形半角对于提高离合器的传递转矩有着非常显著的效果。这对后续的产品改进提供了重要依据。
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（编辑马忠臣）
作者简介：张静（1987—），男，本科，工程师，主要从事阀门设计及新
产品开发工作。
收稿日期：2020-08-04
定采用哪一种传动方式，然后确定主动轮数量、加/减速度数值，最后根据相关参数计算所需传动电动机功率，进而选定传动电动机。若通常传动方式无法满足工况需要，可以考虑采用链轮链条辅助传动或齿轮齿条辅助传动，甚至可以考虑采用液压缸直接驱动小车行走。在设计过程中，设计者可以根据工况灵活选择传动方式。
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版社,2003:68-92.
（编辑邵明涛）
作者简介：王明龙（1981—），男，硕士研究生，高级工程师，从事冶金
设备设计研究工作。
收稿日期：2020-08-18
车轮
轨道红外线烤炉
齿条
齿轮
图4钢卷小车齿轮齿条辅助传动结构示意图
车轮轨道液压缸
图5液压缸驱动钢卷小车传动结构示意图
125
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