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罗泰克胎带机上料平台走行装置设计计算 |
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作者： |
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摘要：三峡工程引进了世界上先进的可移动式混凝土运输、浇筑设备——罗泰克胎带机，小时浇筑强度可达270m3。为了解决胎带机的供料问题，自行研制了可移动式上料平台。
关键词：胎带机；混凝土；三峡工程
1 概述
罗泰克胎带机上料平台是专门从美国引进的可移动式混凝土输送设备——罗泰克胎带机相配套的辅助设备。该设备每小时最大浇筑强度为270m3，但设备购置时与其配套的运输车数量很少，配以普通自卸汽车就不得不设计一个与之配套的上料平台。根据罗泰克胎带机的工作特点，要求上料平台结构安全可靠，且移动要灵活方便，要达到以上要求。其行走装置的设计就显得尤为重要。
2 设计计算
2.1 上料平台主要结构简介
上料平台主要由平台梁、平台柱、平台铺板、牵引装置、走行装置、转换装置及栏杆等组成。走行装置是上料平台的附属装置，主要是承担上料平台的短距离运输，根据上料平台的使用要求，行走装置的设计将直接关系到平台的使用性能。
2.2 走行平台的方案及结构选择
根据上料平台的工作特点和性质，要求上料平台在工作状态要安全可靠，而在运输状态下要灵活、方便。考虑到平台的自重很大，一般情况下，在运输状态要采用4点支承。但如果在运输状态下采用4点支承，将会使整个行走装置变得复杂，且转向亦不灵活，这样势必增加其成本，现场运输时也不方便，所以在方案选择时，我们采用两点支承，这样只需采用较大承载力的轮胎即可满足要求，且配合转换装置可以很方便地实现工作状态和运输状态之间的转换。因此，只要轮胎在设计过程中能满足要求。选用两点支承的方案即可简化结构，降低成本，又可有效地满足施工要求。
附图 横断面结构示意图
在进行结构选择时，由于在施工过程中，上料平台通常只作短距离运输，所以行走装置的悬挂可选用结构比较简单的刚性悬挂，即选用强度和刚度都很可靠的正方形箱形结构，悬挂与车轮轴采用固定式联接，车轮轴通过轴承与轮胎连接，结构简图见附图。
2.3 走行装置的设计计算
2.3.1 刚性悬挂的设计计算
悬挂在运输状态或由工作状态向运输状态转变时，它不能始终保持与地面垂直，当其与地面呈一定夹角时，将受到因自重而引起的弯矩作用，所以，悬挂同时承受平台自重产生的轴心力和由于自重引起的弯矩的作用，因此，悬挂装置是一个压弯杆件。对于压弯杆件，在进行设计计算时，只需对其稳定性计算即可满足要求。稳定性计算如下：
N/ψA+βmxMmax/γsWx(1-0.8N/NEX)≤[f] (1)
式中：N-悬挂的轴心压力(N)；
Mmax-悬挂所受的最大弯矩(N·mm)；
N-悬挂截面积(mm2)；
NEX-欧；拉临界力；
λx-构件对X的长细比；
ψ—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；
WX弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面惯性矩；
βmx-计算弯矩作用平面内稳定性时的等效弯矩系数；
βmx=1-0.2N/NEX
γX-悬挂的截面塑性发展系数。对于受静力、荷载或间接承受动载荷的结构取γx=1.05。
通过对悬挂的稳定性计算，确定其截面为350mm×350mm，板厚16mm。
2.3.2 轮胎的设计计算
轮胎的设计是上料平台走行装置设计的关键，它对行走装置的方案选择起着决定性的作用。
目前，我国国产普通轮胎有充气轮胎和实心轮胎。实心轮胎一般尺寸较小，承载力也很小；而上料平台的自重很大，要求轮胎的承载力也很大，实心轮胎无法满足承载力的要求，所以我们选用充气轮胎。充气轮胎按胎内的压力一般可分为高压胎、低压胎和超低压胎。在轮胎尺寸不变的情况下，增加充气压力可以提高轮胎的承载力。由于上料平台所需轮胎的承载力很大，加之外形尺寸受到一定条件限制，因此要选用高压轮胎。
充气轮胎的承载能力，可根据公式(2)确定：
W＝2.31KAP0.585B1.39(d+B)
式中：W-轮胎的实际承载力(N)
K-轮胎的构造系数(载重类型K＝0.425～0.465)；
P-轮胎的充气压力(kg/cm2)；
B-装在理想轮辋上的充气断面宽度(cm)
B=B1180°-arcsinC/B1/141.3°
式中：B1-轮胎断面宽度；
C-轮辋宽度；
d-轮辋直径(cm)
A-速度系数，该值可查规定的表格得知。
选择轮胎时，首先根据载荷分配算出单个轮胎承受的最大负荷Wmax。再根据最大负荷参照国产轮胎技术规格选用适合的轮胎，保证：
[W]＞Wmax (3)
式中：[W]-轮胎标准中规定的许用载荷。
相同规格的轮胎在改变充气压力和行驶速度时，轮胎的承载能力可按轮胎的技术性能和式(2)用比拟法确定：
W1=A1/[A][W](P1/P)0.585 (4)
式中：W1-实际的轮胎承载能力(N)；
A1—实际的轮胎行驶速度系数；
P1—实际的轮胎充气压力；
[A]—规定的轮胎速度系数；
[P]—规定的轮胎充气压力。
若机械所用轮胎的充气压力不变，但行驶速度改变时，轮胎承载能力可用公式(5)确定：)
W1=A1/[A][W](N) (5)
在实际轮胎的计算中，选用轮胎的数量为4个，但因单个轮胎所受的负荷很大，加之受外形尺寸的限制，国产普通高压轮胎无法满足承载力的要求，因此我们选用了承载力很大且耐冲击的超高压的飞机轮胎，其充气压力为0.9MPa，承载能力经过计算能满足要求。
2.3.3 车轮轴的设计计算
车轮轴在工作状态下只起支承上料平台自重的作用，并不传递动力，且在工作时轴是不转动的。属固定心轴，只承受弯矩的作用。因此在设计计算过程中，车轮轴只作强度计算和刚度的校核。我们选用车轮轴为空心轴，则其强度的计算按公式(6)进行：
σ=10M/d3×1/(1-γ4)≤[σ-1] (6)
式中：
σ—轴计算截面上的工作应力(MPa)；
d—轴的直径(mm)
M—轴在计算截面上的弯矩(N·mm)；
γ—空心轴内径d0与外径d之比，
γ=d0/d
[σ-1]许用疲劳应力(MPa)。
轴刚度的校核是计算轴在工作状态下的变形量，使其不得超过许用限度，即：
Y≤[Y] (8)
式中：
Y—计算变形量；
[Y]—许用变形量；[Y]＝(0.003～0.005)ι。
ι—轴的总长度。
轴的变形量的精确计算很复杂。通常用简单方法来计算，通过简化计算轴的变形量可由公式(9)求得：
式中：i—计算变形处的变形量(挠度Y)mm；
M—轴所承受的弯矩(N·mm)；
M'—在计算变形处加单位力Fi＝1N或
单位力矩M'＝1N·mm时轴上引起的弯矩(N·mm)；
E—材料弹性模量，对于钢E＝2.1×105MPa；
I—截面惯性矩(mm4)；
ιi—各段轴的长度。
如果轴上各载荷不在同一平面内，则可把这些载荷分解成互相垂直的两个平面内的分力，分别计算出这两个平面内各截面处的Y，然后用矢量法求出其合成挠度即可。通过设计计算，车轮轴直径外径d为100mm，内径d0为70mm，其强度和刚度均能满足要求。
3 结语
上料平台自投入运行以来，其走行装置能有效地满足设计要求，其运行效果比较理想，走行装置的设计是成功的。(end)
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(7/6/2005) |
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