換模小車驅(qū)動(dòng)力矩及功率計(jì)算

仲太生，王軍領(lǐng)，金 魏，詹俊勇，羅素萍，董 凱

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司 項(xiàng)目科，江蘇 揚(yáng)州 225127）

換模小車驅(qū)動(dòng)力矩及功率計(jì)算

仲太生，王軍領(lǐng)，金 魏，詹俊勇，羅素萍，董 凱

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司 項(xiàng)目科，江蘇 揚(yáng)州 225127）

首先對(duì)換模小車行走裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，并對(duì)其車輪受力進(jìn)行分解，通過(guò)推導(dǎo)計(jì)算出滾動(dòng)摩擦阻力和慣性阻力的計(jì)算公式和數(shù)值，最后求出小車行走所需要的電機(jī)減速機(jī)扭矩和功率，為換模小車行走的減速機(jī)規(guī)格選型和電機(jī)功率選型等提供可靠依據(jù)，其中滾動(dòng)摩擦阻力計(jì)算時(shí)，不僅考慮了理論摩擦力而且還考慮了車輪輪緣與軌道的摩擦阻力、爬坡阻力等因素，使計(jì)算結(jié)果更貼近實(shí)際，保證考慮因素的完整性。

換模小車；滾動(dòng)摩擦；扭矩；功率；電機(jī)減速機(jī)

在設(shè)計(jì)換模小車、對(duì)其行走電機(jī)減速機(jī)選型時(shí)，往往因過(guò)于保守而選型過(guò)大，不僅增加了電機(jī)減速機(jī)成本，而且在其安裝空間要求上也增加了困難。為了準(zhǔn)確選擇電機(jī)減速機(jī)型號(hào)，特作本文的推導(dǎo)。首先換模小車運(yùn)行時(shí)必須要克服兩種力：①平穩(wěn)狀態(tài)下的摩擦阻力；②小車啟動(dòng)時(shí)，小車及其載荷的慣性力。

1 換模小車運(yùn)行阻力

1.1 滾動(dòng)摩擦阻力F3

換模小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，根據(jù)換模小車驅(qū)動(dòng)和車輪的受力，可建立如圖2所示的力學(xué)模型[1]。

圖1 小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 車輪受力分解圖

根據(jù)力在水平方向和豎直方向的守恒，可得公式如下：

式中：G——小車重量，G=100000N；

G2——模架重量，G2=200000N；

N——軌道對(duì)小車車輪支承力。

將滾動(dòng)力矩M1=δ·N和軸承滾動(dòng)力矩M2=μ（G1+ G2）·D/2分別代入公式（1）、（2）可得軌道對(duì)小車車輪的摩擦力F為[2]：

式中：δ——車輪與鋼軌的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，δ= 0.0005m；

D——車輪直徑，D=0.26m；

d——輪軸軸承內(nèi)徑，d=0.09m；

μ——滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)，μ=0.0015～0.008。

因車輪輪緣與軌道的摩擦阻力和軌道的彎曲和軌道表面不平坦，以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車輪的擺動(dòng)等因素都有可能造成阻力，小車還有一附加摩擦阻力[3－4]。對(duì)式（3）取一系數(shù)K1=1.5，認(rèn)為等于小車在最大載荷時(shí)運(yùn)行的最大摩擦阻力F1，公式如下：

由于小車軌道不可能為理想的平直狀態(tài)，故小車運(yùn)行時(shí)有爬坡現(xiàn)象，計(jì)算小車運(yùn)行阻力時(shí)必須考慮。鋼軌安裝前須保證水平，安裝后兩鋼軌縱向傾斜度小于1/600，根據(jù)力的分解可得爬坡阻力F2[5]：

將式（4）、（5）相加可得小車在最大載荷時(shí)運(yùn)行的最大靜阻力F3：

1.2 小車在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的慣性阻力計(jì)算

小車在啟動(dòng)時(shí)，速度由零增加到換模小車工作速度，需要克服小車和負(fù)載重量的慣性力。慣性力的計(jì)算可由動(dòng)力學(xué)基本方程牛頓第二定律得出，慣性力計(jì)算公式為：

式中：V——小車行走速度，V=n·π·D=7.6×3.14× 0.26/60=0.103（m/s）；

n——車輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，n=7.61/min；

t——小車速度由零到勻速運(yùn)動(dòng)的加速時(shí)間，t=1s。

2 小車驅(qū)動(dòng)的額定扭矩和功率

2.1 額定扭矩

由公式（6）可得電機(jī)減速機(jī)的力矩Mj等于小車最大靜阻力矩同為[6]：

由式（7）得電機(jī)減速機(jī)的力矩Md等于換模小車的慣性力矩同為：

電機(jī)減速機(jī)需要的總扭矩為：

2.2 電機(jī)額定功率

當(dāng)小車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)功率定義，由式（6）、（7）可得：

（1）當(dāng)小車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，小車在最大載荷平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的靜功率P1：

式中：η——小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，η=0.9。

（2）當(dāng)小車速度由零增加到小車的工作速度時(shí)，小車克服整個(gè)小車及負(fù)載的慣性力的功率為P2：

將式（11）、（12）相加得到小車在最大載荷運(yùn)行時(shí)，電機(jī)需輸出功率的計(jì)算公式：

3 結(jié)語(yǔ)

首先根據(jù)換模小車車輪的受力情況，畫出換模小車車輪受力分解簡(jiǎn)圖，然后推導(dǎo)出滾動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式，根據(jù)小車自身重量計(jì)算出滾動(dòng)摩擦力；再由小車的行走動(dòng)態(tài)特性，推導(dǎo)計(jì)算出小車慣性阻力和數(shù)值，最后求出驅(qū)動(dòng)換模小車電機(jī)減速機(jī)所需要的扭矩和電機(jī)功率，最終根據(jù)小車的行走速度確定了電機(jī)減速機(jī)型號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速功率，為準(zhǔn)確選擇電機(jī)減速機(jī)型號(hào)提供了依據(jù)，節(jié)約了成本。

[1] 陳春燦.軋機(jī)機(jī)組中小車拖動(dòng)扭矩或功率的計(jì)算[J].有色金屬加工，2010，（4）：46-47.

[2] 王軍領(lǐng)，鄭 翔，吳 煥.圓柱滾子軸承動(dòng)靜態(tài)有限元分析[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，（2）：43-46.

[3] 王軍領(lǐng)，鄭 翔，姚菁琳.高速壓力機(jī)機(jī)身減振的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013，（9）：72-76.

[4] 李 敢.造船門式起重機(jī)上小車軌道兩側(cè)輪壓差對(duì)整機(jī)的影響[J].中國(guó)重型裝備，2015，（1）：15-17.

[5]王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生.傳動(dòng)間隙對(duì)高速壓力機(jī)下死點(diǎn)重復(fù)精度影響分析與測(cè)試[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，（3）：19-22.

[6]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006：307-385.

Calculation of drive torque and power for die-changing car

ZHONG Taisheng,WANG Junling,JIN Wei,ZHAN Junyong,LUO Suping,DONG Kai
（YangLi Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The motion analysis has been conducted to the traveling device of the die-changing car.The forcing of the wheel has been decomposed.The calculation formula and figure of the rolling friction resistance and inertial resistance have been deduced.Finally,the torque power of the geared-motor required by the movement of the car has been obtained,which provides reliable reference for selection of reducer size and motor power.During the calculation of rolling friction resistance,not only the theoretical friction has been taken into account, but also the climbing resistance and the frictional resistance between the wheel rim and the track.Thus in this way,the result is more close to the reality,which ensures the completeness of factors.

Die-changing car;Rolling friction resistance;Torque;Power;Geared-motor

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672－0121.2017.01.009

1672－0121（2017）01－0042－02

2016－10－11；

2016－12－15

王軍領(lǐng)（1985－），男，工程師，碩士，從事機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。E－mail：w756251@qq.com