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仲太生，王军领，金 魏，詹俊勇，罗素萍，董 凯 （扬力集团股份有限公司 项目科，江苏 扬州 225127） 摘要：首先对换模小车行走装置进行运动分析，并对其车轮受力进行分解，通过推导计算出滚动摩擦阻力和惯性阻力的计算公式和数值，最后求出小车行走所需要的电机减速机扭矩和功率，为换模小车行走的减速机规格选型和电机功率选型等提供可靠依据，其中滚动摩擦阻力计算时，不仅考虑了理论摩擦力而且还考虑了车轮轮缘与轨道的摩擦阻力、爬坡阻力等因素，使计算结果更贴近实际，保证考虑因素的完整性。 关键词：换模小车；滚动摩擦；扭矩；功率；电机减速机 在设计换模小车、对其行走电机减速机选型时，往往因过于保守而选型过大，不仅增加了电机减速机成本，而且在其安装空间要求上也增加了困难。为了准确选择电机减速机型号，特作本文的推导。首先换模小车运行时必须要克服两种力：①平稳状态下的摩擦阻力；②小车启动时，小车及其载荷的惯性力。 1 换模小车运行阻力1.1 滚动摩擦阻力F3 换模小车驱动机构传动简图如图1所示，根据换模小车驱动和车轮的受力，可建立如图2所示的力学模型[1]。  图1 小车驱动机构简图  图2 车轮受力分解图 根据力在水平方向和竖直方向的守恒，可得公式如下：  式中：G——小车重量，G=100000N； G2——模架重量，G2=200000N； N——轨道对小车车轮支承力。 将滚动力矩M1=δ·N和轴承滚动力矩M2=μ（G1+ G2）·D/2分别代入公式（1）、（2）可得轨道对小车车轮的摩擦力F为[2]：  式中：δ——车轮与钢轨的滚动摩擦系数，δ= 0.0005m； D——车轮直径，D=0.26m； d——轮轴轴承内径，d=0.09m； μ——滚动轴承摩擦系数，μ=0.0015～0.008。 因车轮轮缘与轨道的摩擦阻力和轨道的弯曲和轨道表面不平坦，以及运转时车轮的摆动等因素都有可能造成阻力，小车还有一附加摩擦阻力[3－4]。对式（3）取一系数K1=1.5，认为等于小车在最大载荷时运行的最大摩擦阻力F1，公式如下：  由于小车轨道不可能为理想的平直状态，故小车运行时有爬坡现象，计算小车运行阻力时必须考虑。钢轨安装前须保证水平，安装后两钢轨纵向倾斜度小于1/600，根据力的分解可得爬坡阻力F2[5]：  将式（4）、（5）相加可得小车在最大载荷时运行的最大静阻力F3：  1.2 小车在启动运行时的惯性阻力计算 小车在启动时，速度由零增加到换模小车工作速度，需要克服小车和负载重量的惯性力。惯性力的计算可由动力学基本方程牛顿第二定律得出，惯性力计算公式为：  式中：V——小车行走速度，V=n·π·D=7.6×3.14× 0.26/60=0.103（m/s）； n——车轮转动速度，n=7.61/min； t——小车速度由零到匀速运动的加速时间，t=1s。 2 小车驱动的额定扭矩和功率2.1 额定扭矩 由公式（6）可得电机减速机的力矩Mj等于小车最大静阻力矩同为[6]：  由式（7）得电机减速机的力矩Md等于换模小车的惯性力矩同为：  电机减速机需要的总扭矩为：  2.2 电机额定功率 当小车由电机驱动平稳运行时，根据功率定义，由式（6）、（7）可得： （1）当小车由电机驱动平稳运行时，小车在最大载荷平稳运行时的静功率P1： 式中：η——小车运行机构传动效率，η=0.9。 （2）当小车速度由零增加到小车的工作速度时，小车克服整个小车及负载的惯性力的功率为P2： 将式（11）、（12）相加得到小车在最大载荷运行时，电机需输出功率的计算公式： 3 结语首先根据换模小车车轮的受力情况，画出换模小车车轮受力分解简图，然后推导出滚动摩擦力的计算公式，根据小车自身重量计算出滚动摩擦力；再由小车的行走动态特性，推导计算出小车惯性阻力和数值，最后求出驱动换模小车电机减速机所需要的扭矩和电机功率，最终根据小车的行走速度确定了电机减速机型号和电机转速功率，为准确选择电机减速机型号提供了依据，节约了成本。 参考文献： [1] 陈春灿.轧机机组中小车拖动扭矩或功率的计算[J].有色金属加工，2010，（4）：46-47. [2] 王军领，郑 翔，吴 焕.圆柱滚子轴承动静态有限元分析[J].扬州大学学报（自然科学版），2012，（2）：43-46. [3] 王军领，郑 翔，姚菁琳.高速压力机机身减振的研究[J].制造技术与机床，2013，（9）：72-76. [4] 李 敢.造船门式起重机上小车轨道两侧轮压差对整机的影响[J].中国重型装备，2015，（1）：15-17. [5]王军领，詹俊勇，仲太生.传动间隙对高速压力机下死点重复精度影响分析与测试[J].锻压装备与制造技术，2013，（3）：19-22. [6]濮良贵.机械设计（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 Abstract：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. Keywords：Die-changing car;Rolling friction resistance;Torque;Power;Geared-motor 中图分类号：TG315.5 文献标识码：A DOI：10.16316/j.issn.1672－0121.2017.01.009 文章编号：1672－0121（2017）01－0042－02 收稿日期：2016－10－11； 修订日期：2016－12－15 通讯作者：王军领（1985－），男，工程师，硕士，从事机械结构自动化设计。E－mail：w756251@qq.com |
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