夏衛(wèi)明，嵇寬斌

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225009）

液壓機是工業(yè)生產(chǎn)中常用設(shè)備，大型液壓機沖壓生產(chǎn)線中，模具尺寸和重量均較大，一般需要用行車起吊安裝。液壓機多采用移動工作臺結(jié)構(gòu)，移動工作臺可以移出機身外側(cè)，方便更換和安裝模具。

目前，國內(nèi)外液壓機移動工作臺多采用減速機驅(qū)動滾輪實現(xiàn)移動工作臺的運動。移動工作臺的行走重量、滾輪大小、減速比等直接關(guān)系到移動工作臺驅(qū)動功率的選擇。

正確選擇驅(qū)動功率對液壓機移動工作臺設(shè)計尤為重要，選擇過大易造成功率浪費、制造成本增加、安裝空間不足等問題。選擇過小則致驅(qū)動扭矩不足、不能驅(qū)動移動工作臺行走、驅(qū)動電機過熱等故障。

本文在查閱相關(guān)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合一個移動工作臺設(shè)計的實例，論述了液壓機移動工作臺驅(qū)動功率的計算方法。

1 移動工作臺參數(shù)

行走速度：V≈60mm/s；

移動工作自重加承載：W=7×105N。

采用四輪支撐，兩輪驅(qū)動，移動工作臺驅(qū)動機構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 移動工作臺驅(qū)動機構(gòu)簡圖

2 確定滾輪直徑和寬度

滾輪直徑直接關(guān)系到移動工作臺的運動速度和摩擦力矩，滾輪直徑和寬度還影響滾輪與路軌的接觸應(yīng)力。滾輪與路軌的接觸應(yīng)力必須小于材料的許用接觸應(yīng)力值，否則容易造成路軌壓凹變形。路軌壓凹變形還會增加移動工作臺的運動阻力，造成驅(qū)動功率不足?？砂凑蘸掌澖佑|應(yīng)力公式進(jìn)行校核和選取滾輪直徑和寬度。

式中：F——單個圓柱滾輪承載，F(xiàn)=W/4（N）；

E——彈性模量，MPa；

B——滾輪寬度，mm；

R——滾輪半徑，mm；

σHP——許用接觸應(yīng)力[1],MPa,滾輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)硬度 215～225HB，σHP=440～470MPa。

根據(jù)移動工作臺設(shè)計空間，初步選取滾輪半徑R=225mm，寬度 B=110mm，根據(jù)式（1）可得接觸應(yīng)力：

可知，最大接觸應(yīng)力超過許用接觸應(yīng)力，需要調(diào)整滾輪半徑和寬度，但還可通過調(diào)整滾輪和路軌鑲條的硬度來提高許用接觸應(yīng)力。

路軌鑲條一般采用45鋼板制造，45鋼淬火，硬度可達(dá)到42～45HRC,其許用接觸應(yīng)力可以提高約1.5倍，約為700MPa，滿足接觸強度條件，所以路軌和滾輪需表面淬火處理。

淬火鋼的許用接觸應(yīng)力極限值σHlim可按下式計算：

又：45HRC≈60HV（HV——維氏硬度）

所以45鋼淬火，其許用接觸應(yīng)力極限值可達(dá)：

σHlim=0.541*60+882=914 MPa

因此，本文所述實例不調(diào)整滾輪半徑和寬度，而將路軌鑲條和滾輪進(jìn)行淬火熱處理，以提高其許用接觸應(yīng)力值。

3 選擇總傳動比

減速機驅(qū)動電機一般采用四級異步電動機，其轉(zhuǎn)速n≈1420r/min。

滾輪的速度：

由（3）式可得總傳動比：

可得：

根據(jù)總傳動比i＝i1×i2，分配減速機傳動比i1和齒輪副傳動比i2。i2的選擇受設(shè)計空間的限制，還需要進(jìn)行齒輪模數(shù)和強度的校核，本文在此不做詳細(xì)論述。

4 計算滾輪行走阻力

（1）平面行走阻力Wr（N）

式中：k——滾輪軸承摩擦系數(shù)，取0.01；

d——軸承外圈半徑，d=17.5cm；

R——滾輪半徑，cm；

fs——滾輪與路軌之間的摩擦系數(shù)，取0.1。

代入數(shù)據(jù)：

（2）行走時路軌彎曲產(chǎn)生的斜面行走阻力Fr（N）

式中：θ1——路軌產(chǎn)生的撓角度，，其中δ1=0.2mm，L=1000mm；

θ2——導(dǎo)軌安裝和制造的精度，導(dǎo)軌安裝精度和彎曲應(yīng)在2mm/1000mm以內(nèi)，。

代入數(shù)據(jù)得：Fr=1679（N）

（3）移動工作臺在2s內(nèi)速度從0→V的慣性阻力 Fa（N）

由牛頓第二定律：

式中：a——移動工作臺從靜止到勻速運動的加速度，m·s-2；t——移動工作臺啟動時間，s；g——重力加速度，g=9.8m·s-2。

（4）移動工作臺行走時克服路軌壓凹所需要的力 Fs（N）

式中：fs——導(dǎo)軌凹陷長度，cm；其他各物理量意義及單位制與式（5）同。

由赫茲接觸半徑公式：

式中：∑B——四個滾輪寬度之和，mm；

E——彈性模量，E=2.0×105（MPa）。

5 移動工作臺行走功率

行走時所需的功率（kW）：

啟動時所需的功率（kW）：

其中：F1——Wr與Fs中較大者；

η——機械效率，取0.85；

K——安全系數(shù)，取1.25。

代入數(shù)據(jù)：

所以移動工作臺在啟動時的功率要比正常行走時功率大許多，移動工作臺在穩(wěn)定速度行走時所需功率會有所降低，這與實際情況一是相同的。

6 移動工作臺越障礙功率

液壓機移動工作臺驅(qū)動功率的計算還需要考慮路軌上不平，路軌鑲條接縫的不平度和移臺路軌上有細(xì)微障礙物的影響。

如下圖2所示，移動工作臺滾輪要越過障礙，滾輪驅(qū)動力矩需要克服移動工作臺和模具重量作用在滾輪和障礙物之間的力矩：

由上圖之間的關(guān)系得：

圖2 移動工作臺越過障礙物示意圖

式中：h——為障礙物高度尺寸，mm。

移動工作臺驅(qū)動電機功率與滾輪轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系為：

式中：n——減速機電機轉(zhuǎn)速n=1420r/min，i總傳動比。由式（12）、（13）、（14）得：

取障礙物的高度h=0.3mm，代入數(shù)據(jù)得：

7 選擇減速驅(qū)動電機功率

根據(jù)上文的論述可知，移動工作臺越過障礙物的功率為最大。因此，在選擇移動工作臺驅(qū)動電機功率時，應(yīng)以此功率為依據(jù)，結(jié)合減速機樣本，可以選擇驅(qū)動功率為3kW的四級電機。

8 結(jié)束語

（1）移動工作臺的滾輪尺寸的選擇需要根據(jù)移動工作臺滾輪與路軌的赫茲接觸應(yīng)力計算校核，接觸應(yīng)力不得超過許用接觸應(yīng)力。按照赫茲接觸應(yīng)力公式，移動工作臺滾輪的直徑和寬度越大，則接觸應(yīng)力越小。但受設(shè)計空間的限制和設(shè)計合理性的需要，滾輪的直徑和寬度不可能太大，可對移動工作臺滾輪和路軌鑲條進(jìn)行熱處理，以提高其許用接觸應(yīng)力值。

（2）移動工作臺在工作中受到各種不同的阻力，根據(jù)阻力和移動工作臺運動速度，得到了行走功率和啟動功率。移動工作臺的啟動功率大于行走功率，這與實際情況是一致的的。

（3）移動工作臺在工作中，由于路軌上的障礙物，移動工作臺越過障礙物的功率與障礙物的高度關(guān)系最大，根據(jù)我公司的設(shè)計實踐經(jīng)驗一般可取障礙物的高度為0.3mm。此功率大于移動工作臺的行走功率和啟動功率，因此選擇移動工作臺減速機驅(qū)動功率時需以此值為依據(jù)，并根據(jù)電機規(guī)格，適當(dāng)加大。

（4）設(shè)計實踐和用戶現(xiàn)場的使用表明，本文論述的液壓機移動工作臺功率計算方法是適宜的。