10吨电动平车设计说明书.docx
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10吨电动平车设计说明
书
1引言
当代工厂中，电动平车因其承载力强、容易操作和装卸的特点得到广泛应用。
而且，
由于其经济性高，故障率低和清洗方便等优点，企业首选其当做内部的运输车辆。
1.1 电动平车的概念
电动平车，又称电动平板车，也被称为平车、台车、过跨车、地爬车等，是工厂内部常用的电力驱动动的轨道运载车辆，可以在台面平整或非平整但无厢盖的条件下运行，车体由减速电机的驱动沿预先铺设的轨道运行，属于轨道式运输车。
1.2 电动平车主要技术参数
有轨电动平车相关参数包括：
尺寸，高度，吨位，供电模式，操作模式，轨道间距，轨道长度，供电方式及吨位是其主要技术参数。
一般情况下，电动平车以载重吨位或供电方式来确定它的规格。
2电动平车的总体设计
平板车主要包括导电系统，电控系统，传动系统，车身以及车轮组。
汽车的电控系
统主要有：
限定位置开关装置 /变压器，旋转警示灯等。
设计的时候，因为学科限制的
问题，重点作了对电动平车传动系统，车轮和车架的选择设计工作。
汽车驱动装置包括电动机，减速器，制动器，制动轮，皮带轮，用来驱动小车行走。
关于两种传动系的设计方案在下面图 2.1和图2.2作了表示。
通过比较，确定使用如图
2.2表示的传动方式。
该驱动装置一侧放置在身体的下部，同时为了方便汽车修理变速
器，设置检查孔在桌子上。
车架选择为焊接钢结构。
该框架由钢和钢板焊接。
平车动力系统的供电形式选取为
通过电缆卷筒供电。
.专业.专注.
图2.1传动方案1
1—制动器；2—电机；3—带传动；4—减速器；5—联轴器；6—车轮
.专业.专注.
图2.2传动方案2
1—制动器；2—电机；3—带传动；4—减速器；5—齿轮；6—车轮
3电动平车车轮的选用
车轮用于支撑整个装置的重量和电动平板车行走，可以分为轨道和轨道两，设计基于车轮的轨道。
3.1 车轮的材料选择
车轮材料根据它的作业级别和动力方式来确定。
对于机械驱动且速度为 30m/min以
上，中级及以上的工作类型，铸钢高于 zg55，表面硬度高于 HB=300~350，淬火的深度
在5毫米以上，这样能够延长车轮的寿命和增强车轮的耐磨层度。
对于轻级或用人力推动的形式，速度低于30米每分钟的时候，选用铸铁作为车轮材料，表面的硬度选用在
HB=180~240之间。
该电动平车利用机械运转提供动力，工作的级别是轻量级，行动的速度是
30米每
分钟，综合考虑到这些因素，选用 55zg铸钢作为轮子的制作原料，表面上淬火的坚硬
.专业.专注.
度达到HB=310~360，表面上淬火的深浅度大于20毫米（距花纹最深的地方大于20毫米，坚硬度大于HB=180~240）。
3.2 车轮的结构选取
车轮能够按照轮缘的不同分为无缘、单缘（小车）和双缘（大车） 。
轮缘的主要用
途是引导方向和预防车轮脱离轨道。
轮的接面可以制作成一个圆锥，圆柱或着鼓的形状，大多数的情况下都选择前边两
个形状。
通过本次设计的任务要求可以知道，轮子对平车的运动状况的影响并不高，但为了
进一步的减少电动平板车的制作本金， 因此选定为单个车轮轮辋型车， 代号为DL。
结构
简图如图3.1所示。
图3.1 单缘车轮
3.3 车轮的直径选取
车轮的大小由压轮，轮直径较大的压力增加，但直径太大，设备的成本也会相应增
加，同时会导致车轮转速低的传导机制更加复杂。
所以，当车轮的直径达到极限的大小
的时候，通常选择的方法是增加轮数以分担车轮压力。
如果轮数大于四，为使让汽车轮压分布的平均，那么就需要安装平衡装置。
车轮数的初步选定 n=4，电动平板车的质量 m=2T，是从以上，依据设计书的要
求和负载的大小确定其最大车轮压力：
M
m
式（3.1
）
P
13T
n
参照[8]
表6-1和6-2表，选择压力面是圆柱形的单个轮边缘的车轮，轮数确定
.专业.专注.
是n4。
.专业.专注.
4对传动系参数的计算
综上所述，确定使用第二种的传动方式。
传动方案简图如图 4.1所示。
图4.1 传动方案
1—制动器；2—电机；3—带传动；4—减速器；5—齿轮；6—车轮
设计参数：
1．运输重量：
10T
2．轨距：
1435mm
3．行走速度：
30m/min,行走距离：
40m
4. 台面尺寸：
50003200mm
4.1 电动机的选用
4.1.1电动机的类型选用
三相电路异步启动电动机是众多起重用的机械和冶炼金属用机械的动力装置。
它拥
有很高的机械强度跟抵抗过高过载的功能。
YZR系列是“绕线”转子电机， YZ系列是“笼型”转子电机。
冶金起重电机转子
广泛使用，但在电机启动不是很频繁，功率容量和全压启动许可的地方后，还可以使用笼型转子。
所以选择使用YZR、YZ系列的三相异步电机。
.专业.专注.
4.1.2 电动机的功率选用
电机额定的功率应不小于工作机所需要的其输出的功率。
如果电机的功率比工作需
要的小，就无法使机器的能够正常的工作；如果电机长时间的超负荷运转，会使其发热量过大使电机过早出现故障；如果功率太大，那么相应的会使成本加大，并且会使电机
长时间的低负荷运行，功率因数和效率过低，能量无法高效率利用。
工作机所需功率为：
Fv
（Mm）gv
0.05
（50
8）
9.8
30
PwS
60
15.63kw
式（4.1）
S
1.1
1000
1000
1000
式中：
S——安全系数，其值为S
1.1；
——摩擦系数，其值为 0.05；
M——平车的载重量，其值为 M 50T；
m——平车自重，其值为 m 8T；
v——行走速度，其值为 v 30m/min；
g——重力加速度（N/kg），其值为
9.8N/kg。
电机的输出功率：
Pd
Pw
Pw
15.63
kw
式（4.2）
3
3
0.96
0.983
0.983
18.76
1
2
3
式中：
1——带传动效率；
2
——滚动轴承效率；3
——齿轮传动效率。
查[2]
表1-7的1
0.96、
20.98、3
0.98。
检查[2]
表12-7
电机额定功率22w。
4.1.3 电动机的转速选用
该电机在不同的转动速度下拥有的额定功率是一样的。
低速电机系列的轮廓大，重
量高，价格昂贵，但是能够让电机总的传动比和尺寸减小，而高速电机是完全不同的，
应考虑到各个不同的影响因素来选择合适的电机转速。
按照负荷的不同，可以把电机划分成 S2（短时间内使用作业制）、S3（断续周期内使
用作业制）、S4（启动的断续周期性使用作业制）、S5（电制动的断续周期使用作业制 ）。
电机确定为断续周期内使用作业制度，每个作业周期范围每个小时内只需要启动使用 6
次。
电机的负载的持续工作效率 FC 40%，FC（起动+制动）/工作时间范围。
所以选用为YZR225M 8电机，电机的负载的持续工作效率是 FC 40%的时候的
旋转速度为715r/min。
4.1.4 电动机的型号选用
根据电机确定的功率
Ped
18.76kw
和转动速速
nd
715r/min
，根据[2]
表12-7
可以确定要使用的电机模型：
YZR225M8。
.专业.专注.
4.2 传动比的计算
车轮的转速：
601000v
60
1000
30
nw
60
19.1/min
式（4.3
）
D
500
r
式中：
D——车轮直径，其值为D
500mm；
v——行走速度，其值为v
30m/min。
总传动比：
nm
715
37.43
式（4.4
）
i
19.1
nw
取带传动的传动比i0
1.87，
式（4.5
）
则低速时传动比
i
37.43
3.78
i2
1.4
1.87
式（4.6
）
1.4i0
电机减速器速度较低时的传动效率的比值
i1
1.4
1.4
3.785.29；取
i4
1
。
i2
式中：
nm——电动机满载转速，其值为
nm
715r/min
；
nw——车轮转速，其值为nw
19.1r/min。
4.3 进行计算传动装置的动力性参数
机械传动装置动力性参数是进行每一个传动件设计的十分重要的理论依据。
对其部
件进行设计，第一步要算出各个轴的转动速度，扭矩和功率。
每个轴的动力参数大都是根据电机与工作机动力的传递方式来计算。
4.3.1 各轴转速
①Ⅰ轴：
nI
nm
=
715
382.35r/min；
式（4.7）
i0
1.87
②Ⅱ轴：
Ⅱ
nI
382.35
72.28
/min
；
式（4.8）
=
n
r
i1
5.29
③Ⅲ轴：
.专业.专注.
Ⅲ
nII
=72.27
19.12
r
/min。
式（
4.9
）
n
i2
3.78
4.3.2 各轴功率
①Ⅰ轴：
PIPd118.760.9618.20kw
式（4.10）
②Ⅱ轴：
P
P
2
3
18.76
0.96
0.98
0.98
17.12
kw
；
式（4.11
）
Ⅱ
I
③Ⅲ轴：
P
P
2
3
18.76
0.96
0.982
0.982
16.27kw
。
式（4.12
）
Ⅲ
Ⅱ
4.3.3 各轴转矩
①Ⅰ轴：
TI
9550
PI
=9550
18.20
454.58Nm；
式（4.13
）
nI
382.35
②Ⅱ轴
TII
9550PII
=9550
17.12
2261.98N
m；
式（4.14
）
nII
72.28
③Ⅲ轴
TIII
9550
PIII
=955016.27
8126.49N
m。
式（4.15
）
nIII
19.12
4.3.4 运动和动力参数列表
表4.1
运动和动力参数列表
轴名
运动和动力参数
转速n/r/min
功率P/kw
转矩T/Nm
Ⅰ轴
382.35
18.20
454.58
Ⅱ轴
72.28
17.12
2261.98
Ⅲ轴
19.12
16.27
8126.49
4.4 带传动设计
4.4.1 已知条件
电机的输出功率Pd 18.76kw，小带轮转速nm 715r/min，传动比i0 1.87，每天
.专业.专注.
工作时间为16小时，负荷变化时，负载起动。
4.4.2 设计步骤和方法
①
确定计算功率
该计算是基于传输功率和功率
P与工作条件和确定
Pca
KA
P
式（4.16）
其中：
Pca——计算功率，kw；
KA——工作情况系数，见[1]表8-7；
P——所需传递的额定功率，kw；
则
Pca
KA
P
1.5
18.7628.14kw
式（4.17）
②
选择V带的类型
工作系数查[1]表8-7
可知KA
1.5
。
通过功率Pca8.805kw和小轮的转动速度
n1nm
715r/min，和[1]p157
图8-11选定V型带为常见的C型。
③
确定带轮的直径dd同时检验其运动速率v
1）初步选择较小型传送轮的直径
dd1。
根据[1]
中图8-6和表8-8
选择较小型轮的基准直径dd1200
mm。
2）验算带速v
参考[1]
（8-13），根据带的计算速度。
带的传送速度一般不高于
30米每秒。
验算带的速度
v
dd1
n1
200
715
式（4.18）
60
1000
60
7.49m/s
1000
经检验满足了设计的要求，所以此时的带速是合适的。
④
计算大带轮的直径
根据dd2
i0
dd1来算出大带轮的直径
dd2
i0
dd1
1.87
140374mm
式（4.19）
⑤
验算传动比
实际传动比
i
dd2
374
1.87
式（4.20）
dd1
200
误差w
ii0
100%
1.87
1.87100%
0
5%，符合要求
i
2.5
⑥
选定中心距离a，同时选定V带长的参考数值Ld。
1）根据中心距的数值和尺寸大小的限制，通过
[1]（8-20）确定初始中心距的位
.专业.专注.
置a0。
将把上面算得的数据带进式子
0.7（dd1
dd2）a02（dd1dd2）得
401.8a
1148
，初步确定中间位置距离
a
0
0
=410mm
2）计算相应的带长Ld0
由[1]式（8-22）有
Ld0
2a0
（dd1
（dd2dd1）2
mm
式（4.21）
2
dd2）
1740.10
4a0
根据[1]8-2
选定长度Ld
1800
mm。
3）计算中心距a及其变动范围传动的实际中心距近似为
Ld
Ld0
410
1800
1740.105
479.95mm
式（4.22）
aa0
2
2
取整为480mm；
amin
a
0.015Ld
480
0.015
1800
453mm
式（4.23）
amax
a
0.03Ld
440
0.031800
494mm
式（4.24）
⑦检验包围的角度
1
通过[1]式8-7确定，小带轮的包围角度
1比较小。
再根据[1]式8-6，小带轮上受
到的总摩擦力也比较小。
因此，在小车轮可能发生滑移。
为了提高工作的驱动能力，应
使1180（dd2
dd1）57.3
90
由此知
a
1
180
374
200
57.3
159.23
120
式（4.25）
480
⑧确定带的根数
z
Pca
KAP
式（4.26）
Pr
（P0
P0）KKL
为了让V带所受到的力的大小是平均分布的，带数常常不超过
5根。
通过表8-4a（见[1]
）得P
3.8235kw；查表
8-4b
（见
[1]
）得P
0.2125kw；
0
0
查表8-5（见[1]）得K
0.92658；查表8-2（见[1]）有KL
0.88。
于是得：
Pca
Pca
28.14
4.82
z
（P0
P0）K
KL（3.82350.2125）
.92658
Pr
0.88
式（4.27）
取z=5根
⑨每一根V带的初始拉力的计算
根据式（8-26）（见[1]），考虑离心力和包角，单根 V带的最小初拉力为
.专业.专注.
F0
500
（2.5
K
）Pca
qv2
式（4.28
）
K
zv
由[1]表8-3查得
q
0.30kg/m
式（4.29）
故有
F0500
（2.5
0.92658）
28.14
0.30
7.492
654.81N
式（4.30
）
0.92658
5
7.49
4.4.3V 带轮的轮槽
轮槽的选择必须跟V带相照应。
带型为 B型带。
该界面如图 5.2所示：
图4.2 轮槽的界面形状
轮槽的截面尺寸：
表4.2 轮槽的界面尺寸
dd
槽型bd
ham
升级会员 