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PC60平板车转向机构受力分析及改进措施

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2024年4月2日发(作者:弭今)

56・ 梅山科技 2015年第4期 

PC60平板车转向机构受力分析及改进措施 

詹 红 

(梅山钢铁公司运输部 南京210039) 

摘要:对梅钢PC60平板车转向机构的脱焊故障进行了分析和机构受力计算,确认平板 

车在运行过程中因制动而产生的剪切力偏大是造成转向机构与平板之间脱焊的主要原因。将 

转向机构与平板连接由焊接方式改为圆锥套传递载荷方式,能够显著提高连接处的强度,从而 

彻底解决了脱焊问题。 

关键词:平板车;转向机构;脱焊;圆锥套 

Force Analysis and Improvement Measures of Steering Mechanism for PC60 Flatbed Vehicle 

Zhan Hong 

(Transportation Department of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039) 

Key words:flatbed vehicle;steering mechanism;unsoldering;cone set 

梅钢运输部码头目前共有25辆承载60 t的 

下轴承,并通过圆螺母与转向轴连接为一整体。 

PC60平板车,是板卷外发的主要生产运输设备。 

但在实际使用中,平板车的转向轴经常脱焊,平均 

2转向轴脱焊分析 

每4个月左右脱焊1次,维修时则需要将平板车 

平板车通过转向架与牵引车连为一体后,方 

翻身才能对转向轴进行检修,故维修作业周期长, 

可正常作业,见图2。正常行驶时,牵引车通过连 

且安全系数偏低。 

接销来牵引平板车。当牵引车刹车停止时,由于 

平板车没有刹车系统,故是通过转向架上的转向 

1 平板车转向轴的结构及工作原理 

轴撞击连接销和牵引车而停止。 

平板车是依靠转向轴与平板进行连接。转向 

轴结构见图1,由平板、转向轴、上轴承、下轴承、 

圆螺母及轴座等部分组成。平板与转向轴之间的 

连接采用了焊接方式。转向轴的上部分焊接在平 

板下部前侧的中间合适位置,转向轴的下部分套 

在轴座上,轴座上部大,安装上轴承,下部小,安装 

注:1一牵引车;2一连接销;3一转向架;4一平板车 

图2平板车示意图 

假设共同的初始速度为 ,牵引车刹车后经 

平板车撞击后的速度为 :,牵引车质量为m ,平 

板车总重m ,牵引销受撞击力为F,牵引车车轮 

与地面摩擦力为F麾,撞击时间为t。,车轮移动距 

注:1一平板;2一转向轴;3一上轴承;4一下轴承 

离为s ,撞击后行驶时间为t ,车轮移动距离为 

5一圆螺母;6一轴座。 

S ;地球重力常数为g。可知当牵引车刹车时与 

图1 转向轴装置示意图 

平板车撞击,则根据动量守恒定理…: 

詹红PC60平板车转向机构受力分析及改进措施 ・57・ 

m2 1=(m1+m2) 2, 

针对牵引车,根据动量守恒定理,碰撞时: 

/7/,l 2=(F—F麈)t】 

牵引车的总移动距离为碰撞时移动距离和碰 

撞后移动距离之和,即: 

5:51+Js2,s2: 2 s1: 2f1 

碰撞后牵引车受车轮摩擦力的影响而停 

止,即: 

F摩= m1g 

轮胎与地面的滚动摩擦系数 为0.02,滑动 

摩擦系数 为0.9。 

已知该平板车的最大承载力为60 t,连接牵 

引车行驶速度满载为 =7 km/h=1.9 m/s,此时 

制动距离S=190 rnm,自重7 t,故 2=1.7 m/s。 

则根据动量守恒定理: 

t2 

/x' g 0・19(s) 

.s1=.s一 2t2=0.03(m) 

撞击时牵引车所受的合力为撞击力与摩擦力 

之差,根据动能定理: 

F1:  ̄11

-= 

32

:= 337 167 N167(N), 

F=F1+F摩=398 907(N) 

转向轴与平板焊接处的环形焊缝外径半径为 

0.14 m,内径半径为0.13 m,转向轴连接位置所 

受力为剪切力, 为剪切面积,根据材料力学剪切 

力公式需要的强度为 : 

一一 一 

墨 2 

A一3

14×(0.14 X0.14—0.13×0.13) 

=47(MPa) 

平板车的工作级别设为A6,焊接位置所受力 

为垂直作用于焊缝,应力集中情况等级为K2,查 

得此时所用材料Q235的许用应力6 =lOO MPa, 

疲劳许用应力[ ]=58 MPa,实际需要的强度小 

于材料的许用强度,因此满足使用需求,此时转向 

轴处的安全系数A,= =1.2,显然转向轴处的 

安全系数偏低。平板车在运行及转向过程中,由 

于道路不平,上下颠簸且有时超速等因素,导致冲 

击力超过使用条件,剪切力超出许用应力,从而造 

成了转向轴与平板脱焊。 

3转向轴与平板连接方式的改进 

原平板车转向轴以下部分的连接机构保持不 

变,使上部转向轴的轴颈延长,在平板前部的中间 

位置内部焊接1个圆锥形套,圆锥形套与平板车 

的钢结构之间用型钢在4个方向焊接起来,将原 

焊接方式改为由圆螺母连接固定的方式,即将原 

来的焊接式固定连接方式改为现在的可拆卸式连 

接方式,见图3。 

注:1--平板;2一转向轴;3一上轴承;4一F轴承; 

5一圆螺母;6~轴座;7一圆锥套;8一连接板。 

图3 改进后装置示意图 

焊接部位在圆锥套与平板之间的连接板处, 

发生冲击部位的连接处的接触面积扩大,由原来 

的平行于焊接方向改变为垂直于焊接方向,同时 

在前后左右4个方向进行焊接固定,冲击力由转 

向轴传递到连接板,行驶方向的连接板承受拉压 

应力,垂直于行驶方向的连接板则起固定作用。4 

个连接板用多层筋板连接起来,以使圆锥套和连 

接板的结构更加稳定。 

轴承中心到转向轴圆锥套连接处的距离z 

为75 mm,圆锥套与转向轴连接的长度f 为 

140 mm,轴承受力为F,圆锥套受力为Ⅳ。 

1)转向轴强度。转向轴承受弯曲应力,根据 

7 

材料力学的弯曲应力计算公式 ,弯矩为N t,2= 

二 

最大受力截面直径为d,则最大受力截面抗弯 

截面模量为: 

3 

一 

w= =785 000 

j 

,. 

对于中心轴材料45钢而言,力矩 =Ⅳ = 

二 

则所需抗弯强度为: 

(下转第61页) 

公彦良煤气泄漏在线监测系统在梅钢的应用 ・61・ 

每次的数据都会更新到工控机数据库,而导致瞬时 

煤气浓度偏高的数据就会使工控机发生频繁的“假” 

报警。遇到此类情况,应在与厂家取得联系后,对程 

序进行更改,主控站收到煤气预警信息后,对一段时 

间内收到的信息进行分析,把持续高浓度或持续增 

高的浓度测点信息传至工控机进行报警提示,而不 

是每次预警都会有语音警示,这样就减少了“假”报 

警的情况,提高了系统的运行效率。 

该煤气泄漏在线监测系统在梅钢试运行2个 

月以来,经过对系统进行改进和完善,运行状况良 

好,预计将会在梅钢煤气管网系统中弥补在线煤 

气监控的空白,从而降低煤气管网因突发事故带 

来的风险,有效地提升煤气系统的管理效率。 

3 结语 

实时的网络系统,实现对现场煤气管网煤气浓度 

的现场监测和集中控制,是钢铁企业实现集控和 

提升管理水平的方式之一。 

本系统采用了优越的CAN总线技术,具有更 

快的更新速度、更高的转换精度、更小的转换线性 

误差、更强的抗干扰性能以及更远的传输距离等 

特点,替代了具有成本高、数据容量小、操作及维 

修复杂等缺点的传统煤气监控方式,特别适用于 

现场环境比较复杂、实时性要求比较高的分布式 

控制系统,具有较高的性价比,实用价值很高。 

参考文献 

[1]王毅峰,李令奇.基于CAN总线的分布式数据采集与控制系 

统.工业控制计算机,2000,13(5):34—38. 

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版 

社.1999. 

煤气泄漏在线监测系统是CAN总线通信技 

术的一个典型应用,通过一级CAN主线构成一个 

(编辑:马 艳) 

(上接第57页) 

: :38 MPa≤[盯]:600(MPa) 

故实际需要的强度小于材料的许用强度,因 

式,因此增大了转向轴与平板的冲击面积,提高了 

转向轴处的强度,解决了转向轴的脱焊问题;其次 

是转向轴检修时无需平板车翻身,消除了因翻身 

对平板车结构件的损伤,使检修时间由原来的2.5 

此强度满足要求。 

2)连接板强度。连接板受到圆锥套传递的 

转向轴的力,则: 

Ⅳ: 

一 Z 

:2x39

8 907_427 400(N)

——

天降低到现在的2—3 h,降低了检修过程中的安 

全风险,提高了检修效率。 

5 结语 

140 … 

连接板处的应力集中等级为Kl,结构承受拉 

压应力,连接板受力截面面积A为0.012 7 m ,所 

当前国内钢铁行业处于低迷阶段,在微利中 

用材料的许用应力 :119 MPa,则: 

N 427 400 

max 

A 丽 

=33(MPa)≤ =119(MPa) 

故实际需要的强度小于材料的许用强度,因 

此强度满足使用要求,则改造后的安全系数为: 

A2: 

t|Ia】【 

: 

jj 

:3.6 

转向轴处的安全系数达到了3.6,与改进前 

求生存,需要用创新的思维来达到降本增效和降 

低设备安全风险的目的。通过上述改进方案的实 

施,将中心轴原有的与平板车的连接部分做成整 

体型,增加制动时的强度和接触面积,改进为从平 

板上部就可以进行维修的拆卸形式。该技术的成 

功运用,彻底解决了平板车转向轴脱焊断裂的难 

题,转向轴处的安全系数达到了3.6,与改进前相 

比提高了3倍。本技术简便实用,制造成本低廉, 

具有很强的复制性,值得在机场、码头、仓储等物 

流行业的同类平板车中进行大力推广与应用。 

参考文献 

A =1.2相比较,提高了3倍。 

4改造后的使用效果 

[1]安子军.机械原理[M].北京:机械工业出版社,1998:55—58. 

[2]徐憬.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004:55—58. 

[3]彭文生.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2002:78—80. 

本技术首先是将平板车转向轴与平板的连接 

由原来的焊接方式改为可拆卸的圆锥套连接方 

(编辑:马艳) 

2024年4月2日发(作者:弭今)

56・ 梅山科技 2015年第4期 

PC60平板车转向机构受力分析及改进措施 

詹 红 

(梅山钢铁公司运输部 南京210039) 

摘要:对梅钢PC60平板车转向机构的脱焊故障进行了分析和机构受力计算,确认平板 

车在运行过程中因制动而产生的剪切力偏大是造成转向机构与平板之间脱焊的主要原因。将 

转向机构与平板连接由焊接方式改为圆锥套传递载荷方式,能够显著提高连接处的强度,从而 

彻底解决了脱焊问题。 

关键词:平板车;转向机构;脱焊;圆锥套 

Force Analysis and Improvement Measures of Steering Mechanism for PC60 Flatbed Vehicle 

Zhan Hong 

(Transportation Department of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039) 

Key words:flatbed vehicle;steering mechanism;unsoldering;cone set 

梅钢运输部码头目前共有25辆承载60 t的 

下轴承,并通过圆螺母与转向轴连接为一整体。 

PC60平板车,是板卷外发的主要生产运输设备。 

但在实际使用中,平板车的转向轴经常脱焊,平均 

2转向轴脱焊分析 

每4个月左右脱焊1次,维修时则需要将平板车 

平板车通过转向架与牵引车连为一体后,方 

翻身才能对转向轴进行检修,故维修作业周期长, 

可正常作业,见图2。正常行驶时,牵引车通过连 

且安全系数偏低。 

接销来牵引平板车。当牵引车刹车停止时,由于 

平板车没有刹车系统,故是通过转向架上的转向 

1 平板车转向轴的结构及工作原理 

轴撞击连接销和牵引车而停止。 

平板车是依靠转向轴与平板进行连接。转向 

轴结构见图1,由平板、转向轴、上轴承、下轴承、 

圆螺母及轴座等部分组成。平板与转向轴之间的 

连接采用了焊接方式。转向轴的上部分焊接在平 

板下部前侧的中间合适位置,转向轴的下部分套 

在轴座上,轴座上部大,安装上轴承,下部小,安装 

注:1一牵引车;2一连接销;3一转向架;4一平板车 

图2平板车示意图 

假设共同的初始速度为 ,牵引车刹车后经 

平板车撞击后的速度为 :,牵引车质量为m ,平 

板车总重m ,牵引销受撞击力为F,牵引车车轮 

与地面摩擦力为F麾,撞击时间为t。,车轮移动距 

注:1一平板;2一转向轴;3一上轴承;4一下轴承 

离为s ,撞击后行驶时间为t ,车轮移动距离为 

5一圆螺母;6一轴座。 

S ;地球重力常数为g。可知当牵引车刹车时与 

图1 转向轴装置示意图 

平板车撞击,则根据动量守恒定理…: 

詹红PC60平板车转向机构受力分析及改进措施 ・57・ 

m2 1=(m1+m2) 2, 

针对牵引车,根据动量守恒定理,碰撞时: 

/7/,l 2=(F—F麈)t】 

牵引车的总移动距离为碰撞时移动距离和碰 

撞后移动距离之和,即: 

5:51+Js2,s2: 2 s1: 2f1 

碰撞后牵引车受车轮摩擦力的影响而停 

止,即: 

F摩= m1g 

轮胎与地面的滚动摩擦系数 为0.02,滑动 

摩擦系数 为0.9。 

已知该平板车的最大承载力为60 t,连接牵 

引车行驶速度满载为 =7 km/h=1.9 m/s,此时 

制动距离S=190 rnm,自重7 t,故 2=1.7 m/s。 

则根据动量守恒定理: 

t2 

/x' g 0・19(s) 

.s1=.s一 2t2=0.03(m) 

撞击时牵引车所受的合力为撞击力与摩擦力 

之差,根据动能定理: 

F1:  ̄11

-= 

32

:= 337 167 N167(N), 

F=F1+F摩=398 907(N) 

转向轴与平板焊接处的环形焊缝外径半径为 

0.14 m,内径半径为0.13 m,转向轴连接位置所 

受力为剪切力, 为剪切面积,根据材料力学剪切 

力公式需要的强度为 : 

一一 一 

墨 2 

A一3

14×(0.14 X0.14—0.13×0.13) 

=47(MPa) 

平板车的工作级别设为A6,焊接位置所受力 

为垂直作用于焊缝,应力集中情况等级为K2,查 

得此时所用材料Q235的许用应力6 =lOO MPa, 

疲劳许用应力[ ]=58 MPa,实际需要的强度小 

于材料的许用强度,因此满足使用需求,此时转向 

轴处的安全系数A,= =1.2,显然转向轴处的 

安全系数偏低。平板车在运行及转向过程中,由 

于道路不平,上下颠簸且有时超速等因素,导致冲 

击力超过使用条件,剪切力超出许用应力,从而造 

成了转向轴与平板脱焊。 

3转向轴与平板连接方式的改进 

原平板车转向轴以下部分的连接机构保持不 

变,使上部转向轴的轴颈延长,在平板前部的中间 

位置内部焊接1个圆锥形套,圆锥形套与平板车 

的钢结构之间用型钢在4个方向焊接起来,将原 

焊接方式改为由圆螺母连接固定的方式,即将原 

来的焊接式固定连接方式改为现在的可拆卸式连 

接方式,见图3。 

注:1--平板;2一转向轴;3一上轴承;4一F轴承; 

5一圆螺母;6~轴座;7一圆锥套;8一连接板。 

图3 改进后装置示意图 

焊接部位在圆锥套与平板之间的连接板处, 

发生冲击部位的连接处的接触面积扩大,由原来 

的平行于焊接方向改变为垂直于焊接方向,同时 

在前后左右4个方向进行焊接固定,冲击力由转 

向轴传递到连接板,行驶方向的连接板承受拉压 

应力,垂直于行驶方向的连接板则起固定作用。4 

个连接板用多层筋板连接起来,以使圆锥套和连 

接板的结构更加稳定。 

轴承中心到转向轴圆锥套连接处的距离z 

为75 mm,圆锥套与转向轴连接的长度f 为 

140 mm,轴承受力为F,圆锥套受力为Ⅳ。 

1)转向轴强度。转向轴承受弯曲应力,根据 

7 

材料力学的弯曲应力计算公式 ,弯矩为N t,2= 

二 

最大受力截面直径为d,则最大受力截面抗弯 

截面模量为: 

3 

一 

w= =785 000 

j 

,. 

对于中心轴材料45钢而言,力矩 =Ⅳ = 

二 

则所需抗弯强度为: 

(下转第61页) 

公彦良煤气泄漏在线监测系统在梅钢的应用 ・61・ 

每次的数据都会更新到工控机数据库,而导致瞬时 

煤气浓度偏高的数据就会使工控机发生频繁的“假” 

报警。遇到此类情况,应在与厂家取得联系后,对程 

序进行更改,主控站收到煤气预警信息后,对一段时 

间内收到的信息进行分析,把持续高浓度或持续增 

高的浓度测点信息传至工控机进行报警提示,而不 

是每次预警都会有语音警示,这样就减少了“假”报 

警的情况,提高了系统的运行效率。 

该煤气泄漏在线监测系统在梅钢试运行2个 

月以来,经过对系统进行改进和完善,运行状况良 

好,预计将会在梅钢煤气管网系统中弥补在线煤 

气监控的空白,从而降低煤气管网因突发事故带 

来的风险,有效地提升煤气系统的管理效率。 

3 结语 

实时的网络系统,实现对现场煤气管网煤气浓度 

的现场监测和集中控制,是钢铁企业实现集控和 

提升管理水平的方式之一。 

本系统采用了优越的CAN总线技术,具有更 

快的更新速度、更高的转换精度、更小的转换线性 

误差、更强的抗干扰性能以及更远的传输距离等 

特点,替代了具有成本高、数据容量小、操作及维 

修复杂等缺点的传统煤气监控方式,特别适用于 

现场环境比较复杂、实时性要求比较高的分布式 

控制系统,具有较高的性价比,实用价值很高。 

参考文献 

[1]王毅峰,李令奇.基于CAN总线的分布式数据采集与控制系 

统.工业控制计算机,2000,13(5):34—38. 

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版 

社.1999. 

煤气泄漏在线监测系统是CAN总线通信技 

术的一个典型应用,通过一级CAN主线构成一个 

(编辑:马 艳) 

(上接第57页) 

: :38 MPa≤[盯]:600(MPa) 

故实际需要的强度小于材料的许用强度,因 

式,因此增大了转向轴与平板的冲击面积,提高了 

转向轴处的强度,解决了转向轴的脱焊问题;其次 

是转向轴检修时无需平板车翻身,消除了因翻身 

对平板车结构件的损伤,使检修时间由原来的2.5 

此强度满足要求。 

2)连接板强度。连接板受到圆锥套传递的 

转向轴的力,则: 

Ⅳ: 

一 Z 

:2x39

8 907_427 400(N)

——

天降低到现在的2—3 h,降低了检修过程中的安 

全风险,提高了检修效率。 

5 结语 

140 … 

连接板处的应力集中等级为Kl,结构承受拉 

压应力,连接板受力截面面积A为0.012 7 m ,所 

当前国内钢铁行业处于低迷阶段,在微利中 

用材料的许用应力 :119 MPa,则: 

N 427 400 

max 

A 丽 

=33(MPa)≤ =119(MPa) 

故实际需要的强度小于材料的许用强度,因 

此强度满足使用要求,则改造后的安全系数为: 

A2: 

t|Ia】【 

: 

jj 

:3.6 

转向轴处的安全系数达到了3.6,与改进前 

求生存,需要用创新的思维来达到降本增效和降 

低设备安全风险的目的。通过上述改进方案的实 

施,将中心轴原有的与平板车的连接部分做成整 

体型,增加制动时的强度和接触面积,改进为从平 

板上部就可以进行维修的拆卸形式。该技术的成 

功运用,彻底解决了平板车转向轴脱焊断裂的难 

题,转向轴处的安全系数达到了3.6,与改进前相 

比提高了3倍。本技术简便实用,制造成本低廉, 

具有很强的复制性,值得在机场、码头、仓储等物 

流行业的同类平板车中进行大力推广与应用。 

参考文献 

A =1.2相比较,提高了3倍。 

4改造后的使用效果 

[1]安子军.机械原理[M].北京:机械工业出版社,1998:55—58. 

[2]徐憬.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004:55—58. 

[3]彭文生.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2002:78—80. 

本技术首先是将平板车转向轴与平板的连接 

由原来的焊接方式改为可拆卸的圆锥套连接方 

(编辑:马艳) 

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