非标矿用平板车研制

简介平板车设计方案

30T非标矿用平板车研制

一、立项背景

2009年挖金湾矿扩源收编了怀仁县下属煤矿虎龙沟矿，当时属于个人管理，各方面条件比较差，年产量不足30万吨。收编后，集团公司本着“重建扩源”的原则，对该矿进行了一系列大力度改造扩建，初步计划年产量180万吨。为此，拟上一套综采设备，向中央机厂订购了ZF7500型低位放顶煤液压支架一套，该架型支架单架重量为25.8吨。

由于该矿的物料巷是在原有巷道基础上扩建的，尽管实现了整架运输，但是巷道局部存在29.4°的坡，加上运输巷道尺寸限制及经济问题，这样就使得运输方式成为了一个棘手的为题，经过多方面考虑，决定采用矿用平板车来运输大型设备入井。

2009年8月，中央机厂 接到虎龙沟矿委托，设计研发一批30吨型矿用平板车，以供该矿能够顺利将液压支架和采煤机准时布置到工作面。

二、条件分析

集团公司现有各矿的矿用平板车基本上都是由中央机厂设计制造，相对来说，20吨以下平板车的技术比较成熟。但是这些车型均采用槽钢结构的车体和铸造车轮，在强度上和车体高度上难以满足30吨车型的要求。

根据矿用平板车的相关国家标准要求，运输巷坡度超过25°时，禁止使用标准平板车进行大型设备的运输。因此，我们接受任务后，

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进行了一些列评估和研讨，在借鉴其他厂家的经验的同时，结合我们的各种车型，拟定结构形式遵循通用形式，但是要在强度上做足文章，必须进行一些列强度校核。

经过初步计算，确定采用11#矿用工字钢结构的车体，采用整体锻件车轮，同时，对车轴进行强度上调，采用Φ90mm的车轴。

三、选型与校核

一）车体选型

遵循国家标准的相关要求，根据巷道尺寸（4.0×2.6m），确定采用3300×1300×110mm的车体构件。从强度的角度来考虑，选用11#矿用工字钢作为车体主梁及横梁。轮对中心距确定为1100mm。这样，车体端面到车轴的距离为1100mm，即受载荷悬臂长度。

二）轮对选型

从巷道尺寸来看，车轮中心高不宜超过150mm（巷道高度2600mm-2200mm=400mm，故平板车高度不宜超过320mm），故而确定采用Φ250mm的车轮。根据现有巷道铺设的导轨轨距，确定轮对采用600mm轨距。

车体和轮对选定后，复核平板车的高度尺寸，即车面高度为309mm，满足巷道尺寸要求。

三）强度校核

1、车体强度校核

根据ZF7500型放顶煤支架底座尺寸，车体与底座接触面积为S1=1.4×2.4×=2.24m2；根据设计安装尺寸，可以确定车体危险断2

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面位于车轴中心的正上方，悬臂长度L=1.1m。 F3.0 105P===1.32（MPa） S2.24

弯矩计算：

M=P*L*n/d=1.32×1.1×2÷1.3=2.24（MN·m）

其中：P—— 单位面积上压力，Mpa；

L—— 悬臂长度，m；

d—— 悬臂宽度，m；

n—— 偏载系数取2

危险断面截面模量：（查表可得）

W=16.4×103mm3×2=32.8×103mm3

最大应力

δmax=M224kN m=≈68.3 Mpa 33W32.8 10mm

安全系数（11号矿用工字钢系20MnK材质，抗拉强度为510 Mpa） η=510÷68.3≈7.46（倍）> 6倍

符合平板车安全系数要求。

2、主轴强度校核

根据平板车运动规律，我们近似取主轴为静压力状态进行强度校核。

主轴参数：D=Φ90mm，45#钢淬火，材料抗拉强度σb=597 Mpa； 抗剪切力<剪应力取抗拉强度的0.5倍>：

452×3.14×597×0.5×1.5= 2.84×106（N）

安全系数：η=2.84×106÷（3×105）=9.5（倍）>6倍

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符合强度要求；

此处系单轴受载30吨进行的偏载计算，故安全裕度比较大。

3、轴座强度计算

轴座采用ZG45材料，其接触应力参考手册查得数据为1200Mpa，接触线长Ｌ＝０．２ｍ，Ｒ１＝０．０４５ｍ，Ｒ２＝０．０４６ｍ，Ｐ＝３×１０５Ｎ，弹性模量Ｅ＝２０６ＭPa ；

轴的接触面最大接触应力为：

δ=0.418×P*E*(R2 R1) ≈159ＭPa L*R1*R2

安全系数：η=1200÷159≈7.55（倍）>6倍

符合强度要求；

4、销轴强度校核

主牵引销轴直径Φ50mm，45#钢，δb=597ＭPa,

抗剪力计算：

252×3.14×597×0.5=5.9×105N

安全系数：η=5.9×105÷（3×105×sin29.4）=3.94(倍)<6倍 不符合强度要求。

所以，在设计时我们进一步减弱了该销轴的强度，并在产品使用说明中做如下阐述：

在运料过程中，坡度大于10°时，不得采用该销轴牵引，而是采用牵引物料本身来带动车体运动的方式。

5、车轮强度校核

车轮采用27SiＭn锻件结构，做如下校核：

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单轮强度：

S=3.14×130×78=3.2×105㎜2

27SiＭn材料许用应力为δ

F=S*δminHPminHP=980ＭPa, =3.136×106(N)

安全系数：η=F÷（3×105）≈12（倍）>6倍

符合强度要求。

四、使用状况及效益

根据矿方使用至今的情况来看，该产品质量得到了矿方的好评，一批ZF7500型液压支架顺利入井后，矿方又因其它设备运输需要，向中央机厂订购了10辆该型平板车。该产品创造产值70余万元，同时填补了同煤集团一项空白，也突破了25°以上倾角的巷道不得使用平板车运输大型设备的国标要求。为今后在进行大吨位非标平板车设计方面提供参考。