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摘要：使用桥式起重机翻转930E自卸车电动轮耗费人力，装配质量不达标，存在安全隐患等问题。由此，提出PLC电气控制系统的升降和翻转的总体方案，设计翻转、升降、渡板等主要机构，并有限元分析应力、应变和安全系数，得出设计合理，强度符合要求。研究专用电动轮翻转设备替代传统的桥式起重机，旨在提高质量、效率，确保安全，有助于开展配件国产化生产和提升自主研发能力。
关键词：电动轮；930E；检修；翻转架；有限元分析
Abstract：Using the bridge crane to turn over 930E self-unloading car，the electric wheel is used to waste manpower，the assembly quality is not up to standard，and there are problems such as security hidden dangers.As a result，the rise and fall of PLC electrical control system is put forward and reverse the overall scheme，design flip，lift，the major institutions such as crossing the board，and finite element analysis of stress and strain and the safety factor，it is concluded that the design is reasonable，strength meets the requirements.The purpose of this study is to improve the quality，efficiency and safety of the traditional bridge crane，which is designed to improve the production of the components and improve the capability of independent research and development.
Key words：Electric wheel；Turnover frame；930E；Overhaul；Finite element analysis
一、绪论
随着大型露天煤矿采矿技术成熟，日益广泛使用高效能大型电动轮自卸车，承担载运任务[1]。小松930E自卸卡车拥有国际领先技术、性能稳定的特点应用极为广泛。930E自卸卡车GDY106型号电动轮运行24000小时需要大修[2]，930E电动轮由减速机和驱动电机两个独立单元构成[3]。两台后轮驱动轮马达零部件较多[4]，重量较大，检修工艺复杂，检修需要多次翻转或不同角度的作业位置。
通过到指定修理厂的参观、学习，自助分析930E卡车配件图册，结合总成件的检修经验，摸索出一套930E电动轮的检修工艺[5]。但电动轮重量、体积较大，使用桥式起重机对电动轮进行起吊翻转，再用支架、枕木将垫起确定电动轮检修位置，耗费人力、财力和时间，检修质量不达标、存在安全隐患，给维修工作带来诸多不便[6]。因此，研发一种专用的电动轮翻转设备提高检修能力和效率，具有十分重要的意义。
二、电动轮结构及检修制约因素
930E电动轮主要由驱动电机、传动轴、减速机总成、制动总成、主架五大部分构成，如图1所示。驱动电机接入由发电系统给予的动力电源，通过定子产生电磁，转子受电磁感应转动，将电能转化为动能，进而给传动轴旋转提供所需的机械能。传动轴与转子同步高转速旋转，通过减速机内置的高速行星轮和低速行星轮进行两级变速，将高速旋转变为低速大扭矩传动输出，最终带动轮胎旋转机构实现卡车行走[8]。
图1电动轮整体结构
2.1 检修制约因素
拆完驱动电机的电动轮自身最大重量约19吨，最大长度约3.0m，最大直径约1.7m。930E电动轮翻转工作是一项非常重要且危险的工作。检修时，电动轮减速机部分需要整体翻转两次。翻转工作受电动轮自身长度及重量的制约，不能同时使用两台桥吊作业，使用主、副钩式大吨位桥式起重机，作业空间较小，翻转难度极大，存在安全隐患，操作失误将损坏设备主体或配件。
电动轮拆卸或组装的精密度要求极高，测量精确地安装位，计算配件的高精度配合，调整配件的间隙配合等，尤其重量较重、体积庞大的配件之间，极难有效的控制、测量、计算、调整每项数据。进口设备的技术封锁无法获取重要位置上的标准组装数据，作业人员采取拆卸定位和自行设定基准点推算计算方式获取部分数据。
人体频繁搬运重物件，降低检修进度，且较长时间接触油污等妨害人体职业健康因素，增加人员在高风险设备和作业环境的暴露率，单台检修累积超过240小时。
综上分析，迫切需要一种专用设备代替人工吊装，实现延电动轮轴线上下平移、在轴线平行面±360度旋转，在旋转过程中，可在任意角度或升降位置停止，方便检修人员站在水平地面上拆解、装配。
三、翻转架结构设计
3.1 翻转架的工作原理
翻转架的结构主要由左右立柱、左右翻转机构、工作台架、升降机构、渡板以及排污装置等组成（图2）。整个设备采用对称式结构设计，两侧由立柱支撑，立柱用地脚螺栓固定于地坑当中，立柱上固定一个工作台架，台架上布有均匀的螺栓孔，通过螺栓可实现台架与电动轮的连接。立柱内设有导轨，通过螺旋传动副升降工作台架，进而使电动轮停留在合适的高度位置便于作业。同时，工作台架与旋转卡盘连接，通过蜗杆蜗轮机构、齿轮机构的作用可实现台架的旋转，进而使电动轮实现360度任意位置旋转停留。在地坑上设有渡板机构，检修人员可在渡板上作业，渡板设有开合机构，便于电动轮翻转及升降作业。整个立柱上设有悬梯，检修人员可以检查设备的运行状态及排污装置的运行状态。
3.4 渡板机构
地坑上设有左右渡板作为工作平台，防止人员或工器具掉落在地沟内，左右盖板上分别设置能通过电动轮的半径相同的半圆，在检修过程中可以使电动轮升降到合适的操作高度。渡板采用优质型材制作而成，台面铺设花纹钢板，承重按 1T 设计，保证强度和刚度需求，不产生变形。渡板机构主要由盖板、滑轨和链传动机构组成。渡板左右对称两部分配合使用，渡板的移动采用链传动驱动，通过控制电机的正反转来控制渡板机构的开合。
3.5 排污装置
防止地坑内积水或油污，在地坑内设计收集污水槽和排污管道，配置小型排污泵将废水或油污从地沟排到工业废水管道。选用LW系列直立无堵塞排污泵，整体结构紧凑、体积小、噪声小、节能效果显著，潜入水中可工作。其过流能力强，特殊的叶轮防堵设计，确保运行高效且无堵塞，采用双重密封、双重防护，确保电机安全。
3.6 升降机构
升降机构是电动轮翻转架的重要组成部分，其特性的好坏直接决定翻转架的举升性能和操作的安全性和便利性。升降机构由电机、减速机、升降机、升降座及防护罩等组成，升降机内主要包含梯形丝杆，将持续的转动变为直线运动，升降座中包括升降螺母、安全开关和安全螺母。其工作原理是：电机经减速机减速，输出转矩驱动梯形丝杆旋转，升降螺母与梯形丝杆配合，通过螺旋运动使升降螺母沿丝杆作直线运动，升降平台固定在升降螺母实现升降。升降座设有储油槽，可自动为丝杆、螺母进行润滑。通过安全开关可安全螺母的配合使用，可实现升降螺母的锁紧，保证工作台架在提升电动轮时脱落，停在任意位置保证其安全性。
电机的功率计算步骤如下：
由安全系数分析图4-7可知，立柱最小安全系数为 5.0，满足要求。综上，翻转架的主要结构工作台架和立柱经过应力、应变、安全系数分析，满足工程设计要求。
五、总结
设计930E自卸车电动轮拆装翻转平台，实现以下内容：1、电动轮翻转架可正、负360度旋转，自由升降，给检修人员在合适的作业位置；2、确定翻转架的总体设计方案。首先设计翻转、升降、渡板等主要机构；再设计电气系统；最后有限元分析主要受力构件，通过分析构件满足需求，强度符合要求；3、有效提高配件安装精确度，降低作业人员劳动强度，降低安全风险；为掌握检修工艺，开展配件的国产化，提升自主研发能力奠定一定的研究基础。
主要设计930E电动轮的翻转架，局限于其它型号卡车的电动轮，进一步研究应考虑设备的通用性和适应性。力学分析是在理想条件下进行的，忽略工况实际诸多因素，应通过实践验证结构的可靠性。930E电动轮翻转架替代了起重机作业高危、高难度部分，一些局部零件的拆装工序还需要其他辅助吊具配合使用，为进一步提高效率，应全面考虑，设计一种能够完全辅助检修的设备。
参考文献：
[1]刘喜，张子亭，宋子光.露天矿自卸卡车电动轮故障分析[J].露天采矿技术，2016，（12）：42-45.
[2]王鹏飞.630E卡车电动轮高温故障原因及解决方案[J].煤矿机械，2016，（07）：148-151.
[3]孙文，王军年，王庆年，靳立强，宋传学.电动轮驱动系统结构设计与仿真研究[J].汽车工程，2016，（03）：330-336.
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[6]颉方正，张雯娣.减速型驱动电动轮中齿轮接触强度的校核计算[J].机械研究与应用，2015，（03）：150-151.
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[8]宋邢璟.320吨多轴矿车电动轮的设计与控制研究[D].武汉理工大学，2014.
论文作者:布特格勒其
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/2/26
标签：作业论文; 台架论文; 螺母论文; 立柱论文; 机构论文; 卡车论文; 工作论文; 《基层建设》2017年第32期论文;