滚杠与台车搬运重物方法比较.doc

滚杠与台车搬运重物方法比较
滚杠搬运重物时总拖动力P的计算，如右图所示。如果每个滚杠的直径和承受的载荷相等，且每个滚杠与重物和固定支持物之间的材料分别一致，则公式

式中N——重物重量
d——滚杠外径
K、K1——依次是重物与滚杠之间和滚杠与固定支持物之间的滚动摩擦力臂（或称滚动摩擦系数），可查有关资料获得，如软钢对软钢，则K=0.05㎝，与滚杠的直径没有关系。（《机械设计手册》上册P6）
从公式可以看出，总拖动力P与滚杠的外径d有关，外径越大，则拖动力越小，而与滚杠的数量无关（实际滚杠越多，受不平衡因素影响越大，拖动力会有所增加，如下文所述）。一般情况下，滚杠的外径不超过100mm，壁厚不超过10mm.。使用滚杠的数量，可由重物与滚杠之间和滚杠与固定支持物之间的接触应力来决定，不得大于许用接触应力。
如搬运300吨重的混凝土方块，如果直接在混凝土地坪上与方块之间加入滚杠，则K、K1约等于0.1㎝，如取滚杠外径为100mm，则总拖动力为
（tf）
如果滚杠的上下衬以钢板，则K、K1约等于0.05㎝，如取滚杠外径为100mm，则总拖动力为
δ
L
D
（tf）
滚杠的强度校核，如下图所示，一段长L的钢管，外径为D，壁厚为δ，横置于地坪上，其上承受大小为q的均布线性载荷，不计钢管自重，请问钢管横截面哪一点的应力最大？是多少？
这实际是一个空心滚杠的力学模型，在横截面上有两点应力最大，需要校核。先按刚体计算A（或B）点的接触应力，必须小于许用应力。计算公式为
（《机械设计手册》上册P117）
式中σmax——最大接触应力（kgf/㎝2）
P——正压力（P=qL）（kgf）
E——弹性模量（kgf/㎝2）
L——钢管长度（㎝）
R——钢管外圆半径（R=D/2）（㎝）
条件：当接触体E1=E2=E；泊松比μ1=μ2=0.3（铸钢参考值）时
计算出σmax后，按下式进行强度校核
0.6σmax≤[σ]j （《机械设计手册》上册P117）
式中[σ]j为许用接触应力，对ZG35铸钢，[σ]j=3500（kgf/㎝2）
如上例，假定滚杠为刚体，且其上下衬以钢板，弹性模量取E=2.1×106 （kgf/㎝2），许用接触应力[σ]j=3500（kgf/㎝2），则需滚杠总长度为
647（㎝）
这就是滚杠的实际承压长度，至于滚杠的壁厚，则由C点的应力决定，它分两部分，一是弯曲应力，一是正压力（暂略）。
如果采用搬运小坦克在水泥地坪上直接搬运方块，滚轮直径为10cm，采用华龙材料为轴套（滑动轴承），摩擦系数为0.05，如滚动摩擦力臂取0.1cm，则平拖方块的总牵引力为
（tf）
可见，在相同条件下，如果搬运小坦克的滚轮直径与滚杠的直径也相等，则前者的拖动力，比后者要大得多。
如果小坦克采用圆锥滚柱轴承，摩擦系数取0.008，则与直径10cm的滚杠拖力相当时，滚轮直径应为
∵ ，（如K=K1=0.1㎝）
∴ （㎝）
即滚轮直径为16.67cm，可见，如果搬运距离不长，滚杠便于倒运的话，还是应用滚杠搬运重物较好，这样既省钱，所需的牵引力又小，无须制造专门的搬运设备，且滚杠是不用破坏的型材，可以完全回收再利用，但滚杠搬运比较麻烦，限制了搬运的速度。
《港口工程施工手册》给出了在钢轨上用平车移动物体，牵引力计算公式为S=K1K2μQ，问题是并没有给出系数K1、K2的数值，且滚动摩擦系数亦有矛盾，前者生铁制轮或钢制轮与钢轨之间μ=0.05，而后又介绍小车轮与钢轨之间，1.有球轴承时μ=0.009，但球轴承是装在小车轮轴上，并不能减小小车轮与钢轨之间的滚动摩擦系数。且小车轮一般也为钢制轮，μ=0.05较为合适，0.009只是小车轮与轮轴之间的滚动摩擦系数，其实就是滚动轴承的摩擦系数，所以说，应用了滚动轴承的小车轮与钢轨之间的总摩擦系数应为0.05/R+0.009（R为小车轮子的半径），不但与所用轴承的规格型号有关，同时也与小车轮子的直径大小有关。如果仅用公式S=K1K2Qμ计算，则是与小车轮子的大小无关了，这与实际情况不符。以我们前述的计算较为合理。虽然这样计算出的带有滚动轴承的小车的摩擦系数，并不比滚杠小，似乎牵引力要大一些，但影响滚杠搬运的干扰因素较多，如启动系数、不平衡系数（如滚杠放歪）等，故实际牵引力并不小，究竟使用哪种搬运方式好，要根据实际情况而定，并合理地确定滚杠或轮子的直径，尽量减小牵引力。
如前所述，使用滚杠搬运重物，拖动力大小虽然在理论上不受滚杠数量的影响，但由于受不平衡因素影响，拖动力有所增加。同样道理，使用小坦克（或台车）搬运重物，拖动力大小理论上也与使用小坦克的数量无关，但同样也会受到不平衡因素的影响。首先台车越多，轮子就越多，每个轮子运动的方向不可能一致，当众多的车轮朝一个方向运动时，绝大多数轮子都或多或少的存在侧向滑移，即轮子不是纯滚动摩擦，侧向滑移产生的是滑动摩擦，台车在克服滚动摩擦和滑动摩擦的双重阻力下运动（两种摩擦的机理不同，滚动摩擦力是产生滚动力偶的必备条件，而滑动摩擦力是由两接触面的材料性质与粗糙度产生的）。其次，每个台车的性能难以保证一直，总摩擦力有大有小。所以使用台车越多，拖动力会相应增加。但为减小轮压（减小接触应力），台车的使用必须保证一定的数量。为减小侧向滑移造成的附加滑动摩擦阻力，需要注意同一台车轮子位置的安装精度必须保证；台车与台车之间的相对位置要精确定位，方向必须保持一致；每个轮子的性能（如轴承的性能、润滑与安装质量、轴的性能等）要相同。可采用带立轴的车轮（万向车轮），来消除侧向滑移带来的附加滑动摩擦阻力，但这使台车的结构复杂了许多。
磨关（绞磨）推力计算（《港口工程施工手册》交通部第一航务工程局，人民交通出版社，1994年9月，上册）
公式：P=K·S·r/R
式中：P——磨关推力
K——磨关阻力系数
S——牵引力
r ——磨腰半径
R——推力作用点至磨体中心的距离
磨关使用注意事项
1）磨腰为弧形筒，卷时，绳自腰下方绕入，并自动移至磨腰中部；松时，绳自腰上方向下退出，这样，不致发生卡绳而退不出的现象。如发生卡绳，应停止转动，理顺绳圈后，方可继续转磨。
2）磨关要有牢固的锚碇，牵引绳应水平、轴向引入磨腰。
3）磨关工作过程中，磨腰上至少始终卷有4~6圈钢丝绳，绳梢应在锚桩绕一圈，再用人力拉住，拉出的绳应及时盘好。
4）不论是卷是松。磨柄均不能离手，以免磨柄飞转伤人。中途停止作业时，用制动器制住，并用铁棍别住磨柄，绳梢在锚桩绕紧并打上结。

附：搬运物体所需牵引力计算公式和参数（《港口工程施工手册》交通部第一航务工程局，人民交通出版社，1994年9月，上册P225、226）
牵引力计算公式
移动方式
在水平面上
在与水平面成α角度的斜面上
在钢轨上用平车移动物体
S=K1K2Qμ
S=K1K2Q（sinα±μcosα）
在滚杠上用卷扬机移动物体

S=K1K2K3Q（sinα±cosα）
在滑板上用卷扬机移动物体
S=K1K2Qf
S=K1K2Q（sinα±fcosα）
式中：S——牵引力
Q——物体重
μ——滚动摩擦系数
f ——滑动摩擦系数
f1——滚杠与承重面之间的滚动摩擦系数
f2——滚杠与移动面之间的滚动摩擦系数
r ——滚杠半径
K1——动力系数
K2——启动系数
K3——不平衡系数，取1.3
滚动摩擦系数μ
摩擦材料
系数
机械中钢与钢之间
0.005
生铁制轮或钢制轮与钢轨之间
0.05
钢板间的滚子（搭梁的活动支座）按表面情况
0.02~0.07
小车轮与钢轨之间
1.有球轴承
0.009
2.无球轴承
0.021
带铁轮箍的大车与普通道路之间
1.坏路（无路面）
0.15
2.干实土路
0.04
3.坏路面
0.04
4.沥青路面
0.01
滚动摩擦系数f1（或f2）
支撑面（或移动面）材料
系数（㎝）
铁滚杠在水泥地上滚
0.08
铁滚杠在钢轨上滚
0.05
铁滚杠在土地上滚
0.15
铁滚杠在木头上滚
0.10
滑动摩擦系数（f）
接触面状况
系数
木拖排在水泥地上滑动
0.50
木拖排在土地上滑动
0.55
木拖排在雪地上滑动
0.04
钢排在钢轨上滑动
0.04（加油）；0.10（不加油）
钢板撬在水泥地上滑动
0.40
钢板撬在土地上滑动
0.42
钢板撬在雪地上滑动
0.10

启动系数（K2）
启动条件
系数
平车对钢轨

铁滚杠对钢轨
1.5
铁滚杠对木料
2.5
铁滚杠对土地
3~5
滑移时
2.5~5

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