台车行走机构的设计计算优化

1.滚柱带的设计计算

（1）滚柱带结构　滚柱带结构如图11-13和图11-28所示。

1）滚柱直径D（mm）。有ϕ150mm，ϕ200mm，ϕ250mm，ϕ300mm四种，根据台车载荷大小和台车安装标高确定，最常用的是ϕ200mm和ϕ250mm两种。

2）滚柱带节距t（mm）。取t=（2～2.5）D，一般与直径相对应设计成下列尺寸（D×t）：ϕ150mm×300mm、ϕ200mm×450mm、ϕ250mm×500mm、ϕ300mm×600mm，常用的是ϕ200mm×450mm和ϕ250mm×500mm两种。

3）滚柱带总长度L计算公式为

式中 L₁——台车本身长度（m）；

图11-28 滚柱带

1—滚柱 2—心轴 3—销 4—连接板 5—垫圈

L₂——台车操作行程（m）；

K——备用长度，一般取K=（2～3）m。

（2）滚柱带连接板和心轴。滚柱带连接板用Q235A扁钢制成，厚度δ取8～20mm，宽度b取60～150mm。心轴材料常用35钢或45钢，直径d=30～50mm。

连接板和心轴的固定方法有多种，常用的有开口销固定、轴端螺母固定和卡轴板固定等方法。

（3）滚柱

1）滚柱材料。中小型热处理炉台车，其滚柱可用球墨铸铁或HT250以上牌号的灰铸铁制作；加热炉台车和大型热处理炉台车，因载荷较大一般用ZG310-570以上牌号的铸钢制作。滚柱表面均需经过加工。铸钢滚柱一般需经表面淬火以提高其耐磨性（表面硬度大于240HBW，淬火层深度6～8mm）。

2）滚柱尺寸。除特别大的重载台车其滚柱必须按投影比压法或接触应力法验算其强度外，一般均可按图11-29和表11-24直接选定滚柱各部位尺寸。

图11-29 滚柱各部位尺寸代号

表11-24 滚柱各部位尺寸 （单位：mm）

2.滚球带的设计计算

滚球带结构如图11-12和图11-30所示。

滚球带的滚球直径D、带距t和滚球带总长度L，其确定方法与滚柱带相同。

腰鼓形滚球除重型台车需用铸钢材料制造外，一般多采用金属型浇铸的冷硬铸铁材料，冷硬层深度约20mm，硬度45HRC，端部及轴孔因需加工而不进行冷硬。

图11-30 滚球带

1—腰鼓形滚球 2—心轴 3—连接板 4—台车车架轨道 5—炉底轨道

图11-31 滚球各部位尺寸代号

与滚柱相同，除特别大的重载台车其滚球需验算强度外，一般均可按图11-31和表11-25直接确定滚球各部位尺寸。

表11-25 滚球各部位尺寸 （单位：mm）

3.滚球装置的设计计算

滚球式行走机构及滚球装置如图11-16和图11-32所示。滚球在导轨上的摆放间距为球径的4～6倍。(www.xing528.com)

滚球材料与鼓形滚球相同。滚球装置的尺寸可按以下数据选取：

滚球直径D=40～80mm，导轨角度α=90°，上下轨面距离a=（0.3～0.4）D，V形槽宽度b=（1.014～1.114）D。

4.车轮的设计计算

（1）车轮结构

1）车轮数量。根据台车长度、车架受力情况、台车载荷和每个车轮所承受的轮压等因素综合考虑，一般取4～8个。

图11-32 滚球装置

1—上导轨 2—滚球 3—下导轨

2）轨道。与车轮相配合的轨道设计见第10章，通常采用38kg/m和43kg/m两种铁道重轨，允许承受的轮压分别为120kN和140kN。

3）车轮轮缘及踏面。一般为单轮缘和圆柱形踏面，踏面宽度应比轨顶宽度大30mm以上。

4）车轮材料。一般选用ZG270-500以上牌号的铸钢，轮压较大时可选用ZG50MnMo材料制造，轮缘及踏面需经表面淬火使其硬度值达300～350HBW。轮压小于50kN的车轮，也可使用灰铸铁或球墨铸铁，其踏面冷硬层硬度为180～240HBW。

图11-33 车轮安装（滚动轴承）

1—车轮 2—端盖 3—圆锥滚子轴承 4—承托纵梁 5—垫板 6—轴 7—下盖 8—毡封

图11-34 车轮安装（心轴式滑动轴承）

1—心轴 2—轴端挡板 3—润滑孔 4—石墨粉 5—车轮 6—垫板 7—承托纵梁 8—加强板

5）车轮轴和轴承。车轮的轴有心轴式（车轮转，轴不转动）和转轴式（车轮与轴相固定，轴两端有轴颈）两种。车轮的轴承：对于中、低温热处理炉，可选用滚动轴承；对于砂型干燥炉和温度较高的热处理炉，以选用滑动轴承为宜。

图11-33～图11-36所示为车轮轴承安装示例。

（2）车轮计算 按表面接触应力（挤压应力）计算车轮强度。为简化计算，台车车轮的踏面与轨顶之间的接触可视为线接触，从而可应用以下公式确定车轮直径D（mm）为

式中 β——系数，对于铸钢、锻钢车轮，β=7×10⁴；对于铸铁车轮，β=3×10⁴；

P——车轮载荷（轮压）（N）；

b——轨顶有效接触宽度（mm），对于38kg/m钢轨，b=44mm；对于43kg/m钢轨，b=46mm；

[σ_j]——线接触许用接触应力（MPa），见表11-26。

图11-35 车轮安装（转轴式无轴衬半开滑动轴承）

图11-36 镶嵌轴衬的半开滑动轴承

1—轴承座 2—轴衬（ZCuAl10Fe3） 3—固定螺钉 4—轴

表11-26 几种常用材料线接触许用应力 （单位：MPa）

车轮的轴（心轴或转轴）均按弯曲强度进行计算，见式（11-48）。