景红涛

(河南万合机械有限公司,河南新密452371)

0 引 言

河南万合机械有限公司部分车间布置如图1所示。

从图1中可以看出料场位于两个车间之间的空地上。公司所采购的钢板、圆钢及各种型钢会先摆放在料场上，当需要加工时再运送到车间内。那么这些堆放到料场的原材料如何运送到车间内进行加工呢？目前主要的运输方式是采用厂内汽车运输，小型的原材料有时也采用架子车或叉车运输。采用汽车或叉车运输一方面增加了设备的制作成本，另一方面汽车或叉车运输还需要配备专职的司机，增加了人工成本。采用架子车运输劳动强度大、效率低，同时还存在安全隐患。为此我们准备从料场中间铺设一条轨道，通过车间的侧面大门进入车间，这样就可以利用电动平板车把原材料运送到车间内部。电动平板车的轨道和料场龙门吊的轨道垂直交叉，而且车间内部地平面的标高相对于料场地平面的标高高出了约380 mm，电动平板车如何越过龙门吊的道轨进入车间内部成为我们需要解决的问题。

1 解决方案

1.1 方案一

将越过料场龙门吊轨道的那段电动平板车道轨做成活动的，在龙门吊通过的时候，使电动平板车的道轨处于断开状态。在电动平板车需要通过的时候，把龙门吊开到别的地方，使电动平板车轨道处于闭合状态，如图2所示。

图2（a）状态下，平板车轨道断开，龙门吊可以通过。图2（b）状态下，将龙门吊开走，平板车轨道闭合，此状态下平板车可以通过。

1.2 方案二

为使平板车顺利通过，首先要保证平板的轨道面是水平的。为实现这个目的可以在料场内设置一混凝土平台，该平台的上平面和车间内地平面高度一致。在通过龙门吊轨道处，将平台断开，根据现场测量，断开宽度需要1100 mm，才可以使龙门吊顺利通过。然后利用中国高铁架桥机的原理，设计一台跨越式电动平板车，如图3所示。

图3中，将龙门吊开走以后，跨越式电动平板车就可以直接通过和其垂直交叉的龙门吊轨道而进入车间。其工作原理为：当平板车行走到平板车轨道与龙门吊轨道的垂直交叉口时，如果平板车继续向前走，第一组轮子就会悬空；但由于重物和平板车组成的组合体的重心还落在左边的轨道上，因此，第一组轮子悬空并不会影响电动平板车继续向前行进。电动平板车继续向前行进，第一组轮子就会落在右边的轨道上，此时第二组轮子仍然落在左边的轨道上，这时平板车的四组轮子全部都落在轨道上；继续再向前行进时，第二组轮子就会悬空，此时第一组轮子、第三组和第四组轮子仍然落在轨道上，因此第二组轮子悬空也不会对平板车的运行状态造成影响。电动平板车继续向前行进，第二组轮子就会落到右边的轨道上，此时第三组轮子落在左边的轨道上，这个时候平板车的四组轮子都落在轨道上，平板车处于稳定运行状态。继续向前行进时，电动平板车的第三组轮子悬空，平板车由第一组、第二组、第四组轮子做支撑，仍然可以继续向前行驶。当第三组轮子落到右边的轨道上，第四组轮子还在左边的轨道上时，重物和电动平板车组成的组合体的重心已经移动到右边的轨道之上了。当平板车再向前行进时，第四组轮子就会悬空，这时由于重物和平板车组成的组合体的重心已经移动到右边的轨道之上了，因此悬空的第四组轮子仍然不会影响电动平板车继续向前运行，直至第四组轮子落到右边的轨道上。这时，电动平板车就完成了对垂直交叉龙门吊轨道的跨越。

1.3 方案确定

以上两种方案各有优缺点。方案一的优点是可以使用普通的电动平板车。缺点是操作起来比较麻烦，电动平板车的运行和龙门吊的运行之间存在着逻辑关系，即龙门吊运行时，要确保平板车轨道处于断开状态。每次电动平板车需要通过时，都需要人工把活动的轨道给搭接上，然后才能通行。当然也可以增加气缸和电磁阀将活动的轨道设计成自动搭接的来克服这一缺点。方案二的优点是操作简单，把龙门吊开走以后，电动平板车就可以直接通过，不需要额外的操作。缺点是需要设计专门电动平板车，而且电动平板车尺寸较大。

经过对以上两种方案的对比，我们准备采用第二种方案，设计专门的跨越式电动平板车。跨越式电动平板车虽然尺寸较大，但平常不用的时候，可以将平板车停放在料场上，在雨雪天气或者每天下班后，再把跨越式电动平板车停放到车间内部。

2 尺寸计算

普通的电动平板车设置了两组轮子，如果要实现电动平板车的跨越功能，则需要在普通平板车的基础上增加轮子的组数。理论上轮子的组数越多且轮距越小，越能够实现跨越功能，这样做会增加电动平板车的制造成本。通过图3我们可以发现，只要尺寸设计合适，四组轮子是可以实现电动平板车的跨越功能的，那么三组轮子是不是也能够实现电动平板车的跨越功能呢？下面通过计算来说明这一问题。假设需要跨越的宽度为a，轮距为b，如图4所示。

从图4中可以看出，b ≥a 时也是可以实现跨越功能的，但前提条件是物料的重力作用线必须垂直通过中间的轮子的中心。假设物料的重力作用线垂直偏离中间轮子中心的距离为x，如图5所示。

图5中，假设重物的质量为m，当三轮跨越式电动平板车的第一组轮子悬空时，重物就会以中间轮子的中心为转轴产生力矩mgx，只要x＞0，电动平板车就会发生前倾或者后翘。

在实际应用中，严格要求操作者把物料置于平板车的中心是不可能实现的。因此三组轮子的平板车虽然也能够实现跨越功能，但没有实际应用意义，所以实际应用中的跨越式电动平板车至少要设置四组轮子。

对于四组轮子的跨越式电动平板车，假设需要跨越的宽度为a，第一组轮子和第二组轮子及第三组和第四组轮子的轮距为b，第二组轮子和第三组轮子的轮距为c，重物的质量为m物，平板车的质量为m车，如图6所示。

图6中，假设b＜a，平板车在继续向前行进时，就会出现第一组轮子和第二组轮子同时悬空的情况，此时重物就会产生以第三组轮子中心为转轴的力矩m物g（b+c/2），平板车本身也会产生以第三组轮子为转轴的力矩m车gc/2，这两个力矩的共同作用，会使平板车产生前倾，因此b应不小于a。

当b≥a时，c=0，就变成了三轮平板车，通过前面的分析，三轮平板车在跨越轨道时没有实际应用意义。

当b≥a时，只要c＞0，就可以实现平板车的跨越功能。由此看来，c尺寸对四轮平板车的跨越功能没有影响，但c尺寸却影响着平板车上物料的放置区域。

在图6中，当b≥a，且c＞0时，只要平板车上所放置的物料的重力作用线垂直穿过c尺寸范围内，平板车在运行时就不会发生前倾或者后翘。当c尺寸太小时，物料的放置区域也变得很小，这样，在使用中有可能会发生物料的重力作用线没有垂直穿过c尺寸范围内，此时平板车就有可能会发生前倾或者后翘。

在跨越式电动平板车的设计中，建议c尺寸设计为1.5 m比较合适。龙门吊的驱动装置和龙门吊支架的宽度大约为1.0 m，因此a尺寸设计为1.1 m，b尺寸设计为1.2 m，平板车的轨距建议设计为0.9 m。

图6中平板车的上平面上设置了物料放置区和禁放区，物料的放置区域也就是c尺寸范围内的区域。理论上禁放区也是可以放置物料的，但对物料的质量有严格要求，否则容易发生平板车的前倾或者后翘。在实际应用中，电动平板车的运输距离比较近，可以增加运输次数也不要尝试在禁放区放置物料，以防止事故的发生。

3 应用效果

跨越式电动平板车及其轨道制作完成后，将万合公司的料场、下料车间、机加工车间、抛丸清砂机车间连通起来。利用跨越式电动平板车将原材料从料场运送到下料车间下料，或者从下料车间把下好的材料运送到机加工车间加工，或者把下好的料运送到抛丸清砂机车间进行除锈，不但提高了运输效率、降低了运输成本，而且节省了人工。

4 结 语

跨越式电动平板车操作简单、运行成本低、效率高，在两条轨道交叉且有一定落差的情况下均可适用，或者在轨道跨越水沟、电缆沟等情况下也可以使用，在工厂内部具有推广使用价值。