无中梁罐车牵枕装配专用吊具的设计

王 宇 张 雷 张彤阳

(中车西安车辆有限公司产品制造部 陕西 西安 710086)

铁路罐车从结构上可以分为有中梁罐车和无中梁罐车[1]，无中梁罐车的走行部分与罐体部分的连接采用了牵枕装配的结构，由于牵枕装配外形及其结构的限制，长期以来只能采用钢丝绳吊运。采用这种吊运方式，一方面钢丝绳与牵枕装配之间存在磨损现象，需要经常更换钢丝绳，提高了吊运成本，存在安全隐患；另一方面摘、挂钢丝绳的过程繁琐，容易出现偏挂现象，降低了吊运效率和安全性。基于上述原因，根据牵枕装配的结构设计制造了无中梁罐车牵枕装配专用吊具(以下简称吊具)。

1 吊具设计

1.1 吊具结构

无中梁罐车牵枕装配专用吊具示意图如图1所示。该吊具主要由吊钩、D形卸扣、夹板、支撑杆和筋板组成。吊钩中间部分夹于两块夹板之间，尾部装有D形卸扣，两处连接均通过螺栓螺母实现，并配有开口销防松；两夹板一端与吊钩连接，另一端开有通孔，支撑杆由通孔穿过，支撑杆与夹板之间焊有筋板，用于增大强度。

图1 吊具结构示意图

1.2 工作原理

图2为吊运示意图，该吊具使用时先将支撑杆插入后从板座后部缺口，然后将吊具按照图2所示向右移动，使吊钩挂入后从板座前部缺口，此时拽动D形卸扣便可将牵枕装配安全吊起。

图2 吊运示意图

2 主要零件选型及强度计算

工况介绍：最大负载N=11.35 kN(牵枕装配与吊具总重)，吊运过程平稳，安全系数ns取2.0。

校核时所有受力情况均以最大负载计算，零件材料机械性能参数查取于《机械设计手册》[2]。

2.1 夹板设计与校核

夹板材料选用低合金结构钢(GB/T 1591—1994)，牌号Q345，质量等级B级，薄弱截面积尺寸A=18 mm×19 mm，该材料屈服极限σs=325 MPa。

许用应力计算：

薄弱截面应力计算：

可见夹板强度满足使用要求。

2.2 卸扣选型

卸扣型号T-DX3/4，主要参数为：额定起吊质量为7 t，满足吊运要求；强度级别为T(8)级；卸扣型式为D形；销轴型式为六角头螺栓、六角头螺母和开口销，便于拆装。

2.3 吊钩设计与校核

吊钩材料选用锻件用碳素结构钢(GB/T 17107—1997)，牌号45，薄弱截面积尺寸A=18 mm×30 mm，受力方向为切向受力，该尺寸下材料切向受力时的屈服极限σs=275 MPa。

许用应力计算：

薄弱截面应力计算：

可见吊钩强度满足使用要求。

2.4 支撑杆设计与校核

支撑杆材料选用低合金结构钢(GB/T 1591—1994)，牌号Q345，质量等级B级，直径d=40 mm，长度l=310 mm，该尺寸下材料屈服极限σs=325 MPa。吊运时，后从座板搭在支撑杆两端，受力情况可简化为支撑杆的纯弯曲。

许用应力计算：

最大弯曲应力计算：

最大弯矩计算：

可见支撑杆强度满足使用要求。

3 吊具运用过程情况

3.1 效率提升

采用专用吊具后，简化了摘钩、挂钩过程，缩短了吊运时间。

3.2 效果改善

支撑杆尺寸根据后从板座进行设计，结构紧凑，确保了支撑杆插入后，整个吊具的中心面和牵枕装配的中心面不会有太大偏移，同时支撑杆和吊钩都吊卡于牵枕装配的受力部件上，不用试吊寻找重心，杜绝了偏挂现象，确保吊运过程中牵枕装配两端基本保持水平。

3.3 安全性提高

吊运时，支撑杆插入后从板座后部缺口，吊钩卡住后从板座前部，吊具前后都被卡住无法自行移动，避免了出现起吊脱钩的情况。

3.4 损耗减少

钢丝绳不与牵枕装配接触，避免了彼此之间的磨损，降低了钢丝绳的更换频率，节约了成本。

4 试验及实际使用情况

吊具制造完成后，进行了磁粉探伤，确保焊接质量。探伤后按照1.2倍载荷进行起吊加载试验，保持10 min，卸载后对吊具进行检查，焊缝位置无裂纹，各零部件无永久变形。通过上述试验，证明了采用该吊具达到了预期效果。后期经专业吊具厂家进行生产制造，该吊具制成后至今已完成了多次吊运任务，未出现技术问题。

5 结论

无中梁罐车牵枕装配专用吊具的设计，通过试验和实际使用，证明了该吊具能够满足预期的吊运要求。与原有吊运方式相比，具有吊运效率高、安全性好、成本低等优点。