桥式车组挂带横梁的适载改装
2022-12-19胡洪
胡洪
(中国外运大件物流有限公司如皋分公司,江苏 如皋 226500)
1 桥式承载梁的配套工装
1.1 装载形式
大件货物在设计阶段会综合考虑制造、运输、安装等环节。由于各方面的条件,制造厂家可能没有专门针对桥式运输方式设计肩座。因此,桥式承载梁在装载货物时,一般采用配套的挂带横梁工装。此装载方式利用桥式承载主梁、挂带、横梁将货物“包裹”装载(见图1)。
图1 桥式承载梁汽车列车装载示意图
如图1 所示,平行的2 片主梁将货物夹在中间,每片主梁上设置2 根挂带,挂带下部通过销轴与横梁连接,横梁将货物底部两端托起,荷载通过挂带传递至桥式承载梁,最终分载至汽车列车的2 个支撑车组。
1.2 工装使用参数
现有配套挂带横梁,销孔中心距5400mm,单根横梁宽度1500mm,长度5600mm,厚度200mm,配置在2片主梁上使用。挂带横梁设计强度满足500t 装载要求。
2 工装的适载改装
2.1 工装的适用性
现有待装的不可解体货物,长宽高为13100mm×5110mm×4380mm,运输重量391t。货物的长度、高度、重量皆满足车辆装载要求,唯有宽度超过装载面110mm,公式(1)如下:
式(1)中:L 为 横 梁 销 孔 中 心 距;W1为 主 梁 宽 度(见图2)。
图2 挂带横梁工装示意图
W<5110mm。L 为固定值,决定了有效装载宽度的限值。因此,现有配套工装无法满足货物装载要求。
2.2 工装的改装设计
2.2.1 设计原因
因现有横梁不满足货物宽度的装载,可以考虑新造2 根适合宽度的横梁来解决,但受到成本、周期、效率等诸多因素限制。在此情况下,货物的装载力求以最简单的技术办法来解决问题。所以,将现有横梁改装设计以满足货物装载不失为最好的办法。
2.2.2 设计要求
主梁间的内档宽度是有效的装载宽度。根据货物宽度,内档宽度设计应大于5110mm,同时考虑货物与主梁之间应留有合适间隙。过大的装载宽度,一方面增加了设计难度,另一方面也致使整车轮廓宽度增大,不利于车辆运行安全。因此,将内档宽度设计为5200mm,既满足了货物装载,又留有890mm 的合适间隙。
2.2.3 改装设计
现有横梁的销孔中心距满足最大5000mm 装载宽度,需设计的装载宽度为5200mm。因此,可以考虑在挂带与横梁中间增加扩大宽度的转换接头。但直接扩用后,转换接头与挂带连接销和横梁连接销存在100mm 的偏距。在载荷作用下,挂带连接销上有一个向内的分力,使挂带向内弯曲,同时使主梁下翼向内,造成在竖直方向上形成非垂直受力,容易失稳(见图3)。所以,如采用转换接头,在设计上必须消除上述偏心力。为了扩大宽装载宽度并消除偏心力,转换接头可以利用挂带销孔、横梁销孔及新做辅助销孔连接,形成竖直方向的三角受力模型[1](见图4)。
图3 挂带横梁扩大宽度连接偏距示意图
图4 横梁改装及增设转换连接示意图
通过在横梁上加焊销控耳板,增加连接组件,达到了扩大装载宽度的目的。但还需对增加组件进行强度校核。
2.3 强度校核
基于图4 的模型,加焊耳板、转换接头的材料规格与布置形式与原设计保持一致,以保证上销轴销孔与右下销轴销孔的连接强度。横梁上的加焊耳板的右下销孔略大,是预留的安装孔,不与销轴配合。横梁上的加焊耳板的左下销轴销孔连接是增加部分,也是平衡偏心力矩的主受力点。因此,需将加焊耳板的左下销轴销孔配合进行校核[4]。
2.3.1 销孔拉板的荷载
销轴与销孔为间隙配合,受竖直方向集中荷载P。与单侧销轴配合的有上部1 块耳板与下部2 块规格材料一样的耳板,校核选取荷载较大的上部耳板作为研究对象,计算中偏于保守可忽略耳板左侧的加强护板(见图5)。
图5 转换连接部件下部耳板荷载分布
2.3.2 耳板的内力
由图5 可知,销孔承受的荷载是集中力。竖直截面A1-A2是危险截面。根据材料力学的内力计算公式,A1-A2截面:
2.3.3 耳板的应力
在矩形截面A1-A2中,根据文献[2]相关知识可知,截面对中性轴的静距
式(5)中:A为截面面积;Y为计算点到中性轴的距离;R为计算点到曲率中心的距离[2]。
分析截面的受力特点,其危险点为A1、A2两点。根据上述公式(2)、(3)、(4)、(5)可得
2.3.4 耳孔的接触应力
销轴和销孔的相互挤压通过线接触传递载荷,产生的应力属于接触应力。接触面是半径为R0圆柱体与半径为R1的圆柱凹面(见图6)。故危险点A1的最大接触应力为[3]:
图6 销轴销孔受力简图
式
(8)中:E为弹性模量。
2.3.5 计算结果
已知,钢板材料选用为Q390,板厚b=40mm,R1=50mm,R3=126mm,许用应力[σ]=320MPa,许用接触应力[σHP]=400MPa;与其配合的销轴半径R0=49mm;则h=R3-R1=76mm,R2=R1+h/2=88mm。
根据货物、横梁等自重量,承受拉力取P=25t。同时,考虑车辆运行条件的动载,不均衡荷载系数取1.2。代入上述公式(6)、(7)、(8)可得计算点的正应力和接触应力[4],见表1。
表1 计算点应力计算结果
3 结语
在此次货物的装载中,通过增加转换接头连接,有效地扩大了桥式承载梁的装载宽度,并通过对横梁的简单改装,消除了偏心力的影响。用相对简单的技术方法解决了装载问题,增加的转换接头也可以在以后的装载中使用,增加了适装范围,降低了生产成本。