桁架單元組合式輔助貨橋總體方案設(shè)計(jì)

朱 飛，　張家應(yīng),　王彥峰

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空軍交運(yùn)輸指揮系，江蘇 徐州 221000)

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桁架單元組合式輔助貨橋總體方案設(shè)計(jì)

朱 飛，張家應(yīng),王彥峰

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空軍交運(yùn)輸指揮系，江蘇 徐州 221000)

介紹了外軍桁架單元組合式輔助貨橋的組成部分及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，借鑒外軍輔助貨橋的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)我軍輔助貨橋的主要技術(shù)指標(biāo)要求，提出了滿足我軍航空運(yùn)輸裝卸保障需求的桁架單元組合式輔助貨橋總體設(shè)計(jì)方案，同時(shí)分析了該型輔助貨橋的工作模式。最后，通過與外軍各類輔助貨橋工作性能對(duì)比，分析了文中提出的輔助貨橋的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)輔助貨橋的研制具有重要的指導(dǎo)意義。

航空運(yùn)輸；輔助貨橋；桁架；總體設(shè)計(jì)方案；工作模式

通過研究美軍和俄軍的軍用運(yùn)輸機(jī)輔助貨橋，可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)輔助貨橋都是采取的桁架單元組合形式。這種形式的輔助貨橋主要由桁架單元、滑板單元、滾裝墊板單元三部分組成。

1 外軍桁架單元組合式輔助貨橋介紹

桁架單元組合式輔助貨橋的主體構(gòu)件為桁架單元。桁架單元拼組后可形成左右2條貨物裝卸通道，提供滾裝滾卸和滑軌裝卸功能。在使用時(shí)，機(jī)組人員將該設(shè)備搬運(yùn)、推拉至貨艙尾部進(jìn)行組裝對(duì)接，如圖1所示。

圖1 桁架單元組合式輔助貨橋

桁架單元(圖2)由支撐架、滑軌、機(jī)動(dòng)輪、支座高度調(diào)整裝置和桁架單元連接固定裝置構(gòu)成。支撐架為桁架式結(jié)構(gòu)，主要起支撐承載作用。支撐架上表面裝有滾輪組成的滑軌，以滿足非自行重裝備裝卸需要。支撐架底部安裝有機(jī)動(dòng)輪，用于自身機(jī)動(dòng)，作業(yè)時(shí)可收起。為保障路面不平整時(shí)的裝卸需要，支撐架底座采用螺紋式結(jié)構(gòu)的高度調(diào)整裝置用于微調(diào)高度。桁架單元連接固定裝置用于連接固定相鄰的桁架單元，保證輔助貨橋整體的穩(wěn)定性。

圖2 桁架單元

滑板單元用于放置在桁架單元的滑軌上承載非自行重型裝備物資重量，可拼接使用。使用時(shí)將滑板單元放置在滑軌上面，通過牽引繩與滑板前段的牽引鉤相連接，依靠機(jī)載絞車提供動(dòng)力帶動(dòng)滑板及貨物沿軌道進(jìn)入貨艙內(nèi)。如圖3、圖4所示。

圖3 滑板單元

圖4 起重機(jī)將貨物吊至滑板上

滾裝墊板單元用于為自行裝備滾裝滾卸提供裝卸通道，使用時(shí)將墊板固定在桁架單元上，自行裝備可通過自行或牽引方式通過滾裝墊板上下飛機(jī)。如圖5所示。

圖5 滾裝墊板

2 我軍輔助貨橋主要技術(shù)指標(biāo)

評(píng)價(jià)輔助貨橋技術(shù)性的指標(biāo)主要有額定載荷、自身重量、坡度、長(zhǎng)度、寬度、高度調(diào)節(jié)能力和展撤時(shí)間。經(jīng)過分析論證，得出我軍軍用運(yùn)輸機(jī)輔助貨橋的主要技術(shù)指標(biāo)為：額定載荷，40 t；自身重量≤10 t；坡度，4.5°；長(zhǎng)度，28 040 mm；承載面最大使用高度，2 200 mm；單條通道寬度，800 mm；高度調(diào)節(jié)范圍≥100 mm；展撤時(shí)間≤30 min。

3 總體方案設(shè)計(jì)

桁架單元組合式輔助貨橋設(shè)計(jì)分為左右兩條貨橋裝卸通道，每條貨橋由支撐架、滾裝墊板、滑軌和滑板四部分組成。支撐架為7段或5段組合式連接的傾斜式平臺(tái)結(jié)構(gòu)，上面可鋪設(shè)滾裝墊板，用于承載裝卸自行裝備；滑軌固定在滾裝墊板上與滑板配合使用，用于承載裝卸非自行裝備。輔助貨橋總體設(shè)計(jì)方案如圖6所示。

圖6 輔助貨橋總體設(shè)計(jì)方案

4 貨橋布局及單元模塊設(shè)計(jì)

通過對(duì)輔助貨橋的主要技術(shù)指標(biāo)分析可知，運(yùn)輸機(jī)輔助貨橋的總長(zhǎng)度為28 040 mm，考慮到使用時(shí)的方便性，應(yīng)將輔助貨橋分為若干個(gè)單元進(jìn)行拼裝組合使用。當(dāng)輔助貨橋使用長(zhǎng)度為28 040 mm時(shí)，輔助貨橋的尾部高度為2 200 mm，此時(shí)可與伊爾-76運(yùn)輸機(jī)貨艙配合使用[1]。當(dāng)輔助貨橋與運(yùn)-20配合使用時(shí)，輔助貨橋的尾部高度應(yīng)為1 800 mm(運(yùn)-20貨艙的高度)，此時(shí)可以計(jì)算出輔助貨橋的使用長(zhǎng)度應(yīng)為22 942 mm(輔助貨橋的坡度為4.5°)。因此，可將輔助貨橋的末端兩個(gè)單元總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為5 098 mm。當(dāng)輔助貨橋的末端單元拼裝使用時(shí)，輔助貨橋可用來保障伊爾-76裝卸載；當(dāng)輔助貨橋的末端單元撤收時(shí)，輔助貨橋可保障運(yùn)-20裝卸載。由于輔助貨橋的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在將輔助貨橋拆分成單元時(shí)，應(yīng)使每個(gè)單元具備方便操作使用和拼裝組合的特點(diǎn)，同時(shí)輔助貨橋的總單元數(shù)應(yīng)盡量減少，這樣不但可以提高輔助貨橋整體的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠節(jié)省拼裝組合的時(shí)間。綜合以上分析，將輔助貨橋的前端單元設(shè)計(jì)為6 142 mm，中間部分分為4個(gè)單元，每個(gè)單元長(zhǎng)度為4 200 mm，這樣單側(cè)輔助貨橋(輔助貨橋包括左右兩側(cè))就分為7段或5段，7段式組合貨橋與伊爾-76配套使用(圖7所示)，5段式組合貨橋與運(yùn)-20配套使用(圖8所示)。

圖7 7段組合貨橋(單位：mm)

圖8 5段組合貨橋(單位：mm)

4.1 支撐架設(shè)計(jì)

桁架單元組合式輔助貨橋的每個(gè)單元將以桁架單元為主體，配合滑板和滾裝墊板進(jìn)行裝卸載保障。桁架單元由支撐架、滑軌、機(jī)動(dòng)輪、支座高度調(diào)整裝置和桁架單元連接固定裝置構(gòu)成，其主要部件為支撐架。支撐架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，由上、下弦桿和腹桿組成[2]；各桁架交匯處用節(jié)點(diǎn)板連接，形成節(jié)點(diǎn)[3]。通過上述分析，將桁架單元的主要部件支撐架設(shè)計(jì)為如圖9所示的桁架結(jié)構(gòu)。

圖9 支撐架

每個(gè)支撐架單元底部共安裝4個(gè)可升降腳輪，用于支撐架移動(dòng)和架設(shè)，作業(yè)時(shí)腳輪可收起，腳輪通過螺紋調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)升降。相鄰支撐架單元之間采用插銷連接方式，兩側(cè)前后各采用兩個(gè)，連接緊固，操作方便。

4.2 滾裝墊板設(shè)計(jì)

運(yùn)輸機(jī)輔助貨橋可在支撐架上安裝滾裝墊板來實(shí)現(xiàn)滾裝滾卸保障方式。在不使用的時(shí)候可以撤收，使用的時(shí)候安裝到支撐架上面。滾裝墊板的尺寸應(yīng)當(dāng)能夠使其與支撐架配套使用。由于輔助貨橋單條裝卸通道滾裝滾卸承載面的寬度為800 mm，因此滾裝墊板的寬度應(yīng)為800 mm。單側(cè)輔助貨橋總長(zhǎng)度為28 040 mm，分為7個(gè)支撐架單元，滾裝墊板的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)這7個(gè)支撐架單元的長(zhǎng)度確定。在圖9中的末端單元放置2塊滾裝墊板，每塊滾裝墊板長(zhǎng)度為2 549 mm；在中間4個(gè)單元各放置2塊滾裝墊板，每塊滾裝墊板長(zhǎng)度為2 100 mm；在最前端單元放置3塊滾裝墊板，每塊滾裝墊板長(zhǎng)度為2 047 mm。這樣單側(cè)輔助貨橋需要13塊滾裝墊板，左右兩側(cè)輔助貨橋共需要26塊滾裝墊板。當(dāng)滾裝墊板放置到支撐架上時(shí)，需在支撐架上焊接卡板，卡板位于滾裝墊板的四個(gè)角處，用來固定滾裝墊板，防止?jié)L裝墊板滑動(dòng)。滾裝墊板和卡板的模型如圖10所示。

圖10 滾裝墊板和卡板模型

4.3 滑軌設(shè)計(jì)

由于軍用運(yùn)輸機(jī)輔助貨橋保障的部分裝備(如某大型包裝箱、40英尺(1英尺=0.304 8 m)集裝箱等)只能以滑軌裝卸的方式進(jìn)行裝卸載，因此，需在輔助貨橋滾裝墊板上安裝滑軌來實(shí)現(xiàn)滑軌裝卸。單側(cè)輔助貨橋的滾裝墊板上面安裝2排滑軌，兩側(cè)輔助貨橋共需安裝4排滑軌?；壷饕蓾L輪和滾軸組成。根據(jù)外軍此類輔助貨橋的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，初步將相鄰滾軸之間的距離定為500 mm，那么根據(jù)輔助貨橋的總長(zhǎng)度28 040 mm，可以確定1排滑軌上需安裝57個(gè)滾輪，4排滑軌共需安裝228個(gè)滾輪。每個(gè)滾輪的截面半徑以及滾軸的截面半徑應(yīng)當(dāng)能夠保證滾輪和滾軸都能滿足強(qiáng)度和剛度要求，半徑尺寸需對(duì)滾輪和滾軸進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核后進(jìn)行確定。由輔助貨橋的技術(shù)指標(biāo)分析可知，輔助貨橋單側(cè)通道承載面寬度為800 mm，單排滑軌寬度為200 mm，設(shè)計(jì)如圖11所示的滑軌結(jié)構(gòu)(一個(gè)支撐架單元上的)。其中,滾軸的長(zhǎng)度為200 mm,滾輪的長(zhǎng)度為180 mm。

圖11 滑軌結(jié)構(gòu)

4.4 滑板設(shè)計(jì)

在進(jìn)行滑軌裝卸時(shí)，需將集裝箱等貨物放置到滑板上面，再將滑板放置到滑軌上，通過飛機(jī)絞車提供牽引力，從而將貨物輸送到飛機(jī)貨艙內(nèi)?；宓某叽鐟?yīng)當(dāng)能夠使滑板配套滑軌使用。由于單側(cè)輔助貨橋的寬度為800 mm，滑板的寬度應(yīng)不小于單側(cè)貨橋承載面的寬度，同時(shí)考慮到滑板寬度增加后滑板的重量也會(huì)增加，所以滑板的寬度應(yīng)在滿足條件的情況下盡可能減小，因此將滑板的寬度定為800 mm?；宓拈L(zhǎng)度決定了一個(gè)滑板下方支撐滾輪的數(shù)量，滑板下方支撐滾輪的數(shù)量越多，則單個(gè)滾輪和滾軸承受的壓力越小。所以，滑板的長(zhǎng)度應(yīng)在保證滑板使用方便的同時(shí)盡可能增加?？紤]到輔助貨橋的額定載荷為40 t，滑軌裝卸時(shí)裝備的重量通過滑板傳遞到滾輪和滾軸上，為了使每個(gè)滾輪和滾軸承受的重量小于1 t，則在使用滑板傳送大型集裝箱時(shí)，滑板下方的滾輪數(shù)量應(yīng)不小于40個(gè)。在設(shè)計(jì)滑板長(zhǎng)度時(shí)考慮到滑板進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)后與運(yùn)輸機(jī)的配套使用性，可借鑒463L托盤的長(zhǎng)度尺寸(463L托盤的長(zhǎng)度為2 743 mm)，初步將滑板的長(zhǎng)度定為2 743 mm。由于相鄰滾軸之間的距離為500 mm，則每個(gè)滑板下方至少有10個(gè)滾輪起到支撐作用(每個(gè)滑板下方有2排滑軌，每排滑軌上至少5個(gè)滾輪支撐)。在輸送大型集裝箱時(shí)，單側(cè)輔助貨橋上至少放置3塊滑板，兩側(cè)輔助貨橋共需6塊滑板，每個(gè)滑板下方有10個(gè)滾輪起到支撐作用，則輔助貨橋的額定載荷40 t可以分載到60個(gè)滾輪滾軸上，每個(gè)滾輪滾軸只需承載0.67 t的重量。

由于滑軌裝卸時(shí)需要依靠運(yùn)輸機(jī)絞車提供牽引力進(jìn)行牽引，所以需在滑板兩端設(shè)計(jì)牽引鉤，在牽引貨物時(shí)將絞車上的繩索與最前端(最接近運(yùn)輸機(jī)那端)的滑板牽引鉤相連接，最前端的滑板再與后面的滑板相連，相鄰滑板之間依次相連，這樣就可以保證每塊滑板上受到同樣大小的拉力?？紤]到通過繩索牽引滑板時(shí)，滑板易出現(xiàn)向兩側(cè)移動(dòng)的情況，滑板中心線偏離單側(cè)輔助貨橋中心線，導(dǎo)致滑板受力不均勻，甚至從滑軌上滑落。因此，需在滑板與滑軌的接觸面上安裝軌道槽，使滑板沿著滑軌移動(dòng)。此外，為了保證在使用滑軌輸送貨物時(shí)能夠有效固定貨物以及貨物進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)后能夠與運(yùn)輸機(jī)貨艙地板相固定，確?；壿斔瓦^程和空運(yùn)過程中的安全性，需在滑板兩側(cè)設(shè)計(jì)系留環(huán)，從而可以使用繩帶將集裝箱固定在滑板上?；宓恼w結(jié)構(gòu)如圖12所示，軌道槽如圖13所示。

圖12 滑板整體結(jié)構(gòu)

圖13 軌道槽

5 工作模式

桁架單元組合式輔助貨橋有兩種工作模式：滑軌裝卸模式和滾裝滾卸模式。在使用該輔助貨橋進(jìn)行裝卸保障時(shí)，首先將輔助貨橋的各個(gè)支撐架單元通過連接裝置連接起來，形成貨橋整體，并與運(yùn)輸機(jī)貨艙進(jìn)行對(duì)接。

在滑軌裝卸模式下，先調(diào)整左右兩側(cè)輔助貨橋之間的距離，使兩側(cè)輔助貨橋最外端滑軌外側(cè)之間的距離略小于大型集裝箱等裝備的寬度，同時(shí)應(yīng)保證裝備的中心軸線與運(yùn)輸機(jī)貨艙的中心軸線對(duì)齊；然后將滑板依次鋪設(shè)到滑軌上面，滑板中心處于單側(cè)輔助貨橋中心軸線上，相鄰滑板之間依次用繩索連接，最接近運(yùn)輸機(jī)貨艙的那塊滑板與飛機(jī)絞車上的繩索連接；接著通過吊車將大型非自行裝備吊裝到滑板上面，并利用繩索和滑板兩側(cè)的系留環(huán)進(jìn)行固定；最后利用運(yùn)輸機(jī)絞車提供動(dòng)力將裝備連同滑板一起拉入運(yùn)輸機(jī)貨艙內(nèi)[4]。

在滾裝滾卸模式下，先調(diào)整左右兩側(cè)輔助貨橋之間的距離，使兩側(cè)輔助貨橋中心軸線之間的距離略大于自行裝備的輪距，確保自行裝備兩側(cè)的輪胎可分別位于貨橋兩側(cè)滾裝墊板的中心位置，同時(shí)應(yīng)保證自行裝備的中心軸線與運(yùn)輸機(jī)貨艙的中心軸線對(duì)齊；然后將滾裝墊板放置到支撐架上面，形成滾裝滾卸通道承載面；最后自行裝備可行駛進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)貨艙內(nèi)。

6 與外軍輔助貨橋性能對(duì)比分析

同外軍輔助貨橋相比，本文提出的桁架單元組合式輔助貨橋具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)先進(jìn)性、多用途性和技術(shù)復(fù)雜性。具體比較如表1所示。

表1 與外軍輔助貨橋性能對(duì)比

從表1可以看出，本文提出的桁架單元組合式輔助貨橋與外軍大部分航空運(yùn)輸裝卸裝備相比，具有功能多元、保障面廣的特點(diǎn)；同俄軍的安-124運(yùn)輸機(jī)組合式輔助貨橋相比，在不降低保障能力的前提下可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減輕裝備自重、提高裝備勤務(wù)適應(yīng)性。

7 結(jié)束語

本文提出了一種新型桁架單元組合式輔助貨橋的總體設(shè)計(jì)方案，并分析了該輔助貨橋在滑軌裝卸和滾裝滾卸兩種裝卸方式下的工作模式，兩種工作模式均能滿足我軍航空運(yùn)輸裝卸保障需求，對(duì)輔助貨橋的研制具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]姜百盈.伊爾-76飛機(jī)簡(jiǎn)介及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)分析[J]．航空科學(xué)技術(shù)，2006(2)：6-10

[2]謝曉東，完鷹海，梁長(zhǎng)海.敞開式桁架組合橋梁的穩(wěn)定性計(jì)算分析[J]．工程與建設(shè)，2013(4)：468-470

[3]劉 文.交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系中節(jié)點(diǎn)的受力性能研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2009

[4]郭 超.大型運(yùn)輸機(jī)貨運(yùn)系統(tǒng)淺析[J]．飛機(jī)工程，2007(4)：62-66

An Overall Scheme Design for the Auxiliary Composite Cargo Bridge Made up of Truss Units

ZHU Fei，ZHANG Jiaying，WANG Yanfeng

(Department of Aviation Transportation and Traffic Command, Logistics College of the Air Force of the PLA,Xuzhou 221000,China)

The components and structural characteristics of the auxiliary composite cargo bridge made up of truss units of the foreign armies are introduced in the paper, upon the basis of which put forward in the paper is an overall scheme design for the auxiliary composite cargo bridge made up of truss units,which can meet the needs of our army in air transport support. In the meanwhile,the work mode of the auxiliary composite cargo bridge is analyzed.Finally,the advantages of the auxiliary cargo bridge of our army mentioned in the paper are analyzed upon the basis of comparing it with those of foreign armies.The paper may serve as an important reference for the development of auxiliary cargo bridges at home.

air transport; auxiliary cargo bridge;truss; overall scheme design;working mode

2016-06-06

朱飛(1992—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)檐娊贿\(yùn)輸保障裝備與勤務(wù)。875264222@qq.com

10.13219/j.gjgyat.2016.05.006

E951.3

A

1672-3953(2016)05-0019-05