移動(dòng)式登車橋設(shè)計(jì)

臧志賢，宗榮珍，宗劭軒

（1.南陽理工學(xué)院智能制造學(xué)院，河南 南陽 473004；2.中國計(jì)量大學(xué)，杭州 310018）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，移動(dòng)登車橋已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了社會(huì)生產(chǎn)之中，移動(dòng)式登車橋是與叉車配合使用的貨物裝卸輔助設(shè)備，貨物存儲(chǔ)平臺(tái)和運(yùn)輸車輛之間建立起斜橋,滿足貨物的裝卸功能[1]。許多的生產(chǎn)廠家都已經(jīng)普及這種裝卸輔助設(shè)備。無論是建筑工程領(lǐng)域，還是工廠生產(chǎn)都需要移動(dòng)登車橋，許多機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠商都聞?dòng)嵍鴦?dòng)，紛紛建立工廠開始生產(chǎn)設(shè)備，投入市場(chǎng)。在各大工業(yè)城市中，更是日益體現(xiàn)這種設(shè)備價(jià)值，市場(chǎng)生意火爆，前景一片光明。從側(cè)面也反映出社會(huì)技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展，更好地滿足了人們的需求。

物流行業(yè)的快速發(fā)展，移動(dòng)登車橋的價(jià)值體現(xiàn)更加強(qiáng)烈，不僅能夠提高裝卸效率，而且增加了物流設(shè)備的實(shí)用性和功能性。登車橋所具有的自身高度升降功能，可根據(jù)貨車車廂高低的不同靈活調(diào)節(jié)運(yùn)用。登車橋的橋體骨架采用高強(qiáng)度鋼材質(zhì)焊接而成，能夠滿足高強(qiáng)度的承重載荷需要。移動(dòng)登車橋適用于物流橋接不固定的場(chǎng)所，它的底部配備有一對(duì)輪子，能夠靈敏移動(dòng)，運(yùn)用起來十分便利。

1 移動(dòng)登車橋主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)式登車橋設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容側(cè)重點(diǎn)在于承重結(jié)構(gòu)（橋體、輪架、承重支腿）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算和液壓輔助系統(tǒng)（液壓缸、電動(dòng)液壓泵）的選型。移動(dòng)登車橋的各部分結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 登車橋整體結(jié)構(gòu)

圖2 登車橋尾段

2 移動(dòng)登車橋的功能實(shí)現(xiàn)

1）移動(dòng)登車橋被牽引移動(dòng)時(shí)的狀態(tài)。利用叉車牽引,叉車和移動(dòng)登車橋上的掛環(huán)10連接，登車橋可調(diào)節(jié)升高內(nèi)置支撐腿8，同時(shí)調(diào)節(jié)液壓缸6來控制輪架3，使輪胎5著地，將橋體斜坡尾部的尾板4收起，利用叉車牽引著掛環(huán)10，登車橋就能夠輕松移動(dòng)了。將移動(dòng)登車橋安放到指定工作的位置時(shí)，叉車可以裝載貨物輕松通過登車橋來搬運(yùn)貨物，以實(shí)現(xiàn)貨物安全、快速裝卸。

2）移動(dòng)登車橋工作時(shí)的狀態(tài)。移動(dòng)登車橋的尾板4是個(gè)小斜坡形的板狀結(jié)構(gòu)，尾板4下面由5根結(jié)構(gòu)鋼管加固，起支撐作用。在移動(dòng)登車橋工作時(shí)，把尾板4落下來，下部挨著地面，這樣能夠讓叉車登車時(shí)，從尾板上到橋體斜面。移動(dòng)登車橋的橋體2是承重載荷的骨架結(jié)構(gòu)，由高強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)鋼管焊接而成的，橋體中間有橫梁承重，橋面上邊左右兩邊都有安全護(hù)欄，作為登車時(shí)叉車的安全保證，下面左右兩邊也有這種圍擋結(jié)構(gòu)，保障作業(yè)時(shí)操作人員的安全，同時(shí)也有加固登車橋橋體的作用。橋體采用電動(dòng)液壓泵站7作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備來提供動(dòng)力，由液壓油缸6作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來調(diào)節(jié)橋體斜坡坡度，斜度不宜過大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)登車橋的整體高度調(diào)節(jié)。橋面上鋪設(shè)的鋼格板9，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)保證了安全強(qiáng)度的同時(shí)，防滑又不積水。再調(diào)節(jié)內(nèi)置承重支腿8的高低，來實(shí)現(xiàn)登車橋與車廂在同一高度，承重支腿不僅能調(diào)節(jié)自身的高度，而且能承載叉車貨物在登車橋上工作時(shí)的大部分力。唇板1在登車橋工作時(shí)搭在貨車車廂底部。液壓系統(tǒng)由電動(dòng)液壓泵站7、液壓缸6組成，通過液壓泵把油壓到液壓缸里，從而實(shí)現(xiàn)登車橋上升；下降時(shí)，打開回油閥，通過登車橋自身重力來實(shí)現(xiàn)下降。液壓缸一邊連接橋體2，另一邊連接輪架3，輪架與輪組5連接，輪組里實(shí)心橡膠輪胎著地。以上就是移動(dòng)登車橋的基本結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)。

3 主要零部件（橋體）設(shè)計(jì)

3.1 登車橋橋體的功能

橋體是登車橋的主要承重部件，并且需要連接升降裝置（內(nèi)置支腿、輪架），以及連接前面的唇板、后面的尾板，是登車橋的主要零部件之一。為簡(jiǎn)化零部件設(shè)計(jì)，在保證使用要求的情況下，橋體車身可使用標(biāo)準(zhǔn)焊件型材制作。日常工作中，進(jìn)行裝卸運(yùn)輸?shù)牟孳嚭拓浳镔|(zhì)量在6～8 t之間，則車身主體要能夠承受80 000 N 的均布力。登車橋橋體橫梁要作為承重部件，故而每一根橫梁都要能夠承受60 000～80 000 N。

3.2 橋體有限元分析

1）移動(dòng)登車橋的橋體材質(zhì)參數(shù)。

a.橋體作為登車橋的主要承重部件，一般情況下受靜載荷，材質(zhì)采用Q345鋼，材質(zhì)具體參數(shù)如表1所示。

表1 Q345鋼材質(zhì)主要參數(shù)

b.橋體的骨架結(jié)構(gòu)主要由兩種型材的鋼結(jié)構(gòu)矩形鋼管焊接而成，橫梁結(jié)構(gòu)均采用規(guī)格為150 mm×100 mm×5 mm冷彎矩形空心型鋼，橋面上護(hù)欄和下方圍擋均為規(guī)格為100 mm×50 mm×4 mm冷彎矩形空心型鋼。兩種冷彎矩形空心型鋼的尺寸規(guī)格如表2所示。

表2 冷彎矩形空心型鋼尺寸規(guī)格

2）夾具和負(fù)載

a.夾具。在本次有限元分析中，橋體橫梁受均布力時(shí)，由于橋體主體為焊件，夾具固定了配合的橫梁中與橋體主體接觸部位的連接點(diǎn)，使用固定節(jié)點(diǎn)命令進(jìn)行固定，如圖3所示。

b.載荷。對(duì)橋體橫梁施加均布力160 000 N，方向垂直于圖中橫梁上表面向下，如圖3所示。

圖3 橋體節(jié)點(diǎn)固定和橫梁施加載荷示意圖

3）橋體網(wǎng)格類型為橫梁網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為1382，單元總數(shù)為1343。橋體單根橫梁網(wǎng)格化模型如圖4所示。

圖4 橋體單根橫梁網(wǎng)格化模型

4）橋體橫梁受力時(shí)算例分析結(jié)果。

a.橋體靜應(yīng)力分析。通過計(jì)算得其上界軸向和折彎應(yīng)力，上界軸向和折彎應(yīng)力最小值為0 MPa，共有1個(gè)網(wǎng)格單元；上界軸向和折彎應(yīng)力最大值為28.4494 MPa，共有471個(gè)網(wǎng)格單元，上界軸向和折彎應(yīng)力具體分布情況如圖5所示。

圖5 橋體橫梁施加均布力時(shí)上界軸向和折彎應(yīng)力分布圖

b.橋體靜態(tài)合位移分析。通過計(jì)算分析得出其URES（合位移），URES最小值為0 mm，共有1個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；最大值為0.034 576 1 mm，共有497個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，位移具體分布情況如圖6所示。

圖6 橋體橫梁施加均布力時(shí)URES分布圖（局部）

通過SolidWorks軟件中有限元分析模塊Simulation對(duì)登車橋橋體的受力情況進(jìn)行仿真分析，可以看出，橋體滿足登車橋的工作要求，其他零件均可采用同樣的方法進(jìn)行分析，從結(jié)果來看，登車橋的橋體的剛度和強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在本文中設(shè)計(jì)的登車橋采用電動(dòng)液壓方式調(diào)節(jié)登車橋的高度，使叉車能夠安全有效地進(jìn)出車廂[2]。通過后部的牽引掛件能夠與叉車連接，使之能夠快速地移動(dòng)到指定地點(diǎn)。登車橋橋面上鋪有一層?xùn)鸥癜?，增加叉車與橋面的摩擦力，使之能夠在雨雪天氣也能使用?？蓡稳瞬僮?，節(jié)省勞動(dòng)力[3]，很大程度上解決了人工搬運(yùn)的缺點(diǎn)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度[4]，實(shí)現(xiàn)了貨物快速裝卸，提高了貨物流通速度。使企業(yè)的生產(chǎn)成本下降，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際運(yùn)用中可以較好地滿足當(dāng)今物流運(yùn)輸類企業(yè)的要求。