橋式車組掛帶橫梁的適載改裝

胡洪

（中國外運大件物流有限公司如皋分公司，江蘇 如皋 226500）

1 橋式承載梁的配套工裝

1.1 裝載形式

大件貨物在設計階段會綜合考慮制造、運輸、安裝等環(huán)節(jié)。由于各方面的條件，制造廠家可能沒有專門針對橋式運輸方式設計肩座。因此，橋式承載梁在裝載貨物時，一般采用配套的掛帶橫梁工裝。此裝載方式利用橋式承載主梁、掛帶、橫梁將貨物“包裹”裝載（見圖1）。

圖1 橋式承載梁汽車列車裝載示意圖

如圖1 所示，平行的2 片主梁將貨物夾在中間，每片主梁上設置2 根掛帶，掛帶下部通過銷軸與橫梁連接，橫梁將貨物底部兩端托起，荷載通過掛帶傳遞至橋式承載梁，最終分載至汽車列車的2 個支撐車組。

1.2 工裝使用參數(shù)

現(xiàn)有配套掛帶橫梁，銷孔中心距5400mm，單根橫梁寬度1500mm，長度5600mm，厚度200mm，配置在2片主梁上使用。掛帶橫梁設計強度滿足500t 裝載要求。

2 工裝的適載改裝

2.1 工裝的適用性

現(xiàn)有待裝的不可解體貨物，長寬高為13100mm×5110mm×4380mm，運輸重量391t。貨物的長度、高度、重量皆滿足車輛裝載要求，唯有寬度超過裝載面110mm，公式（1）如下：

式（1）中：L 為 橫 梁 銷 孔 中 心 距；W1為 主 梁 寬 度（見圖2）。

圖2 掛帶橫梁工裝示意圖

W＜5110mm。L 為固定值，決定了有效裝載寬度的限值。因此，現(xiàn)有配套工裝無法滿足貨物裝載要求。

2.2 工裝的改裝設計

2.2.1 設計原因

因現(xiàn)有橫梁不滿足貨物寬度的裝載，可以考慮新造2 根適合寬度的橫梁來解決，但受到成本、周期、效率等諸多因素限制。在此情況下，貨物的裝載力求以最簡單的技術辦法來解決問題。所以，將現(xiàn)有橫梁改裝設計以滿足貨物裝載不失為最好的辦法。

2.2.2 設計要求

主梁間的內檔寬度是有效的裝載寬度。根據(jù)貨物寬度，內檔寬度設計應大于5110mm，同時考慮貨物與主梁之間應留有合適間隙。過大的裝載寬度，一方面增加了設計難度，另一方面也致使整車輪廓寬度增大，不利于車輛運行安全。因此，將內檔寬度設計為5200mm，既滿足了貨物裝載，又留有890mm 的合適間隙。

2.2.3 改裝設計

現(xiàn)有橫梁的銷孔中心距滿足最大5000mm 裝載寬度，需設計的裝載寬度為5200mm。因此，可以考慮在掛帶與橫梁中間增加擴大寬度的轉換接頭。但直接擴用后，轉換接頭與掛帶連接銷和橫梁連接銷存在100mm 的偏距。在載荷作用下，掛帶連接銷上有一個向內的分力，使掛帶向內彎曲，同時使主梁下翼向內，造成在豎直方向上形成非垂直受力，容易失穩(wěn)（見圖3）。所以，如采用轉換接頭，在設計上必須消除上述偏心力。為了擴大寬裝載寬度并消除偏心力，轉換接頭可以利用掛帶銷孔、橫梁銷孔及新做輔助銷孔連接，形成豎直方向的三角受力模型[1]（見圖4）。

圖3 掛帶橫梁擴大寬度連接偏距示意圖

圖4 橫梁改裝及增設轉換連接示意圖

通過在橫梁上加焊銷控耳板，增加連接組件，達到了擴大裝載寬度的目的。但還需對增加組件進行強度校核。

2.3 強度校核

基于圖4 的模型，加焊耳板、轉換接頭的材料規(guī)格與布置形式與原設計保持一致，以保證上銷軸銷孔與右下銷軸銷孔的連接強度。橫梁上的加焊耳板的右下銷孔略大，是預留的安裝孔，不與銷軸配合。橫梁上的加焊耳板的左下銷軸銷孔連接是增加部分，也是平衡偏心力矩的主受力點。因此，需將加焊耳板的左下銷軸銷孔配合進行校核[4]。

2.3.1 銷孔拉板的荷載

銷軸與銷孔為間隙配合，受豎直方向集中荷載P。與單側銷軸配合的有上部1 塊耳板與下部2 塊規(guī)格材料一樣的耳板，校核選取荷載較大的上部耳板作為研究對象，計算中偏于保守可忽略耳板左側的加強護板（見圖5）。

圖5 轉換連接部件下部耳板荷載分布

2.3.2 耳板的內力

由圖5 可知，銷孔承受的荷載是集中力。豎直截面A1-A2是危險截面。根據(jù)材料力學的內力計算公式，A1-A2截面：

2.3.3 耳板的應力

在矩形截面A1-A2中，根據(jù)文獻[2]相關知識可知，截面對中性軸的靜距

式（5）中：A為截面面積；Y為計算點到中性軸的距離；R為計算點到曲率中心的距離[2]。

分析截面的受力特點，其危險點為A1、A2兩點。根據(jù)上述公式（2）、（3）、（4）、（5）可得

2.3.4 耳孔的接觸應力

銷軸和銷孔的相互擠壓通過線接觸傳遞載荷，產(chǎn)生的應力屬于接觸應力。接觸面是半徑為R0圓柱體與半徑為R1的圓柱凹面（見圖6）。故危險點A1的最大接觸應力為[3]：

圖6 銷軸銷孔受力簡圖

式

（8）中：E為彈性模量。

2.3.5 計算結果

已知，鋼板材料選用為Q390，板厚b=40mm，R1=50mm，R3=126mm，許用應力[σ]=320MPa，許用接觸應力[σHP]=400MPa；與其配合的銷軸半徑R0=49mm；則h=R3-R1=76mm，R2=R1+h/2=88mm。

根據(jù)貨物、橫梁等自重量，承受拉力取P=25t。同時，考慮車輛運行條件的動載，不均衡荷載系數(shù)取1.2。代入上述公式（6）、（7）、（8）可得計算點的正應力和接觸應力[4]，見表1。

表1 計算點應力計算結果

3 結語

在此次貨物的裝載中，通過增加轉換接頭連接，有效地擴大了橋式承載梁的裝載寬度，并通過對橫梁的簡單改裝，消除了偏心力的影響。用相對簡單的技術方法解決了裝載問題，增加的轉換接頭也可以在以后的裝載中使用，增加了適裝范圍，降低了生產(chǎn)成本。