20ft敞頂箱卷鋼通用運輸座架設計及強度檢驗

王晨，朱大鵬，余珍

20ft敞頂箱卷鋼通用運輸座架設計及強度檢驗

王晨，朱大鵬，余珍

（蘭州交通大學，蘭州 730070）

在國家大力發(fā)展集裝箱多式聯(lián)運的背景下，研究20 ft（1 ft=304.8 mm）35 t敞頂集裝箱的卷鋼運輸方式，根據(jù)卷鋼的不同規(guī)格設計2類卷鋼座架并分析驗證其強度性能。利用SolidWorks軟件建立座架三維模型，利用Ansys Workbench軟件分析座架在靜載與沖擊條件下的位移與應力變化，然后進行靜載與沖擊試驗，依據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》與《機車車輛強度設計及試驗鑒定規(guī)范車體第2部分：貨車車體》規(guī)定，對仿真結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較分析。在靜載與沖擊工況下，仿真分析結(jié)果的位移與應力均不超過結(jié)構(gòu)材料的最大許用值；試驗結(jié)果前后座架狀態(tài)完好，未發(fā)生明顯損傷變形等情況；2類座架仿真分析結(jié)果與試驗結(jié)果的最大絕對偏差僅為20.19 MPa和22.23 MPa，表明仿真分析結(jié)果具有較大精度。設計的20 ft 35 t敞頂箱卷鋼運輸座架模型設計合理，強度符合規(guī)范要求，能夠滿足卷鋼安全高效的運輸需求。

卷鋼；敞頂箱；座架；有限元分析；沖擊試驗

隨著經(jīng)濟的快速增長，各行各業(yè)對卷鋼的需求逐漸增加，這也進一步推動了卷鋼運輸行業(yè)的發(fā)展。然而受地域條件和環(huán)境因素的限制，在我國鋼材運輸格局呈現(xiàn)自北向南、自西向東的分布。卷鋼具有規(guī)格種類多、外形特殊、重量大、易滾動、不宜加固等特點[1]，傳統(tǒng)鐵路運輸方式主要以平車和敞車為主。隨著運輸結(jié)構(gòu)的不斷改革，在全面融入多式聯(lián)運體系的背景下，卷鋼集裝箱化運輸?shù)陌l(fā)展趨勢愈發(fā)明顯[2]。

目前國內(nèi)外集裝箱裝載卷鋼運輸?shù)姆绞街饕ㄊ褂糜操|(zhì)木材對卷鋼進行加固、使用卷鋼座架或生產(chǎn)卷鋼專用集裝箱來進行卷鋼裝載運輸，其中使用硬質(zhì)木材加固時存在安全隱患，并且容易造成浪費與污染，存在較多問題[3]；而使用卷鋼座架與卷鋼專用箱運輸雖然具有一定的便捷性，但是存在適運卷鋼范圍有限、制造成本高、有效載荷低等缺點，難以進行推廣應用。在現(xiàn)有研究的基礎上，根據(jù)鐵路總公司新推出的20 ft（1 ft=304.8 mm）35 t敞頂集裝箱[4]（以下簡稱敞頂箱）內(nèi)部結(jié)構(gòu)與《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[5]，設計出能夠適應多種卷鋼規(guī)格運輸?shù)淖?，利用SolidWorks對座架進行建模，并利用有限元分析軟件Ansys對座架的強度進行仿真分析，驗證構(gòu)建模型的合理性。

1 20 ft敞頂箱座架設計

1.1 設計參數(shù)

首先對現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的卷鋼的尺寸與敞頂箱的技術(shù)參數(shù)[6]進行獲取，根據(jù)調(diào)研的數(shù)據(jù)可得卷鋼參數(shù)：質(zhì)量為3～30.5 t，外卷徑為800～2 100 mm，板寬為800～1 800 mm，敞頂箱額定質(zhì)量為35 000 kg，自身質(zhì)量為2 730 kg，最大允許載質(zhì)量為32 280 kg，外部尺寸為6 058 mm×2 550 mm×2 896 mm，內(nèi)部尺寸為5 879 mm×2 438 mm×2 713 mm。

為了保證運輸安全，根據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[7]與《系列1 集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量》[8]規(guī)定，研究設計的卷鋼座架運輸方式為卷鋼臥裝。為了滿足單個敞頂箱能夠承運一件重型卷鋼或多件較輕卷鋼的需求，在滿足運輸卷鋼最大板寬的前提下，設計了2種規(guī)格型號的運輸座架，以便于敞頂箱進行承運。

1.2 設計原則

1）安全性。設計強度保證運輸過程中在受到各種沖擊、振動時不易變形，不會發(fā)生位移和傾覆，始終保持座架與卷鋼和集裝箱的相對位置不變，座架各部件的結(jié)構(gòu)強度能夠滿足負重運輸、重復使用的要求。

2）便捷性。座架自身質(zhì)量小，材料消耗少，制造成本低，運輸收益高，維修費用低，能夠滿足不同規(guī)格種類的卷鋼運輸需求。

3）高效性。座架制造過程簡單，能夠與卷鋼生產(chǎn)線緊密結(jié)合，通過吊具或叉車即可進出箱進行作業(yè)，方便快捷，在裝載后不必采取額外的加固措施，裝車即走，能夠有效縮短裝卸時間。

1.3 主要結(jié)構(gòu)與功能設計對比

設計的一類與二類座架結(jié)構(gòu)類似，主要結(jié)構(gòu)與功能如下：

1）2類座架主要由底架結(jié)構(gòu)與上部“V”型結(jié)構(gòu)組成。底架結(jié)構(gòu)包括端梁、橫梁、內(nèi)縱梁、內(nèi)橫梁、輔助梁、系環(huán)組成，“V”型結(jié)構(gòu)主要用于阻擋卷鋼在運輸過程中，可能會因為啟動、加速、制動等過程造成卷鋼加速度發(fā)生改變導致滾動造成事故，在“V”型斜擋上方布置了對中線，在進行吊裝作業(yè)時方便卷鋼中部與座架中部對齊，實現(xiàn)精準作業(yè)。

2）為了方便叉車進出箱作業(yè)還在座架底架上設置了叉孔；防擠壓擋塊的設計是為了避免座架在運輸過程中發(fā)生沖撞疊壓現(xiàn)象；為了防止貨物丟失，還在每類座架上布置了GPS定位裝置。

一類座架與二類座架的主要區(qū)別如下：

1）一類座架的承重墊板連接在一側(cè)兩端最遠處的斜擋處，在兩端底部結(jié)構(gòu)中部設計了橫擋裝置，防止卷鋼在運輸過程中發(fā)生較大移動影響行車安全，同時將一類座架外觀尺寸設計為正方形，可以根據(jù)運輸需要自由選擇采用座架橫向臥裝或順向臥裝。

2）二類座架的承重墊板在一側(cè)相鄰處的兩斜擋間進行連接。此外二類座架還設計出了能夠適應卷鋼卷徑變化的翻塊，可以根據(jù)所承運的卷鋼卷徑大小自由調(diào)節(jié)，同時為了便于二類座架在敞頂箱內(nèi)部的固定，還在座架的端部設置了角件裝置，通過與敞頂箱角件部位的固定，可以使座架固定在敞頂箱內(nèi)。

2 座架有限元仿真

Ansys軟件是一款廣泛應用的有限元分析軟件[9-10]，但是它三維建模功能較差，因此，先用建模功能強大的SolidWorks軟件創(chuàng)建座架模型，然后將模型導入Ansys中進行有限元分析。

2.1 座架有限元模型建立與簡化

利用SolidWorks軟件建立的20 ft敞頂箱2類卷鋼座架如圖1、圖2所示，主要參數(shù)見表1。

圖1 一類座架三維立體仿真

圖2 二類座架三維立體仿真

表1 座架參數(shù)

Tab.1 Parameters of frames

在對模型進行分析時，為了得到正確的結(jié)果，刪除不承重的零件并對結(jié)構(gòu)進行簡化，保留座架主要的承重結(jié)構(gòu)，簡化導入Ansys中的2類模型結(jié)構(gòu)見圖3、4。

圖3 一類座架模型簡化

圖4 二類座架模型簡化

2.2 材料參數(shù)

根據(jù)卷鋼座架實際工作環(huán)境與承重能力要求，選取的制作材料為Q345鋼，材料主要性能參數(shù)為最大屈服強度為345 MPa，密度為7 850 kg/m3。

2.3 模型仿真求解

座架在使用過程中會受到各種外力的沖擊，在座架承受最大載荷的工況下，分別選取靜載工況與沖擊工況2個典型情況對座架進行有限元分析[11]，以驗證座架的強度是否合理。

2.3.1 靜強度有限元分析

靜載工況時車輛處于靜止或勻速運動狀態(tài)，此時座架只受到卷鋼重力的作用[12]，靜載工況下座架的受力情況如圖5所示。

圖5 座架靜載受力分析

由于設計的斜擋與水平夾角=40°，此時卷鋼對座架的作用力1和2為：

式中：1和2為卷鋼對單側(cè)墊板壓力，kN；為卷鋼所受重力，kN；為斜擋與水平夾角。

將2類座架最大載重帶入后求得1和2的結(jié)果為195.1 kN與95.9 kN，分別施加上述載荷后，得到的座架靜載分析結(jié)果如圖6和圖7所示。此時一類座架最大變形值發(fā)生在中間墊板上下兩側(cè)端部，二類座架最大變形值發(fā)生在墊板上表面中部，位移變形量分別為0.227 mm與0.084 mm，小于2 mm，一類座架與二類座架的最大應力值分別為113.77 MPa與80.479 MPa，只出現(xiàn)在個別部件之間的連接處，小于Q345材料的屈服極限345 MPa，滿足規(guī)定。

圖6 一類座架靜載分析云圖

圖7 二類座架靜載分析云圖

2.3.2 沖擊工況下有限元分析

在車輛受到?jīng)_擊時，分布在座架上的載荷主要包括卷鋼在運輸過程中在垂向、縱向與橫向?qū)ψ艿淖饔昧εc敞頂箱固定連結(jié)處對座架的反作用力[13]。因為座架與敞頂箱通過角件連結(jié)，因而座架的加固方式屬于剛性加固，因此按照《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》規(guī)定，全部以座架滿載為不利工況進行計算后，受力結(jié)果見表2。

表2 車輛沖擊狀態(tài)下座架受力

Tab.2 Force of frame under impact state of vehicle kN

分別對座架施加上述載荷后，一類座架位移與應力分布如圖8所示，二類座架位移與應力分布如圖9所示?？傻迷跊_擊載荷狀態(tài)下，一類座架最大變形值發(fā)生在中間墊板上下兩側(cè)端部，二類座架最大變形值發(fā)生在墊板上表面中部，位移變形量分別為0.419 mm與0.179 mm，小于2 mm；一類座架和二類座架的最大應力值分別為331.85 MPa與185.58 MPa，出現(xiàn)在個別部件之間的連接處，小于Q345材料的屈服極限345 MPa，滿足規(guī)定。

圖8 一類座架沖擊分析云圖

圖9 二類座架沖擊分析云圖

3 座架強度試驗檢測

為了檢驗所構(gòu)建模型強度大小，還需要進行實際的強度試驗[14-15]。主要包括靜載試驗和沖擊試驗。試驗主要采用應力、應變電測法來獲取各測點在不同的工況下的應力。

3.1 應力測點布置

由于座架是對稱結(jié)構(gòu)，因此在運輸卷鋼時兩側(cè)都會承重，結(jié)合理論分析與實際的試驗條件，選擇座架可能出現(xiàn)應力較大的點，分別對2類座架各選取了28個和26個測點。測點布置如圖10、11所示。

3.2 靜態(tài)測試

在座架上進行靜態(tài)載荷加載，考慮到運輸?shù)谋憬菪约艾F(xiàn)場試驗的實際情況，為了保證靜態(tài)試驗與動態(tài)試驗變量的一致性，分別對2類座架選用30.5 t和15 t的卷鋼首先進行一次預加載后記錄結(jié)果，確認結(jié)果無明顯誤差后再進行3次正式加載，每次加載間隔時間為10 min，分別測量并記錄各測點的工作應力值，將每個測點得到的應力最大值進歸類比較，結(jié)果見表3、4。

圖10 一類座架測點布置

圖11 二類座架測點布置

表3 一類座架靜載試驗結(jié)果

Tab.3 Static load test results of type I frames

注：“—”表示測點損壞。

由表3與圖4可以看出，在卷鋼重力載荷作用下一類卷鋼座架結(jié)構(gòu)的最大拉應力和最大壓應力分別為71.36 MPa與?15.06 MPa，出現(xiàn)在25號和9號測點；二類卷鋼座架結(jié)構(gòu)的最大拉應力和最大壓應力分別為46.02 MPa與?56.54 MPa，分別出現(xiàn)在46號測點和53號測點。座架主體結(jié)構(gòu)最大拉、壓應力均小于座架所用主要鋼材的屈服強度345 MPa，同時滿足《機車車輛強度設計及試驗鑒定規(guī)范車體第2部分：貨車車體》（TB/T 3550.2—2019）[16]附錄F所規(guī)定Q345材料的第一工況許用應力216 MPa。

表4 二類座架靜載試驗結(jié)果

Tab.4 Static load test results of type II frames

3.3 沖擊試驗

沖擊試驗的目的是采集在沖擊工況下，座架相較于靜載工況時增加的應力數(shù)據(jù)，并與靜載數(shù)據(jù)合成座架的最終工作應力。分別在2類座架滿載情況下進行，具體試驗過程如下。

3.3.1 座架布置方式

由于敞頂箱內(nèi)部的空間尺寸為5 879 mm×2 438 mm× 2 713 mm，而一類座架尺寸為2 310 mm×2 310 mm，二類座架尺寸1 784.5 mm×2 310 mm，通過計算有：

式中：二長為二類座架長度；一長為一類座架長度。

根據(jù)上述結(jié)果，采取在箱底板均勻放置2個二類座架與1個一類座架的組合方式，二類座架兩側(cè)通過角件與敞頂箱角件進行連結(jié)固定，一類座架居中布置，恰好鋪滿箱底板。

3.3.2 沖擊試驗方案

現(xiàn)場按照每車2個敞頂箱進行裝載，其中一個敞頂箱裝載重物，另一個敞頂箱中裝載試驗的座架及相應卷鋼。敞頂箱中按照最大載質(zhì)量有2種裝載方案：第1種裝載方案為在中間一類座架上裝載30.5 t的卷鋼，兩端二類座架為空載；第2種裝載方案為在兩側(cè)二類座架上裝載15 t的卷鋼，中間一類座架為空載。具體裝載方式如圖12所示。

圖12 沖擊裝載方案

3.3.3 沖擊試驗方法

沖擊試驗模擬鐵路調(diào)車作業(yè)過程，采用單端連續(xù)沖擊的方式進行。沖擊試驗原理如圖13所示，以一輛具有一定速度、載質(zhì)量為70 t的沖擊重車向一輛停靠在平直線路上處于非制動狀態(tài)的試驗車進行沖擊。試驗時，先以3 km/h以下速度進行一次沖擊，觀察卷鋼與座架的狀態(tài)以及儀器設備的數(shù)據(jù)顯示，確定無異常后正式開始沖擊試驗。分別在5.0～6.0、6.1～7.0和7.5 km/h的速度區(qū)間下進行沖擊試驗，測試沖擊速度、沖擊端卷鋼座架危險部位應力值、卷鋼及座架位移，檢查座架關(guān)鍵位置焊縫變化等。

圖13 沖擊試驗示意圖

3.3.4 沖擊試驗結(jié)果

沖擊試驗過程中選取沖擊端的測點進行沖擊試驗應力變化測量，相關(guān)測點的測試結(jié)果如表5、6所示。

表5 一類座架沖擊試驗檢測結(jié)果

Tab.5 Test results of impact test for type I frames MPa

注：“—”表示測點損壞。

表6 二類座架沖擊試驗檢測結(jié)果

Tab.6 Test results of impact test for type II frames MPa

注：“—”表示測點損壞。

根據(jù)表5和表6可知，沖擊試驗結(jié)果表明在最高速度下沖擊時，一類座架測得的沖擊最大拉應力和最大壓應力為78.56 MPa 和?53.34 MPa，出現(xiàn)在25號測點與1號測點；二類座架測得的最大拉應力和最大壓應力為53.98 MPa和?59.54 MPa，出現(xiàn)在39號測點與54號測點；得到的2類座架沖擊結(jié)果均小于Q345材料所規(guī)定的第二工況許用應力239 MPa的要求。在動態(tài)沖擊試驗前后，座架的整體狀態(tài)完好，座架相對于車體無明顯位移，在沖擊過程中發(fā)現(xiàn)卷鋼在座架內(nèi)有輕微爬滾現(xiàn)象。試驗后未發(fā)現(xiàn)任何肉眼可見的座架變形、焊縫開縫、座架損傷等情況。

3.3.5 合成應力結(jié)果與對比分析

在實際運輸中座架是處在復雜的多向應力的作用下，因此需要建立在復雜應力狀態(tài)下與單向拉升或壓縮情況下的變化關(guān)系。在第2節(jié)的有限元分析中得到座架承受的載荷作用的應力值低于其屈服極限。在沖擊試驗過程中，由于試驗是在平直線路上進行，沖擊速度也控制在一定范圍之內(nèi)，因此只需將座架受力簡化為受到卷鋼垂向力與縱向力沖擊引起的復合作用即可。將座架受力位置各測點的應力進行合成，選取對應有限元模型分析中的單元讀取仿真計算值，并將二者進行比較[17]，驗證合理性。對比結(jié)果如表7、8所示。

表7 一類座架對比結(jié)果

Tab.7 Comparison results of type I frames

表8 二類座架對比結(jié)果

Tab.8 Comparison results of type II frames

綜合表7、8可得出，一類座架的最大絕對偏差為20.19 MPa，出現(xiàn)在1號測點，最小絕對偏差為2.07 MPa，出現(xiàn)在7號測點；二類座架的最大絕對偏差為22.23 MPa，出現(xiàn)在54號測點，最小偏差僅為0.51 MPa，出現(xiàn)在42號測點。從座架整體應力分布上看，座架的仿真計算與試驗檢測結(jié)果大致相同，具有較高精度；而在沒有布置測點的區(qū)域內(nèi)，實際檢測試驗與仿真計算出現(xiàn)應力較大的點大多集中在各焊接區(qū)域和變截面處，受座架工藝水平、卷鋼布置方式等因素的影響，實際檢測的對稱點的結(jié)果并不相同。在誤差允許的范圍下，得到的結(jié)果是合理的。數(shù)值對比結(jié)果說明設計的2類敞頂箱專用座架均能夠滿足《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》的相關(guān)要求，強度符合設計規(guī)范，能夠滿足卷鋼鐵路安全運輸?shù)囊蟆?/p>

4 結(jié)語

敞頂箱運輸卷鋼相較于其他運輸方式具有多種優(yōu)勢，是未來卷鋼運輸發(fā)展的方向。文中在既有的研究現(xiàn)狀研究的基礎上，提出并設計了新型的20 ft敞頂集裝箱卷鋼運輸座架，具有安全穩(wěn)定、結(jié)果簡單、可以循環(huán)使用的特點，利用敞頂箱座架運輸卷鋼，不但能夠有效保障貨物運輸安全，提高作業(yè)效率，切實為鐵路貨物增長增效，而且也為制定相應的裝載加固方案提供了一定的理論依據(jù)。由于卷鋼自身的特殊性，研究并未考慮在實際運輸過程中由于卷鋼運動狀態(tài)的變化對座架與箱體的影響，在未來的研究中可以通過對卷鋼受到?jīng)_擊時發(fā)生滑移與傾覆的臨界條件進行研究，對座架的結(jié)構(gòu)進行設計優(yōu)化，得到合理可靠的卷鋼運輸方案。

[1] 石磊. 卷鋼鐵路運輸安全對策分析[J]. 中國鐵路, 2011(1): 72-75.

SHI Lei. Analysis on Countermeasures for Transport Safety of Coil Steel[J]. Chinese Railways, 2011(1): 72-75.

[2] 楊楠, 李兵祖, 潘帥, 等. 基于SolidWorks和Ansys的20 ft集裝箱石材運輸架設計[J]. 包裝工程, 2021, 42(11): 150-156.

YANG Nan, LI Bing-zu, PAN Shuai, et al. Design of Stone Transport Rack Suitable for 20 Ft Container Based on SolidWorks and Ansys[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(11): 150-156.

[3] 吳珊, 袁霞, 韓梅. 卷鋼專用平臺箱的三維建模及有限元分析[J]. 包裝工程, 2021, 42(1): 129-135.

WU Shan, YUAN Xia, HAN Mei. Three-Dimensional Parametric Modeling and Finite Element Analysis of Special Coil Steel Platform Container[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(1): 129-135.

[4] 中國鐵路總公司. 中國鐵路總公司關(guān)于印刷《20英尺35噸敞頂集裝箱暫行技術(shù)條件》的通知：鐵總運[2016]47號[A]. 北京: 中國鐵路總公司, 2016.

China Railway Corporation. Notice of China Railway Corporation on the Interim Technical Conditions for printing 20ft 35T Open-top Container: CRC [2016] No. 47 [A]. Beijing: China Railway Corporation, 2016.

[5] GB 50017—2003, 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

GB 50017—2003, Code for Design of Steel Structures[S].

[6] 趙雙喜. 35T鐵路敞頂集裝箱發(fā)展分析[J]. 中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè), 2017(7): 1.

ZHAO Shuang-xi. Development Analysis of 35T Railway Open Top Container[J]. China Strategic Emerging Industries, 2017(7): 1.

[7] 中國鐵路總公司. 鐵路貨物裝載加固規(guī)則[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2015: 160-168.

China Railway. Railway Freight Loading Reinforcement Rules[M]. Beijing: China Railway Press, 2015: 160-168..

[8] GB/T 1413—2008, 系列1 集裝箱分類、尺寸和額定質(zhì)量[S].

GB/T 1413—2008, Series 1 Freight Containers-Classification, Dimensions and Ratings[S].

[9] MAMTIMIN Geni. ANSYS Workbench 18.0有限元分析入門與應用[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2018.

MAMTIMIN G. ANSYS Workbench 18.0 Introduction and Application of Finite Element Analysis[M]. Beijing: China Machine Press, 2018.

[10] MAMTIMIN Geni. ANSYS Workbench 18.0高階應用與實例解析[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2018.

MAMTIMIN G. ANSYS Workbench 18.0 advanced application and Case Analysis[M]. Beijing: China Machine Press, 2018.

[11] LEE K K, HONG H K. A Study on the Durability of a Wedge for Transportation of Rolled Steel Plates Using FEM[J]. Journal of the Korean Society of Machine Tool Engineer, 2009, 18(3): 328-335.

[12] 韓立東. 卷鋼座架強度的理論計算與試驗結(jié)果的對比[J]. 包裝工程, 2020, 41(7): 147-151.

HAN Li-dong. Comparative Study on Theoretical Calculation and Test Results of the Strength of a Reinforced Frame[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(7): 147-151.

[13] 梁偉明. 卷鋼集裝托架結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化研究[J]. 鐵道貨運, 2020, 38(9): 46-52.

LIANG Wei-ming. A Study on Structural Design and Optimization of Container Pallet for Rolled-Steel[J]. Railway Freight Transport, 2020, 38(9): 46-52.

[14] 劉曉華. 中鐵聯(lián)合物流RUL–C1型卷鋼座架強度仿真及試驗研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2015: 28-35.

LIU Xiao-hua. Strength Simulation and Experimental Study of RUL-C1 Coil Steel Seat Frame of China Railway United Logistics[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2015: 28-35.

[15] 高俊平. 鐵路臥裝運輸卷鋼座架強度仿真分析與試驗研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2012: 34-39.

GAO Jun-ping. Simulation Analysis and Experimental Study on Strength of Railway Horizontal Transportation Coil Steel Seat Frame[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2012: 34-39.

[16] TB/T 3550.2—2019, 機車車輛強度設計及試驗鑒定規(guī)范車體第2部分: 貨車車體[S].

TB/T 3550.2—2019, Specification for Strength Design and Test Identification of Locomotive and Rolling Stock Car Body part 2: Freight Car Body[S].

[17] 方哲. 攀鋼集團TX–C–Ⅰ型卷鋼座架疲勞壽命研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2015: 47-48.

FANG Zhe. Study on Fatigue Life of TX-C-I Coil Steel Seat Frame in Pangang Group[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2015: 47-48.

Design and Strength Test of 20 ft Open Top Coil Steel General Transport Frame

WANG Chen, ZHU Da-peng, YU Zhen

(Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

The work aims to study the coil steel transportation mode of 20 ft (1 ft=304.8 mm) 35 t open top containers under the background of China's great efforts to develop container multimodal transportation, design two types of coil steel frames according to different specifications of coil steel, and analyze and verify their strength performance. The SolidWorks software was used to establish a three-dimensional model of the frames. The Ansys Workbench software was used to analyze the displacement and stress changes of the frames under static load and impact conditions, and then the static load and impact tests were carried out. According to "Reinforcement Rules for Railway Cargo Loading" and "Strength Design and Test Accreditation Specification for Rolling Stock-Car body-Part 2: Car Body of Freight Wagons", the simulation results were compared with the test results. The displacement and stress deformation of the simulation results did not exceed the maximum allowable value of structural materials under static load and impact conditions. The test results showed that the front and rear frames were in good conditions without obvious damage and deformation. The maximum absolute deviation between the simulation analysis results and the test results of these two types of frames was only 20.19 MPa and 22.23 MPa, indicating that the simulation analysis results had great accuracy. The model of 20 ft 35 t open top coil steel transport frame designed in this work is reasonable. Its strength is in line with the specification requirements and can meet the needs of safe and efficient transportation of coil steel.

coil steel; open top; frame; finite element analysis; impact test

TB485.3；TE833

A

1001-3563(2023)05-0272-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.034

2022?06?10

甘肅省自然科學基金（20JR5RA400）

王晨（1997—），男，碩士生，主攻鐵路運輸方向。

朱大鵬（1977—），男，博士，教授，主要研究方向為運輸包裝。

責任編輯：曾鈺嬋