王彥懿

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南長沙 410128)

一種貝雷橋搬運(yùn)架設(shè)裝置方案設(shè)計(jì)*

王彥懿

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南長沙 410128)

貝雷橋其零部件種類多，單個構(gòu)件重量大等特點(diǎn)對運(yùn)用懸臂推出法架設(shè)和撤收有一定的影響。在借鑒現(xiàn)有架設(shè)車研究與使用的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)的液壓知識和當(dāng)前架設(shè)車的發(fā)展趨勢，提出了一種精確對接型液壓搬運(yùn)架設(shè)車設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了初步的試驗(yàn)分析。

精確對接;液壓搬運(yùn);架設(shè)車;方案設(shè)計(jì)

1 引言

貝雷橋是一種可分解的、能快速架設(shè)的，主要用于各種車輛通過江河、溝谷等障礙，并可在危橋、斷橋上架設(shè)橋上橋及在道路搶修時應(yīng)急使用的由預(yù)制金屬構(gòu)件組成，以單雙耳為連接方式的制式橋梁［1］。貝雷橋結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)、互換性好、拆裝方便、架設(shè)速度較快、載重量大［2］，在軍用方面主要用于在戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)縱深和后方的中小江河、溝谷等障礙上快速架設(shè)交通線橋，修復(fù)作戰(zhàn)地域內(nèi)及軍用交通線上遭破壞的永久性公路和鐵路橋梁。由于其自身特性，貝雷橋在地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和搶險(xiǎn)救災(zāi)等交通保障中，發(fā)揮了突出的作用。

為了克服貝雷橋在架設(shè)過程中零部件種類多、重量大，對接復(fù)雜，搬運(yùn)難等情況，筆者提出了輕松便捷、操作人員少、方便實(shí)用的貝雷橋搬運(yùn)架設(shè)裝置方案，車體實(shí)物如圖1所示。

圖1 搬運(yùn)架設(shè)裝置實(shí)物

該架設(shè)車能夠?qū)崿F(xiàn)在架橋作業(yè)時，搬運(yùn)所需的零部件，迅速將桁架運(yùn)送到位，快速對正上下弦桿的銷孔，拼接桁架，在撤收作業(yè)時同樣能夠運(yùn)送所需的零部件到達(dá)指定位置。該架設(shè)車的設(shè)計(jì)和研發(fā)將能夠簡化作業(yè)內(nèi)容和程序，減少人員作業(yè)強(qiáng)度，提高架橋速度和撤收速度。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

架設(shè)車的液壓系統(tǒng)采用千斤頂?shù)脑恚麄€液壓系統(tǒng)安裝在車體尾部的鍛造缸套中，大活塞與貨架銜接，小活塞通過彈簧和彈簧帽與手柄的凸輪接觸，截止閥通過鏈條與控制手柄和制動裝置連接，可方便地控制貨架的下降。手柄向下做杠桿運(yùn)動時推動能源裝置運(yùn)動，機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，當(dāng)手柄向上做杠桿運(yùn)動時彈簧推動小活塞恢復(fù)原位，在運(yùn)動過程中，能量完成機(jī)械能到液壓能再到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。

2.2 手柄的設(shè)計(jì)

手柄采用AC手柄，用于推送、牽引小車和貨架抬升。頭部的舵柄包有橡膠護(hù)套，舵柄中間裝有控制手柄，控制手柄有3個工作狀態(tài)，分別是上、中、下3個位置，上位用于控制貨架降低的高度和速度，中位有限位作用，下位用于貨架的抬升，其中，行駛狀態(tài)時手柄通常位于中位，抬升貨架時手柄通常位于下位。手柄支柱中有連接控制手柄與截止閥的鏈條，同時，手柄中的鏈條與手柄底端制動裝置相連，通過制動裝置也可以完成貨架的下降。

2.3 貨架的設(shè)計(jì)

貨架依據(jù)桁架的構(gòu)造設(shè)計(jì)，采用45#鋼鍛造成的鋼板焊接而成，堅(jiān)固耐用，承載力可達(dá)2.5 t，采用載輪上安裝錐形托架設(shè)計(jì)，可保護(hù)載輪和驅(qū)動軸，上面設(shè)置的平衡管用于在拼接桁架桁架時實(shí)現(xiàn)水平微調(diào)，其底部與液壓系統(tǒng)的大活塞銜接，可上下升降，其速度可以通過手柄和制動裝置控制。

2.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳動系統(tǒng)可分解為四個部分:中心軸、前輪支架、傳動桿、后輪連接支架。在動力機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的作用下，傳動系統(tǒng)經(jīng)過機(jī)械傳動使貨架抬升。中心軸主要采用材料為45#鋼，主要承受直接剪應(yīng)力和彎矩。中心軸主要包括前輪支架處中心軸、后輪支架處中心軸。前輪支架是確保貨架抬升高度的主要構(gòu)件，主要采用材料為45#鋼，主要承受剪應(yīng)力、壓應(yīng)力和彎矩。其結(jié)構(gòu)損壞對搬運(yùn)架設(shè)車整體功能破壞較大，因而其承受應(yīng)力大小對承載極限能力有著決定作用。與前輪支架類似，后輪連接支架也是確保貨架抬升高度的主要構(gòu)件，主要采用材料為45#鋼，主要承受剪應(yīng)力、壓應(yīng)力和彎矩。傳動桿主要采用材料為低碳合金鋼，主要承受直接壓應(yīng)力。

2.5 踏板的設(shè)計(jì)

踏板由兩塊鋼片、一片角鋼和一根45#鋼鍛造成的鋼管焊接而成，整體成梯形，采用杠桿原理，支點(diǎn)在貨架上，短臂一端壓在桁架下，長臂一端用彈簧懸吊，可施加作用力，在桁架拼接過程中通過對長臂一端施加作用力，可以調(diào)節(jié)桁架連接銷的高度，便于準(zhǔn)確拼接，實(shí)現(xiàn)桁架拼接時的豎直微調(diào)。

3 運(yùn)動學(xué)仿真分析

3.1 模型的建立

在運(yùn)動學(xué)分析中采用剛體簡化假定，將搬運(yùn)架設(shè)裝置分為主架、支架、傳動軸、前輪、前輪支架5個剛體部件和液壓缸驅(qū)動部件，忽略其他次要構(gòu)件，各部件之間建立鉸接約束。為方便分析，將各鉸接點(diǎn)依次定義為節(jié)點(diǎn)1～7，其主架承重為2.5 t，如圖2所示。

圖2 架設(shè)車運(yùn)動學(xué)分析模型圖(折疊狀態(tài))

3.2 仿真結(jié)果和分析

從圖2中可看出，隨液壓缸頂升高度的增加，主架在節(jié)點(diǎn)6的支撐力緩慢增加;在節(jié)點(diǎn)1、3處的支撐力隨頂升高度的增加而緩慢下降。從圖3中可看出，傳動軸壓力隨液壓缸頂升高度的增加而下降，傳動軸壓力峰值為39 500 N。根據(jù)圖2～4，可確定各部件中的最不利荷載，如圖5、6所示。

圖3 主架Y向受力圖

圖4 傳動軸壓力圖

圖5 主架的Y向最大荷載示意圖

圖6 傳動軸的最大荷載示意圖

4 有限元分析

4.1 模型的建立

建立主架的有限元模型進(jìn)行計(jì)算。采用實(shí)體建模法，將由Solidwoks建立的實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為Parasolid文件，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為保證計(jì)算精度，有限元模型的單元邊長控制在5 mm以內(nèi)。對連接部位的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，單元邊長控制在2 mm以內(nèi)。采用理想彈性材料，彈性模量為206 GPa，泊松比為0.3。

4.2 荷載的處理

圖5、6是對有限元模型施加荷載。為簡化分析，不考慮連接部件之間的接觸，采取節(jié)點(diǎn)組等效加載方式，將荷載平均分布到接觸節(jié)點(diǎn)組上。

4.3 計(jì)算結(jié)果和分析

圖7、8分別為主架在最大荷載作用下的應(yīng)力分布和變形情況?？梢钥闯?，主架的最大Mise應(yīng)力為235 MPa，小于結(jié)構(gòu)鋼材的屈服強(qiáng)度，最大應(yīng)力出現(xiàn)在支架連接部位;最大變形約為5 mm，出現(xiàn)在架設(shè)車尾部。

圖7 主架的應(yīng)力分布圖

圖8 主架的變形圖

5 結(jié)語

筆者設(shè)計(jì)的搬運(yùn)架設(shè)裝置通過數(shù)值模擬分析和實(shí)踐證明能夠滿足運(yùn)輸、架設(shè)的精確性和快速性要求，大大減少了作業(yè)的時間和人員工作量，該裝置的研發(fā)將有效提高貝雷橋的搬運(yùn)、架設(shè)和撤收速度。

［1］ 黃紹金，劉陌生.貝雷橋多用途使用手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 王佩卿.貝雷橋懸臂推出法架設(shè)施工技術(shù)［J］.公路交通科技，2006(7):133－135.

A Transportation Frame Device Design for Bailey Bridge

WANG Yan－yi
(The Engineering College，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128，China)

Because bailey bridge has characteristics such as many kinds of components and large single component weight，it has some influences of extrusion and retraction out to cantilever erection.Based on the research and application of erection car，combining with hydraulic knowledge and the current development trend，A design project is put forward for a precise docking type hydraulic transportation erection car and preliminary test and analysis are done for erection car.

accurate docking;hydraulic pressure transportation;Erection car;project design

TB47

A

1007－4414(2013)05－0116－02

2013－08－28

王彥懿(1991－)，女，山東濟(jì)寧人，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的研究工作。