王 宇 張 雷 張彤陽(yáng)

(中車西安車輛有限公司產(chǎn)品制造部 陜西 西安 710086)

鐵路罐車從結(jié)構(gòu)上可以分為有中梁罐車和無(wú)中梁罐車[1]，無(wú)中梁罐車的走行部分與罐體部分的連接采用了牽枕裝配的結(jié)構(gòu)，由于牽枕裝配外形及其結(jié)構(gòu)的限制，長(zhǎng)期以來(lái)只能采用鋼絲繩吊運(yùn)。采用這種吊運(yùn)方式，一方面鋼絲繩與牽枕裝配之間存在磨損現(xiàn)象，需要經(jīng)常更換鋼絲繩，提高了吊運(yùn)成本，存在安全隱患；另一方面摘、掛鋼絲繩的過(guò)程繁瑣，容易出現(xiàn)偏掛現(xiàn)象，降低了吊運(yùn)效率和安全性。基于上述原因，根據(jù)牽枕裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造了無(wú)中梁罐車牽枕裝配專用吊具(以下簡(jiǎn)稱吊具)。

1 吊具設(shè)計(jì)

1.1 吊具結(jié)構(gòu)

無(wú)中梁罐車牽枕裝配專用吊具示意圖如圖1所示。該吊具主要由吊鉤、D形卸扣、夾板、支撐桿和筋板組成。吊鉤中間部分夾于兩塊夾板之間，尾部裝有D形卸扣，兩處連接均通過(guò)螺栓螺母實(shí)現(xiàn)，并配有開(kāi)口銷防松；兩夾板一端與吊鉤連接，另一端開(kāi)有通孔，支撐桿由通孔穿過(guò)，支撐桿與夾板之間焊有筋板，用于增大強(qiáng)度。

圖1 吊具結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

圖2為吊運(yùn)示意圖，該吊具使用時(shí)先將支撐桿插入后從板座后部缺口，然后將吊具按照?qǐng)D2所示向右移動(dòng)，使吊鉤掛入后從板座前部缺口，此時(shí)拽動(dòng)D形卸扣便可將牽枕裝配安全吊起。

圖2 吊運(yùn)示意圖

2 主要零件選型及強(qiáng)度計(jì)算

工況介紹：最大負(fù)載N=11.35 kN(牽枕裝配與吊具總重)，吊運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)，安全系數(shù)ns取2.0。

校核時(shí)所有受力情況均以最大負(fù)載計(jì)算，零件材料機(jī)械性能參數(shù)查取于《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]。

2.1 夾板設(shè)計(jì)與校核

夾板材料選用低合金結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591—1994)，牌號(hào)Q345，質(zhì)量等級(jí)B級(jí)，薄弱截面積尺寸A=18 mm×19 mm，該材料屈服極限σs=325 MPa。

許用應(yīng)力計(jì)算：

薄弱截面應(yīng)力計(jì)算：

可見(jiàn)夾板強(qiáng)度滿足使用要求。

2.2 卸扣選型

卸扣型號(hào)T-DX3/4，主要參數(shù)為：額定起吊質(zhì)量為7 t，滿足吊運(yùn)要求；強(qiáng)度級(jí)別為T(mén)(8)級(jí)；卸扣型式為D形；銷軸型式為六角頭螺栓、六角頭螺母和開(kāi)口銷，便于拆裝。

2.3 吊鉤設(shè)計(jì)與校核

吊鉤材料選用鍛件用碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 17107—1997)，牌號(hào)45，薄弱截面積尺寸A=18 mm×30 mm，受力方向?yàn)榍邢蚴芰?，該尺寸下材料切向受力時(shí)的屈服極限σs=275 MPa。

許用應(yīng)力計(jì)算：

薄弱截面應(yīng)力計(jì)算：

可見(jiàn)吊鉤強(qiáng)度滿足使用要求。

2.4 支撐桿設(shè)計(jì)與校核

支撐桿材料選用低合金結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591—1994)，牌號(hào)Q345，質(zhì)量等級(jí)B級(jí)，直徑d=40 mm，長(zhǎng)度l=310 mm，該尺寸下材料屈服極限σs=325 MPa。吊運(yùn)時(shí)，后從座板搭在支撐桿兩端，受力情況可簡(jiǎn)化為支撐桿的純彎曲。

許用應(yīng)力計(jì)算：

最大彎曲應(yīng)力計(jì)算：

最大彎矩計(jì)算：

可見(jiàn)支撐桿強(qiáng)度滿足使用要求。

3 吊具運(yùn)用過(guò)程情況

3.1 效率提升

采用專用吊具后，簡(jiǎn)化了摘鉤、掛鉤過(guò)程，縮短了吊運(yùn)時(shí)間。

3.2 效果改善

支撐桿尺寸根據(jù)后從板座進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，確保了支撐桿插入后，整個(gè)吊具的中心面和牽枕裝配的中心面不會(huì)有太大偏移，同時(shí)支撐桿和吊鉤都吊卡于牽枕裝配的受力部件上，不用試吊尋找重心，杜絕了偏掛現(xiàn)象，確保吊運(yùn)過(guò)程中牽枕裝配兩端基本保持水平。

3.3 安全性提高

吊運(yùn)時(shí)，支撐桿插入后從板座后部缺口，吊鉤卡住后從板座前部，吊具前后都被卡住無(wú)法自行移動(dòng)，避免了出現(xiàn)起吊脫鉤的情況。

3.4 損耗減少

鋼絲繩不與牽枕裝配接觸，避免了彼此之間的磨損，降低了鋼絲繩的更換頻率，節(jié)約了成本。

4 試驗(yàn)及實(shí)際使用情況

吊具制造完成后，進(jìn)行了磁粉探傷，確保焊接質(zhì)量。探傷后按照1.2倍載荷進(jìn)行起吊加載試驗(yàn)，保持10 min，卸載后對(duì)吊具進(jìn)行檢查，焊縫位置無(wú)裂紋，各零部件無(wú)永久變形。通過(guò)上述試驗(yàn)，證明了采用該吊具達(dá)到了預(yù)期效果。后期經(jīng)專業(yè)吊具廠家進(jìn)行生產(chǎn)制造，該吊具制成后至今已完成了多次吊運(yùn)任務(wù)，未出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題。

5 結(jié)論

無(wú)中梁罐車牽枕裝配專用吊具的設(shè)計(jì)，通過(guò)試驗(yàn)和實(shí)際使用，證明了該吊具能夠滿足預(yù)期的吊運(yùn)要求。與原有吊運(yùn)方式相比，具有吊運(yùn)效率高、安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。