于寧

（蘇州大方特種車股份有限公司，江蘇 蘇州 215151）

C型液壓模塊車通常有4軸線模塊車、6軸線模塊車2種模塊型式,模塊車之間可通過并車電纜線軟聯(lián)接，也可通過橫向、縱向聯(lián)接件進(jìn)行硬聯(lián)接。拼接后的模塊車形成一個(gè)模塊車組，用于超重、超長件的搬運(yùn)。本文主要通過對縱向硬聯(lián)接拼接件的結(jié)構(gòu)組成、接頭分別受正、負(fù)彎矩下各聯(lián)接件的受力分析與強(qiáng)度校核及螺紋預(yù)緊等幾個(gè)方面，研究模塊車縱向硬聯(lián)接的情況，為模塊車組的整體受力分析提供基礎(chǔ)。

模塊車縱向硬聯(lián)接簡圖如圖1所示，圖中標(biāo)示是2臺4軸線模塊車縱向拼接形成的8軸線模塊車組的示意圖，當(dāng)然，根據(jù)需要也可以把更多模塊車進(jìn)行縱向硬聯(lián)接形成更多軸線。

圖1 模塊車縱向硬聯(lián)接簡圖

1 縱向聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)組成

聯(lián)接件由居于車輛上方的聯(lián)接螺柱、聯(lián)接螺母、球面墊圈及插銷油缸等組成，簡圖如圖2所示。

圖2 縱向聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)組成簡圖

插銷油缸與固定架通過銷軸聯(lián)接，固定架通過螺栓固定在車架聯(lián)接座外側(cè)的耳板上。兩模塊車縱向拼接時(shí)，先調(diào)整相鄰兩車的高度，使其車高相等，對正兩個(gè)車架的聯(lián)接座孔，操作用于控制插銷油缸的換向閥，使插銷油缸缸體伸出并插入兩車架聯(lián)接座孔，使缸體伸出聯(lián)接座，然后再插入聯(lián)接螺柱，裝入球面墊，用液壓力矩扳手?jǐn)Q緊螺母。

兩模塊拼接完成。車輛縱向拼接后，接頭上方聯(lián)接件的聯(lián)接簡圖如圖3所示。

圖3 接頭上方聯(lián)接件的聯(lián)接簡圖

接頭上部的4套螺柱、螺母、墊圈組合分居車架主梁兩側(cè)。

接頭下方插銷油缸的聯(lián)接簡圖如圖4所示。

圖4 接頭下方插銷油缸的聯(lián)接簡圖

2 接頭處的彎矩分析

為保證拼接后車組的承載能力，在拼接接頭處，要求聯(lián)接件組的承載能力與車架主梁的承載能力相當(dāng)，C型車車架主梁的最大許用彎矩為±600t.m，按此彎矩校核插銷油缸缸體及聯(lián)接螺柱的強(qiáng)度。

3 接頭受負(fù)彎矩時(shí)聯(lián)接件的強(qiáng)度校核

當(dāng)接頭受最大600t.m的負(fù)彎矩時(shí)，接頭上部的接觸面受壓，下部插銷油缸缸體受到聯(lián)接座耳板的牽拉，此時(shí)缸體沿橫截面方向受到剪力作用。為保證接頭處聯(lián)接的可靠性，需保證接觸面在受到擠壓時(shí)不被壓潰及下部的插銷油缸缸體橫截面上的剪應(yīng)力在許用剪應(yīng)力范圍內(nèi)。接頭上部接觸面簡圖如圖5圖所示。

圖5 接頭上部接觸面簡圖（尺寸單位mm）

根據(jù)接頭處車架斷面示意圖，如圖6所示，可計(jì)算出在600t.m彎矩下接頭上部接觸面受到的擠壓力為

圖6 接頭處車架斷面示意圖（尺寸單位mm）

由圖5計(jì)算出接觸面面積S=268500mm2，車架接頭處的材料為Q690D，接觸面的許用拉應(yīng)力[σ1]=460MPa，最大許用擠壓應(yīng)力。

由圖4可知，插銷油缸受到聯(lián)接座耳板的牽拉時(shí)，油缸缸體所受剪切面數(shù)n=5，缸體橫截面如圖7所示。

圖7 插銷油缸缸體橫截面（尺寸單位mm）

上圖中圓環(huán)的面積。

缸體受到的總拉力。

缸體的剪應(yīng)力。

所以缸筒的設(shè)計(jì)是安全的。

4 接頭受正彎矩時(shí)聯(lián)接件的強(qiáng)度校核

當(dāng)接頭受最大600t.m的正彎矩時(shí)，其分析與計(jì)算方法與承受負(fù)彎矩時(shí)類似。接頭受正彎矩作用時(shí)，聯(lián)接件組上部聯(lián)接螺柱受拉，下部插銷油缸缸體受壓，油缸缸體的分析與計(jì)算與受負(fù)彎矩時(shí)一樣，缸體的最大剪應(yīng)力仍為τmax=116.8MPa，滿足設(shè)計(jì)要求，此時(shí)，只需校核聯(lián)接螺柱、螺母、球面墊圈的強(qiáng)度。因上述三種聯(lián)接件的設(shè)計(jì)參考了HG/T21573.2 HG/T21573.3、HG/T21573.4的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各聯(lián)接件已做了強(qiáng)度匹配設(shè)計(jì)，所以本文不再對聯(lián)接螺紋強(qiáng)度、墊圈擠壓強(qiáng)度等再進(jìn)行校核。

為保證接頭聯(lián)接的可靠性，需要對聯(lián)接螺柱進(jìn)行預(yù)緊，保證接頭在承受正彎矩時(shí)兩接觸面不分離，為此，要求殘余預(yù)緊力，單條螺柱受到的總拉力

F4為單條螺柱受到的工作拉力，其值等于F1/4。

按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中螺栓殘余預(yù)緊力的推薦值并結(jié)合本車輛的使用工況，取0.2F4。螺柱螺紋規(guī)格為M85，性能等級設(shè)計(jì)值為10.9級，σs=900MPa，許用拉應(yīng)力[σ2]=550MPa，螺柱簡圖如圖8所示。

圖8 螺柱簡圖（尺寸單位mm）

5 聯(lián)接螺柱的擰緊力矩

可算出預(yù)緊力Fp，式中為螺栓的相對剛度，因被聯(lián)接件為金屬墊片，取

求出Fp=0.2F4+0.7F4=177.63t。

d—為聯(lián)接螺柱螺紋直徑，

代入數(shù)據(jù)，T=22194.9N·m。

合適的預(yù)緊力對保證聯(lián)接的可靠性、安全性具有重要意義，如果預(yù)緊力不夠，將會造成接頭處剛性不足，聯(lián)接可靠性降低，預(yù)緊力過大，則可能造成聯(lián)接件被拉斷或聯(lián)接螺紋被破壞的情況。通常可用液壓扭矩扳手控制擰緊力矩，從而實(shí)現(xiàn)對預(yù)緊力的精確控制。

需要指出的是，上述對聯(lián)接螺柱及插銷油缸缸體的計(jì)算未考慮接頭受到剪力情況的影響，拼接后模塊車組類似長而窄的梁，主要破壞型式是彎曲破壞，雖然接頭處的剪力通常并不為0，但在各聯(lián)接件設(shè)定的安全系數(shù)下，可不考慮剪力對其強(qiáng)度影響。

本文通過對模塊車縱向聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)組成介紹、接頭處各聯(lián)接件在受正、負(fù)彎矩時(shí)的受力分析及強(qiáng)度校核，驗(yàn)證了各聯(lián)接件的設(shè)計(jì)是可靠的，能夠滿足模塊車拼接后作為一個(gè)整體車組的承載要求。