機車車體搬移設備設計結構優化分析

王明強 劉笑 宋曉宇

摘 要 在我國軌道行業，內燃機時代機車的車型結構變化并不大加之應用面并不是很廣泛，機車車體搬移設備的通用性并沒有成為問題。隨著電氣化鐵路的普及已經更多領域的越來越多的應用，車型越來越多，對應每一種車型在生產時移動過程中都需要一種的搬移設備，導致搬移設備通用性比較差。甚至出現車型生產完畢，搬移設備不便于改造導致積壓無處安放的情況，造成資源的浪費。并不能很好地適應新時期機車生產小批量、快節奏和多品種的生產模式，嚴重約束生產發展。本文在力爭更好地滿足通用性的目標下，就機車車體搬移設備設計結構優化進行了分析和討論。

關鍵詞 機車車體;搬移設備;結構優化

前言

最近幾年，伴隨著市場需求的發展，機車車體結構類型變得越發多樣化，不同機車車型中旁承的形狀、尺寸各不相同，這也使得工廠內相關車體周轉和運輸使用的專用工裝無法有效滿足不同類型機車車體的搬移需求。對此，相關人員應該做好機車車體搬移設備結構的優化設計，以更好地滿足通用化及操作維護的需求。

1問題提出

機車車體搬移設備包含了架臺車、扁擔、防傾斜支撐、旁承支撐等結構，從保證安全的角度，每一臺機車車體轉運時，都需要使用兩套搬移設備，而每一套搬移設備上會設置一根扁擔，扁擔兩側設置兩個旁承支撐，搬移設備的安裝會受到旁承支撐位置尺寸的影響。在實踐中，因為旁承支撐的位置尺寸不同、架臺車高度不同、扁擔高度和長度不同等原因，導致在每一次使用前，都必須對車體搬移設備進行改造，耗費大量時間和精力的同時，也容易埋下質量和安全隱患[1]。

2數據收集

因為搬移設備不得不應對所有的車型結構，而又要盡量避免搬移設備浪費，就必須就生產量比較大的主流車型中找到相似點進行分析改造。所以，一是應該對架臺車的支座高度進行統計，然后將其與牽引高度進行對比和分析，最終確定架臺車支座設計高度尺寸范圍為990～1080mm;二是對主要車型旁承支撐相關數據的統計，統計的內容包括主要車型車體質量、車鉤高度、旁承支撐高度、旁承孔尺寸等，明確車體搬移設備支座的高度以及扁擔旁承支撐的可調節范圍，繼而得到準確的數據信息。經調查得到的信息如下：①機車車體的最大重量為48906kg;②旁承支撐高度范圍為995～1355mm;③旁承孔尺寸在縱向和橫向上分別為380～572mm以及358～452mm[2]。

3方案設計

依照相應的統計分析結果，結合通用化的使用需求，確定好相應的數據輸入，然后實施方案設計。

①架臺車改造。可以將架臺車支座的基礎高度設定為975mm，將支座和枕梁之間原本的不可調節裝置更改為活動鏈接，以螺栓連接的方式來滿足不同需求，對照不同車型，通過加墊的方式來調整架臺車支架高度，螺栓的規則應該根據實際使用需求進行選擇，并進行強度計算以保證安全。②扁擔設計。車體旁承橫向開檔尺寸為1680～2050mm，為了能夠更好地滿足尺寸范圍內旁承支撐的使用需要，應該將扁擔旁承支撐裝置的安裝位置設計成橫向可調結構。考慮機車車體搬移設備在使用過程中，必須能夠承受來自車體的沖擊，為了避免出現螺栓連接松動引發的旁承支撐部位移問題，同樣將支座和枕梁之間原本的不可調節裝置更改為活動鏈接，以螺栓連接的方式來強化防松能力。在對通用扁擔結構進行設計時，應該將機車車體的最大重量作為基礎，找到搬運過程中來自車體的最大沖擊力的工況，來以此確保扁擔結構在強度、剛性和承載能力等方面都可以滿足不同類型機車車體的使用要求。③旁承支撐設計。結合相關數據信息，在進行旁承支撐方案設計的過程中，為了能夠更好地滿足尺寸范圍內不同類型旁承通用性使用需求，需要確保支撐擋板在尺寸范圍內可以自由調整，同時也必須保證結構的強度和剛性，借助螺栓連接，使得旁承支撐裝置能夠形成可調節結構。機車車體搬移設備在使用的過程中，旁承支撐同樣需要承受較大的沖擊力，為了避免出現連接螺栓松動引發的可調節擋塊位移問題，可以將支撐固定擋塊和可調節擋塊之間的接觸面設計成凹凸型齒形結構，通過相互嚙合的方式來對其防松能力進行強化。④防傾斜支撐設計。車體旁承的支撐高度范圍在995～1355mm之間，想要保證防傾斜支撐高度在這個尺寸范圍內使用，同樣需要將其設置為可調結構。此種可調節高度的機構一般可以采用條狀螺紋支撐腿結構加止鎖機構，通過旋轉帶有條狀螺紋的支撐腿來調節高度。⑤調整方案設計。為了能夠更好地滿足架臺車以及扁擔通用化的使用需求，在上述方案設計的基礎上，還應該增加不同車型架臺車高度調整方案的設計，采用加墊調整的方式，一方面，應該依照不同車型對于架臺車支座高度的不同需求，在兩者之間進行加墊調整，連接螺栓也需要依照實際情況進行調整;另一方面，需要在旁承支撐裝置和扁擔連接件進行加墊調整，連接螺栓同樣依照實際情況調整[3]。

4強度校核

一是對連接螺栓強度的校核。在旁承支撐和扁擔上，共使用16顆M20-8.8螺栓進行連接，這里假定機車車體質量為100t，牽引機車質量100t，牽引機車速度v2=1.4m/s，經校核螺栓的剪切應力數值為17.86MPa，板料與鉚釘的擠壓應力為10.94MPa，均小于相關標準要求的數值，表明這樣的連接方式能夠滿足實用需求;二是扁擔結構強度校核。假定機車車體質量為100t，經校核剪切應力為80MPa，擠壓應力為108MPa，小于相關標準要求值，表明扁擔結構的強度能夠滿足使用要求。

5結束語

總而言之，在經過優化設計后，機車搬移設備的結構更加簡單，操作更加便捷，能夠很好地適應不同類型機車車體的轉運需求，在大大節約改造費用的同時，也可以對多種不同規格架臺車和扁擔的存放問題進行解決，釋放了生產空間，消除了安全和質量隱患，能夠取得非常顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 馮軍.軌道車輛鋼結構減重優化設計方法研究[J].內燃機與配件，2019（8）：201-202.

[2] 張曉林.臥鋪動車組車體優化設計研究[D].大連：大連交通大學，2019.

[3] 水文菲，張長庚，董曾文.懸掛式單軌車體結構設計[J].中國高新區，2018（17）：187，189.