C型液壓模塊車縱向聯接件強度校核研究

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接，也可通過橫向、縱向聯接件進行硬聯接。拼接后的模塊車形成一個模塊車組，用于超重、超長件的搬運。本文主要通過對縱向硬聯接拼接件的結構組成、接頭分別受正、負彎矩下各聯接件的受力分析與強度校核及螺紋預緊等幾個方面，研究模塊車縱向硬聯接的情況，為模塊車組的整體受力分析提供基礎。

模塊車縱向硬聯接簡圖如圖1所示，圖中標示是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，當然，根據需要也可以把更多模塊車進行縱向硬聯接形成更多軸線。

圖1 模塊車縱向硬聯接簡圖

1 縱向聯接件的結構組成

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

圖2 縱向聯接件的結構組成簡圖

插銷油缸與固定架通過銷軸聯接，固定架通過螺栓固定在車架聯接座外側的耳板上。兩模塊車縱向拼接時，先調整相鄰兩車的高度，使其車高相等，對正兩個車架的聯接座孔，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接座孔，使缸體伸出聯接座，然后再插入聯接螺柱，裝入球面墊，用液壓力矩扳手擰緊螺母。

兩模塊拼接完成。車輛縱向拼接后，接頭上方聯接件的聯接簡圖如圖3所示。

圖3 接頭上方聯接件的聯接簡圖

接頭上部的4套螺柱、螺母、墊圈組合分居車架主梁兩側。

接頭下方插銷油缸的聯接簡圖如圖4所示。

圖4 接頭下方插銷油缸的聯接簡圖

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，要求聯接件組的承載能力與車架主梁的承載能力相當，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接螺柱的強度。

3 接頭受負彎矩時聯接件的強度校核

當接頭受最大600t.m的負彎矩時，接頭上部的接觸面受壓，下部插銷油缸缸體受到聯接座耳板的牽拉，此時缸體沿橫截面方向受到剪力作用。為保證接頭處聯接的可靠性，需保證接觸面在受到擠壓時不被壓潰及下部的插銷油缸缸體橫截面上的剪應力在許用剪應力范圍內。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）

根據接頭處車架斷面示意圖，如圖6所示，可計算出在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，接觸面的許用拉應力[σ1]=460MPa，最大許用擠壓應力。

由圖4可知，插銷油缸受到聯接座耳板的牽拉時，油缸缸體所受剪切面數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）

上圖中圓環的面積。

缸體受到的總拉力。

缸體的剪應力。

所以缸筒的設計是安全的。

4 接頭受正彎矩時聯接件的強度校核

當接頭受最大600t.m的正彎矩時，其分析與計算方法與承受負彎矩時類似。接頭受正彎矩作用時，聯接件組上部聯接螺柱受拉，下部插銷油缸缸體受壓，油缸缸體的分析與計算與受負彎矩時一樣，缸體的最大剪應力仍為τmax=116.8MPa，滿足設計要求，此時，只需校核聯接螺柱、螺母、球面墊圈的強度。因上述三種聯接件的設計參考了HG/T21573.2 HG/T21573.3、HG/T21573.4的設計標準，各聯接件已做了強度匹配設計，所以本文不再對聯接螺紋強度、墊圈擠壓強度等再進行校核。

為保證接頭聯接的可靠性，需要對聯接螺柱進行預緊，保證接頭在承受正彎矩時兩接觸面不分離，為此，要求殘余預緊力，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。

按照機械設計手冊中螺栓殘余預緊力的推薦值并結合本車輛的使用工況，取0.2F4。螺柱螺紋規格為M85，性能等級設計值為10.9級，σs=900MPa，許用拉應力[σ2]=550MPa，螺柱簡圖如圖8所示。

圖8 螺柱簡圖（尺寸單位mm）

5 聯接螺柱的擰緊力矩

可算出預緊力Fp，式中為螺栓的相對剛度，因被聯接件為金屬墊片，取

求出Fp=0.2F4+0.7F4=177.63t。

d—為聯接螺柱螺紋直徑，

代入數據，T=22194.9N·m。

合適的預緊力對保證聯接的可靠性、安全性具有重要意義，如果預緊力不夠，將會造成接頭處剛性不足，聯接可靠性降低，預緊力過大，則可能造成聯接件被拉斷或聯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，從而實現對預緊力的精確控制。

需要指出的是，上述對聯接螺柱及插銷油缸缸體的計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，但在各聯接件設定的安全系數下，可不考慮剪力對其強度影響。

本文通過對模塊車縱向聯接件的結構組成介紹、接頭處各聯接件在受正、負彎矩時的受力分析及強度校核，驗證了各聯接件的設計是可靠的，能夠滿足模塊車拼接后作為一個整體車組的承載要求。