基于SolidWorks和Ansys的鐵路卷狀貨物橫向限位運(yùn)輸座架設(shè)計(jì)

袁舜，潘帥，劉毛毛，田志強(qiáng)

基于SolidWorks和Ansys的鐵路卷狀貨物橫向限位運(yùn)輸座架設(shè)計(jì)

袁舜1，潘帥2，劉毛毛2，田志強(qiáng)1

（1.蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，蘭州 730070；2.九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 九江 332007）

針對(duì)卷狀貨物在鐵路運(yùn)輸途中常發(fā)生橫向竄動(dòng)，造成貨物損傷、危及行車安全等問(wèn)題，基于當(dāng)前主流運(yùn)輸座架和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一款安全可靠、適用多種車型、可疊放回送、可循環(huán)使用、適合多種規(guī)格卷狀貨物、帶有橫向限位裝置的運(yùn)輸座架。根據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》，制定最不利工況下的卷狀貨物裝載加固方案；依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及敞車、平車的結(jié)構(gòu)，確定運(yùn)輸座架的結(jié)構(gòu)和材料；通過(guò)SolidWorks-Ansys對(duì)運(yùn)輸座架進(jìn)行建模和有限元分析，得到卷鋼座架變形及應(yīng)力的變化情況。通過(guò)分析可知，運(yùn)輸座架會(huì)受到垂向力、縱向力，其最薄弱部分的應(yīng)力分別為355.14、341.99 MPa，位移變形量分別為0.55、1.069 mm，符合規(guī)定；在最不利工況下，橫向限位擋件的最大應(yīng)力為28.89 MPa，最大變形量為0.04 mm，符合規(guī)定。設(shè)計(jì)的鐵路橫向限位運(yùn)輸座架安全可靠，可有效防止貨物發(fā)生橫向竄動(dòng)；疊裝回送，可實(shí)現(xiàn)重去重回。該設(shè)計(jì)填補(bǔ)了現(xiàn)有運(yùn)輸座架對(duì)卷狀貨物無(wú)法進(jìn)行橫向剛性加固的空白，對(duì)當(dāng)下卷狀貨物運(yùn)輸發(fā)展具有較大的促進(jìn)作用。

鐵路；卷狀貨物；橫向限位裝置；運(yùn)輸座架；裝載加固方案；SolidWorks-Ansys

鐵路運(yùn)輸具有安全、運(yùn)量大、環(huán)保、高效等特點(diǎn)，占據(jù)著礦石、煤炭、機(jī)械設(shè)備等主要大宗貨物的運(yùn)輸市場(chǎng)[1]。鋁卷、卷鋼等貨物屬于鐵路大宗貨物，在運(yùn)輸途中，因其密度較大，故存在易滾動(dòng)、光滑無(wú)栓節(jié)點(diǎn)、加固困難等問(wèn)題[2-3]。目前，我國(guó)鐵路運(yùn)輸卷狀貨物尚無(wú)專用車型，常采用木地板平車和敞車運(yùn)輸，優(yōu)先使用鋼座架臥裝卷鋼[4]。

現(xiàn)有運(yùn)輸座架的研制主要集中于多槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)輸組合方式配搭、疊裝回送等方面，未考慮卷狀貨物的橫向竄動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。尤其是每年秋冬季，受到雨雪天氣的影響，鐵路運(yùn)輸座架表面易結(jié)冰，加之線路坡度、方向及車輛蛇行運(yùn)動(dòng)等引起的輪軌作用力的變化，卷狀貨物在鋼座架上存在橫向竄動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，造成車輛偏載或偏重，易發(fā)生列車脫軌或顛覆等行車事件[5-7]。

針對(duì)鐵路卷狀貨物運(yùn)輸座架的研究主要集中于鋼座架疲勞結(jié)構(gòu)分析，以及優(yōu)化、強(qiáng)度有限元分析、新型運(yùn)輸座架多槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。趙詣[8]建立了70 t通用敞車（以下簡(jiǎn)稱C70）卷鋼動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)載荷?時(shí)間序列和鋼座架的有限元分析結(jié)果，計(jì)算了包鋼集團(tuán)LZ型鋼座架在不同線路等級(jí)下的疲勞壽命和疲勞損傷。方哲[9]根據(jù)攀鋼集團(tuán)TX-C-I型卷鋼座架疲勞壽命評(píng)價(jià)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)間序列，以及測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)中的疲勞損傷，預(yù)測(cè)了鋼座架的整體疲勞壽命，并對(duì)薄弱處進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)。劉曉華[10]對(duì)中鐵聯(lián)合物流股份有限公司RUL-Cl型卷鋼座架進(jìn)行了三維建模及有限元強(qiáng)度分析，將沖擊試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析進(jìn)行了對(duì)比，并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。高俊平[11]對(duì)某公司A型卷鋼座架進(jìn)行了三維建模、有限元仿真分析和強(qiáng)度試驗(yàn)，并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。辛海琳等[12]基于70 t平車（以下簡(jiǎn)稱NX70A）結(jié)構(gòu)，研制了一款單車三槽卷鋼座架，提高了70 t平車的滿載率。梁偉明[13]結(jié)合NX70A、C70的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研制了一款四槽卷鋼集裝托架，通過(guò)有限元分析和試驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證了該款托架的安全可靠性。目前，針對(duì)卷狀貨物橫向竄動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的研究較少。

文中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)[14-15]，結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》[16]、《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范車體第2部分：貨車車體》[17]、鐵總運(yùn)[2015]296號(hào)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[4]，以及敞車、平車的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一款安全可靠、適用車型廣（敞車全路保有量為475 481 輛，占總保有量的60.64%；平集兩用車的保有量為57 602輛，占總保有量的7.35%[3]）、可循環(huán)使用、適合多種規(guī)格卷狀貨物、帶有橫向限位裝置的運(yùn)輸座架（簡(jiǎn)稱鐵路橫向限位運(yùn)輸座架），以填補(bǔ)現(xiàn)有運(yùn)輸座架對(duì)卷狀貨物無(wú)法進(jìn)行橫向剛性加固的空白，可彌補(bǔ)鐵路貨運(yùn)邊境站車型的不足，增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸?shù)氖袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)卷狀貨物運(yùn)量加速回流鐵路。

1 鐵路橫向限位運(yùn)輸座架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

卷狀貨物屬于低附加值重載貨物，呈圓柱狀，易滾動(dòng)，表面光滑，無(wú)栓節(jié)點(diǎn)，加固困難。貨車在非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，車輛受到的縱向作用力會(huì)急劇變化，卷狀貨物易發(fā)生縱向滾動(dòng)。貨車在過(guò)曲線地段時(shí)，卷狀貨物受到橫向力的作用，加之秋冬季節(jié)運(yùn)輸座架表面易結(jié)冰，易出現(xiàn)橫向位移，易導(dǎo)致貨物發(fā)生橫向竄動(dòng)[5,18]。

1.1 材料性能

鐵路橫向限位運(yùn)輸座架的主承載結(jié)構(gòu)采用Q700高強(qiáng)度鋼，材料的性能見(jiàn)表1。Q700高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、硬度大、抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于橋梁主梁、機(jī)械軸承機(jī)座、建筑塔吊、石油輸送管道等領(lǐng)域[19-20]。

1.2 技術(shù)參數(shù)

鐵路橫向限位運(yùn)輸座架的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，運(yùn)輸座架的三維立體仿真如圖1所示。運(yùn)輸座架包括底座、支撐架、橫向擋件等部分。支撐架是整個(gè)運(yùn)輸座架的承重部位，與卷狀貨物直接接觸。底座將來(lái)自支撐架的力分散至車底板及補(bǔ)強(qiáng)座，避免出現(xiàn)集重現(xiàn)象。橫向擋件裝置可根據(jù)卷狀貨物的規(guī)格尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)，用來(lái)阻擋卷狀貨物在運(yùn)輸途中發(fā)生的橫向竄動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，安全可靠。

表1 材料的性能

Tab.1 Material properties

表2 運(yùn)輸座架的技術(shù)參數(shù)

Tab.2 Technical parameters of steel frame

圖1 運(yùn)輸座架三維立體仿真

1.3 鐵路橫向限位運(yùn)輸座架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3.1 底座

底座包括邊框、橫梁、縱梁、側(cè)梁、吊耳、加固環(huán)、角件、卡板、棘輪緊固器、定位卡槽等。縱梁外側(cè)吊耳可用于起吊，也可栓結(jié)鋼絲繩，可將其捆綁在車輛丁字鐵上，從而加固運(yùn)輸座架與車輛。在縱梁中部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有棘輪緊固器和加固環(huán)，鋼絲繩穿過(guò)貨物中心孔，通過(guò)棘輪緊固器和加固環(huán)固定兩端，防止重心較高的貨物發(fā)生縱向滾動(dòng)。縱梁兩側(cè)定位卡槽可卡在敞車補(bǔ)強(qiáng)座上，防止運(yùn)輸座架在敞車內(nèi)部發(fā)生縱向移動(dòng)。將角件卡在平集兩用車蘑菇頭上，可防止運(yùn)輸座架在平集兩用車上發(fā)生縱向移動(dòng)。運(yùn)輸座架適用于敞車、平集兩用車，可緩解因貨車調(diào)配能力不足造成的邊境貨運(yùn)站運(yùn)力緊張等問(wèn)題。

1.3.2 支撐架

支撐架用于防止卷狀貨物縱向滾動(dòng)，主要由V形支架、加強(qiáng)筋、多層夾線耐磨橡膠墊組成。V形支架與水平面的夾角為38°。在支架內(nèi)側(cè)用工業(yè)膠粘貼厚度10 mm的橡膠墊進(jìn)行緩沖。

1.3.3 橫向擋件

橫擋主要用于防止卷狀貨物的橫向竄動(dòng)，主要包括導(dǎo)軌、擋板、卡槽、轉(zhuǎn)軸、后支撐板、連接板、卡爪、側(cè)支撐板、墊板、擋梁等。其中，在導(dǎo)軌沿長(zhǎng)度方向，等間距設(shè)置3排卡槽，中間一排卡槽與兩側(cè)卡槽錯(cuò)位排列。根據(jù)卷狀貨物規(guī)格，將卡板與卡槽配合，即當(dāng)中間卡板卡入卡槽內(nèi)時(shí)，兩側(cè)卡板無(wú)法卡入卡槽內(nèi)，與導(dǎo)軌上表面接觸；反之，當(dāng)兩邊卡板卡入卡槽內(nèi)，中間卡板無(wú)法卡入卡槽內(nèi)，與導(dǎo)軌上表面接觸。當(dāng)中間卡板被卷狀貨物沖擊力沖斷后，兩側(cè)卡板可作為備用，后退卡入卡槽，再次阻擋卷狀貨物的橫向竄動(dòng)。

2 裝載加固方案論證

2.1 卷狀貨物裝載加固方案

針對(duì)全路運(yùn)用車保有量最多的敞車（C70）制定裝載加固方案，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。一車兩件，分別裝載在車輛兩枕梁上方，每件卷狀貨物的質(zhì)量不大于車輛標(biāo)記載質(zhì)量的1/2，2件卷狀貨物的質(zhì)量之差不大于2 t[21-23]。按最不利情況進(jìn)行計(jì)算，即每件貨物質(zhì)量為34.4 t，外徑為2 200 mm，內(nèi)徑為550 mm。貨物在敞車中裝載加固仿真如圖2所示。

表3 C70的主要技術(shù)參數(shù)

Tab.3 Main technical parameters of C70

圖2 卷狀貨物裝車工況

2.2 卷狀貨物裝載加固計(jì)算

在運(yùn)行或調(diào)車作業(yè)時(shí)，鐵路貨車受到車輛、線路特性的影響，卷狀貨物會(huì)受到不規(guī)則持續(xù)的振動(dòng)。在貨車加速、制動(dòng)時(shí)，卷狀貨物會(huì)受到更大的沖擊。此外，在列車過(guò)曲線地段時(shí)，卷狀貨物會(huì)受到橫向力的作用，因此作用于卷狀貨物的外力主要有橫向慣性力、垂直慣性力、縱向慣性力、風(fēng)力、摩擦力。

2.2.1 作用于貨物的力

卷鋼座架通過(guò)兩側(cè)卡擋和敞車補(bǔ)強(qiáng)座進(jìn)行加固，屬于剛性加固[4, 21-23]。按照鐵總運(yùn)[2015]296號(hào)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[4]計(jì)算，受力情況見(jiàn)表4。

2.2.2 檢查貨物的穩(wěn)定性

運(yùn)輸座架縱向不平衡力的計(jì)算見(jiàn)式（1）。

縱向不平衡力通過(guò)運(yùn)輸座架卡板傳遞給車輛側(cè)墻補(bǔ)強(qiáng)座，其焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于某值。根據(jù)鐵總運(yùn)[2015]296號(hào)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[4]計(jì)算可知，焊縫長(zhǎng)度至少為21.5 cm，但運(yùn)輸座架兩側(cè)任一卡板焊縫的最小周長(zhǎng)為38 cm，可見(jiàn)運(yùn)輸座架卡擋的焊縫長(zhǎng)度符合要求。

運(yùn)輸座架橫向不平衡力的計(jì)算見(jiàn)式（2）。

卷狀貨物由于運(yùn)輸座卡板與車輛補(bǔ)強(qiáng)座為剛性連接，因此縱向穩(wěn)定，而橫向會(huì)發(fā)生竄動(dòng)。

3 基于SolidWorks和Ansys的運(yùn)輸座架有限元分析

車輛在運(yùn)行或調(diào)車作業(yè)中，卷狀貨物會(huì)受到各種外力的作用，這里以調(diào)車沖撞為最不利的工況[5, 24]。在此工況下，支撐架直接承載卷狀貨物，受到了貨物縱向慣性力、垂向慣性力和重力的作用。由2.2節(jié)裝載加固計(jì)算可知，縱向慣性力為506.0 kN，垂向慣性力與重力的合力為523.91 kN。在Ansys Workbench中，對(duì)模型網(wǎng)格進(jìn)行劃分，網(wǎng)格質(zhì)量為0.85。依次施加上述力，垂向等效應(yīng)力如圖4a所示，垂向總變形如圖4b所示，縱向等效應(yīng)力分析如圖5a所示，縱向總變形如圖5b所示。

表4 力值計(jì)算

Tab.4 Force analysis

圖4 運(yùn)輸座架垂向載荷分析

由圖4a可知，在施加垂向合力后，支撐面上的應(yīng)力分布較規(guī)律、對(duì)稱，最薄弱部分為支撐架支撐面與卷狀貨物接觸的位置，其應(yīng)力為355.14 MPa，小于Q700高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度（表1），滿足要求。支撐架是受力部件，主要受到卷狀貨物重力和垂向慣性力的作用，其余區(qū)域受力較小或可忽略。由圖4b可知，在施加垂向合力后，支撐面上的變形較對(duì)稱，最大變形發(fā)生在支撐架支撐面與卷狀貨物接觸的位置，變形量約為0.55 mm，小于2 mm，滿足規(guī)定；其余區(qū)域的變形量較小，或可忽略。

由圖5a可知，在施加縱向力后，兩側(cè)支撐面上的應(yīng)力分布差別較大，最薄弱部分是與沖擊方向相反的支撐架支撐面與卷狀貨物接觸位置上方，其應(yīng)力為341.99 MPa，小于Q700高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度（表1），滿足要求。在縱向沖擊時(shí)，一端支撐架受到的力明顯增大，另一端支撐架受到的力較小。由圖5b可知，在施加縱向力后，最大變形發(fā)生在與沖擊方向相反的支撐架支撐面和卷狀貨物接觸位置上方，變形量為1.069 mm，小于2 mm，滿足規(guī)定。在縱向沖擊時(shí)，一端支撐架變形明顯增大，另一端支撐架變形較小。

由圖6a可知，在施加橫向不平衡力后，最薄弱部分是擋件卡板與導(dǎo)軌卡槽接觸的位置，其應(yīng)力為28.89 MPa，小于Q700高強(qiáng)度鋼板的屈服強(qiáng)度（表1），滿足要求。由圖6b可知，在施加力后，最大位移發(fā)生在擋件卡板與導(dǎo)軌卡槽接觸位置邊沿，位移變形量為0.04 mm，小于2 mm，滿足規(guī)定。

圖6 橫向擋件裝置受橫向不平衡力分析

4 結(jié)論

在既有技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了運(yùn)輸座架，完全滿足卷狀貨物的運(yùn)輸需求，能夠防止貨物在運(yùn)輸途中發(fā)生橫向竄動(dòng)，具有安全可靠、適用車型廣泛、可循環(huán)使用、適合不同規(guī)格卷狀貨物、可疊裝回送、可重去重回等優(yōu)勢(shì)。利用SolidWorks設(shè)計(jì)了鐵路橫向限位運(yùn)輸座架，制定了在最不利條件下貨物裝載加固的方案，計(jì)算了運(yùn)輸途中作用于貨物上的各種力，通過(guò)Ansys進(jìn)行了有限元分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的運(yùn)輸座架填補(bǔ)了傳統(tǒng)運(yùn)輸座架對(duì)卷狀貨物無(wú)法進(jìn)行橫向剛性加固的空白，可有效緩解鐵路貨運(yùn)邊境站運(yùn)力緊張等問(wèn)題，增強(qiáng)鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)卷狀貨物運(yùn)量加速回流鐵路，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1] 中國(guó)鐵路總公司. 鐵路貨車基礎(chǔ)[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2020: 1-7. China Railway Corporation. The Basics of Railway Freight Cars[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 2020: 1-7.

[2] 中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì). 中國(guó)建筑材料工業(yè)年鑒[M]. 北京: 人民出版社, 2021: 511-524. China Building Material Federation. Almanac of China Building Materials Industry[M]. Beijing: People's Publishing House, 2021: 511-524.

[3] 中國(guó)鐵路總公司. 中國(guó)鐵道年鑒[M]. 北京: 中國(guó)鐵路總公司, 2021: 236-247.

China Railway. China Railway Yearbook[R]. Beijing: China Railway Press, 2021: 236-247.

[4] 中國(guó)鐵路總公司. 鐵路貨物裝載加固規(guī)則[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2015: 160-168. China Railway. Railway Freight Loading Reinforcement Rules[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 2015: 160-168.

[5] 吳育儉. 鐵路貨運(yùn)技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2000: 43-51. WU Y J. Railway Freight Transport Technology[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 2000: 43-51.

[6] YOON S C, KIM Y S. A Study on the Safety of Carbody for Railway Vehicles[J]. Key Engineering Materials, 2014, 627: 409-412.

[7] YOON S C, KIM J. Experimental Study on the Fatigue Strength of a Running Equipment in Railway Applications[J]. Journal of the Korean Society for Precision Engineering, 2016, 33(9): 739-744.

[8] 趙詣. 包鋼集團(tuán)LZ型立裝卷鋼座架疲勞壽命研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2021: 70-75. ZHAO Y. Study on Fatigue Life of LZ Vertical Coil Steel Seat Frame in Baotou Steel Group[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2021: 70-75.

[9] 方哲. 攀鋼集團(tuán)TX-C-Ⅰ型卷鋼座架疲勞壽命研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2016: 69-73. FANG Z. Fatigue Life Study of Rolled-Steel Pallet[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2016: 69-73.

[10] 劉曉華. 中鐵聯(lián)合物流RUL-C1型卷鋼座架強(qiáng)度仿真及試驗(yàn)研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2015: 19-20. LIU X H. Simulation and Test Analysis on Mechanical Property of the RUL-C1 Coil Steel Pallet of China Railway United Logistics Co Ltd[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2015: 19-20.

[11] 高俊平. 鐵路臥裝運(yùn)輸卷鋼座架強(qiáng)度仿真分析與試驗(yàn)研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué), 2012: 43-51.GAO J P. Study on Simulation Analysis and Test of Strength of Rolled-Steel Pallet Transported by Railway[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2012: 43-51.

[12] 辛海琳, 徐海濤, 朱麗. 三卷卷鋼裝載加固座架的研制[J]. 機(jī)械工程師, 2016(3): 185-186. XIN H L, XU H T, ZHU L. Development of Three-Coil Steel Loading and Strengthening Seat Frame[J]. Mechanical Engineering, 2016(3): 185-186.

[13] 梁偉明. 卷鋼集裝托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究[J]. 鐵道貨運(yùn), 2020, 38(9): 46-52. LIANG W M. A Study on Structural Design and Optimization of Container Pallet for Rolled-Steel[J]. Railway Freight Transport, 2020, 38(9): 46-52.

[14] 邱培軍, 潘帥, 袁舜, 等. 基于SolidWorks的鐵路敞車裸包裝玻璃集裝架設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2021, 42(3): 143-150. QIU P J, PAN S, YUAN S, et al. Design of Pallet for Bare Glass in Railway Wagon Based on SolidWorks[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(3): 143-150.

[15] 袁舜, 潘帥, 盧泓坤, 等. 基于SolidWorks和ANSYS的鐵路卷狀貨物橫向限位鋼制座架設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2022, 43(21): 130-136. YUAN S, PAN S, LU H K, et al. Design of Steel Seat Frame for Railway Coiled Cargo Transportation Based on SolidWorks and ANSYS[J]. Packaging Engineering, 2022, 43(21): 130-136.

[16] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范: GB 55006—2021[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2021. Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China. General Code for Steel Structures: GB 55006-2021[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2021.

[17] 國(guó)家鐵路局. 機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范車體第2部分：貨車車體: TB/T 3550.2—2019[S]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2019. National Railway Administration of the People's Republic of China. Strength Design and Test Accreditation Specification for Rolling Stock-Car Body-Part 2: Freight Car Bodies: TB/T 3550.2-2019[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2019.

[18] 邵國(guó)霞, 尹紫紅, 朱波, 等. 鐵路超重貨物作用下軌道路基動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2018, 15(7): 1685-1692. SHAO G X, YIN Z H, ZHU B, et al. Research on Dynamic Response of Railway Track and Subgrade under the Action of Overweight Goods[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2018, 15(7): 1685-1692.

[19] 鄭舒丹, 郭強(qiáng), 王軍. 中外金屬材料手冊(cè)[M]. 2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2022: 161-193. ZHENG S D, GUO Q, WANG J. Handbook of Chinese and Foreign Metal Materials[M]. 2nd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2022: 161-193.

[20] 張耀, 曹小平, 王春芬, 等. 材料力學(xué)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2015: 18-24. ZHANG Y, CAO X P, WANG C F, et al. Mechanics of Materials[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2015: 18-24.

[21] 中國(guó)鐵路總公司. 鐵路貨物裝載加固定型方案[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2015: 155-159. China Railway. Railway Cargo Loading, Reinforcement and Finalization Scheme[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 2015: 155-159.

[22] LI X H. Factors Analysis of Affecting Loading and Reinforcing Scheme of Large Goods in Railway[J]. World Journal of Engineering and Technology, 2016, 4(3): 60-68.

[23] KIM J G, YOON S C, SEO J W, et al. Structural Safety Assessment of Railway Freight Car during Static Loading[J]. Key Engineering Materials, 2008, 385: 653-656.

[24] 蓋宇仙. 鐵路貨運(yùn)組織[M]. 4版. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2010: 180-181.GAI Y X. Railway Freight Organization[M]. 4th ed. Beijing: China Railway Publishing House, 2010: 180-181.

Design of Railway Rolled Goods Lateral Stopper Steel Frame Based on SolidWorks and Ansys

YUAN Shun1,PAN Shuai2, LIU Maomao2, TIAN Zhiqing1

(1. School of Traffic and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China; 2.Jiujiang Vocational and Technical College, Jiangxi Jiujiang 332007, China)

The work aims to design a safe, reliable, widely applicable and recyclable, stacked return, suitable for different specifications of rolled goods and steel frame with lateral stopper seat frame in combination with the current mainstream steel frame and existing technical experience, to solve problems such as the lateral movement of rolled goods that often occurs during railway transportation, causing damage to the goods and endangering the safety of driving. According to the "Railway Cargo Loading and Strengthening Rules", a rolled cargo loading and strengthening scheme under the most unfavorable working conditions was formulated. According to the "Steel Structure Design Standard" and the open car and flat car structure, the structure and material of the steel frame was determined. Through SolidWorks-Ansys modeling and finite element analysis on the steel frame, the deformation and stress changes of the steel frame were obtained. The analysis showed that the steel frame was subject to vertical force and longitudinal force, the stress of the weakest part was 355.14 MPa and 341.99 MPa respectively, and the displacement and deformation were 0.55 mm and 1.069 mm respectively, which met the requirements. Under working conditions, the maximum stress of lateral stopper was 28.89 MPa, and the maximum deformation was 0.04 mm, which met the regulations. The railway horizontal limit steel seat frame is safe and reliable, which can effectively prevent the goods from moving laterally; Stacking and returning can realize repeated removal and return. It fills the gap that the existing steel seat frame cannot carry out lateral rigid reinforcement for rolled goods, which will greatly promote the development of the current roll cargo transportation.

railway; rolled goods; lateral stopper; steel frame; loading reinforcement scheme; SolidWorks-Ansys

TB482.2

A

1001-3563(2024)07-0289-06

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.07.036

2023-05-05

國(guó)家自然科學(xué)基金（71761023）；中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃（N2020X015）；甘肅省教育廳“雙一流”科研重點(diǎn)項(xiàng)目（GSSYLXM-04）