机车车体搬移设备设计结构优化分析

王明强 刘笑 宋晓宇

摘 要 在我国轨道行业，内燃机时代機车的车型结构变化并不大加之应用面并不是很广泛，机车车体搬移设备的通用性并没有成为问题。随着电气化铁路的普及已经更多领域的越来越多的应用，车型越来越多，对应每一种车型在生产时移动过程中都需要一种的搬移设备，导致搬移设备通用性比较差。甚至出现车型生产完毕，搬移设备不便于改造导致积压无处安放的情况，造成资源的浪费。并不能很好地适应新时期机车生产小批量、快节奏和多品种的生产模式，严重约束生产发展。本文在力争更好地满足通用性的目标下，就机车车体搬移设备设计结构优化进行了分析和讨论。

关键词 机车车体;搬移设备;结构优化

前言

最近几年，伴随着市场需求的发展，机车车体结构类型变得越发多样化，不同机车车型中旁承的形状、尺寸各不相同，这也使得工厂内相关车体周转和运输使用的专用工装无法有效满足不同类型机车车体的搬移需求。对此，相关人员应该做好机车车体搬移设备结构的优化设计，以更好地满足通用化及操作维护的需求。

1问题提出

机车车体搬移设备包含了架台车、扁担、防倾斜支撑、旁承支撑等结构，从保证安全的角度，每一台机车车体转运时，都需要使用两套搬移设备，而每一套搬移设备上会设置一根扁担，扁担两侧设置两个旁承支撑，搬移设备的安装会受到旁承支撑位置尺寸的影响。在实践中，因为旁承支撑的位置尺寸不同、架台车高度不同、扁担高度和长度不同等原因，导致在每一次使用前，都必须对车体搬移设备进行改造，耗费大量时间和精力的同时，也容易埋下质量和安全隐患[1]。

2数据收集

因为搬移设备不得不应对所有的车型结构，而又要尽量避免搬移设备浪费，就必须就生产量比较大的主流车型中找到相似点进行分析改造。所以，一是应该对架台车的支座高度进行统计，然后将其与牵引高度进行对比和分析，最终确定架台车支座设计高度尺寸范围为990～1080mm;二是对主要车型旁承支撑相关数据的统计，统计的内容包括主要车型车体质量、车钩高度、旁承支撑高度、旁承孔尺寸等，明确车体搬移设备支座的高度以及扁担旁承支撑的可调节范围，继而得到准确的数据信息。经调查得到的信息如下：①机车车体的最大重量为48906kg;②旁承支撑高度范围为995～1355mm;③旁承孔尺寸在纵向和横向上分别为380～572mm以及358～452mm[2]。

3方案设计

依照相应的统计分析结果，结合通用化的使用需求，确定好相应的数据输入，然后实施方案设计。

①架台车改造。可以将架台车支座的基础高度设定为975mm，将支座和枕梁之间原本的不可调节装置更改为活动链接，以螺栓连接的方式来满足不同需求，对照不同车型，通过加垫的方式来调整架台车支架高度，螺栓的规则应该根据实际使用需求进行选择，并进行强度计算以保证安全。②扁担设计。车体旁承横向开档尺寸为1680～2050mm，为了能够更好地满足尺寸范围内旁承支撑的使用需要，应该将扁担旁承支撑装置的安装位置设计成横向可调结构。考虑机车车体搬移设备在使用过程中，必须能够承受来自车体的冲击，为了避免出现螺栓连接松动引发的旁承支撑部位移问题，同样将支座和枕梁之间原本的不可调节装置更改为活动链接，以螺栓连接的方式来强化防松能力。在对通用扁担结构进行设计时，应该将机车车体的最大重量作为基础，找到搬运过程中来自车体的最大冲击力的工况，来以此确保扁担结构在强度、刚性和承载能力等方面都可以满足不同类型机车车体的使用要求。③旁承支撑设计。结合相关数据信息，在进行旁承支撑方案设计的过程中，为了能够更好地满足尺寸范围内不同类型旁承通用性使用需求，需要确保支撑挡板在尺寸范围内可以自由调整，同时也必须保证结构的强度和刚性，借助螺栓连接，使得旁承支撑装置能够形成可调节结构。机车车体搬移设备在使用的过程中，旁承支撑同样需要承受较大的冲击力，为了避免出现连接螺栓松动引发的可调节挡块位移问题，可以将支撑固定挡块和可调节挡块之间的接触面设计成凹凸型齿形结构，通过相互啮合的方式来对其防松能力进行强化。④防倾斜支撑设计。车体旁承的支撑高度范围在995～1355mm之间，想要保证防倾斜支撑高度在这个尺寸范围内使用，同样需要将其设置为可调结构。此种可调节高度的机构一般可以采用条状螺纹支撑腿结构加止锁机构，通过旋转带有条状螺纹的支撑腿来调节高度。⑤调整方案设计。为了能够更好地满足架台车以及扁担通用化的使用需求，在上述方案设计的基础上，还应该增加不同车型架台车高度调整方案的设计，采用加垫调整的方式，一方面，应该依照不同车型对于架台车支座高度的不同需求，在两者之间进行加垫调整，连接螺栓也需要依照实际情况进行调整;另一方面，需要在旁承支撑装置和扁担连接件进行加垫调整，连接螺栓同样依照实际情况调整[3]。

4强度校核

一是对连接螺栓强度的校核。在旁承支撑和扁担上，共使用16颗M20-8.8螺栓进行连接，这里假定机车车体质量为100t，牵引机车质量100t，牵引机车速度v2=1.4m/s，经校核螺栓的剪切应力数值为17.86MPa，板料与铆钉的挤压应力为10.94MPa，均小于相关标准要求的数值，表明这样的连接方式能够满足实用需求;二是扁担结构强度校核。假定机车车体质量为100t，经校核剪切应力为80MPa，挤压应力为108MPa，小于相关标准要求值，表明扁担结构的强度能够满足使用要求。

5结束语

总而言之，在经过优化设计后，机车搬移设备的结构更加简单，操作更加便捷，能够很好地适应不同类型机车车体的转运需求，在大大节约改造费用的同时，也可以对多种不同规格架台车和扁担的存放问题进行解决，释放了生产空间，消除了安全和质量隐患，能够取得非常显著的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 冯军.轨道车辆钢结构减重优化设计方法研究[J].内燃机与配件，2019（8）：201-202.

[2] 张晓林.卧铺动车组车体优化设计研究[D].大连：大连交通大学，2019.

[3] 水文菲，张长庚，董曾文.悬挂式单轨车体结构设计[J].中国高新区，2018（17）：187，189.