某型军用运输机专用保障辅助货桥的设计开发

余文明， 黄新磊， 彭 旭， 梁 敏

(中国船舶重工集团应急预警与救援装备股份有限公司，湖北 武汉 430223)

军用运输机专用保障辅助货桥是连接运输机货舱与地面的通道，是双车辙的单元组合式机械化桥，既能保障通过能力较差的自行装备上下运输机，又能保障重型非自行装备上下运输机，主要用于某型军用运输机保障，编配于航空物流投送基地、运输航空兵场站和重点方向的航空兵场站，具有构件简单、模块化程度高、装拆便捷等特点。

1 主要战术技术指标及要求

1.1 基本组成与功能

本辅助货桥采用单元组合技术形式，由滑轨组件、车辆行驶坡道组件、承重组件和连接装置等组成。

本装备的基本功能：①满足低通过能力自行装备滚装滚卸方式上某运输机。②满足重型非自行装备滑轨装卸方式上下某型飞机。

1.2 作业能力

最大承载重量：非自行装备重量40 t，自行装备轴载重量9 t(轮式)；车辆行驶坡道坡度≤5°；有效作业面水平长度≥28 m；承载面最大使用高度≥2.2 m；承载面最小使用高度≤1.8 m；拼装、撤收时间≤30 min(作业人数12名)；单件装备滚装滚卸所需时间≤10 min(自行装备)；单件装备滑轨装卸所需时间≤10 min(非自行装备)。

1.3 基本性能参数

自重≤10 000 kg(运输机吊机起重量)；拆解后，便于使用“5 t空运装载机”进行叉装，配合“航空运输集装托盘”进行装载。

1.4 战场环境及勤务适应性

作业环境适应性：能在机场停机坪等平整场地作业；运输性：可采取公路、铁路和运输机运输。

2 总体方案设计

由于铝合金密度小、强度与钢材差不多，故辅助货桥结构部件主要采用铝合金材料[1]。

辅助货桥采用单元组合式，由两条物资装卸通道组成，系统主要构件包含桥节、支腿、支架、坡道模块、跳板、滑轨、托盘和辅助器材等。

2.1 滚装滚卸模式

当自行装备物资通过辅助货桥进行滚装滚卸时，由桥节、支腿、坡道模块和跳板组成滚装滚卸通道；此时坡道为倾斜式平台结构，坡度约4.6°，可以满足低通过性自行装备通行要求。

当保障某型运输机时，前两段桥节等高，上面无须放坡道模块，后方桥节高度依次降低，上面固定有坡道模块。图1、图2为滚装滚卸辅助货桥结构图。

图1 滚装卸方式布置图(单位：mm)

此时运输机货舱的高度为1.85 m，图中左侧的运输机斜台着地。坡道由两条车辙通道组成，首端跳板搭接在斜台上，底部由支腿支撑，中部由桥节传力，桥节上固定有坡道模块，形成倾斜的行车通道。

图2 滚装卸方式截面图(单位：mm)

两货桥桥面宽度各为1 m，中间由分布于上下的连杆连接。

2.2 滑轨装卸模式

当非自行装备物资通过辅助货桥进行滑轮装卸时，由桥节、支腿、支架、滑轨和托盘组成水平滑轨装卸通道；滑轨安装于桥节上表面，作为托盘的通行路面，方便非自行货物上下运输机。

此模式中运输机斜台用支架支撑，坡道首端桥节上部与斜台自身的跳板支座连接，桥节下部与支架进行连接。图3为滑轨装卸移动坡道结构布置图。

图3 滑轨装卸方式布置图(单位：mm)

此时桥节长度为30 m，可以保证辅助货桥在吊装40英尺集装箱的同时不至于使集装箱边缘与运输机尾翼发生刮擦。

每条桥节上有2排滑轨，外侧滑轨装有限位挡板，如图4所示。非自行装备通过纵横捆扎于托盘上，再将托盘放置于滑轨滚轮上，通过机舱内绞车将装备拉入货舱。

此时托盘与限位挡板留有8 mm的间隙。

3 系统组成

3.1 桥节

图4 滑轨装卸方式截面图(单位：mm)

桥节是荷载通行坡道(滑轨)的承载主体，整体材质为铝合金。桥节安装有剪刀撑机构，伸展性强、稳定性高、高度可调，既能满足通载状态对其不同高度的需要，又能保障在收拢状态达到运输要求[2]。

桥节长×宽为1 500 mm×1 000 mm，单重约150 kg。

根据剪刀撑内侧活动支座的档位调节，可以将桥节分为7个高度，分别为1 370 mm、1 170 mm、1 100 mm、900 mm、700 mm、500 mm、和300 mm，如图5所示。

图5 桥节示意图(单位：mm)

3.2 支腿

机械化桥一般通过支腿来架设形成多跨桥，作为桥节的支撑主体[3]。本辅助货桥支腿主要材质为铝合金，其中螺纹升降部分为钢质，刚性螺母与铝合金结构间采用铆钉连接。

支腿础板直径340 mm，单重15 kg，高度调节范围为580～780 mm。支腿示意图见图6。

图6 支腿示意图(单位：mm)

支腿采用侧面水平向接头与桥节连接，如图7所示，进一步降低了桥节离地高度，从而降低了货桥的重心，增加了货桥稳定性。

3.3 坡道模块

图7 支腿、桥节连接

坡道模块(见图8)安装固定于桥节上，为自行装备提供装卸通道。

图8 坡道模块示意图

由于单块坡道模块重量偏大，人工搬运不方便，故将其分成两部分，每部分重量不到55 kg,方便人员搬运，减少了货桥架设时间。

3.4 跳板

跳板整体材质为铝合金，一端与首端桥节连接，另一端搭放在斜台上形成面接触，面板焊接有“V”型防滑条，增加车辆摩擦力，方便自行装备进出货舱。

跳板长4 480 mm，宽980 mm，高213 mm，重约170 kg，见图9。

图9 跳板示意图(单位：mm)

单块跳板与斜台为面接触，接触面大小约为818 mm×980 mm，如图10所示，避免车辆通行时对斜台产生应力集中。

图10 跳板布置图(单位：mm)

此过程跳板对斜台的压强要小于自行装备直接进出运输机时对斜台和货舱地板的压强。

3.5 滑轨

滑轨安装于桥节上，带有数个高强尼龙滚轮，为非自行装备提供装卸平台。滑轨长度统一，仅有内外之分，外侧滑轨装有限位挡板。一个桥节上安装4个滑轨，单件滑轨重约15 kg，见图11。

图11 滑轨布置图

3.6 托盘

航空运输中非自行装备一般通过专用集装托盘辅助装机。本辅助货桥托盘是滑轨装卸的承接部件，装备需要放置于托盘之上，再将托盘放置于滑轨滚轮上。托盘整体采用铝合金材质，尺寸高56 mm×宽2 230 mm×长2 740 mm，重量约160 kg，见图12。

图12 托盘示意图(单位：mm)

3.7 支架

当辅助货桥保障非自行装备时，运输机斜台面需要与货桥面保持同一高度，斜台底部需要支架支撑。

支架顶部支板可以在竖直方向随意转动，使支板与斜台底面时刻保持面接触，见图13。

图13 支架示意图(单位：mm)

3.8 辅助器材

辅助器材包括插销、捆扎带、横向连接杆、挂钩等，其中横向连接杆用于连接左右两条桥节，提高辅助货桥整体稳定性，见图14。

图14 横向连接杆示意图

挂钩在滚装滚卸模式用来连接辅助货桥与斜台(见图15)，在滑轨装卸模式既要连接辅助货桥与斜台，又要连接辅助货桥与支架(见图16)。

图15 滚装滚卸模式挂钩布置图

图16 滑轨装卸模式挂钩布置图

4 设计计算分析

4.1 基本设计参数

4.1.1 轮式荷载参数

桥面系局部强度控制荷载为轮式载轴压力90 kN，按照标准(GJB 435-1988)的规定，选用LT20轮式车辆荷载作为参考对象。

4.1.2 集装箱荷载参数

集装箱满载重量40 t，按均布荷载计算。

4.1.3 动载冲击系数

4.2 材料选择

辅助货桥桥节主要采用铝合金材料，牌号为AA6061。

4.3 计算分析对象

辅助货桥的计算分析过程是为了验证系统是否能安全可靠的提供指标中规定荷载的正常通行。本节选取辅助货桥的桥节进行计算分析。

4.4 桥节有限元计算分析

4.4.1 自行装备

当轮式荷载通过货桥坡面时，与运输机斜台连接的首端桥节上没有固定坡道模块，此时桥节承受来自车轮的局部荷载；其余桥节上固定有坡道模块，此时桥节承受来自坡道模块的均布荷载，选取最恶劣工况来定义荷载：轮式荷载位于跨中，横向偏心100 mm，荷载面尺寸为600 mm×200 mm(车轮接触面)，桥节高度为1 370 mm。

(1)强度校核：计算结果等效应力云图如图17所示。

图17 桥节等效应力云图

从图中可见最大等效应力为148 MPa，小于材料AA6061的拉压应力σ=160 MPa。

(2)桥节挠度校核：铝合金简支梁桥节结构由静止的车辆荷载产生的垂直挠度最大容许值为f=l/150[4]。式中：f为挠度容许值；l为桥节的长度。

桥节的长度l=2 500 mm，挠度最大容许值[f]=16 mm，图17中读取的结构最大挠度值为f=10 mm<[f]，满足设计要求。

(3)剪刀撑机构稳性校核：

由软件分析结果中提取的剪刀撑机构轴向力N=2.6e4 N ，弯矩M=15.4e4 N ·mm。 由于剪刀撑斜杆设计长度l=1 156 mm，两端铰接，即：

L=μ长度l=1×1 156 mm=1 156 mm

式中：L为压杆计算长度；μ长度为压杆的长度系数，对于两端铰接情况取值1；l为压杆设计长度。

式中：iy为截面对y轴的惯性半径；Iy为y轴的惯性矩。

式中：λy为构件弯曲平面内的长细比。

由AA6061铝合金材料的轴心受压稳定系数表得：φ1=0.863。

=38.12 N/mm2<[σ]=160 N/mm2

剪刀撑机构稳性符合要求。

4.4.2 非自行装备

当非自行装备通过坡道时，由于装备放置于托盘之上，可将此过程视为均布荷载，按最大荷载情况即40英尺集装箱满载重量40 t计算分析。

由于40英尺集装箱长约12 m，桥节长度为2.5 m，由此可知集装箱托盘共与10个桥节接触，则每个桥节分配到的荷载为4 t。计算可得最大等效应力为62.35 MPa，小于材料AA6061的拉压应力σ=160 MPa，见图18。

图18 集装箱压载桥节等效应力云图

5 系统工作模式

5.1 滑轨装卸模式

在滑轨装卸模式下，先根据保障机型货舱地板高度来确定支腿的高度，使货桥桥节面与机舱地板面平齐，还需要确保装卸物资、机舱的中心轴线平齐；然后将装备吊至货桥托盘上进行捆扎；之后借助机场叉车或吊车将装备放置于货桥滑轨之上，首端托盘与舱内绞车通过绳索连接；最后借助飞机自带的绞车将物资拉入机舱内。

5.2 滚装滚卸模式

在滚装滚卸模式下，应确保装卸物资、机舱的中心轴线平齐，自行装备通过坡道模块和跳板驶上货桥进入机舱。