王玉艷　孫麗萍

摘 要：機(jī)車在發(fā)運(yùn)過程需要吊裝，機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具的強(qiáng)度決定了吊裝的安全性。本文依據(jù)有限元分析軟件I-DEAS，采用有限元數(shù)值模擬的方法，分析了香港機(jī)車發(fā)運(yùn)吊架和車體吊銷的強(qiáng)度和剛度，并校核了鋼絲繩的強(qiáng)度。計(jì)算分析結(jié)果表明，機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足要求，性能可靠。

關(guān)鍵詞：機(jī)車；吊具；強(qiáng)度；有限元

中圖分類號(hào)：TP391.77

機(jī)車發(fā)運(yùn)吊裝時(shí)，吊車一端吊起鋼絲繩，鋼絲繩通過機(jī)車吊架的支撐吊起安裝在底架的吊銷，來實(shí)現(xiàn)機(jī)車的吊裝。機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具必須具有足夠的強(qiáng)度才能保證機(jī)車吊裝時(shí)的安全。

本文分析了香港機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具的強(qiáng)度以滿足其發(fā)運(yùn)吊裝的要求。

1 機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具概況

本次分析計(jì)算的機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具主要由機(jī)車吊架、車體吊銷和鋼絲繩組成。機(jī)車吊架主要由材質(zhì)均為Q235-A的橫向和縱向撐桿組裝而成。縱向撐桿主要由L100×100×8和L50×50×5的角鋼焊接而成；橫向撐桿主要由L100×100×8和L50×50×5的角鋼焊接而成。車體吊銷為圓柱形，材質(zhì)為45號(hào)鋼。鋼絲繩型號(hào)為6×19+FC-φ40，查國家標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩規(guī)格（GB/T 20118-2006）得到此鋼絲繩的型號(hào)見表1。

機(jī)車吊具在載荷作用下應(yīng)能達(dá)到如下所述的安全系數(shù)：車體吊架的安全系數(shù)不小于2.2，σs=107MPa；車體吊銷的安全系數(shù)不小于2.5，σs=142MPa；車體吊鋼絲繩的安全系數(shù)不小于5。

2 機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具模型

2.1 幾何模型建立

本次計(jì)算使用的程序是NX I-DEAS 5.0。該軟件集CAD與CAE成一體，建模效率高，求解迅速，后處理功能強(qiáng)大。

在有限元數(shù)值模擬計(jì)算中用的幾何模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的，是經(jīng)過簡化的符合計(jì)算要求的模型。在有限元分析中薄板主要采用二維殼單元模擬，形狀復(fù)雜和厚板結(jié)構(gòu)采用三維體單元模擬，所以在幾何建模時(shí)采用面和體結(jié)合的建模方法。具體幾何模型及裝配見圖1～5。

2.2 有限元模型

由于機(jī)車吊架基于縱向中心面對稱，并且所受的載荷也是對稱的，因此取1/2結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元和殼單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，共劃分379073個(gè)單元和212687個(gè)節(jié)點(diǎn)。由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性質(zhì)可得：當(dāng)取1/2結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算時(shí)，約束施加在吊具結(jié)構(gòu)的對稱面上；載荷施加的大小為11.895t。

車體吊銷采用六面體單元進(jìn)行模擬，共劃分87600節(jié)點(diǎn)76080單元，載荷18.75t分別作用在鋼絲繩與其接觸的位置；在吊銷銷體的相應(yīng)位置設(shè)置軸向約束。吊銷有限元網(wǎng)格劃分，如圖7所示：

3 機(jī)車吊具有限元強(qiáng)度分析

3.1 機(jī)車吊架應(yīng)力分析

經(jīng)過有限元分析計(jì)算，機(jī)車發(fā)運(yùn)吊架節(jié)點(diǎn)的最大位移為1.59mm，節(jié)點(diǎn)的最大Mises應(yīng)力為94.7MPa，發(fā)生在端板與縱支承槽鋼的交接處。實(shí)際安全系數(shù)為235/94.7=2.48，大于設(shè)計(jì)要求的2.2，即小于材料的許用應(yīng)力107 MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如圖8、9所示。

3.2 吊銷應(yīng)力分析

經(jīng)過有限元分析計(jì)算，車體吊銷節(jié)點(diǎn)的最大位移為0.127mm，節(jié)點(diǎn)位移分布如圖10所示；最大Mises應(yīng)力為112MPa，發(fā)生在吊銷體與底架側(cè)梁接觸處。實(shí)際安全系數(shù)為355/112=3.17，大于設(shè)計(jì)要求的2.5，即小于材料的許用應(yīng)力142MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如圖11所示。

4 車體吊鋼絲繩強(qiáng)度校核

車體吊鋼絲繩的型號(hào)為6×37+FC-φ48，由表1得鋼絲繩破斷拉力總和不小于1423.9kN，鋼絲繩的安全系數(shù)為K=5，鋼絲繩的許用拉力為：

鋼絲繩的許用拉力=鋼絲繩破斷拉力總和/K=1423.9kN/5=284.8kN

用四根鋼絲繩吊75t重的機(jī)車，每根繩長13.5米，聯(lián)接機(jī)車端鋼絲繩承受的拉力為F1，聯(lián)接吊車端由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得所承受的拉力F2：

F1=75×9.8/4=183.75kN

按力的分析得出聯(lián)接吊車端承受的拉力F2為213.13kN，大于F1，小于鋼絲繩的許用拉力284.8kN。

5 結(jié)束語

香港機(jī)車發(fā)運(yùn)吊架和吊銷結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全系數(shù)均大于設(shè)計(jì)預(yù)定的安全系數(shù)，即應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，強(qiáng)度滿足要求，性能可靠。采用有限元數(shù)值模擬的方法計(jì)算吊具的強(qiáng)度，可以提高設(shè)計(jì)效率，保證安全，為機(jī)車的發(fā)運(yùn)吊裝提供依據(jù)。

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作者簡介：王玉艷（1977-），女，黑龍江雞西人，講師，碩士，研究方向：機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。

作者單位：大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧大連 116028

基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：L2012164）。