無中梁罐車牽枕裝配專用吊具的設計

王 宇 張 雷 張彤陽

(中車西安車輛有限公司產品制造部 陜西 西安 710086)

鐵路罐車從結構上可以分為有中梁罐車和無中梁罐車[1]，無中梁罐車的走行部分與罐體部分的連接采用了牽枕裝配的結構，由于牽枕裝配外形及其結構的限制，長期以來只能采用鋼絲繩吊運。采用這種吊運方式，一方面鋼絲繩與牽枕裝配之間存在磨損現象，需要經常更換鋼絲繩，提高了吊運成本，存在安全隱患；另一方面摘、掛鋼絲繩的過程繁瑣，容易出現偏掛現象，降低了吊運效率和安全性。基于上述原因，根據牽枕裝配的結構設計制造了無中梁罐車牽枕裝配專用吊具(以下簡稱吊具)。

1 吊具設計

1.1 吊具結構

無中梁罐車牽枕裝配專用吊具示意圖如圖1所示。該吊具主要由吊鉤、D形卸扣、夾板、支撐桿和筋板組成。吊鉤中間部分夾于兩塊夾板之間，尾部裝有D形卸扣，兩處連接均通過螺栓螺母實現，并配有開口銷防松；兩夾板一端與吊鉤連接，另一端開有通孔，支撐桿由通孔穿過，支撐桿與夾板之間焊有筋板，用于增大強度。

圖1 吊具結構示意圖

1.2 工作原理

圖2為吊運示意圖，該吊具使用時先將支撐桿插入后從板座后部缺口，然后將吊具按照圖2所示向右移動，使吊鉤掛入后從板座前部缺口，此時拽動D形卸扣便可將牽枕裝配安全吊起。

圖2 吊運示意圖

2 主要零件選型及強度計算

工況介紹：最大負載N=11.35 kN(牽枕裝配與吊具總重)，吊運過程平穩，安全系數ns取2.0。

校核時所有受力情況均以最大負載計算，零件材料機械性能參數查取于《機械設計手冊》[2]。

2.1 夾板設計與校核

夾板材料選用低合金結構鋼(GB/T 1591—1994)，牌號Q345，質量等級B級，薄弱截面積尺寸A=18 mm×19 mm，該材料屈服極限σs=325 MPa。

許用應力計算：

薄弱截面應力計算：

可見夾板強度滿足使用要求。

2.2 卸扣選型

卸扣型號T-DX3/4，主要參數為：額定起吊質量為7 t，滿足吊運要求；強度級別為T(8)級；卸扣型式為D形；銷軸型式為六角頭螺栓、六角頭螺母和開口銷，便于拆裝。

2.3 吊鉤設計與校核

吊鉤材料選用鍛件用碳素結構鋼(GB/T 17107—1997)，牌號45，薄弱截面積尺寸A=18 mm×30 mm，受力方向為切向受力，該尺寸下材料切向受力時的屈服極限σs=275 MPa。

許用應力計算：

薄弱截面應力計算：

可見吊鉤強度滿足使用要求。

2.4 支撐桿設計與校核

支撐桿材料選用低合金結構鋼(GB/T 1591—1994)，牌號Q345，質量等級B級，直徑d=40 mm，長度l=310 mm，該尺寸下材料屈服極限σs=325 MPa。吊運時，后從座板搭在支撐桿兩端，受力情況可簡化為支撐桿的純彎曲。

許用應力計算：

最大彎曲應力計算：

最大彎矩計算：

可見支撐桿強度滿足使用要求。

3 吊具運用過程情況

3.1 效率提升

采用專用吊具后，簡化了摘鉤、掛鉤過程，縮短了吊運時間。

3.2 效果改善

支撐桿尺寸根據后從板座進行設計，結構緊湊，確保了支撐桿插入后，整個吊具的中心面和牽枕裝配的中心面不會有太大偏移，同時支撐桿和吊鉤都吊卡于牽枕裝配的受力部件上，不用試吊尋找重心，杜絕了偏掛現象，確保吊運過程中牽枕裝配兩端基本保持水平。

3.3 安全性提高

吊運時，支撐桿插入后從板座后部缺口，吊鉤卡住后從板座前部，吊具前后都被卡住無法自行移動，避免了出現起吊脫鉤的情況。

3.4 損耗減少

鋼絲繩不與牽枕裝配接觸，避免了彼此之間的磨損，降低了鋼絲繩的更換頻率，節約了成本。

4 試驗及實際使用情況

吊具制造完成后，進行了磁粉探傷，確保焊接質量。探傷后按照1.2倍載荷進行起吊加載試驗，保持10 min，卸載后對吊具進行檢查，焊縫位置無裂紋，各零部件無永久變形。通過上述試驗，證明了采用該吊具達到了預期效果。后期經專業吊具廠家進行生產制造，該吊具制成后至今已完成了多次吊運任務，未出現技術問題。

5 結論

無中梁罐車牽枕裝配專用吊具的設計，通過試驗和實際使用，證明了該吊具能夠滿足預期的吊運要求。與原有吊運方式相比，具有吊運效率高、安全性好、成本低等優點。