某型軍用運輸機專用保障輔助貨橋的設計開發

余文明， 黃新磊， 彭 旭， 梁 敏

(中國船舶重工集團應急預警與救援裝備股份有限公司，湖北 武漢 430223)

軍用運輸機專用保障輔助貨橋是連接運輸機貨艙與地面的通道，是雙車轍的單元組合式機械化橋，既能保障通過能力較差的自行裝備上下運輸機，又能保障重型非自行裝備上下運輸機，主要用于某型軍用運輸機保障，編配于航空物流投送基地、運輸航空兵場站和重點方向的航空兵場站，具有構件簡單、模塊化程度高、裝拆便捷等特點。

1 主要戰術技術指標及要求

1.1 基本組成與功能

本輔助貨橋采用單元組合技術形式，由滑軌組件、車輛行駛坡道組件、承重組件和連接裝置等組成。

本裝備的基本功能：①滿足低通過能力自行裝備滾裝滾卸方式上某運輸機。②滿足重型非自行裝備滑軌裝卸方式上下某型飛機。

1.2 作業能力

最大承載重量：非自行裝備重量40 t，自行裝備軸載重量9 t(輪式)；車輛行駛坡道坡度≤5°；有效作業面水平長度≥28 m；承載面最大使用高度≥2.2 m；承載面最小使用高度≤1.8 m；拼裝、撤收時間≤30 min(作業人數12名)；單件裝備滾裝滾卸所需時間≤10 min(自行裝備)；單件裝備滑軌裝卸所需時間≤10 min(非自行裝備)。

1.3 基本性能參數

自重≤10 000 kg(運輸機吊機起重量)；拆解后，便于使用“5 t空運裝載機”進行叉裝，配合“航空運輸集裝托盤”進行裝載。

1.4 戰場環境及勤務適應性

作業環境適應性：能在機場停機坪等平整場地作業；運輸性：可采取公路、鐵路和運輸機運輸。

2 總體方案設計

由于鋁合金密度小、強度與鋼材差不多，故輔助貨橋結構部件主要采用鋁合金材料[1]。

輔助貨橋采用單元組合式，由兩條物資裝卸通道組成，系統主要構件包含橋節、支腿、支架、坡道模塊、跳板、滑軌、托盤和輔助器材等。

2.1 滾裝滾卸模式

當自行裝備物資通過輔助貨橋進行滾裝滾卸時，由橋節、支腿、坡道模塊和跳板組成滾裝滾卸通道；此時坡道為傾斜式平臺結構，坡度約4.6°，可以滿足低通過性自行裝備通行要求。

當保障某型運輸機時，前兩段橋節等高，上面無須放坡道模塊，后方橋節高度依次降低，上面固定有坡道模塊。圖1、圖2為滾裝滾卸輔助貨橋結構圖。

圖1 滾裝卸方式布置圖(單位：mm)

此時運輸機貨艙的高度為1.85 m，圖中左側的運輸機斜臺著地。坡道由兩條車轍通道組成，首端跳板搭接在斜臺上，底部由支腿支撐，中部由橋節傳力，橋節上固定有坡道模塊，形成傾斜的行車通道。

圖2 滾裝卸方式截面圖(單位：mm)

兩貨橋橋面寬度各為1 m，中間由分布于上下的連桿連接。

2.2 滑軌裝卸模式

當非自行裝備物資通過輔助貨橋進行滑輪裝卸時，由橋節、支腿、支架、滑軌和托盤組成水平滑軌裝卸通道；滑軌安裝于橋節上表面，作為托盤的通行路面，方便非自行貨物上下運輸機。

此模式中運輸機斜臺用支架支撐，坡道首端橋節上部與斜臺自身的跳板支座連接，橋節下部與支架進行連接。圖3為滑軌裝卸移動坡道結構布置圖。

圖3 滑軌裝卸方式布置圖(單位：mm)

此時橋節長度為30 m，可以保證輔助貨橋在吊裝40英尺集裝箱的同時不至于使集裝箱邊緣與運輸機尾翼發生刮擦。

每條橋節上有2排滑軌，外側滑軌裝有限位擋板，如圖4所示。非自行裝備通過縱橫捆扎于托盤上，再將托盤放置于滑軌滾輪上，通過機艙內絞車將裝備拉入貨艙。

此時托盤與限位擋板留有8 mm的間隙。

3 系統組成

3.1 橋節

圖4 滑軌裝卸方式截面圖(單位：mm)

橋節是荷載通行坡道(滑軌)的承載主體，整體材質為鋁合金。橋節安裝有剪刀撐機構，伸展性強、穩定性高、高度可調，既能滿足通載狀態對其不同高度的需要，又能保障在收攏狀態達到運輸要求[2]。

橋節長×寬為1 500 mm×1 000 mm，單重約150 kg。

根據剪刀撐內側活動支座的檔位調節，可以將橋節分為7個高度，分別為1 370 mm、1 170 mm、1 100 mm、900 mm、700 mm、500 mm、和300 mm，如圖5所示。

圖5 橋節示意圖(單位：mm)

3.2 支腿

機械化橋一般通過支腿來架設形成多跨橋，作為橋節的支撐主體[3]。本輔助貨橋支腿主要材質為鋁合金，其中螺紋升降部分為鋼質，剛性螺母與鋁合金結構間采用鉚釘連接。

支腿礎板直徑340 mm，單重15 kg，高度調節范圍為580～780 mm。支腿示意圖見圖6。

圖6 支腿示意圖(單位：mm)

支腿采用側面水平向接頭與橋節連接，如圖7所示，進一步降低了橋節離地高度，從而降低了貨橋的重心，增加了貨橋穩定性。

3.3 坡道模塊

圖7 支腿、橋節連接

坡道模塊(見圖8)安裝固定于橋節上，為自行裝備提供裝卸通道。

圖8 坡道模塊示意圖

由于單塊坡道模塊重量偏大，人工搬運不方便，故將其分成兩部分，每部分重量不到55 kg,方便人員搬運，減少了貨橋架設時間。

3.4 跳板

跳板整體材質為鋁合金，一端與首端橋節連接，另一端搭放在斜臺上形成面接觸，面板焊接有“V”型防滑條，增加車輛摩擦力，方便自行裝備進出貨艙。

跳板長4 480 mm，寬980 mm，高213 mm，重約170 kg，見圖9。

圖9 跳板示意圖(單位：mm)

單塊跳板與斜臺為面接觸，接觸面大小約為818 mm×980 mm，如圖10所示，避免車輛通行時對斜臺產生應力集中。

圖10 跳板布置圖(單位：mm)

此過程跳板對斜臺的壓強要小于自行裝備直接進出運輸機時對斜臺和貨艙地板的壓強。

3.5 滑軌

滑軌安裝于橋節上，帶有數個高強尼龍滾輪，為非自行裝備提供裝卸平臺。滑軌長度統一，僅有內外之分，外側滑軌裝有限位擋板。一個橋節上安裝4個滑軌，單件滑軌重約15 kg，見圖11。

圖11 滑軌布置圖

3.6 托盤

航空運輸中非自行裝備一般通過專用集裝托盤輔助裝機。本輔助貨橋托盤是滑軌裝卸的承接部件，裝備需要放置于托盤之上，再將托盤放置于滑軌滾輪上。托盤整體采用鋁合金材質，尺寸高56 mm×寬2 230 mm×長2 740 mm，重量約160 kg，見圖12。

圖12 托盤示意圖(單位：mm)

3.7 支架

當輔助貨橋保障非自行裝備時，運輸機斜臺面需要與貨橋面保持同一高度，斜臺底部需要支架支撐。

支架頂部支板可以在豎直方向隨意轉動，使支板與斜臺底面時刻保持面接觸，見圖13。

圖13 支架示意圖(單位：mm)

3.8 輔助器材

輔助器材包括插銷、捆扎帶、橫向連接桿、掛鉤等，其中橫向連接桿用于連接左右兩條橋節，提高輔助貨橋整體穩定性，見圖14。

圖14 橫向連接桿示意圖

掛鉤在滾裝滾卸模式用來連接輔助貨橋與斜臺(見圖15)，在滑軌裝卸模式既要連接輔助貨橋與斜臺，又要連接輔助貨橋與支架(見圖16)。

圖15 滾裝滾卸模式掛鉤布置圖

圖16 滑軌裝卸模式掛鉤布置圖

4 設計計算分析

4.1 基本設計參數

4.1.1 輪式荷載參數

橋面系局部強度控制荷載為輪式載軸壓力90 kN，按照標準(GJB 435-1988)的規定，選用LT20輪式車輛荷載作為參考對象。

4.1.2 集裝箱荷載參數

集裝箱滿載重量40 t，按均布荷載計算。

4.1.3 動載沖擊系數

4.2 材料選擇

輔助貨橋橋節主要采用鋁合金材料，牌號為AA6061。

4.3 計算分析對象

輔助貨橋的計算分析過程是為了驗證系統是否能安全可靠的提供指標中規定荷載的正常通行。本節選取輔助貨橋的橋節進行計算分析。

4.4 橋節有限元計算分析

4.4.1 自行裝備

當輪式荷載通過貨橋坡面時，與運輸機斜臺連接的首端橋節上沒有固定坡道模塊，此時橋節承受來自車輪的局部荷載；其余橋節上固定有坡道模塊，此時橋節承受來自坡道模塊的均布荷載，選取最惡劣工況來定義荷載：輪式荷載位于跨中，橫向偏心100 mm，荷載面尺寸為600 mm×200 mm(車輪接觸面)，橋節高度為1 370 mm。

(1)強度校核：計算結果等效應力云圖如圖17所示。

圖17 橋節等效應力云圖

從圖中可見最大等效應力為148 MPa，小于材料AA6061的拉壓應力σ=160 MPa。

(2)橋節撓度校核：鋁合金簡支梁橋節結構由靜止的車輛荷載產生的垂直撓度最大容許值為f=l/150[4]。式中：f為撓度容許值；l為橋節的長度。

橋節的長度l=2 500 mm，撓度最大容許值[f]=16 mm，圖17中讀取的結構最大撓度值為f=10 mm<[f]，滿足設計要求。

(3)剪刀撐機構穩性校核：

由軟件分析結果中提取的剪刀撐機構軸向力N=2.6e4 N ，彎矩M=15.4e4 N ·mm。 由于剪刀撐斜桿設計長度l=1 156 mm，兩端鉸接，即：

L=μ長度l=1×1 156 mm=1 156 mm

式中：L為壓桿計算長度；μ長度為壓桿的長度系數，對于兩端鉸接情況取值1；l為壓桿設計長度。

式中：iy為截面對y軸的慣性半徑；Iy為y軸的慣性矩。

式中：λy為構件彎曲平面內的長細比。

由AA6061鋁合金材料的軸心受壓穩定系數表得：φ1=0.863。

=38.12 N/mm2<[σ]=160 N/mm2

剪刀撐機構穩性符合要求。

4.4.2 非自行裝備

當非自行裝備通過坡道時，由于裝備放置于托盤之上，可將此過程視為均布荷載，按最大荷載情況即40英尺集裝箱滿載重量40 t計算分析。

由于40英尺集裝箱長約12 m，橋節長度為2.5 m，由此可知集裝箱托盤共與10個橋節接觸，則每個橋節分配到的荷載為4 t。計算可得最大等效應力為62.35 MPa，小于材料AA6061的拉壓應力σ=160 MPa，見圖18。

圖18 集裝箱壓載橋節等效應力云圖

5 系統工作模式

5.1 滑軌裝卸模式

在滑軌裝卸模式下，先根據保障機型貨艙地板高度來確定支腿的高度，使貨橋橋節面與機艙地板面平齊，還需要確保裝卸物資、機艙的中心軸線平齊；然后將裝備吊至貨橋托盤上進行捆扎；之后借助機場叉車或吊車將裝備放置于貨橋滑軌之上，首端托盤與艙內絞車通過繩索連接；最后借助飛機自帶的絞車將物資拉入機艙內。

5.2 滾裝滾卸模式

在滾裝滾卸模式下，應確保裝卸物資、機艙的中心軸線平齊，自行裝備通過坡道模塊和跳板駛上貨橋進入機艙。