SQ6 型運輸汽車專用車渡板拉桿試驗及改進設計

朱 麗，張 忠

（中車齊齊哈爾車輛有限公司 北京科技分公司，北京100072）

SQ6 型凹底雙層運輸汽車專用車是適應我國標準軌距鐵路運行的專用貨車，在2008 年研制完成并投入運營，運用效果良好，主要用于輕型客車、SUV、MPV、皮卡車等較高汽車的鐵路運輸，同時也可用于國產及進口各種微型、小型汽車的鐵路運輸。SQ6 型車的上層渡板組成采用一體式結構，如圖1 所示，主要由渡板、拉桿、銷軸、固定裝置等部分組成。其安裝在上層活動底架的端部，非工作位時，可豎直收起于端門內側，隨上層活動底架一起升降；工作位時，通過拉桿組成來實現開合并保證其打開時處于水平位置，以便小汽車通過。

圖1 上層端渡板結構示意圖

1 運用中存在的問題

2017 年收到用戶反饋，影響裝車安全性的關鍵件上層渡板拉桿在裝車過程中偶爾有折斷現象，其折斷處位于雙桿的銷軸孔處。為此二七公司專門對此問題作了調查研究，調查發現，發生斷裂的拉桿均是孔位置不對中，偏向一側。分析認為，近年來商品汽車趨于大型化，SQ6 型車的使用頻率、汽車的裝卸速度均有所提高，孔的位置稍有偏差，其上層渡板拉桿就可能出現斷裂現象。為了確保使用中不出現斷裂現象，對其進行改進設計。拉桿組成示意圖如圖2 所示。

圖2 拉桿組成示意圖

2 裝卸車試驗

2.1 試驗情況簡介

為了確保裝卸車時渡板拉桿不發生斷裂，二七公司專門對該車的渡板拉桿裝卸工況進行了試驗研究。以確定渡板拉桿在使用時的受力情況。試驗于2017 年10 月—2017 年11 月在柳州機保段進行。

試驗選取3 種汽車各一輛作為試驗用車，其中配重作為載重均勻放置于車內，SQ6 允許裝載汽車最大質量2.2 t。具體參數見表1。

表1 試驗用汽車參數表 單位：t

試驗分別對A、B、C 等3 輛汽車不同速度級裝、卸載時拉桿動應力進行測試。其中A、B 汽車進行10、20、30、40、50 km/h 等5 個速度級測試，C汽車進行10、20、30、40 km/h 等4 個速度級測試。每個速度級裝車、卸車各進行2 次測試。在兩渡板上分別布置加速度傳感器。在3、4 號拉桿的雙桿孔周布置了應變片，在單桿孔外側布置了應變片。由于孔周圍很難保證測出實際應力，在1、2、3、4號拉桿的易貼片且無應力集中部位布置了應變片，以此來獲得拉桿上受到力的大小，然后通過有限元法計算出孔周圍應力。貼片位置如圖3 所示。DG 表 示 單 桿，SG 表 示 雙 桿。

圖3 拉桿貼片位置示意圖

2.2 試驗結果與分析

測試發現，后接觸渡板的拉桿應力大于先接觸渡板的拉桿應力，因此按后接觸渡板拉桿應力計算拉桿上力，根據測得的應力計算出拉桿上受力，拉桿直徑42 mm，因此拉桿上的沖擊力為3.14×r2×σ（N），其中r為拉桿半徑；σ為測得的應力。小汽車正向行駛和倒車時對渡板拉桿產生的力見表2、表3 及表4。其中，1、2 號拉桿上的力是卸車時的力，3、4 號拉桿上的力是裝車時的力，拉桿號如圖4 所示。并得出如下結論：

圖4 端部渡板組成示意圖

表2 A 汽車裝卸車時拉桿1-4 受力情況表[1] 單位：t

表3 B 汽車裝卸車時拉桿1-4 受力情況表[1] 單位：t

表4 C 汽車裝卸車時拉桿1-4 受力情況表[1] 單位：t

（1）各測點測試應力值均遠小于拉桿的屈服極限260 MPa。

（2）SQ6 型車上層渡板拉桿應力與汽車通過速度具有一定的線性關系，拉桿應力隨通過速度的增大而增大。

（3）拉桿應力隨著裝載汽車質量增加而增大。

（4）汽車在通過相鄰渡板時，后接觸渡板的拉桿應力大于先接觸渡板的拉桿應力，比值在1.3 倍～1.7 倍。

（5）試驗中，為測試銷孔附近應力，防跳環被固定，未起到保持SG 拉桿和DG 拉桿均處于拉緊狀態的作用，則同一拉桿組成中的SG 拉桿、DG 拉桿力差距很大，因此實際運用中應注意使防跳環處于工作位，避免汽車通過時渡板跳動，使SG 拉桿、DG 拉桿受力更均勻。

（6）渡板上的加速度與小汽車速度強相關。

2.3 有限元計算結果

根據測試結果，用有限元法計算得到拉桿孔處應力值見表5～表7。

表5 A 汽車裝、卸車拉桿銷孔處計算應力數據表 單位：MPa

表6 B 汽車裝、卸車拉桿銷孔處計算應力數據表 單位：MPa

表7 C 汽車裝、卸車拉桿銷孔處計算應力數據表 單位MPa

從計算結果看，當裝車速度小于30 km/h 時，拉桿孔上的應力小于材料屈服極限260 MPa，速度大于30 km/h 時，孔周圍應力超過了材料屈服極限。拉桿應力如圖5 所示。

圖5 4 號拉桿改進前后應力圖

3 改進設計

鑒于以上計算分析，對拉桿結構及材質進行了優化設計，將材質改為E 級鋼，E 級鋼屈服強度689 MPa，拉桿直徑改為47 mm，銷孔直徑由21 mm減小到19 mm，銷孔處受力面積由203 mm2增大到403 mm2。因此，改進后，結構上承載能力是原來的403/203=1.99 倍，材料上承載能力是原來的689/260=2.65 倍。因此承載能力是原來的5.27（1.99×2.65）倍。即使裝車速度達到50 km/h，根據表5，原結構孔周圍最大應力為285.6 MPa，改進后孔周圍最大應力為285.6÷1.99=143.5（MPa），安全余量為689/143.5=4.8，充分滿足使用要求。

4 現運用情況

從2018 年6 月開始新造車采用新拉桿，廠、段修時對有裂紋的舊拉桿進行更換，到2020 年6 月約有2 000 輛車裝用了新拉桿結構，用戶反映新拉桿結構未發生斷裂現象。

5 總 結

（1）由于不能通過試驗的方法直接得到結構實際應力，此次采用了試驗與有限元計算結合的方法獲得危險點的應力，結果與實際運用反映出的情況相符。

（2）通過試驗，得到了SQ6 型車裝卸車用的關鍵件的受力情況，為今后的設計提供了依據。