港口挂车设计中载荷系数的确定

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1、港口挂车设计中载荷系数的确定　　一、问题的提出　　随着生产的发展，我港进口了一批大牵引力的牵引车，需一批大载重量的各类挂车与之匹配。港口水平运输一般距离较近，码头货场往返时间很短，摘挂钩频繁，工人上下车劳动强度很大。为了减轻工人劳动强度，增加挂车运行中的稳定性，对港口挂车提出了特殊要求，即载重量要大，台面要低。例如:我港25吨级全挂车台面高度限制在700毫米以内。解决问题的途径一般从下述二方面入手:　　1、选用轮胎直径要小，但负荷要大；　　2、减小主架的截面尺寸和高度。主梁尺寸受到载重量、台面高度，通过能力、轴距动载系数和钢材的选用等诸多条件限制；　　第一个问题我们在设计中选用了日本华岗型

2、实心弹性轮胎和较高强度合金钢锻造车轴加以解决。这里不再赘述。　　在处理第二个矛盾时，假若别的条件一定，若想获得较低的台面高度，较好的通过性能，较经济的成本，那么，就需要设计较为合适的纵梁截面尺寸。挂车在行驶中，车架承受静、动两种载荷，科学的、符合实际的确定动载系数是至关重要的。　　二、港口挂车车架受载情况分析　　在挂车静止时，车架只承受自重及货物的重量，其总和称之为静载荷。　　在挂车行驶过程中，随着行驶条件(车速和道路情况)的变化，车架主要承受以下两种不同性质的动载荷。　　1、对称的垂直动载荷。这种载荷是当挂车在平坦路面上以较高车速行驶时产生的，其值大小取决于作用在车架上的静载荷及其在车架

3、上的分布；还决定于静载荷作用处的垂直加速度值，这种动载荷会使车架产生弯曲变形。　　2、斜对称的动载荷。当挂车在崎岖不平道路上行驶时前后几个车轮可能不在一个平面内，使挂车歪斜。其值取决于道路不平坦程度，以及车架的刚度，这种动载荷使车架产生扭转变形。当然，除了上述两种主要载荷的作用外，挂车车架还将受到其他一些载荷。如起动、制动和转弯时还将受到惯性力的作用等等。　　综上所述，车架实际受载情况极为错综复杂，是一个承受空间力系的平面框架结构。它的精确计算是很复杂的，目前还缺乏这方面的资料。在实际工作中我们避繁就简，在设计车架主梁时只作简单的弯曲强度计算。其动载荷下的最大弯矩为　　Mdmax=kMma

4、x　　其中K为动载荷及疲劳的综合系数　　Mmax为静载荷下最大弯矩值。　　三、综合系数的确定　　经验表明，汽车在实际使用条件下(动载情况)下，最大弯矩为静载荷的3～4.7倍，考虑到疲劳的影响，K=4.2～6.58。受其影响，以往港口使用的各类挂车，设计多趋于保守，动载荷系数偏大，至使纵梁截面过大，自重增大，台面过高，而不甚适用。例如在七十年代港口使用的载重量二十吨及四十吨挂车就存在此类问题。当然也有个别挂车，如载重量十吨的挂车动载系数过小，而造成纵梁弯曲变形。显然动载系数过高、过低都不符合港口挂车运行实际的。港口挂车有以下几个特点:　　(1)运行速度远远低于汽车行驶速度，一般为8～16公里

5、；　　(2)码头路面较平坦；　　(3)很少满载运行；　　(4)路程短。　　因此不能选取汽车的设计动载荷系数，应选用较小的K值。　　笔者在1984年主持设计的QG25型全挂车已生产了200多台，运行达七年。实践表明动载荷下最大弯矩按下式计算是适宜的:　　Mdmax=2.5～2.8Mmax　　其中Mdmax为动载荷下最大弯矩；Mmax为静载下最大弯矩。　　四、QG25型全挂车纵梁设计实例　　按均载计算，挂车车架载荷分布情况如下图:　　　　载重Q=25吨=245KN　　自重Q0=5吨=49KN　　单梁负荷Q/2=122.5KNQ0/2=24.5KN　　载重梁的均布载荷集度q=122.5/6000

6、=20.42×10-3　KN/mm　　自重的均布载荷q0=24.5/7750=3.16×10-3KN/mm　　(1)求支反力得:　　RA=　　　　　　=96.53KN　　(2)求静载荷下最大弯矩Mmax　　Mx=RA(X-500)-q0x2/2-q(x-1750)2/2　　当dMx/dx=RA-q0x-q(x-1750)=0时　　x=3656mm　　代入得:Mmax=101.07×106N·mm　　(3)动载下最大弯矩Mdmax　　如前所述，按K=2.8计，　　Mdmax=2.8Mmax=283×106N·mm　　(4)选择主梁截面尺寸，下图是我们选用的截面尺寸。　　选用16Mn钢材，疲劳

7、极限6-1=240N/mm2则所需抗弯截面模量为　　　　QG25型挂车主梁截面模量为　　　　Wx=180×3803-168×3483/6×380=1.227×106mm3>1.179×106mm3　　1.227×106/1.179×106=1.04　　满足要求。　　其他计算略。