铁路集装箱门式起重机轻量化设计研究.pdf

集装箱运输 CONTAINER TRANSPORTATION
铁道货运第34卷/第7期/2016年
RAILWAY FREIGHT TRANSPORT
文章编号:1004-2024(2016)07-0052-05中图分类号:U169.63;U294.27'5文献标识码:B
D?l:10.16669/, cnki. issn.1004-2024.2016.07.11
铁路集装箱门式起重机轻量化设计研究
杨广全,车德慧
(中国铁道科学硏究院运输及经济研究所,北京100081)
摘要:在分析铁路集装箱门式起重机应用现状的基础上,提出为实现铁路集装箱门式起重
机的轻量化设计,应考虑采用高强钢制造、优化整机结构、选用集成零部件、改善控制方
式、合理匹配技术参数及其他技术途径,并且阐述轻量化设计的主要实现方法,为铁路集装
箱门式起重机的设计提供参考。
关键词:铁路集装箱;门式起重机;轻量化:设计;装卸作业
对铁路集装箱门式起重机进行整机轻量化设计,的发展和国内货运量的增长,我国对铁路集裝箱运
不仅可以节省原材料、降低制造成本,而且能够减轻输质量、整体技术水平、总体规模和技术装备提出更
起重机轮压和机构的负荷,降低对货场走行基础建设高要求
的要求,减少基础建造的投资成本、运营成本,使铁
铁路集装箱门式起重机是集裝箱装卸技术设备的
路集装箱门式起重机达到质量、性能和成本等因素的重要组成部分,但目前却成为制约铁路集裝箱运输
综合优化,加快铁路集裝箱运输的发展。
发展的主要因素之一。在我国铁路集装箱中心站,除
配置有20ft、40f的伸缩式吊具,用以装卸20ft
1铁路集装箱门式起重机应用现状分析
40ft和45ft(依靠40f处的角件)国际标准集裝箱,
集装箱运输是开展国内国际贸易、发展“门到基本上还配置有高效的轨道式集装箱专用门式起重
门”运输、提高运输效率和效益的重要运输方式,是机,其额定起重量为40t,跨距为35m,有效悬臂为
我国货物运输的主要发展方向之一。随着国际贸易7.5m,主要结构件采用高强钢Q345B,整机结构采
用高强度螺栓连接、现场拼装形式,高压房、上机斜
收稿日期:2016-07-05
梯和电缆卷盘布置在不同的支腿以保证轮压均衡。起
作者筒介:杨广全(1977-),男,陕西渭南人,博士研究生。车德升机构、大小车运行机构采用交流变频调速控制技
慧(1960),男,广东揭阳人,大学本科
基金项目:中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题
术,同时采用8绳缠绕防摇吊具防止吊具摇晃,提高
(Z2015-X003
吊箱效率
2
铁路集装箱门式起重机轻量化设计研究杨广全等
CONTAINER TRANSPORTATION集装箱运输
在铁路集装箱办理站,由于集装箱到发量偏小,影响整机的有效载荷,采用高强钢可以减轻整机自
较多地采用通用门式起重机加挂无动力集装箱吊具的重。在我国,尽管屈服强度大于450MPa的高强度钢
方式,兼顾长大笨重货物和集装箱的装卸作业。目材的应用日益广泛,但还未出现采用此类高强钢制造
前,这些铁路通用门式起重机存在装卸效率低、安全的铁路集装箱门式起重机。而Q450NQR1高强钢在
性能差、配置型号落后、设备陈旧老化、超期服役等我国铁路货车的主要结构中应用已经很成熟,它在提
问题,容易导致货损、箱损、车损和装卸机械损伤,高钢强度的同时,保证了焊接结构韧性不减,具有良
影响铁路货运服务质量。
好的焊接工艺,能减少焊接内应力,防止焊接开裂,
为提高铁路集裝箱装卸安全质量和服务水平,铁控制焊接不变形。因此,可以考虑将此类钢材用于铁
路部门采取了2方面措施:一方面,铁路通过配置集路集装箱门式起重机的设计中,达到减轻整机自重的
装箱专用装卸机械,或者对通用门式起重机进行防摇效果。
改造、变频改造等措施,提高集裝箱装卸的安全稳(2)集裝箱吊具采用高强钢制造。吊具自重的
定性;另一方面,铁路加大经济实用型集装箱装卸机减轻能提高设备的使用寿命,降低能耗。可以通过力
械的研发力度,以提升铁路中小型货场的集装箱装学手段设计吊具箱形结构,制造时采用高强度钢,以
卸能力。
减轻吊具自重。 Bromma吊具采用高强钢制造,在选
择构造材料时综合考虑了钢材的强度、焊接性和可成
2铁路集装箱门式起重机轻量化设计的型性等因素,同时采用模块化设计以降低设计周期,
技术途径
提高零部件的可靠性和互换性。常规起重量为41t的
长期以来,铁路集装箱门式起重机的设计多采用港口机械吊具自重一般在8.5t,上海某港机厂为研发
以古典力学和数学为基础的半理论半经验设计法、类限重在6.1t以内的超轻型液压吊具,在设计中采取
比法和直觉法等传统的方法,设计过程繁琐、周期了以下措施:①设计梁高为600mm;②使用5mm的
长、精确度差、可靠性低,设计出的整机结构偏重。高强度钢板制作箱型梁;③端梁腹板采用3mm高强
我国铁路在发展集装箱门式起重机时,应充分考虑轻度钢板折弯对称形式,伸缩梁截面设计区别于常规设
量化和模块化设计需求,减少设备成本、基础设施投计,有效减轻吊具自重,降低起重机的能耗、故障率
资和运营成本。
和使用成本。
2.1采用高强钢制造
(3)司机室采用高强钢制造。随小车一起移动
实践表明,机械结构的自重对其有效载荷及经济的司机室增加了起重小车的自重,从而增加了对门架
性具有决定性影响。因此,减轻整机自重成为铁路集主梁的移动载荷,对整机自重影响较大,考虑采用高
装箱门式起重机的研究方向。钢具有承重能力佳、加强钢薄板制造,以减轻起重小车自重。
工性能好、经济效益高等特点,已经成为起重机制造2.2优化整机结构
行业最重要的结构材料;在等强度条件下,采用高强
(1)采用无悬臂式结构。在我国,传统的铁路
钢可以减小钢结构所用钢板的厚度或钢结构的截面尺通用门式起重机一般都帯有悬臂,能在不增大主梁截
寸,从而减轻钢结构的自重。当采用Q345B材料作面的前提下,仅依靠延长主梁长度扩展门吊的覆盖面
为起重机钢结构材料代替Q235B材料时,据测算起积,并且将汽车通道安排在悬臂下,经济合理。但
重机钢结构自重可减少约20%~30%2。对于铁路集是,在集装箱大型化发展的趋势下,将集装箱移到门
装箱门式起重机,可以考虑将其主要承载结构件都改式起重机悬臂下需要穿过门式起重机的支腿,因而必
用高强钢制造。
须将支腿内部空间加宽,这使集装箱门式起重机变得
(1)门架结构采用高强钢制造。铁路集装箱门庞大、笨重,不仅消耗大量钢材,而且增大运行机构
式起重机的门架结构自重约占整机自重的2/3,严重的驱动功率,増加作业成本。采用无悬臂集装箱门式