李晓光
（江西铜业集团（贵溪）物流有限公司，江西 贵溪 335424）
江铜集团物流有限公司承担着集团内部的物流、运输工作，其中贵溪冶炼厂区内多处堆场的阳极板需要每天进行转运，阳极板载运车是承担阳极板转运的主要运输装备之一，主要是把熔炼车间产出的阳极板从阳极炉堆场转运至电解车间阳极板堆场，每次转运载重量为20 t。由于阳极板载运车是新投入使用的设备，在运行过程中存在较多问题［2］。本文重点对阳极板载运车提升卸载装置产生变形的原因进行深入分析，并提出改进优化方案，从而确保车辆的正常运行。
阳极板载运车提升卸载装置主要由液压系统、提升架及相关检测限位装置组成。液压系统为提升、卸载装置提供动力，通过控制液压缸的上升、下降来驱动提升装置上升、下降，从而实现对阳极板的装载、卸载。提升卸载装置主要包括支撑横梁、提升卸载框架、拉杆、左右限位轴承、前后限位轴承等，主要对所承载的20 t 阳极板起支撑作用。当车辆提升卸载装置插入排列整齐的阳极板后，后视系统监控提升卸载装置是否插入到底，确认插入到位后，液压系统提供动力驱动提升卸载装置将阳极板抬起，并对阳极板起限位支撑作用。提升卸载装置主要结构如图1 所示。
图1 提升卸载装置结构示意图
阳极板载运车提升卸载装置在使用过程中，与支撑横梁相连接的提升卸载框架的焊接部位出现了较大程度的弯曲形变，如图2 所示。提升卸载装置框架立板变形造成了提升卸载装置整体向前移位。立板向驾驶室端弯曲变形，且形变量逐渐变大，存在断裂风险，已不能充分保证载运车的正常运行［3］。
图2 立板弯曲变形图
4.1 提升卸载装置缺乏自由度导致变形
阳极板提升卸载机构主要由油缸支座、油缸、销轴、提升装置等组成，具体结构如图3 所示［4］。从图示外观可以看出，油缸上下吊耳处安装有向心关节球轴承，具体结构如图4 所示。油缸上下吊耳处在销轴径向与轴向上均可以转动，从受力分析情况看，轴向转动角度过大可导致提升卸载装置立板部位在油缸作用力下发生弯曲变形。
图3 阳极板提升机构图
图4 油缸安装结构
油缸上下吊耳处在销轴轴向方向转动时，最大转动角度为15°。提升卸载装置前高后低时，前后提点高度差为210 mm，偏移角度分别为4.36°和4.32°，前底后高时，前后提点高度差为350 mm，偏移角度分别为10.64°和9.4°，具体结构如图5所示。从图5 可知，转到极限位置时，均没有超出油缸转动的极限角度，因此提升卸载装置自由度足够，提升卸载机构可正常转动，不会导致提升卸载装置立板部位弯曲变形。
图5 提升卸载装置转动极限位置
4.2 摆动撞击导致变形
车辆运行过程中，发现限位支架所有固定螺栓松动滑丝，限位支架限位距离大，提升卸载装置前后摆动位置大，尤其是在装载阳极板后，因摆动撞击可能导致提升卸载装置立板部位变形。在出现限位支架所有固定螺栓松动滑丝时，提升卸载装置立板已经轻微弯曲变形，采取对限位支架焊接加固修复后，发现提升卸载装置立板弯曲变形更加严重，说明此处变形与限位支架损坏关联不大。从受力分析情况看，因液压油缸可以前后摆动，限位距离大小不会导致提升卸载装置立板部位弯曲变形。
4.3 提升装置倾斜重力导致变形
提升装置为矩形框架结构，如图6 所示。当提升装置倾斜时，阳极板及自身重力可能将提升装置薄弱部位压弯变形，尤其是提升卸载框架三块立板处更易变形。从提升卸载装置变形位置可知，立板向前部弯曲变形，提升装置在转动极限位置时，所受前后方向的作用力最大，若以一半重力作用在前部油缸进行计算，阳极板及提升卸载装置重量按11 t 计算。
图6 提升装置图
受力作用如图7 所示，前后方向上所受弯矩N1=FL1sina=11000×9.8×0.22×sin9.4°=3865.7 N·m。
图7 受力作用图
弯曲变形位置截面图如图8 所示，前后方向上抗弯模量W1=6×1/6×bh2=65×12×12=9360 mm3，则所受应力σ=N1/W1=413 MPa，大于Q355B 钢板的屈服强度（345 MPa）。
图8 弯曲部位截面图
可见，此处存在强度不足问题。虽然实际使用过程中，因为承载时倾斜角度并未达到9.4°，没有导致立板瞬时弯曲，但在使用过程中立板仍会慢慢弯曲。现场使用时，提升卸载装置插入阳极板提起后，需要后翘，使提起的阳极板与摆放的阳极板分离，因此提升装置倾斜重力是导致变形的原因之一。
4.4 提升装置硬性碰撞冲击导致变形
载运车在装载和卸载时，偶尔出现的紧急刹车以及提升卸载装置与阳极板的硬性碰撞，会产生很大的制动减速度从而产生惯性力。而提升卸载装置上部支撑横梁及拉杆重量较大，总重量约为580 kg，上部支撑横梁及拉杆由于负载惯性大会产生很大的向后惯性力［5］。提升卸载框架三块竖直的立板，在前后反向上的承载能力很弱，难以支撑紧急制动及硬性碰撞时上部支撑横梁及拉杆产生的惯性力，长时间使用就会产生变形。
若以冲击产生加速度为2g 计算，则上部产生冲击力F=2mg=580×9.8=11368 N，力矩距离L1=710 mm，前后方向上抗弯模量W2=12×1/6×b×h2=65×12×12=18720 mm2，则所受应力σ=FL/W2=431.2MPa。可见，所受应力远大于立板材料Q355B 钢板的屈服强度［6］，很容易使立板变形。一般剧烈冲击时产生的加速度会远大于2 g，可能达到8 g，这种情况下，立板更易弯曲变形［7］。
通过对提升卸载机构摆动情况、承载及冲击受力情况分析可知，硬性碰撞时上部支撑横梁产生的冲击力是立板变形的主要原因。另外，提升卸载框架立板处结构强度弱［8］，提升卸载装置倾斜时无法满足阳极板及提升卸载装置自身重力也是变形的一个重要原因。
5.1 立板位置加强
从上述分析可知，需对提升卸载装置立板进行加强，如图9 所示。立板加强后，提升杆总成可能会变成薄弱点，对此处再进一步加强，以便提升强度。现场焊接时因框架立板已经存在变形，加强板需要根据现场实际情况进行配加工，以适应现场空间，同时对所有焊接位置进行打磨、除锈补漆。
图9 加强板焊接图
5.2 强度验算
5.2.1 立板处强度计算
图10 加强后立板处截面
5.2.2 提升杆强度计算
加强后提升杆截面如图11 所示。进行倾斜时重力载荷计算：前后方向上抗弯模量129962.7 mm3，所受弯矩N2=FL2sin a=11000×9.8×0.6×sin9.4°=10542.8 N·m，则所受应力σ=N1/2=40.1 MPa，远小于Q355B 钢板的屈服强度。进行冲击横向载荷计算校核：冲击力产生加速度按8 g 计算，力矩作用距离L2为392 mm，则所受应力σ=8mg L2/4=8×580×9.8×392/（4×129962.7）=34.3 MPa，远小于Q355B 钢板的屈服强度。
图11 加强后提升杆截面
5.3 改进优化效果
通过对提升卸载装置立板和提升杆总成进行焊接立板加强后，经过强度验算，立板处强度、提升杆强度以及倾斜时重力载荷均远小于Q355B 钢板的屈服强度345 MPa，满足了提升卸载装置立板部位的强度要求［10］，车辆现已行驶500 余公里，转运阳极板10000 余吨，再未出现提升卸载装置立板变形的问题。通过实施此改进方案，解决了提升卸载装置因倾斜重力和硬性碰撞冲击导致阳极板载运车提升卸载装置变形的问题。
通过对提升装置立板变形分析，找出了立板变形的原因，并制定了解决措施。通过增加加强板，立板强度大大增强。经过校核分析计算，加强后技术状态可以满足实际使用要求。阳极板载运车提升卸载装置的改进与优化，彻底解决了提升卸载装置立板的变形问题，保障了车辆的正常使用，提高了生产效率。
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