运梁车重载下路基承载力及轮组受力分析

来源：职称驿站所属分类：车辆论文
发布时间：2013-01-26浏览：327次

　　摘要:西宝客专1标第二项目经理部兴平西路基取土场设计位置DIK526+000右9.0Km庞家村，取土为本段路基附近废弃砖厂，进行地基处理中桩挖土弃土。下面是针对附近土质，查看土力学相关书籍收集到的一些土质资料。运梁车轮组重载在路基上行驶，尤为突出的是在运行过程中，突然下雨工作，这便需要有足够的附着系数、路基堆积预压土的稳定性、长期碾压后的路基承载力等等。下面为理论状态下，运梁车重载受力分析。利用理论值与实际实验值对比分析，从而得出路基是否满足运梁车重载长期碾压的工况。

　　关键词:运梁车轮组,重载,路基承载力

　　1简介

　　西宝客专1标第二项目经理部兴平西路基取土场设计位置DIK526+000右9.0Km庞家村，取土为本段路基附近废弃砖厂，进行地基处理中桩挖土弃土。下面是针对附近土质，查看土力学相关书籍收集到的一些土质资料。

　　软粘土，软粘土也称软土，是软弱粘性土的简称。它形成于第四纪晚期，属于海相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉积物或河流冲积物。多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区。常见的软弱粘性土是淤泥和淤泥质土。主要在此说明软粘土的工程特性。

　　软粘土地基承载力低，强度增长缓慢;加荷后易变形且不均匀;变形速率大且稳定时间长;具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。常用的地基处理方法有预压法、置换法、搅拌法等。(摘自中国岩土工程网，发布日期为2011年6月8日)

　　地基的破坏形式主要与土的压缩性有关，一般地说，对于密实砂土和坚硬粘土将出现整体剪切破坏，而对于压缩性比较大的松砂和软粘土，将可能出现局部剪切或刺人剪切破坏。此外，破坏形式还与基础埋深、加荷速率等因素有关。当基础埋深较浅、荷载快速施加时，将趋向于发生整体剪切破坏;若基础埋深较大，无论是砂性土或粘性土地基，最常见的破坏形态是局部剪切破坏。

　　运梁车重载在路基上行驶，一般出现为两种天气运行，尤为突出的是在运行过程中，突然下雨工作。这便需要有足够的附着系数、路基堆积预压土的稳定性、长期碾压后的抗剪能力等等。下面为理论状态下，运梁车重载受力分析。利用理论值与实际实验值对比分析，从而得出路基是否满足运梁车重载长期碾压的工况。

　　2静载情况

　　在运梁车背上900吨(840吨)箱梁后，分解受力，可将运梁车看做多次超静定结构，将前后端梁各承载450吨，重心位置承载力为梁车自重给予运梁车各轮组的轮压。下图为受力简图：

　　前端

　　梁A

　　后端

　　梁B

　　图1

　　从图中可看出为超静定结构，将此结构从中点(重心处)分解为两次静定结构受力之和(叠加效果)受力简图分别如下：

　　前端

　　梁A

　　重心C

　　图2

　　前端

　　梁A

　　重心C

　　图3

　　图2根据《结构力学》中表5-1形常数和载常数表中15，载常数弯矩图科查表得出，A 与C的弯矩均为，固端剪力均为，如下左为弯矩图4：

　　前端

　　梁A

　　重心C

　　图4

　　前端

　　梁A

　　重心C

　　图5

　　图3为简单的悬臂梁结构，弯矩图也可得出，固端弯矩为，固端剪力为，如上右图5。

　　固端剪力分别叠加，可知固端A的剪力，固端C的剪力。剪力为突变，弯矩为渐变。

　　2.1弯矩分析

　　求的，

　　。所以得出弯矩图为曲线，叠加弯矩图如下：

　　图6

　　在不受任何外力作用下，受力面积是根据中铁科工提供的单条轮胎理轮受力面积，则A处转向油缸转向臂受力，轮胎接地比压为：

　　C处为第八组和第九组中心，轮胎接地比压按照趋近于计算。

　　2.2剪力分析

　　2.2.1静载情况分析

　　在运梁车背上900吨(840吨)箱梁后，运梁车轮组总受力为：

　　，运梁车总共有32组轮组，平均每组受力为：。在不受任何外力作用下，受力面积是根据中铁科工提供的单条轮胎理轮受力面积，则单条轮胎接地比压为：

　　2.2.2动载情况分析

　　当以2.5 km/h满载行驶时，根据动量守恒定理，可知，

　　箱梁的惯性力(行车阻力一部分)需要由轮胎负荷来抵消。动载情况下，由于箱梁是保持不动的，因此产生的阻力为：

　　单条轮胎受阻力为：，单条允许最大负荷为18.58+1.27=19.85T。单条轮胎接地比压为：

　　按照工程机械设计手册查动载荷安全系数，取动载荷安全系数为，则单条轮胎动载情况下轮压为：动载情况下，以5km/h满载行驶时，单条轮胎允许最大负荷为21.46T，此时轮压为：

　　以5km/h满载行驶时，取动荷载安全系数，可得出，单条轮胎的接地比压不能超过： 3不同路基面工况下，需考虑以下因素

　　运梁车在运行过程中，取最大接地比压，运梁车走行过程完全靠16组(每边各8组)主动轮提供驱动力;在工程机械设计中，考虑轮式设备一般滑转率为3%~5%时，驱动力最大。超过这个值，驱动力增加较小，而此时的滑转损失增大(容易打滑)。为了保证运梁车在运转过程中，轮胎不打滑。

　　3.1确定滚动半径，即确定可允许下沉量(路基抗压强度)

　　(0.05)

　　其中指的是不受力的轮组半径，即为872mm，取最大滑转率为0.05计算得出，即允许轮胎下沉量控制在。

　　3.2确定附着系数 (也可视为摩擦系数)

　　即需要确定路基填筑用的材料;驱动力最大值取决于附着牵引力，，查《机动车运行安全技术条件》GB7258-2004提出牵引力最大时要求附着系数不小于0.7，附着系数越小越容易打滑。在干燥路面上，车速增加，附着系数几乎没有变化，而在潮湿路面上，附着系数则随速度的增加而急剧变小。如果轮胎花纹槽沟变浅，或气压低时，更容易产生这种现象。

　　运梁车两台447KW发动机所能提供的最大牵引力为：

　　注：1、由中铁科工提供的YL900说明书，发动机最大功率为： ;

　　2、为主动轮组减速机传动比105.5和发动机传动比356的积;

　　3、为减速机机械传动中的传动效率查表取为0.87，康明斯发动机的传动效率查表为0.95;

　　4、为运梁车主动轮的半径为872mm;

　　5、最大转速为为2800rpm;

　　由此计算可的，最大牵引力：，可计算出附着系数的取值为：，计算得出可知附着系数为最小必须大于0.78，从而要求路面条件基层处理要对照上表处理。

　　4运梁车十字轴适应坡度计算

　　十字轴在斜向上，根据均衡油缸伸缩量决定，取最小值为100mm，轮胎在横向上摆动量不能超过75.5mm，即十字轴根据勾股定理，可计算出，十字轴在纵向上不能超过65.57mm，同一侧同一组轮组高度偏差不能超过65.57mm。但是在最大牵引力时，轮胎允许下沉量为43.6mm，所以在此处取最小值43.6mm，对应横向坡度小于等于2% 。

　　路基阻力越大，或者局部下沉，十字轴摆动量过大，造成十字轴受扭矩增大，十字轴也易损坏。运梁车长期碾压后，下沉量不能超过43.6mm，路基需要经常性维护。

　　5轮组扭矩分析

　　运梁车实际在运量过程中，实际受力部位位于四个铰座、钢结构以及前后端梁连接处的高强螺栓受力情况。运梁车受剪切力以及受弯矩简算从图6中可知，在前端梁与主梁连接处，螺栓受剪切力突变，受弯矩也是最大。而在后端梁与主梁连接处受弯矩小于前端梁弯矩。在拖梁台车D点处，受剪切力突变，剪切力等同于前端梁螺栓连接处。此处只需考虑前端梁螺栓连接处即E点的螺栓弯矩、剪切力。连接前端梁与主梁，采用高强螺栓10.9S抗剪螺栓。按照GB50017-2003《钢结构设计规范》中P76公式计算如下：

　　注： ——传力摩擦面数

　　——摩擦面抗滑移系数，查GB50017-2003《钢结构设计规范》表7.2.2

　　P——一个高强螺栓的预拉力，查表7.2.2

　　E点采用的是M24高强螺栓，采用的是Q345钢喷丸后涂无机富锌漆，抗滑移系数查表知为0.4，查表知P为225KN。则单个螺栓受剪力设计值为：

　　单个螺栓受拉力设计值为：。通过计算整个螺栓群受剪力、拉力值与设计值对比，查高强螺栓对照M24螺栓的设计值抗拉强度是1040MPA,屈服强度是940MPA。

　　计算单个螺栓的屈服强度：

　　单个螺栓的抗拉强度：

　　通过计算可知，高强螺栓满足要求。同时需要考虑高强螺栓的疲劳极限。

　　6结语

　　从多方面考虑，均可论证直接在路基面填堆积预压土，无法满足运梁车重载通过。即便是在天晴后多天，仍需要足够的实验数据参考对比，才能保证运梁车重载安全通过，不损坏任何结构件。

　　参考文献

　　1中国岩土工程网，2011年6月8日;