鋼卷鞍座在鋼卷集裝箱運輸中的應(yīng)用

羅金瑞 郭權(quán)東

常用的鋼卷固定方式有貨倉堆裝和利用專用鞍座或?qū)Ｓ弥Ъ艿确绞健Ｄ壳?，由于缺乏標準鋼卷起吊裝置，使得鋼卷在碼頭的堆放時間長且裝卸困難；而公路或鐵路運輸需要對鋼卷重新加固，導(dǎo)致運輸時間延長，運輸成本增加。鑒于集裝箱在水路、公路和鐵路聯(lián)運及吊裝方面的優(yōu)越性，很多公司采用集裝箱運輸鋼卷，以提高運輸效率，降低成本。目前，鋼卷在集裝箱中的固定要么依照船公司的運輸經(jīng)驗，要么參照鐵路和公路運輸?shù)募庸探?jīng)驗。[1]在實際鋼卷集裝箱運輸中，由于沒有考慮到集裝箱底架強度，常會對底架造成一定損壞。本文針對一種鋼卷鞍座，運用有限元軟件對集裝箱底架的受力變形進行分析，以期為鋼卷集裝箱安全運輸提供一定理論依據(jù)。

1 鋼卷在集裝箱內(nèi)的固定和穩(wěn)定性分析

為便于裝卸，鋼卷大多臥放在集裝箱內(nèi)，若固定方式不當(dāng)，在運輸過程中會因鋼卷滑動或滾動而對集裝箱內(nèi)壁產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致箱體損壞。鋼卷在集裝箱內(nèi)的典型固定方式如圖1所示。由于這種固定方式采用木材固定鋼卷，固定作業(yè)耗時長且費用高，20英尺集裝箱運輸10～20 t鋼卷需要花費～ 3 500元，并且木材只能利用1次，造成資源浪費，不符合低碳環(huán)保的發(fā)展趨勢。

針對木材固定鋼卷的缺陷并結(jié)合鋼卷集裝箱運輸?shù)膶嶋H情況[2-3]，本文提出采用鋼卷鞍座對集裝箱內(nèi)的鋼卷進行固定的方式（如圖2所示），即用少量木塊和釘將鞍座固定于箱體上，直接用鋼絲繩連接箱體繩環(huán)與鞍座繩環(huán)以固定鋼卷，這樣既能滿足鋼卷在集裝箱內(nèi)的加固要求，又能大幅減少木材的使用，具有經(jīng)濟實用的優(yōu)點。

2 集裝箱受力變形分析

基于SolidWorks建立集裝箱、鋼卷鞍座和鋼卷的三維模型，將模型導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，對集裝箱和鋼卷鞍座進行靜力仿真分析。考慮到鋼卷的實際裝卸情況，模型中去掉集裝箱后端兩門；考慮到集裝箱的起吊加速度，分析中在鋼卷上增加相當(dāng)于其自重1倍的外力。由圖3可見：箱體變形最為明顯的區(qū)域為鋼卷底部的底架部位，其次是靠近鋼卷的箱體側(cè)壁；鞍座變形不明顯，這表明該鞍座強度足夠。

由圖4可見：箱體應(yīng)力主要集中在靠近鋼卷的側(cè)壁及底架底側(cè)梁上；由于底側(cè)梁結(jié)構(gòu)特殊，在其折彎邊附件稍有應(yīng)力集中現(xiàn)象，這不影響底側(cè)梁及整個底架強度；鞍座側(cè)梁靠近鋼卷支撐架處也有應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以通過增加支撐架來緩解局部應(yīng)力過大的現(xiàn)象。

為減小箱體底架變形及緩解底側(cè)梁應(yīng)力集中，需要將鋼卷集中載荷往箱體縱向兩端轉(zhuǎn)移。通過調(diào)整鞍座長度、高度（鋼卷支撐架高度不變）以及鞍座與底架地板的接觸面積可以實現(xiàn)集中載荷的轉(zhuǎn)移。由表1可見，在鞍座高度、鞍座與地板接觸面積一定的前提下，隨著鞍座長度的增加，底架變形量逐漸減小。由表2可見，在鞍座長度、鞍座與地板接觸面積一定的前提下，隨著鞍座高度的增加，底架變形量逐漸減小。由表3可見，在鞍座長度和高度一定的前提下，隨著鞍座與地板接觸面積的增大，底架變形量逐漸減小。

綜合表1，表2和表3可知，鋼卷鞍座長度、高度及鞍座與地板接觸面積的增加都能改善箱體底架的受力狀況，從而減小底架變形量，進而減少底側(cè)梁局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，以達到保護箱體底架的目的。受集裝箱尺寸的限制以及出于底架成本方面的考慮，鋼卷鞍座長度、高度及鞍座與地板接觸面積均不宜過大。通過優(yōu)化分析和試驗驗證，當(dāng)鞍座長度在3.5～之間、鞍座高度在0.50～ 之間、鞍座與地板接觸面積在1.4～2之間時，在鋼卷集中載荷作用下，底架最大變形量在8.5～之間，底架及整箱應(yīng)力分布比較均勻，不超過集裝箱鋼材的許用應(yīng)力（），底側(cè)梁應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯，這表明鞍座滿足使用要求，底架不會因應(yīng)力過于集中而遭到損壞。

3 結(jié)束語

通過現(xiàn)場觀察和測量，鞍座和鋼卷放入集裝箱后，箱體沒有受損現(xiàn)象；集裝箱運至目的地后，根據(jù)集裝箱接收方的反饋，箱體在運輸途中也未受到損壞。由此可見，采用在集裝箱內(nèi)放置鋼卷鞍座運輸鋼卷的方式滿足使用要求。采用鋼卷鞍座固定鋼卷的方式比傳統(tǒng)的采用木方的固定方式節(jié)約成本500～元/箱，并且鋼卷鞍座還可重復(fù)使用；因此，采用鋼卷鞍座固定集裝箱內(nèi)的鋼卷比傳統(tǒng)的木方固定方式占有明顯優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] 王明強，岑斌魁. 鐵路運輸卷鋼裝載加固方式的研究[J]. 包鋼科技，2002，28（1）：92-95.

[2] 黃曉鐘，周連柏. 談卷鋼的綁扎及運輸安全[J]. 航海技術(shù)，2011（6）：33-34.

[3] 潘文歡，孫淑俠. 鋼卷在集裝箱運輸中的系固分析[J].船海工程，2010，39（3）：15-17.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-08-19）