CN115196210A - 抗高速碰撞集装箱脚轮及其主体结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于集装箱技术领域，尤其涉及抗高速碰撞集装箱脚轮及其主体结构。抗高速碰撞集装箱脚轮，包括脚轮主体和支腿组件；支腿组件，具有至少一个筒型支腿，其一端与平台顶板设有平台脊梁的一面连接，另一端用于设置轮轴，筒型支腿上缘口均与平台顶板连接。抗高速碰撞集装箱脚轮主体结构，包括平台顶板，以及设置于平台顶板的平台脊梁，沿平台顶板长度方向设置；插头，其一端与平台脊梁连接。本发明避免了集装箱在生产线流转过程中因脚轮损坏而引起的流水线拥堵和引起的经济损失，让脚轮在高速碰撞下具备了正常的寿命，这避免了频繁维修和重制带来的经济损失。

Description

抗高速碰撞集装箱脚轮及其主体结构

技术领域

本发明属于集装箱技术领域，尤其涉及抗高速碰撞集装箱脚轮及其主体结构。

背景技术

疫情的持续，迫使集装箱制造企业更为努力地提高生产效率、发掘生产潜能。产线上的生产节拍进一步加快，集装箱在各工位上的流动大幅度提速。

集装箱在流水线上时，在不同生产工位间的传递，是在轨道上进行的。集装箱在底角件下方安装了脚轮，由链式牵引器勾住脚轮框架，拉着集装箱向下一个工位快速运动。集装箱抵达目标工位时，脚轮的轮子与安装在轨道边的限位挡轴碰撞，实现硬制动。另外在缓冲线上，还会出现两个集装箱脚轮互相碰撞的工况。

如图9中所示，当两个脚轮接触碰撞时，两个脚轮瞬间静止，脚轮上的集装箱由于惯性作用，继续向原运动方向窜动，直至集装箱脚轮插头与角件底孔内壁完全接触，此时集装箱的惯性运动给箱脚轮的插头带来了巨大的冲击剪力，反复碰撞后，插头和平台接头区域焊缝就产生断裂，导致断头失效。

而且随着生产速度的提升，集装箱牵引速度度增加了，基于动能方程W＝1/2mv^2，当质量不变时，动能的增幅是速度增幅的平方，比如速度提升至1.3倍，那么动能就增加至1.3^2＝1.69倍，这带来了脚轮在制动时与挡轴的碰撞能量剧增，使脚轮在提速后的生产过程中，出现大量断裂失效。

脚轮破坏，一方面引起正常生产节拍中断，更换脚轮需要起重设备将集装箱吊起，耗费大量时间，并引起流水线拥堵，严重影响生产，引起很大的经济损失；另一方面，频繁的维修甚至重制脚轮，也浪费大量人工成本和材料成本。

故现有的普通脚轮，无法适应高速拉箱的工作场景，开发一种适应高速拉箱场景下的集装箱抗碰撞脚轮已变得非常急迫。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

抗高速碰撞集装箱脚轮，包括

脚轮主体，具有

平台顶板，以及设置于所述平台顶板的

平台脊梁，沿所述平台顶板长度方向设置，

插头，其一端与所述平台脊梁连接；

支腿组件，具有

至少一个筒型支腿，其一端与所述平台顶板设有平台脊梁的一面连接，另一端用于设置轮轴，所述筒型支腿上缘口均与所述平台顶板连接。

在一些方式中，平台顶板设有插头安装孔，所述平台脊梁一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁连接。

在一些方式中，平所述平台脊梁与插头的角件连接端分别位于所述平台顶板两侧面；所述平台顶板的后棱部的外缘部突出于待连接角件底端外缘。

在一些方式中，平所述支腿组件至少包括两个筒型支腿，且两个筒型支腿分别位于所述平台脊梁两侧，

所述筒型支腿包括U型角件，所述U型角件两支腿支撑臂之间连接有支腿包络板。

在一些方式中，平所述平台顶板的前端设有平台前挡，所述平台顶板的下侧面前部两侧设有平台裙板，任一所述平台裙板两端分别连接平台前挡和筒型支腿。

在一些方式中，平所述支腿组件包括两个筒型支腿；所述平台裙板的两端分别连接平台前挡和一个筒型支腿，两个所述平台裙板分别与两个筒型支腿连接，两个所述平台裙板分别与平台前挡连接。

在一些方式中，平所述平台前挡包络所述平台顶板的前端部。

在一些方式中，平所述平台前挡为U型，所述平台前挡的三侧面分别连接平台顶板前端的三缘边。

在一些方式中，平所述平台前挡的两折弯臂内侧分别与两个平台裙板一端连接；所述平台裙板的一端连接于支腿组件的前侧端。

抗高速碰撞集装箱脚轮主体结构，包括

平台顶板，以及设置于所述平台顶板的

平台脊梁，沿所述平台顶板长度方向设置，

插头，其一端与所述平台脊梁连接；其中，

所述平台顶板的后部设有插头安装孔，所述平台脊梁一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁连接。

本发明的有益效果是：

可解决集装箱脚轮在高速碰撞下发生的断头、平台弯折、断腿三种典型失效，避免了集装箱在生产线流转过程中因脚轮损坏而引起的流水线拥堵和引起的经济损失，让脚轮在高速碰撞下具备了正常的寿命，这避免了频繁维修和重制带来的经济损失。

附图说明

图1为本发明一立体结构示意图；

图2为主体结构立体结构示意图；

图3为支腿组件一实例立体结构示意图；

图4为本发明一应用实例立体结构示意图；

图5为待改进产品结构示意图；

图6-7为现有的一脚轮碰撞过程形变云图；

图8为本发明产品碰撞形变云图；

图9为脚轮使用状态碰撞示意图。

图中：

100脚轮主体，110平台顶板，112后棱部，120插头，130平台脊梁，200支腿组件，210U型角件，211支腿支撑臂，220支腿包络板，230轮轴，310平台裙板，320平台前挡。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

抗高速碰撞集装箱脚轮，如图1中所示，包括

脚轮主体100，具有

平台顶板110，其后棱部112的外缘部突出于待连接角件400底端外缘，以及设置于所述平台顶板110的平台脊梁130，沿所述平台顶板110长度方向设置，

插头120，其一端与所述平台脊梁130连接；

支腿组件200，具有

至少一个筒型支腿，其一端与所述平台顶板110设有平台脊梁130的一面连接，另一端用于设置轮轴230，所述筒型支腿上缘口均与所述平台顶板130连接。平台脊梁130可采用条形方柱。

平台顶板110设有插头安装孔，所述平台脊梁130一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头120一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁130连接，连着的链接方式可采用焊接。插头一端穿过安装孔后与平台脊梁连接。

如图4中所示，所述平台顶板110的后棱部112的宽度大于待连接角件400宽度、后棱部112尾部也突出于待连接角件400尾端，由此使得平台顶板110后部能够完全包住待连接角件400底端。平台板全部包络住角件底端面，角件底孔外轮廓位于平台板内侧，碰撞时平台板后棱边不易因出现弯曲引起尖锐应力。

用母材储能来替代焊缝储能，让冲击剪切波由平台顶板母材来吸收，而不是由插头与平台顶板接头处的焊缝吸收；冲击弯矩分段储能，避免了冲击弯矩形成的能量由平台顶板与插头结合部集中吸收。

如图2中所示，所述平台脊梁130与插头120连接端分别位于所述平台顶板110两侧面，平台脊梁130设置在下侧面，插头120设置在上侧面。

如图3中所示，所述支腿组件200至少包括两个筒型支腿，且两个筒型支腿分别位于所述平台脊梁130两侧，

所述筒型支腿包括U型角件210，所述U型角件210两支腿支撑臂211之间连接有支腿包络板220。由此可以增强支腿支撑臂之间的支撑强度。

支腿与支腿包络板及平台顶板构成封闭结构，该封闭空间在高度方向包络平台裙板。

如图4中所示，所述平台顶板110的前端设有平台前挡320，所述平台顶板110的下侧面前部两侧设有平台裙板310，任一所述平台裙板310两端分别连接平台前挡320和筒型支腿。

在部分实例中，所述支腿组件200包括两个筒型支腿；所述平台裙板310的两端分别连接平台前挡320和一个筒型支腿，两个所述平台裙板310分别与两个筒型支腿连接，两个所述平台裙板310分别与平台前挡320连接。由此，当平台前挡320冲击时，能通过平台裙板310和支腿组件200缓解冲击。

所述平台前挡320包络所述平台顶板110的前端部，使得冲击过程平台前挡320首先接收冲击。

所述平台前挡320为U型，所述平台前挡320的三侧面分别连接平台顶板110前端的三个缘边。在一些情况中，平台前挡320的上端面与平台顶板110上表面齐平。

所述平台前挡320的两折弯臂内侧分别与两个平台裙板310一端连接；所述平台裙板310的一端连接于支腿组件200的前侧端。

平台裙板310的一端还可抵接与平台前挡320的端部挡板部。

本发明另一方面涉及抗高速碰撞集装箱脚轮主体结构，如图2中所示，包括

平台顶板110，以及设置于所述平台顶板110的

平台脊梁130，沿所述平台顶板110长度方向设置，

插头120，其一端与所述平台脊梁130连接；其中，

所述平台顶板110的后部设有插头安装孔，所述平台脊梁130一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头120一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁130连接。

如图1中，脚轮结构包括一个凸起插头(插头位于平台上方，用于插入集装箱角件底孔)，一个平台(用于支撑集装箱角件底面)，一个滚轮组件(包含滚轮、销轴、轴承)，一对支腿(连接平台与销轴)。在本发明中，主要作出了如下改进，将插头设计为从上至下贯穿平台，与平台下方的“脊椎”结构连接；平台顶板后端设计为对集装箱角件形成完全包络；支腿与平台顶板连接部，形成封闭结构，封闭结构在高度方向完全包络住裙板。

结合具体的实验对本发明的结构作进一步说明：

采用冲击弯矩分段储能，避免了冲击弯矩形成的能量由平台顶板与插头结合部集中吸收。通过数值实验，确定了待改进塑性应变集中区域，塑性应变集中的区域均是潜在的破坏位置。碰撞后，待改进箱脚轮上的平台组件，塑性应变主要集中在插头与平台板环形接头区域的前后端，以及平台裙板与支腿接头区域。

第一，通过增加设置平台脊梁130，将穿设后的插头120一端与平台顶板110下侧面链接，既解决了插头处断头的问题，又解决平台板弯折的问题。

待改进的箱脚轮，插头120直接焊接在平台顶板110一面，将两者链接部位的环形焊缝焊接。在发生碰撞时，插头区域的塑性应变主要集中在焊缝上(深黑色代表无塑性应变，其余颜色代表有塑性应变)，插头焊缝最大塑性应变0.063(图6中A)。而本发明的插头区域，焊缝处塑性应变为0(图6中B)，全为黑色，代表焊缝处不发生塑性变形，且塑性应变均发生在插头本身母材上，用母材储能来替代焊缝储能。插头120与平台顶板110之间采用焊接的方式进行固定，并且将插头120的下端与平台脊梁130相连接改变了抗剪模式。由焊缝抗剪变为平台板在剪切方向上的母材抗剪，且为双剪，剪切面长度为250mm，剪切面高度为16mm，母材抗剪面积250*16*2＝8000mm，抗剪面积是焊缝抗剪方式的6倍，抗剪能力是原来的6倍。母材储能来替代焊缝储能，让冲击剪切波由平台顶板母材来吸收，很好的避免了插头处断头的问题。数值实验显示插头区域的最大塑性应变，塑性应变表征塑性变形的集中程度，是抗高速碰撞效果的直接指标。

第二，通过增加设置平台脊梁130，将穿设后的插头120一端与平台顶板110下侧面链接，还解决了平台板折弯以及次生的支腿断裂问题。

待改进产品的数值实验确定了塑性应变集中区域(图7)，塑性应变集中的区域均是潜在的破坏位置。碰撞后待改进箱脚轮上的平台组件，塑性应变主要集中在插头与平台板环形接头区域的前后端，以及平台裙板与支腿接头区域，成因主要在于：其一，插头的块体状结构与平台板的平面状结构存在巨大的刚度差，当碰撞弯矩产生时，插头产生扭转，平台板通过在与插头接头区域材料的扭曲变形来储能，平台板在与插头接头区的前端塑性应变为0.071(图7中A)；其二，平台板在与插头接头区的后端，平台板并未全部包络住角件底端面，角件底孔外轮廓超出平台板外(如图5中)，使得碰撞时平台板在与插头接头区的后端向角件底孔内嵌入，造成外棱边处产生很大塑性应变0.1(图7中C)，进一步加剧了断头效应；其三，碰撞时，平台组件的裙板剧烈挤压支腿，使裙板与支腿接头处产生了尖锐塑性应变0.164(图7中B)。为了解决上述问题，采用冲击弯矩分段储能的结构，避免了冲击弯矩形成的能量由平台顶板与插头结合部集中吸收。

如图2中所示，在平台板和插头接头前端弯折线处，增加脊梁结构，实现插头和平台板接头区域的刚度平滑过渡；同时脊梁的存在，也使插头扭转时，平台板的扭力臂增加，从而使扭转力能分散作用在平台与脊梁的交叠区域，这样平台扭转变形时，能用大面积的弹性变形储能替代小范围的塑性变形储能，形成主储能区。如图4中，延伸平台板后端，使平台板完全包络住角件底端面，一方面避免了碰撞时平台板在与插头接头区的后端向角件底孔内嵌入问题，另一方面扩大的平台板后端面积，也使得插头在扭转时平台板后端也能参与弹性储能，形成副储能区。

同时，支腿与平台顶板连接部、平台裙板等形成封闭结构(图4)，封闭结构在高度方向完全包络住裙板，以消除平台裙板与支腿接头处的尖锐塑性应变，并最大程度地实现弹性储能。采用本发明的结构后在平台板弯折线处(如图8中A)，塑性应变已降为0，主储能区均为弹性变形。插头与平台板接头后端，副储能区大部分塑性应变均为0，有若干点有塑性应变，最大塑性应变0.015，降至原来的15％，主储能区和副储能区实现了变塑性储能为弹性储能的目标，平台板抗冲击弯折能力得到本质提升。平台裙板与支腿接头处的尖锐塑性应变为0.02(如图8中B)，降至原来的12％，并且接头处大部分区域均为深黑色(无塑性应变)，实现了弹性储能，提升了支腿的抗冲击能力。

本领域的技术人员可以明确，在不脱离本发明的总体精神以及构思的情形下，可以做出对于以上实施例的各种变型。其均落入本发明的保护范围之内。本发明的保护方案以本发明所附的权利要求书为准。

Claims (10)

1.抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，包括

脚轮主体(100)，具有

平台顶板(110)，以及设置于所述平台顶板(110)的

平台脊梁(130)，沿所述平台顶板(110)长度方向设置，

插头(120)，其一端与所述平台脊梁(130)连接；

支腿组件(200)，具有

至少一个筒型支腿，其一端与所述平台顶板(110)设有平台脊梁(130)的一面连接，另一端用于设置轮轴(230)，所述筒型支腿上缘口均与所述平台顶板(130)连接。

2.根据权利要求1所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，平台顶板(110)设有插头安装孔，所述平台脊梁(130)一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头(120)一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁(130)连接。

3.根据权利要求2所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述平台脊梁(130)与插头(120)的角件连接端分别位于所述平台顶板(110)两面；所述平台顶板(110)的后棱部(112)的外缘部突出于待连接角件(400)底端外缘。

4.根据权利要求1所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述支腿组件(200)至少包括两个筒型支腿，且两个筒型支腿分别位于所述平台脊梁(130)两侧，

所述筒型支腿包括U型角件(210)，所述U型角件(210)两支腿支撑臂之间连接有支腿包络板(220)。

5.根据权利要求1所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述平台顶板(110)的前端设有平台前挡(320)，所述平台顶板(110)的下侧面前部两侧设有平台裙板(310)，任一所述平台裙板(310)两端分别连接平台前挡(320)和筒型支腿。

6.根据权利要求5所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述支腿组件(200)包括两个筒型支腿；所述平台裙板(310)的两端分别连接平台前挡(320)和一个筒型支腿，两个所述平台裙板(310)分别与两个筒型支腿连接，两个所述平台裙板(310)分别与平台前挡(320)连接。

7.根据权利要求5所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述平台前挡(320)包络所述平台顶板(110)的前端部。

8.根据权利要求7所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述平台前挡(320)为U型，所述平台前挡(320)的三侧面分别连接平台顶板(110)前端的三缘边。

9.根据权利要求8所述的抗高速碰撞集装箱脚轮，其特征在于，所述平台前挡(320)的两折弯臂内侧分别与两个平台裙板(310)一端连接；所述平台裙板(310)的一端连接于支腿组件(200)的前侧端。

10.抗高速碰撞集装箱脚轮主体结构，其特征在于，包括

平台顶板(110)，以及设置于所述平台顶板(110)的

平台脊梁(130)，沿所述平台顶板(110)长度方向设置，

插头(120)，其一端与所述平台脊梁(130)连接；其中，

所述平台顶板(110)的后部设有插头安装孔，所述平台脊梁(130)一端延伸至所述插头安装孔中部，所述插头(120)一端穿过所述插头安装孔后与所述平台脊梁(130)连接。

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