（车辆工程专业论文）70t级石碴漏斗车设计.pdf

北京交通大学工程硕士专业学位论文 摘要 为了满足我国铁路提速、重载运输的要求实现铁路跨越式发 展战略，研制新型重载车辆，已是势在必行。而既有线路的实际状况， 使2 5 t 轴重车辆的大力推进受到一定制约。为在铁路现有条件下尽可 能提高货运能力，缓解运输紧张形势，中国北车集团太原机车车辆厂 进行了广泛的市场调研，总结了多年来工厂k 1 3 系列石碴漏斗车的开 发经验，完成了7 0 t 级石碴漏斗车的设计。 本文首先介绍了漏斗车的主要特点及其在铁路运输中的重要性， 同时。叙述了石碴漏斗车在我国的发展、演变过程，提出研制了重载 石碴漏斗车的必然性。 本文介绍了7 0 t 级石碴漏斗车的主要技术性能参数及基本结构的 选取，针对该车的主要结构及关键部件进行了方案设计说明，提出了 该车的技术关键及主要研究目标，论述了7 0 t 级石碴漏斗车的具体设 计过程。 ，本文建立了7 0 t 级石碴漏斗车的车体有限元模型，根据 t b 肛1 3 3 5 1 9 9 6 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范及铁路货车增 加载重技术讨论会的要求，确定了计算载荷及计算工况，采用i d e a s 有限元分析软件对该车车体结构进行了有限元分析计算，并通过对计 算结果的分析，对关键结构的应力进行了研究。 本文介绍了根据g b 5 5 9 9 8 5 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规 范对7 0 t 级石碴漏斗车装备转k 5 及转k 6 型转向架的动力学性能评定 及比选结果。依据t b 1 4 0 7 一1 9 9 8 列车牵引计算规程，对该车的制动能 力能否满足制动初速1 2 0 k m h 条件下，制动距离小于1 4 0 0 i l 及空车工况 下的粘着利用率能否保证运用安全进行计算校核。 关键词：7 0 t 级、石碴、漏斗车、设计 北京交通大学工程硕士专业学位论史 a b s t r a c t f o rs a t i s 匆t h eo u rc o u n t r yr a i l r o a dr e q u e s tt 1 1 a ts p e e d u p g r a d e a n d h e a v y l o a d t r a n s p o r t a t i o n ， a n df o rr e a l i z e r a i l r o a d s p a l l n i n gd e v e i o p m e n ts t r a t e g y ， i ti s a l r e a d y n e c e s s a r i l ys t e pt 1 1 8 tw em u s tt od e v e l o pn e wk i n do fh e a v y l o a d i n gt h ew a g o n b u tm ef a c to ft h ee x i s tl i n el i m i t e dt l l e s t r o n gd e v e l o p m e n tt h ew a g o no f2 5 ta ) ( i sl o a d f 0 rm c r e a s e m e 舶i g h t 仃a n s p o n a t i o na b i l i t yu n d e rt h ec t e r l tm i m ) a dc o n d i t i o n a sm o r ep o s s i b l e ，r e l e a s em et e n s es i t u a t i o n ，1 谢y u a ni o c o & r o l l 访g s t o c kw o r k so f c n r c a r r yo u te 栅i v em a r k e tr e s e a r c h ，t 0s 嘲u p t i l em a l l yy e a r sd e v e l 叩m e n te 冲嘶e n c eo f 山ek l3s 鲥e ss t o n e h c 唾疆) e rw a g o n ，a n dc o 唧l e t e7 0 t c i a s ss t o n eh o p p e rw a g o n s d e s i g n f i r s t l y ，t 量1 i s t e ) ( ti n t m d u c e dt 1 1 em a mc h a r a c t e r i s 廿c so ft 1 1 e h o p p e r o na i l di t si h l p o n 觚c emt 1 1 er a i h a dt r a n s p 删o n ，a t 廿l es 咖e 岫e ，d e s c d b e dm es t o n eh 叩p e rw i g o n sd e v e l 叩m e m a n de v o l v 锄e n ta to u rc o u m 吼a n db r n g su pt h em e v i t a b i l i t yt 0 d e v e l o ph e a ：v ) ，l o a ds t o n eh o p p e rw a g o n t 1 l i st e ) ( t m 缸d c l u c e d7 0 tc l a s ss t o n eh ( q ) p e rw a g o n1 sm 咖 t e c l f l i q u ec 印a b i l 时p a 脚n e t e ra n ds e l e c to f b a s i cs 廿u 曲l m 】，抽a t m em a i f lc o f l s t n l c t i o na n dk e yp a 如o fw a g o na f 】d c a h yo u t e x p l a i t 吐n g1 1 ep 蚵e c td e s 谤1 ，a n db m gu pt 1 1 ek e yt e c h m q u e 锄d m em 咖r e s c a r c ht a 唱e to fw a g o n a n dd i s c u s s7 0 td a s ss t o n e h 叩p e rw a g o n sc o n c 础ed e s i 朗p r o c e s s t h j st e 蛆e s t a b l i s h e d 【1 1 ef i n i t ye l e m e n tm o d a lo f7 0 tc i a s s s t o n eh ( ，l 疆) e rw a g o n sb o d y w o r k ，a c c o r d i n gt ot b 厂n 3 3 5 1 9 9 6 r a i l w a yw a g o ns t r e n g t hd e s i g na j l dt e s ti d e n t i 母c r i t e r i o n 】a 1 1 d d e m a n d 通go f m em i h o a dw a g o n1 0 a d a d d i r 培妣h n i q u e 北京交通人学工程坝士专业学位论文 c o l l o q i 血l i r l l ， t oe n s u r ec a l c u i a t i o nl o a da i l dc a l c u l a t i o n w o r k i n gc o n d i t i o n ，a d o p t i n gi d e a sf i n i t ye l e m e n ta i l a i y s i s s o f tw a r et om a k eo u tm ef l n i t ye l e m e n ta r t a l y s i sc a l c u l a t i o n f o rw a g o n sb o d ys t r u c t u r e ，a n db yw a yo fa n a l y s i sm e c a l c u l a t i o nr e s u l t ，t o r e s e a r c h i n g t h es t r e s so fh e k e y s t r u c t u r e r l l i st e x ti n 扛o d u c e da c c 0 删n gt og b 5 5 9 9 - 8 5 m er a j l m a d ，a g o nd y n a m i c sc a p a b i l i t ya s s e s sa n de x p e r i m e n ta p p r a i s e n o r m 】，t oa s s e s sa n dc o m p a r et oc h o o s et h er e s u ho f 7 0 tc l a s s s t o n eh 叩p e rw a g o n sd y n a m i c sc 印a b i 王i t ym a te q u i p p e dw i t l t h ek 5o rt h ek 6 b o g i e a c c o r d i n gt ot b 1 4 0 7 1 9 9 8 t h et r a i n t r a c t i o nc a l c u l a t i o nr e g u l a t i o n s 】， t oc a l c u l a t ea n dc h e c k i n g t l l ew a g o n sb r a k ec 印a c j t yi sf i tf o r b r a k ed i s t a n c el e s sm a n 1 4 0 0 mu n d e rt h ec o n d m o no fb e 西n n i n gs p e e d1 2 0 虹矾la n d i fm ea d h e r e n c eu t i l i z er a t i oc a ns a t i s 母t h er u n n i n gs e c u r i t y i nt h ec o n d i t i o no f e m p t yw a g o n k e yp h r a s e ：7 0 tc l a s s e s ，s t o n e ，h o p p e r 、v a g o n ，d e s i g n 北京交通大学工程硕士专业学位论文 第1 章绪论 我国运输散状货物的货车，一种是敞车，一种是漏斗车。但是，用 敞车来运输，需在卸货点设置翻车机来辅助卸货，这就在很大程度上制 约了用户的使用。而漏斗车采用机械传动方式进行卸货，能显著提高装 卸效率、加速车辆周转、获得较好的经济效益。漏斗车在技术性能上大 大提高了装卸货物的机械化与自动化程度，降低了成本，提高了效率， 不仅工作可靠，无需采用翻车机这种大型的卸货机械，而且减少了因维 修保养管理而设置的人力。 漏斗车从结构型式上可分为有盖漏斗车和无盖漏斗车两种。随着国 民经济的飞速发展和铁路运输量不断增加的需求，各种新型漏斗车相继 出现。而新技术、新工艺和新材料的发展，使漏斗车在结构及技术性能 上也得以大大提高。 k 1 3 型石碴漏斗车( 原称k 1 3 型风动卸碴车) 是我国为促进铁道建 筑的机械化而首次设计制造的无盖漏斗车，主要用于铁路维修和新线铺 设石碴及运送散粒货物等，可有节制地、均匀地将石碴散布卸出。该型 车经几次转产、修改，于1 9 7 2 年由太原机车车辆厂最终修改，使之更臻 完善，于1 9 8 2 年通过铁道部技术鉴定，并正式定名为k 1 3 型石碴漏斗 车。随着新技术、新工艺和新材料的发展，作为主导生产厂，太原机车 车辆厂在上世纪9 0 年代初，对k 1 3 型石碴漏斗车进行了升级换代，车 体主要承载件材质由原来的q 2 3 5 a ( 普碳钢) 提升为0 9 c u p t i r e a ( 耐 候钢) ，牵引梁由普通3 0 0 槽钢改为材质为0 9 v 的3 1 0 乙字型钢，提高 了车辆的防腐蚀性能，延长了使用寿命：操纵室由木质结构改为全钢结 构，提高了操纵室的安全防盗性能；制动系统由g k 型制动机改为1 2 0 型制动机，管路采用法兰连接，可以使车辆适应长度编组；厂修期由6 年提升为8 年，改型后的车辆由铁道部技术鉴定后定型为k 1 3 n 型石碴 漏斗车。上世纪9 0 年代末，根据对车辆的使用跟踪及用户的走访，太原 机车车辆厂对k 1 3 n 型石碴漏斗车又作了进一步改进，主要对卸碴系统 进行了优化设计，取消原蜗轮、蜗杆机构，采用减速箱机构，使手动卸 北京交通人学工程砸上专业学位论文 货灵活省力，同时，为改善作业环境，改车增设了除尘系统，在卸碴过 程中，通过除尘管路中呈雾状喷出的水来抑制卸碴粉尘，改进后的车辆 由铁道部运装货车 1 9 9 9 3 4 0 号文定型为k 1 3 n a 型石碴漏斗车。随着 铁路新技术的不断发展，特别是铁路提速政策的大力推进，货车的提速 已是势在必行否则，将严重影响整个铁路提速的实施。为此，太原机 车车辆厂对k 1 3 n a 型石碴漏斗车先后换装了转8 g 型及转k 2 型提速转向 架，并根据运装货车电 2 0 0 3 5 1 4 号电报分别定型为k 1 3 n t 型石碴漏 斗车及k 1 3 n k 型石碴漏斗车。 虽然太原机车车辆厂作为主导生产厂，多年来对k 1 3 型石碴漏斗车 进行了升级换代，但车体外观结构仍沿用传统的板柱式结构。2 0 0 2 年， 太原机车车辆厂研制了大圆弧包板侧墙结构的k x y 新型石碴漏斗车，取 消了原k 1 3 系列漏斗车的侧柱，主要承载件均采用屈服强度为q 3 4 5 的 高强度耐候钢，使侧壁的承载能力有所提高，该车风手制动系统设计、 车钩缓冲装簧、底门丌闭装置和走行部等各方面均采用了目前国内铁道 车辆的先进技术和新型材料。 综上所述，虽然，石碴漏斗车经历了从k 1 3 型、k 1 3 a 型、k 1 3 n a 型、 k 1 3 n t 型、k 1 3 n k 型、k x x 型多次升级换代，其技术性能及使用性能目前 在国内货车产品中已处于领先地位，但是，该型车的轴重仍然停留在2 1 t 的水平上，这已远远不能满足铁路重载运输的发展要求，目前国内主型 货车之敞车( 大秦线专用敞车除外) 、棚车、平车等也存在同样的问题， 这将在很大程度上制约了铁路运营的发展。而纵观国外铁路货车，尤其 是欧美等国，其轴重都在2 5 t 以上。为了满足我国铁路重载运输的要求， 实现铁路跨越式发展，与国际同行业接轨，研制重载货车已是势在必行。 提高轴重的主要目的在于增加车辆装载量，提高每延米载重量，进而提 高车辆的运输能力。这就要求车辆研制部门在车辆的设计、制造过程中， 最大限度的采用新材料、新工艺，来达到在保证车辆强度和可靠性的前 提下，尽可能降低车辆自重的目的。 一太原机车车辆厂作为石碴漏斗车的主导生产厂，于2 0 0 3 年4 月即开 始了2 5 t 轴重石碴漏斗车的研制工作，也就是本课题的研究内容。 北京交通大学t 程硕l j 专业学位论文 1 1方案设计 经过广泛的市场调研及技术调研，仔细研究了国内外2 5 t 轴重车辆 及漏斗车的发展，并结合工厂的实际，完成了2 5 t 轴重石碴漏斗车的方 案设计。为在铁路现有条件下尽可能提高货运能力，缓解运输紧张形势， 在完善2 5 t 轴重石碴漏斗车的方案的基础上，完成7 0 t 级石碴漏斗车方 案设计。 1 2 分析计算 通过建立有限元模型，根据t b t 1 3 3 5 一1 9 9 6 铁道车辆强度设计及 试验鉴定规范及铁路货车增加载重技术讨论会的要求，确定计算 载荷及计算工况，采用i d e a s 有限元分析软件对该车车体结构进行有限 元分析计算，并对计算结果进行分析，同时对关键结构的应力进行了研 究，为具体结构设计提供可靠的理论依据，以确保车体结构设计在满足 规范要求的前提下，尽可能合理、优化。 为保证整车的动力学性能，根据g b 5 5 9 9 8 5 铁道车辆动力学性 能评定和试验鉴定规范对其装备转k 5 及转k 6 型转向架的动力学性 能进行评定及比选。 依据t b 1 4 0 7 一1 9 9 8 列车牵引计算规程，对7 0 t 级石碴漏斗车 的制动能力能否满足制动初速1 2 0 k m h 条件下，制动距离小于1 4 0 0 m 及空车工况下的粘着利用率能否保证运用安全进行计算校核。 1 3 产品设计 根据计算分析结果及专家组对设计方案的评审意见及建议，迸一 步完善设计方案，使产品图样的设计在技术性、结构性、工艺性及使 用性能等各方面更加先进、可靠，为下一步产品的制造提供可靠的理 论依据，进而为用户提供新型重载车辆。 第2 章7 0 t 级新型石碴漏斗车设计方案 2 1概述 为满足我国铁路重载运输的要求，实现铁路跨越式发展战略，太 原机车车辆厂进行了广泛的市场调研，总结了多年来工厂k 1 3 系列石 碴漏斗车的开发经验，并按照铁道部运输局装备部运装货车 2 0 0 4 4 8 0 号“关于印发载重7 0 吨新型通用敞车技术方案审查意见的通 知”的文件精神，在完善2 5 t 轴重新型石碴漏斗车设计方案的基础上， 完成了7 0 t 级新型石碴漏斗车的设计方案。 2 2 7 0 t 级新型石碴漏斗车研究目标 参照运装货车 2 0 0 4 4 8 0 文件精神，并结合工厂多年来漏斗 车的开发经验，7 0 t 级新型石碴漏斗车的研究应达到以下目标： a ) 载重7 0 t ： b ) 轴重按( 2 3 + ，。) t 掌握： c ) 商业运营速度1 2 0k m h ； d ) 车辆强度按2 3t 轴重考核。车辆强度、刚度符合t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范的规定。同时为适应重载运输 发展的要求，车辆强度、刚度考核时，第一工况纵向拉伸载荷提高到 1 7 8 0 k n 、纵向压缩载荷提高到1 9 2 0k n ；第二工况纵向压缩载荷提高 到2 5 0 0k n ； e ) 操纵室设计应考虑为作业人员提供简易的生活设施； f ) 各项配件质量保证期达到一个厂修期，车辆寿命达到2 5 年。 2 3 主要参数及结构的选取说明 2 3 1 主要参数选取说明 2 3 1 1 载重及自重的确定 最大限度的减轻车辆自重，提高车辆载重是提高铁路运输能力的 有效措施；提高车辆轴重又是提高货车载重的最佳途经，也是我国铁 路和世界铁路货车的发展方向之一。 根据我国铁路线路、桥梁的现状，目前开发研制载重7 0 t 、轴重 2 3 t 左右的新型石碴漏斗车，可以较好地适应我国现有铁路线桥实际 状况。 与2 1 t 轴重的k 1 3 n k 型石碴漏斗车相比较，7 0 t 级新型石碴漏斗 车载重上有了较大提高，但随着载重的提高，为了保证具有足够的强 度、刚度，车辆自重必然随之增加。参照现有石碴漏斗车车体结构的 成熟经验，并结合国内外漏斗车结构的特点，在方案设计中，合理优 化了结构，采用新型材料，降低自重，尽可能提高载重能力，以期发 挥最大的经济效益。 7 0 t 级新型石碴漏斗车的设计方案分为a ( 装用转k 6 型或转k 5 型转向架、侧墙为圆弧包板结构) 、b ( 装用转k 6 型或转k 5 型转向架、 板柱式结构) 两种方案，每种方案均设有标准型及加长型两种型号， 共四种车型。其中加长型车上设有加长型操纵室，内设折叠式上、下 铺，水箱、洗面池等基本生活设施，可供操作人员使用。 现就a 、b 两种侧墙结构的方案予以说明： 2 3 1 1 1 a 方案侧墙：采伐用大圆弧包板结构，由上侧梁、侧板、 筋板等组焊而成。上侧梁采用专用的冷弯异型钢，上侧梁、圆弧形侧 板及筋板均采用材质为q 4 5 0 n q r l 的高强度耐候钢。上侧梁上焊有倒 扣的角钢以防止石碴残存伤及工作人员。 此种结构太原厂曾经研制过两辆2 l t 轴重的样车。此结构在国外 漏斗车中有采用，国内齐车公司研制的l 1 8 型粮食漏斗车及出口澳大 利亚的煤炭漏斗车等也采用类似的结构。我们认为此结构能够降低一 些重心高度，减轻部分自重，但制作工艺比较复杂；现工务部门装载 石碴许多都使用装载机从侧面装料，可能会对侧墙造成永久性的无法 修复的损坏。 2 3 1 1 2 b 方案侧墙：采用传统的板柱式结构，由上侧梁、侧板、 北京交通大学工程顶七专业学位论享 变截面冷弯侧柱等组焊而成。上侧梁采用冷弯型钢，上侧梁、侧板及 侧柱均采用材质为q 4 5 0 n q r l 的高强度耐候钢。上侧梁上焊有倒扣的 角钢以防止石碴残存伤及工作人员。 此种结构生产工艺性较好，但外观形式上与原k 1 3 系列车相比 没有创新，自重也较圆弧板结构重约2 0 0 k g 。 综合a 、b 两种方案7 0 t 级新型石碴漏斗车确定自重应为2 3 t 左右、载重7 0 t 。 2 3 1 2 车辆长度的确定 k 1 3 n k 型车的车辆长度为1 2 0 3 8m m ，车体高度( 上侧梁上平面以 下) 为3 1 1 2 嗍，载重6 0t ，容积为3 6m 3 ，7 0 t 级新型石碴漏斗车载 重为7 0t ，容积为4 2m ，考虑到我厂生产的k 1 3 b 型石灰石漏斗车容 积为4 6m 3 ，车体高度为( 上侧梁上平面以下) 3 5 0 0 哪，使用情况良 好，因此，7 0 t 级新型石碴漏斗车标准型车的车辆长度仍保持和k 1 3 n k 型车一致：即为1 2 0 3 8 肿，这时，重心高比k 1 3 b 型车还低，每延米 重为7 7 3t m ，符合相关规定 2 3 ，1 3 容重及容积的确定 鉴于多年来石碴漏斗车的设计、制造经验及对石家庄、太原、吉 林、重庆等各工务段的走访了解，石碴的堆密度取i 6 7 t m 3 是合理的， 当载重为7 0 t 时，其容积为4 2m 。 依据a a r 标准，无盏漏斗车容积按侧墙顶面以下的容积计算，故 本车取上侧梁上平面以下为有效容积计算。 2 3 1 4 操纵室的设置( 即标准型及加长型配置) 经过多年对石碴漏斗车用户的跟踪走访及广泛市场调研，该型车由于 其使用环境、作业工况等因素，沿途需作业人员随车，特别是新建线 路野外作业，操纵人员需在车上生活，故部分用户曾建议我们研制石 碴漏斗车配套用宿营车，以方便操作人员随车时的基本生活，而且也 为我们的设计提供了许多建议。根据用户的建议，我们进行了市场调 研，发现宿营车的开发研制存在一定困难，由于宿营车与石碴漏斗车 北京交通大学工程硕士专业学位论文 配套使用，而石碴漏斗车是由铁道部统一采购后，提供给各工务段使 用，费用由铁道部统一支出，各使用单位并没有支配权，即宿营车的 采购费用须由工务使用部门支出，无法落实。而根据我们就初步方案 进行测算，宿营车如果研制成功后，售价应在1 2 0 万元左右，几乎是 一辆石碴漏斗车价格的三倍，铁道部不可能提供这笔费用，而各使用 单位又无能力自行采购宿营车。为此，根据用户的需要及市场调研， 我们设计了加长型车，将原操纵室的结构进行改进，使其空间加大， 其内增设折叠式上、下铺，水箱、洗面池、简易下水道等基本生活设 旌，还可根据具体用户的要求，增设其它设施，提供较好的生活环境， 供操作人员基本生活所需。这样车型配置可用3 4 辆标准型车加1 辆加长型车为一组运行使用，以满足工务部门的工作、生活需要。 2 3 1 5 纵向力考核数值的选取 综合考虑我国重载车辆的发展趋势，并参照7 0 t 级通用车辆( 如 敝车、棚车、平车、罐车) 的设计标准，7 0 t 级新型石碴漏斗车车辆 强度、刚度考核时，第一工况纵向拉伸载荷应为1 7 8 0 k n 、纵向压缩载 荷为1 9 2 0k n ；第二工况纵向压缩载荷按2 5 0 0k n 选取。 2 3 1 6 商业运营速度的确定 根据我国铁路货运提速战略的要求，铁路货车的运行速度逐步提 高。目前通用2 1 t 轴重货车的提速目标是1 2 0 k m h 。我厂生产的k 1 3 n k 型石碴漏斗车其商业运营速度也为1 2 0 k m h ，7 0 t 级新型石碴漏斗车 作为今后路用的石碴漏斗车，必将与k 1 3 n k 型及其他2 1 t 轴重货车混 编。因此其商业运营速度也应为1 2 0 k m h ，这样既符合我国铁路货车 提速的目标，又能与现有车辆相一致，便于运用和管理。 2 3 1 7 操纵系统的确定 鉴于多年来石碴漏斗车的设计制造经验及对用户的走访了解， 7 0 t 级新型石碴漏斗车的操纵系统仍采用以风动为主，手动为辅的机 械传动装置，风手动操纵能各自单独操纵。手动操纵系统采用减速箱 北京交通大学工程硕 专业学位论文 机构，各机械机构提高制造精度。 2 3 2 主要结构选取说明 4 5 0 m p a 高强度钢的开发及在其他7 0 t 级通用车辆上的成功应用， 解决了多年来困扰我们的材料强度级别低，车辆自重大的技术难题， 但是，对于运输散粒石碴等物品的漏斗车而言，还须考虑以下几个方 面的影响因素。 a 车辆腐蚀及磨损的影晌 铁路货车的腐蚀通常是大气腐蚀，无论表面是否涂装油漆，都将 发生腐蚀，差别只是程度不同而已。此外，石碴漏斗车运输沙石等散 粒货物，车体内表面还将受到货物的磨损。 根据铁科院对0 9 c u p t i r e 、0 9 c u p c r n i 、q 4 5 0 n q r l 三种材料的耐候性 能进行的周期浸润试验，结果表明： 0 9 c u p c r n i 材料的相对腐蚀速率是0 9 c u p t i r e 材料的8 6 6 7 ； q 4 5 0 n q r l 材料的相对腐蚀速率是0 9 c u p t i r e 材料的8 7 9 6 。 由上述数据可见，q 4 5 0 n q r l 材料的耐腐蚀性能与0 9 c u p c r n i 材料 的耐腐蚀性能基本相当。 b 钢板厚度尺寸偏差的影响 按照g b 7 0 9 8 8 热扎钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差 的规定，钢板的实际厚度允许存在偏差，最大允许偏差见下表。 板厚 3 3 53 5 4 4 5 55 5 7 57 5 1 3 最大允许棚 o 2 1o 2 6+ 0 3+ 0 2 5+ o 3 差一o 50 60 8 实际上1 0 m m 以下的钢板公差常为负偏差，1 0 咖以上的钢板公差 则有负有正。我厂对常用钢板的实际厚度进行了调查，调查结果如下 北京交通大学工程硕上专业学位论文 表所示： 名义板厚实际板厚 偏差平均板厚 43 9 8 3 9 50 0 2 一o 0 53 9 7 54 8 4 7 3一o 2 一o 2 74 7 7 65 ，9 8 5 。80 0 2 一0 25 8 9 76 8 6 7 70 2 一o 2 36 7 9 87 7 7 5 0 3 一0 57 ，6 l o1 0 1 2 1 0 0 4+ o 1 2 + 0 0 41 0 0 8 1 21 2 0 5 1 0 1 + o 0 5 一1 91 1 0 8 综上所述，7 0 t 级新型石碴漏斗车的材料为：其主要型材和板材 采用屈服强度为4 5 0 m p a 高强度耐侯钢。同时，为降低车辆自重，提 高载重能力，该车广泛采用了非金属材料。 2 3 2 1 侧墙结构：7 0 t 级新型石碴漏斗车侧墙方案为两种型式，即 a 方案大圆弧包板结构和b 方案板柱式结构。侧墙板厚为4 啪。 2 3 2 2 底架由牵引梁、枕梁、侧梁、端梁、小横梁及地板等组焊 而成。牵引梁由两根屈服极限为4 5 0 m p a 的3 1 0 乙字型钢组焊而成或 采用新型高强度冷弯型钢，枕粱、端梁为钢板组焊结构，侧梁由 1 8 0 x 6 5 x 6 冷弯型钢及异型钢( b 型车无) 组焊而成。其中，标准型车 一、二位端均采用心盘、心盘座和后从板座为一体的c 级钢材质的整 体式上心盘，并与牵引梁组焊在一起；加长型车一位端采用心盘、心 盘座为一体的c 级钢材质的整体式上心盘，新型结构的c 级钢前、后 从板座，采用专用拉铆钉与牵引粱连接，二位端采用心盘、心盘座和 后从板座为一体的c 级钢材质的整体式上心盘，并与牵引梁组焊在一 起。 2 3 2 3 端墙由上端梁、腰带、端板、端柱、斜撑组焊而成。端板 采用材质为q 4 5 0 n q r l 的高耐候性钢板，厚度为6 m m ，上端梁、腰带、 北京交通大学工程硕上专业学位论塞 端柱、斜撑为高强度冷弯型钢。 2 3 2 4 漏斗组成结构形式与k l3 n k 型石碴漏斗车基本相同。 2 3 2 5 操纵室采用内外全钢结构，内壁衬装6 0 哪厚阻燃型隔热材 料，内贴仿布纹彩色装饰钢板。操纵室两侧都设有侧门，活动式侧窗， 侧门外装有防护链。其中，标准型车端部设有端门，供作业人员同时 操作煎、后连挂车辆；加长型车取消端门，操纵室加长4 4 6 嬲，内部 设有铝合金活动卷帘隔断，将操纵室分为里、外两部分，外部设有折 叠式上、下铺水箱、洗面池、简易下水道等基本生活设施，还可根 据具体用户的要求，增设其它设施，提供较好的生活环境，拉起卷帘 隔断即可进行卸车作业。 2 3 2 6 卸碴系统及除尘系统的风控管路采用法兰连接。 2 3 3 转向架的确定： 采用转k 6 型转向架或转k 5 型转向架。 2 3 4 制动装置的确定 众所周知，1 2 0 型货车空气控制阕配合3 5 6 x 2 5 4 斜动缸、6 0 升副 风缸、铸铁闸瓦或配合2 5 4 x 2 5 4 制动缸、4 0 升副风缸、高摩合成闸瓦 是目前国内铁路货车广泛采用的制动系统配置，具有成熟的设计、运 用经验和检修体制。如改变上述配套零部件的参数或尺寸，须对1 2 0 阀内零部件进行必要的调整，以保证制动系统充、排气时间与现有车 辆保持一致。确保混编时列车的制动性能。这样既增加了制动配件的 品种，又不便于管理、检修和维护。 7 0 t 级新型石碴漏斗车其制动系统配件应尽可能采用目前国内 铁路货车广泛采用的、技术成熟的通用制动配件，以提高通用性能， 方便检修和维护。因此在7 0t 级新型石碴漏斗车的方案设计中，制 动系统采用1 2 0 阀、2 5 4 x 2 5 4 整体旋压密封式制动缸、4 0 升副风缸， 高摩合成闸瓦、s t 2 2 5 0 型闸调器，球芯折角塞门、组合式集尘器， 编织制动软管总成、无级空重车自动调整装箕组成，采用不锈钢制动 北京交通大学工程碰卜专业学位论文 配件和管系。不但具有较好的通用性和互换性，而且发挥了使用4 0 升副风缸、高摩合成闸瓦降低闸瓦压力所带来的节约压力空气的优 点。 基于上述配置，7 0 t 级新型石碴漏斗车基础制动装置的倍率选取 为1 0 9 ，制动计算表明，在制动初速1 2 0 k m h 条件下的紧急制动距离 小于1 4 0 0 m ，空车时不会产生车轮擦伤( 详见“7 0 t 级新型石碴漏斗 车制动的计算”) 手制动装置采用n s w 型手制动机。 2 4 技术方案介绍 2 4 车辆甩途 7 0 t 级新型石碴漏斗车适用在标准轨距线路上运行，是供新、旧 线路铺设石碴或装运散粒货物。 2 4 2 主要性能参数及基本尺寸 2 。4 ，2 。1 主要 生能参数 载重( t ) 皂重( t ) 自重系数 容积( m 3 ) 堆密度( t m 3 ) 轴重( t 轴) 每延米重( t i n ) 商业运营速度( k m h ) 通过最小曲线半径( m ) 转向架 7 0 终z 3 8 o 3 3 4 2 1 6 7 2 3 ，3 7 7 3 1 2 0 1 4 5 转k 6 型或转k 5 型 北京交通人学工程硒上专业学位论文 镱q 动倍率 制动距离( 重车、紧急，m ) l o ，9 1 2 0 k m h 制动初速度时为 1 4 0 0 限界 符合g b l 4 6 卜1 9 8 3 标准轨距铁路机车车辆限界 2 4 ，2 2 基本尺寸 车型a 型车b 型车 瓠( 侧墙为大圆弧包板结构)( 侧墙为板杜式结构) 标准型 加长型标准型加长型 车辆长度( 哪) 1 2 0 3 81 2 4 8 41 2 0 3 81 2 4 8 4 车辆最大宽度( 肼 3 2 0 03 2 0 03 1 7 03 1 7 0 车辆最大高度( i t l i l3 5 8 43 5 8 43 6 3 83 6 3 8 车辆定距( i l 】l n ) 8 0 0 08 0 0 0 8 0 0 08 0 0 0 底架长度( m m ) l “0 81 1 5 5 41 u 0 81 1 5 5 4 车体上部内长( 呷 8 2 2 88 2 2 8 8 7 q 08 7 0 0 装货口宽度( 唧) 2 6 5 0 2 6 5 02 9 2 02 9 2 0 底门长度( m m ) 2 2 3 52 2 3 52 2 3 52 2 3 5 底门开启度( m m ) 1 9 d1 9 01 9 01 9 0 车体端墙斜度 3 6 5 。3 6 5 o 3 6 ，5 。3 6 5 o 车钩中心线高 硼 8 8 08 8 08 8 0 8 8 0 2 4 3 主要结构说明 车体为无中梁全钢焊接结构，全车由底架、侧墙、端墙、漏斗、 操纵室、卸碴系统、除尘系统、制动装置、钩缓装置及转向架组成。 2 。4 ，3 1 底架出牵弓l 梁、抗粱、侧梁、端粱、小横梁及地板等缰焊而 成。牵引梁由两根屈服极限为4 5 0 m p a 的3 1 0 乙字型钢组焊而成或采 用新型高强度冷弯型钢，枕梁、端梁为钢板组焊结构，侧梁由1 8 0 x 6 5 x 6 北京交通大学工程硕：l ：专业学位迨望 冷弯型钢及异型钢( b 型车无) 组焊而成。其中，标准型车一、二位 端均采用心盘、心盘座和后从板座为体的c 级钢材质的整体式上心 盘，并与牵引梁组焊在一起；加长型车一位端采用心盘、心盘座为一 体的c 级钢材质的整体式上心盘，新型结构的c 缴钢前、后从板座， 采用专用拉铆钉与牵引梁连接，二位端采用心盘、心盘座和后从板座 为一体的c 级钢材质的整体式上心盘，并与牵引梁组焊在一起。 2 4 3 2 侧墙组成( 两种结构) 第种结构即a 型车采用大圆弧板结构，由上侧梁、侧板、筋板 等组焊而成。上侧粱采用专用的冷弯异型锅，上铡梁、圆弧形侧板及 筋板均采用材质为q 4 5 0 n q r l 的高强度耐候钢。上侧梁上焊有倒扣的 角钢以防止石碴残存。 第二种结构即b 型车采用板柱式结构，由上侧梁、侧板、变截面 侧柱等组焊而成。上侧梁采用冷弯型钢，上侧梁、侧板及侧柱均采用 材质为q 4 5 0 n q r l 的高强度耐候钢。上侧梁上焊有倒扣的角钢以防止 石碴残存。 2 4 3 3 端墙由上端梁、腰带、端板、端柱、斜撑组焊而成。端板 采用材质为q 4 6 0 n q r l 的高强度耐候钢板，上端粱、腰带、端柱为高 强度冷弯型钢，斜撑为工字型钢。 2 4 3 4 漏斗由中漏斗板、侧漏斗板、中、端隔板、分碴粱、导流 板等组焊而成，漏斗各板件均采用材质为q 4 5 0 n q r l 的高强度耐候钢。 根据运装货车 2 0 0 0 3 4 号文及运装货车电 2 0 0 2 1 0 4 号电报要求 在中隔板上安装货车车号自动识别系统的车辆标签。 2 4 3 5 操纵室采用内外全钢结构，内壁衬装6 0 m 厚阻燃型隔热材 料，内贴仿布纹彩色装饰钢板。操纵室两侧都设有侧门，活动式侧窗， 侧f j 外装有防护链。其中，标准型车端部设有端门，供作业人员同时 操作前、后连挂车辆：加长型车取消端门，操纵室加长4 4 6 咖，内部 设有铝合金活动卷帘隔断。将操纵室分为里、外两部分，外部设有折 叠式上、下铺，水箱、洗面池、简易下水道等基本生活设施，还可根 据具体用户的要求，增设其它设旌，提供较好的生活环境，打_ 丌卷帘 北京交通大学工程硕- 上妻业学位论鏖 隔断即可进行卸车作业。 2 4 3 6 卸碴系统采用以风动为主、手动为辅的机械传动装置。风 手动操纵能各自单独操纵。共有六个卸碴门，每侧各两个、中间两个。 风动操纵通过三个2 5 4 x 2 2 0 双向风缸，由三个操纵阀分别开关两侧和 中间底门。手动操纵只能分别控制两侧底门，中门无手动。手动采用 减速箱机构。风控管路系统采用材质符合相关标准及文件要求的不锈 钢管系及配件，法兰连接。 2 4 3 7 除尘系统由上水管、水箱、风源、减压阀、喷水管路、控 制塞门等组成。在卸碴前，通过储风筒中的压力空气侵水箱中的水通 过喷水管路的喷嘴喷出，以抑制卸碴尘。除尘管路系统采用材质符合 相关标准及文件要求的不锈钢管系及配件，法兰连接。 2 4 3 8 制动装置：采用主管压力满足5 0 0 k p a 和6 0 0 k p a 的空气制 动装置，主要由1 2 0 型控制阀、直径为2 5 4 嗍的整体旋压密封式制动 缸、s t 2 2 5 0 型双向闻瓦间隙自动调整器、球芯拆角塞f 1 、组合式集 尘器、编织制动软管总成、符合运装货车 2 0 0 2 1 0 2 号文件要求的 k z w 一4 g 型或t w g 一1 型空重车自动调整装罱、高密封性能压紧式接头、 符合运装货车( 2 0 0 2 1 1 号文件要求的新型高摩擦系数合成闸瓦、奥 一贝球铁衬套及配套4 5 号钢圆销等组成。采用n s w 型手制动机。 2 4 3 9 车钩缓冲装置采用e 级钢材质的1 3 a 型下作用车钩；m t 一2 型缓冲器；钩尾框托板、钩托梁采用按辆技函 1 9 9 6 6 6 号文件批准 生产的f s 型防松螺母及配套l o 9 级高强度螺栓紧固。 2 ，4 3 1 q 转向架：采用符合运装货车 z 0 0 3 33 2 6 号文件批复钓转 k 6 型转向架或转k 5 型转向架。 2 4 3 1 0 1 转k 6 型转向架 转k 6 型转向架为铸钢三大件式货车转向架。摇枕、侧架材质为b 级铸钢，侧架采用宽导框式结构：两侧架之间加装下交叉支撑装置； 系悬挂采用改进型轴箱橡胶垫；二系悬挂采用磨擦减振装置的中央 枕簧悬挂系统，摇枕弹簧为两级刚度。采用带有高分子复合材料主磨 擦板的组合式斜楔；采用直径为3 7 5 n 】m 的下心盘，下心盘内装有含油 北京交通大学工程硕士专业学位论文 尼龙心盘磨耗盘；装用2 5 t 轴重紧凑型轴承、r e 2 a 型5 0 钢车轴及 磨耗型踏面的h e z b 轻型铸钢或h e s a 轻型辗钢车轮；采用双作用常接 触弹性旁承：基础制动装置采用运装货车 2 0 0 2 ll 号文批准的新型高 摩合成闸瓦、l 型组合式制动粱、奥贝球铁衬套。 2 4 3 1 0 2 转k 5 型转向架 转k 5 型转向架主要由侧架、摇枕、弹簧托板、摇动座、摇动座 支撑、承载弹簧、减振装置、轮对和轴承、基础制动装景及常接触式 弹性旁承等组成。采用两级刚度弹簧及变摩擦减振器；采用分子复合 材料主磨擦板的组台式斜楔；2 5 t 轴重紧凑型轴承、r e 2 a 型5 0 钢车 轴及l m 磨耗型踏面的h e z b 轻型铸钢或h e s a 轻型辗钢车轮：基础制 动装置采用运装货车 2 0 0 2 l l 号文批准的新型高摩合成闸瓦、l 型组 合式错4 动梁、奥贝球铁衬套。 2 4 4 油漆与标记 2 ，4 4 1 油漆 该车所有型材和板材，均进行抛丸除锈处理，经处理后的钢材表 面清洁度达到g 8 t 8 9 2 3 1 9 9 8 中s a 2l 2 级。抛丸后应涂底漆其千 膜厚度为1 0 一2 0 um 。 该车车体、底架及其附属件内、外表面采用溶剂型厚浆醇酸漆做 底、面漆，底漆干膜厚度不小于6 0um ，油漆干膜总厚度不小于1 2 0 um 。 转向架各铸钢件、车钩、钩尾框、轮对、心盘等表面涂醇酸树脂 清漆，转向架弹簧涂沥青漆，组合制动梁瓦托涂黄色油漆。 2 4 4 2 车辆标记按t b t 1 1 1 2 1 9 9 5 铁道车辆标记和 t b t 2 4 3 5 一1 9 9 3 的要求涂打。 2 4 ，5 考核标准 2 4 5 1 车辆强度、刚度符合t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 铁道车辆强度设计及 试验鉴定规范的规定，按2 5 t 轴重进行考核。同时为适应重载运输 发展的要求，车辆强度、刚度考核时，第一工况纵向拉伸载荷提高到 韭塞窆望盔堂三堡堡! ：童些堂垡堡塞 1 7 8 0 k n 、纵向压缩载荷提高到1 9 2 0k n ；第二工况纵向压缩载萄提高 到2 5 0 0k n 。 2 4 5 2该车主要承载件所用材料采用屈服极限为4 5 0 m p a 的 q 4 5 0 n q r l 高强度耐候钢，因此第一工况的许用应力取为2 8 l m p a 、第 二工况的许用应力取为3 8 0 m p a 。 2 4 5 3 车辆动力学性能符合g b 5 5 9 9 1 9 8 5 铁道车辆动力学性能评 定及试验鉴定规范的规定。 2 5 产品的主要貅经济指标与国内同类产品的比较 2 5 1 整体结构的比较 7 0 t 级新型石碴漏斗车车体采用板柱式及大圆弧薄板形两种结 构，且均设有标准型及加长型，加长型操纵室取消端门，内设有床铺、 水箱、脸盆架等基本生活设施，设有足够的空间，可应不同用户的需 要增设其它生活设施，提高了车辆的适用性能。 2 5 2 钢结构比较 7 0 t 级新型石碴漏斗车车体钢结构主要承载件均采用屈服强度为 4 5 0 m p a 的高强度耐候钢及专用型钢，有效降低车辆自重。提高车辆的 净载重( 自重与2 1 t 轴重车辆接近，载重净增加了1 0 t ) ，提高了车辆 的技术经济指标。 2 5 ，3 转向架的比较 7 0 t 级新型石碴漏斗车采用转k 6 型转向架及转k 5 型转向架，以 改善车辆的动力学性能，提高了