改善鐵路共用平車性能探討

許 靜

（南車二七車輛有限公司，北京100072）

改善鐵路共用平車性能探討

許 靜

（南車二七車輛有限公司，北京100072）

介紹了鐵路共用平車的發(fā)展歷程，提出了目前共用平車存在的問題，提出了改善共用平車性能的具體措施，并分析了這些改進(jìn)措施。

鐵路；共用平車；運(yùn)用問題；改善；性能

平車主要用于運(yùn)送鋼材、木材、沙石、汽車、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)械設(shè)備及集裝箱等貨物，還可裝運(yùn)長(zhǎng)鋼軌、混凝土預(yù)制梁等特殊長(zhǎng)大貨物和需跨裝運(yùn)輸?shù)囊话愠L(zhǎng)貨物，裝有活動(dòng)端、側(cè)墻板的平車也可用來(lái)裝運(yùn)礦石、沙土、石碴等散粒貨物。

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)設(shè)計(jì)與制造了多種通用平車，從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，分為不設(shè)端、側(cè)板的平車、僅設(shè)有端板的平車及設(shè)有端、側(cè)板的平車3種類型。從載重噸位上看，有30，40，50，60，70 t等數(shù)種，其中載重60 t及以上的生產(chǎn)數(shù)量最大，占平車總數(shù)的80%以上。目前載重50 t及以下的通用平車已經(jīng)淘汰，現(xiàn)存的通用平車主要是載重60 t級(jí)的N17系列平車。

1998年開始研制了兼有普通平車和集裝箱車功能的共用平車，主要包括NX17、NX17A系列、NX17B系列等載重60 t的共用平車。2005年～2009年間研制并批量生產(chǎn)了載重70 t的NX70型及NX70A型共用平車（見圖1）。從2000年開始，我國(guó)不再生產(chǎn)普通平車，全部生產(chǎn)兼有普通平車和集裝箱平車功能的共用平車。

截至2013年4月份，我國(guó)鐵路平車約為2.9萬(wàn)輛（不包括集裝箱專用平車），占貨車總數(shù)的3.6%。其中N17系列通用平車1.3萬(wàn)輛，共用平車數(shù)量1.6萬(wàn)輛，底架長(zhǎng)度13 m的平車、共用平車數(shù)量2萬(wàn)輛，底架長(zhǎng)度15.4 m的共用平車數(shù)量0.9萬(wàn)輛，載重60 t級(jí)平車2.2萬(wàn)輛，載重70 t級(jí)的平車0.7萬(wàn)輛。

圖1 NX70A型共用平車

1 我國(guó)共用平車現(xiàn)存的主要問題

通過(guò)調(diào)研及用戶反饋，目前我國(guó)共用平車存在的主要問題如下：

1.1 廠、段修周期短

目前，我國(guó)70 t級(jí)的通用型貨車，如敞車、棚車、煤炭漏斗車及石碴漏斗車等廠修周期為8年，段修周期為2年，采用耐候鋼制造的C64K型敞車、P64GK型棚車廠修周期為9年，段修周期為1.5年。而N16型平車、N17系列平車、NX17系列共用平車以及NX70型、NX70A型共用平車的廠修周期均為5年，段修周期為1年。究其原因是平車木地板易損壞，無(wú)法保證較長(zhǎng)的使用壽命。從入廠廠修的平車狀態(tài)來(lái)看，一般經(jīng)過(guò)5年運(yùn)用后，平車木地板損壞較多，木地板更換率較大，而平車主要鋼結(jié)構(gòu)如中梁、側(cè)梁、枕梁、橫梁、端梁等技術(shù)狀態(tài)較好，出現(xiàn)大面積截?fù)Q或更換的情況很少（事故車除外）。平車其他零部件，如制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等，均與其他通用車型相同，可以適應(yīng)延長(zhǎng)廠修周期要求。因此，延長(zhǎng)平車廠修周期的關(guān)鍵是確保延長(zhǎng)廠修周期后的木地板運(yùn)用完整性和可靠性。

1.2 地板及側(cè)壓鐵易破損，更換困難

平車木地板普遍存在破損問題，同時(shí)也存在側(cè)壓鐵、端壓鐵以及壓鐵螺栓、螺母丟失問題。而且木地板在損壞后，在站段現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換作業(yè)比較困難，為了更換一根損壞的木地板，需要將壓住地板的2根中間壓條和2根側(cè)壓鐵全部拆下，而拆下每根壓條或壓鐵需要分解6～9根螺栓，拆解和修復(fù)工作量較大。

經(jīng)調(diào)查分析，造成木地板及壓鐵容易損壞的主要原因有以下幾項(xiàng)：

（1）每年的春、秋兩季進(jìn)行常規(guī)軍事演練和調(diào)動(dòng)，坦克等履帶式裝備運(yùn)輸量較大，坦克一般是成列運(yùn)輸，平車在運(yùn)輸坦克時(shí)，一般是在端部站臺(tái)上依次從第一輛平車滾裝到最后一輛上，因此坦克將反復(fù)在平車地板上碾壓或原地旋轉(zhuǎn)輾壓，不僅地板受到碾壓破壞，也使側(cè)壓鐵變形或碾起；另外重型機(jī)械設(shè)備裝卸過(guò)程中在地板上移動(dòng)也會(huì)造成地板損壞及壓鐵翹起；履帶式裝備的反復(fù)碾壓是造成木地板損壞的主要原因（見圖2）。

圖2 坦克碾壓過(guò)的平車地板

（2）平車木地板是由松木制成，在長(zhǎng)期雨淋日曬作用下，木質(zhì)地板有自然開裂和老化的趨勢(shì)；

（3）平車在運(yùn)用中由于貨物加固的需要，經(jīng)常在地板上釘鐵釘或巴鋦釘，長(zhǎng)期反復(fù)在釘固或起拔釘時(shí)對(duì)地板會(huì)造成損害。

（4）木地板在運(yùn)用中逐步失去水分收縮變形或墊木破碎后，緊固地板的螺栓螺母發(fā)生松動(dòng)及丟失，又造成地板翹起，并加速損壞。

1.3 裝載特種裝備時(shí)加固附件承載能力不足

平車可供裝載加固捆綁的附件主要有繩栓和柱插。要合理的確定繩栓的強(qiáng)度，既要有利于貨物的捆綁，經(jīng)濟(jì)安全，又要不損傷車輛本身。為此，對(duì)鐵路貨物裝載加固定型方案中平車的裝載加固方案進(jìn)行了比較、篩選，找出有代表性的方案對(duì)繩栓受力的大小進(jìn)行分析計(jì)算，見表1。

表1 部分平車定型裝載加固方案換算繩栓捆綁力

從表1中可計(jì)算出定型方案中要求繩栓的捆綁力一般為38～95 k N，而現(xiàn)有平車用繩栓可承受的最大作用力只有20～40 k N，因此需要改進(jìn)繩栓結(jié)構(gòu)，增大承載能力。

柱插主要充當(dāng)臨時(shí)側(cè)柱的插入點(diǎn)，但由于繩栓數(shù)量不足，柱插也普遍被用作捆綁加固點(diǎn)，運(yùn)用中由于柱插強(qiáng)度不足造成變形的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。另外，原柱插由鋼板剪切壓制形成，其剪裁邊緣對(duì)捆綁用的鐵線和鋼絲繩切斷作用明顯，降低了捆綁效果。

1.4 運(yùn)用中底架內(nèi)部檢查檢修不便

現(xiàn)有的共用平車中梁、側(cè)梁均采用H型鋼制造，制動(dòng)裝置一般布置在中梁、側(cè)梁之間，由于側(cè)梁H型鋼中部高度在500～600 mm，側(cè)梁下緣至軌面間垂向高度最小僅有500 mm左右，列檢作業(yè)十分不便。特別是列檢作業(yè)時(shí)間壓縮后，該問題更加突出。

2 改善共用平車性能措施分析

2.1 采用鋼木混合地板，延長(zhǎng)廠、段修檢修周期

（1）新型鋼木混合地板結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)

既然坦克碾壓是造成木地板破損的主要原因，加強(qiáng)對(duì)地板的保護(hù)是減少木地板破損的首要措施。根據(jù)國(guó)外平車已有的經(jīng)驗(yàn)，共用平車采用鋼木混合地板結(jié)構(gòu)可以克服地板容易損壞問題，從而延長(zhǎng)地板壽命，延長(zhǎng)平車的廠、段修周期。

鋼木混合地板由木地板和鋼地板交替沿著車體縱向鋪設(shè)而成（見圖3）。地板寬度與底架寬度相同。鋼地板為槽型，寬度為100 mm，鋼地板上面鋪設(shè)菱形花紋鋼板或扁豆型花紋鋼板，兩條鋼地板之間鋪設(shè)木地板，每塊木地板寬度為300 mm左右。鋼地板與底架中梁、側(cè)梁間采用焊接，木地板中段仍采用平壓條緊固，木地板端頭采用側(cè)壓鐵進(jìn)行緊固。

圖3 鋼木地板結(jié)構(gòu)

采用鋼木混合地板具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①每個(gè)木地板單元周圍均有鋼制結(jié)構(gòu)保護(hù)，可減少木地板損壞，延長(zhǎng)木地板使用期限，共用平車的廠修周期可適當(dāng)延長(zhǎng)；

②木地板被劃分成較小的單元，易于檢修和更換；

③木地板高于鋼制地板，裝載時(shí)貨物首先與木地板接觸，同時(shí)鋼地板表面為花紋板，以保證貨物與地板間具有足夠的摩擦力。

（2）采用鋼木地板后對(duì)貨物裝載加固的試驗(yàn)驗(yàn)證

平車采用鋼木混合地板后，為了研究既有木地板用裝載加固方案是否同樣適用于鋼木地板，先后對(duì)鋼木混合地板進(jìn)行了4種工況裝載加固沖擊對(duì)比試驗(yàn)。裝載的貨物種類為典型的常用貨物，依次為坦克、鋼卷立裝、箱式貨物（模擬機(jī)械設(shè)備）等3種，對(duì)比車為既有木地板共用平車（圖4～圖7）。

圖4 沖擊試驗(yàn)過(guò)程示意圖

圖5 鋼木地板裝載坦克與普通地板對(duì)比沖擊試驗(yàn)

圖6 鋼木地板裝載立式鋼卷與普通地板對(duì)比沖擊試驗(yàn)

圖7 鋼木地板裝箱式貨物與普通地板對(duì)比沖擊試驗(yàn)

（3）試驗(yàn)結(jié)果

①在2，3，4，5 km/h各速度下，坦克、立裝鋼卷、箱式貨物在鋼木地板上滑移量與共用平車的滑移量基本相當(dāng)，說(shuō)明鋼木混合地板能夠適應(yīng)裝載履帶式裝備。

②在5 km/h沖擊速度下，在鋼木地板上各種貨物（立裝鋼卷、箱式貨物）加固繩索上的最大拉力及其在地板上的滑移量與對(duì)比共用平車的數(shù)值基本相當(dāng)，說(shuō)明鋼木地板能夠適應(yīng)既有木地板平車用裝載加固方案。

2.2 采用新型繩栓和柱插，增設(shè)地環(huán)，改善共用平車貨物裝載加固性能

根據(jù)調(diào)查，目前共用平車的裝載加固附件存在著承載能力不足的問題。為此，提出共用平車采用牛角形繩栓（見圖8），增大繩栓立柱和橫柱斷面直徑，經(jīng)對(duì)比計(jì)算繩栓承載能力可顯著提高到50 k N；同時(shí)通過(guò)適當(dāng)增加繩栓數(shù)量，平車每側(cè)繩栓數(shù)量由8個(gè)增加到12個(gè)，方便就近栓結(jié)，減少集中栓結(jié)。牛角形繩栓還可起到防止繩索脫落，美化車輛外觀的作用。同時(shí)適當(dāng)降低繩栓高度，可有效改善繩栓受力狀況，見表2。

平車柱插雖然已經(jīng)失去了插木柱的作用，但木材集裝箱、煤炭散堆箱等仍采用柱插作為加固點(diǎn)，因此共用平車還應(yīng)保持柱插的數(shù)量和位置不變。為了提高承載能力，采用整體式柱插（圖9），并將柱插上下口部改為圓弧型，防止硌傷加固繩索。

表2 繩栓參數(shù)表

2.3 采用大中梁、小側(cè)梁底架結(jié)構(gòu)，改善平車檢查檢修不便問題

平車是底架承載結(jié)構(gòu)，中梁和側(cè)梁是其主要承載梁件。因此，中、側(cè)梁截面的選取是平車底架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。根據(jù)中、側(cè)梁的截面大小，平車底架結(jié)構(gòu)可排列出3種方案，各方案對(duì)比見表3。

（1）中、側(cè)梁截面均為H630型鋼的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖10）；

（2）中梁H700型鋼、側(cè)梁400冷彎槽鋼結(jié)構(gòu)（即大中梁、小側(cè)梁結(jié)構(gòu)，圖11）；

（3）中梁H400型鋼、側(cè)梁H630型鋼結(jié)構(gòu)（即小中梁、大側(cè)梁結(jié)構(gòu)，圖12）。

圖8 牛角型繩栓

圖9 整體式柱插

圖10 中側(cè)梁均為H630型鋼底架

圖11 中梁H700、側(cè)梁400冷彎槽鋼底架

圖12 中梁H400、側(cè)梁H630底架

方案1：集重能力強(qiáng)；垂向彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度較大，車體側(cè)滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大；車體制造工藝與現(xiàn)有共用平車相近。缺點(diǎn)是車輛自重較大，列檢作業(yè)條件未改善。

方案2：集重能力較大；車輛自重最輕；垂向彎曲剛度較大，車體側(cè)滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小；車體制造工藝與現(xiàn)有集裝箱專用車相似；列檢作業(yè)條件得到明顯改善。

表3 各方案參數(shù)對(duì)比表

方案3：車體側(cè)滾轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大；側(cè)梁有成品，中梁無(wú)需抽魚腹，制造工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是集重能力小；垂向彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度小；車輛自重大；地板面高度比既有共用平車高出60 mm以上；側(cè)梁下翼面距軌面高度更低，更不便列檢作業(yè)。

通過(guò)對(duì)上述3種底架結(jié)構(gòu)分析、比較，可以得出采用大中梁小側(cè)梁結(jié)構(gòu)，載重和集重能力較大，車輛自重最輕；垂向彎曲剛度較大，車體制造工藝與現(xiàn)有集裝箱專用車相似；列檢作業(yè)條件得到明顯改善。

采用大中梁、小側(cè)梁結(jié)構(gòu)底架的80 t級(jí)共用平車樣機(jī)進(jìn)行了車體靜強(qiáng)度、剛度試驗(yàn)，結(jié)果表明車體強(qiáng)度剛度符合TB/T 1335－1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的要求。通過(guò)在哈爾濱鐵路局進(jìn)行的整車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明整車動(dòng)力學(xué)性能滿足GB/T 5599－1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的規(guī)定。說(shuō)明共用平車采用大中梁、小側(cè)梁底架結(jié)構(gòu)是可行的。

3 結(jié)束語(yǔ)

共用平車通過(guò)采用鋼木混合地板結(jié)構(gòu)，可以解決平車地板容易損壞、延長(zhǎng)廠段修周期，使共用平車檢修周期與敞車、棚車等通用貨車保持一致；底架采用大中梁小側(cè)梁結(jié)構(gòu)能夠改善平車日常檢查檢修條件，提高平車運(yùn)用可靠性；采用新型牛角形繩栓、整體式柱插、增設(shè)地環(huán)等措施可進(jìn)一步提高共用平車裝載加固性能。

［1］ 鐵運(yùn)2011－207號(hào).鐵路貨車廠修規(guī)程［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

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圖5 非標(biāo)刀具

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)具有典型牙式離合器結(jié)構(gòu)的零件吊耳進(jìn)行工藝分析，找到了適合此類零件的加工工藝，如何高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)出合格工件。同時(shí)優(yōu)化后的銑齒工藝、油槽加工工藝對(duì)其他產(chǎn)品中具有類似結(jié)構(gòu)也提供了很好的參考價(jià)值。

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Abstract：In basic brake system，the disc type brake unit and the tread brake unit all have adopted the tooth clutch structure.In this paper，we take a typical part of the tread brake unit for instance，and analyze how to improve reliability and the efficiency in machining，and meanwhile introduced the principle of special fixtures and cutting tools.

Key words：tooth clutch；turn-mill combination；efficiency

Discussion About Improving the Performance of Railway Dual Purpose Flat Wagon

XU Jing
（CSR Erqi Rolling Stock Co.，Ltd.，Beijing 100072，China）

The thesis introduces the development course of railway dual-purpose flat wagon，puts forward the problems existing in the dual－purpose flat wagon and propose concrete measures to improve the problems and at last analyzes these improvement measures.

railway；dual-purpose flat wagon；problems of application；improvement；performance

Processing Technology and Application about the Basic Brake Unit with Tooth Clutch Structure

CHEN Jian，WANG Peng，SUN Guanghe，JIN Xiaobo，DAI Jin
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

U272.3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.28

1008－7842（2014）03－0111－04

?）女，工程師（

2013－12－16）