6 0m3煤炭運輸專用自翻車的研制

李金林， 潘苛

（哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司生產制造部，哈爾濱 150056）

0 引言

多年以來，我國煤炭企業運輸煤炭使用的自翻車一直為KF-60型60 t氣動自翻車，該型自翻車容積是按裝運鐵礦石設計的，而煤炭密度比鐵礦石小得多，按60 t自翻車容積27 m3計算實際裝載煤炭噸位只有30 t左右，存在運能浪費現象。且該型自翻車傾翻機構為門扇抑制機構，此傾翻機構結構復雜、自重較大、重車傾翻作業時容易產生雙側開門現象，以上弊端導致該自翻車維修成本高、安全性較差。為加大運能提高企業的運輸生產效率，我公司研制出適用于煤炭運輸的大容積氣動自翻車。該車采用端部連桿傾翻機構，車箱側門采用上下分體式結構，能夠有效地降低卸貨時的扣斗危險。

該車于2013年7月完成了整車方案設計，2014年10月完成了部分工程圖設計和車體靜強度有限元計算，后期將進行樣車試制及試運行。

1 主要用途及卸貨原理

圖1為60 m3煤炭運輸專用自翻車三維圖。

圖1 60 m3煤炭運輸專用自翻車三維圖

60 m3煤炭運輸專用自翻車是卸車設備與車輛結合在一起的專用鐵道車輛，適用于標準軌距鐵路，是主要用于備有機械化裝車設備的工廠、礦山等運輸部門裝運煤炭的鐵路車輛，可利用機車提供的風源或固定地點提供的風源自動傾卸貨物。

該自翻車與機車連掛時，各車傾翻管路的2個操作閥均應在排風位置（操作閥手把指向“排”），而挨著操作閥的2個截斷塞門均在關閉位置。當裝有貨物的車輛到達卸貨場地需要卸貨時，傾翻操作順序如下：車箱如向左（右）側傾翻時，首先將右（左）側截斷塞門移至通路位置，再移動右（左）側操作閥手把，由排風位置越過中立位置，逐步推向進風位置（操作閥手把指向“進”），使壓縮空氣進入傾翻氣缸，通過氣缸活塞桿頂起車箱，使車箱圍繞左（右）側轉軸旋轉，同時通過連桿的連續轉動將車箱左（右）側下側門逐漸打開，同時車箱上側門隨之打開，確認車箱平穩，傾翻無異狀時，再加大進風量。當車箱傾翻約30°時，將操作閥手把逐漸移至中立位置，車箱借助慣性力繼續翻轉，直至傾翻氣缸行程達到最大，此時車箱地板與下側門板構成一延續斜面，貨物將全部卸出。待貨物卸凈后，先將右（左）側截斷塞門關閉，再將操作閥手把移向排風位置，車箱可借助自重及傾翻氣缸內的復位彈簧產生的彈力逐漸恢復水平位置，同時通過連桿將側門關閉。

2 優化設計

1）此大容積煤炭專用自翻車車箱側門及地板與底架連接均采用焊接方式。焊接結構節約人力物力，可降低自翻車的制造成本，同時平滑的地板可使卸貨更順暢。

2）該車傾翻機構設計為端部連桿機構。主要優點：結構簡單，自重輕，適用性強，無雙側開門現象，傾翻氣缸內增設復位彈簧，可輔助車箱在傾翻卸貨后順利復位。

3）該自翻車容積較大，車箱較高，因此本次設計將側開門分為上、下兩部分，上、下側門通過折頁分別與車箱側墻框上檐梁和車箱底架側梁連接，卸貨時貨物僅通過下側門滑出，產生較小的傾翻力矩，從而能有效地降低卸貨時的扣斗危險。

4）本車設計下側門使用3個槽鋼縱梁和一個角鋼上檐梁，增設上檐板，保證側門足夠的剛度，可有效防止側門外脹。另外側門與地板的角度為90°，有效地減小貨物對側門的壓力。

5）為防止上側門下撓和變形，本車設計有側墻框，主要由上檐梁、立柱及斜撐組焊而成，兩側墻框上檐梁中間部位通過橫梁焊接，上檐梁兩端分別與端壁上檐梁焊接。

6）該車底梁采用2根H型鋼通過上下蓋板及隔板組焊成箱型魚腹結構，與傳統KF-60型自翻車底梁的板材焊接結構相比，減小了焊接變形量并降低了制造成本。

7）該車裝用2組大自重轉K6型轉向架，該型轉向架屬鐵路通用型貨車轉向架，配件方便采購。

3 主要技術參數

載重為55 t，自重為37 t，自重系數為0.67，容積為60 m3，每延米重為 7.0 t，軸重為 23 t，換長為 1.2，傾翻缸工作壓力為0.5 MPa，最大傾翻角度為45°，通過最小曲線半徑為145 m，最高運行速度為100 km/h，車輛長度為13126mm，車輛定距為8686 mm，底梁長度為12196 mm，車輛最大寬度為3 350 mm，車輛最大高度為3 186 mm，車箱內高為1 680 mm，車鉤高度為880 mm，轉向架固定軸距為1 830 mm，軌距為1 435 mm，車輪直徑為840 mm，軸型為RE2B，旁承中心距為1 520 mm，限界符合GB146.1-1983《標準軌距鐵路機車車輛限界》的規定。

4 主要結構

60 m3煤炭運輸專用自翻車主要由車箱組成、底梁組成、轉向架、空氣制動裝置、傾翻裝置（傾翻氣缸、傾翻管路、傾翻機構）、車鉤緩沖裝置等組成（圖2）。

圖2 60 m3煤炭運輸專用自翻車二維圖

4.1 車箱組成

車箱組成主要由上側門、下側門、側墻框、端壁、車箱底架及地板等組成。型材材質為Q235A，板材材質采用耐大氣腐蝕的高強度低合金鋼，各部件均采用焊接結構。圖3為車箱組成三維圖。

1）上側門主要由槽鋼、角鋼及門板焊接而成，每側設置2扇，每扇上側門上檐梁部位焊接3個折頁。

2）下側門主要為焊接結構，由槽鋼縱梁、槽鋼立柱、角鋼上檐梁、側門板及鑄造折頁焊接而成，側門拉桿座通過螺栓緊固到下側門兩端部位。

3）側墻框主要由上檐梁、立柱及斜撐組焊而成，兩側墻框上檐梁中間部位通過橫梁焊接，兩端分別與端壁上檐梁焊接，上檐梁上部焊接6組上側門折頁座。

圖3 車箱組成三維圖

4）端壁全鋼焊接結構，主要由中檐梁、上檐梁、外立柱、內立柱、端柱及端壁板焊接而成。

5）車箱底架采用全鋼焊接結構，主要由工字鋼縱梁、槽鋼側梁、工字鋼大橫梁、H型鋼小橫梁和地板焊接而成，兩側梁外部焊接10組下側門折頁座。

4.2 底梁組成

底梁組成由箱型斷面魚腹型中梁、枕梁、端梁、氣缸架及底梁拉桿座等附件組成。中梁由2根材質為Q345B的H600×200×11×17型鋼制成魚腹形，通過上、下蓋板及隔板組焊成箱型結構，枕梁由上下蓋板及腹板組焊成箱型結構，中梁與端梁、枕梁組成主體構架。在底梁中梁的兩側組焊有傾翻氣缸架，兩端枕梁上部分別焊接轉軸下座，中梁兩端側焊接底梁拉桿座。底梁上裝有傾翻氣缸、傾翻管路、空氣制動機、車鉤緩沖裝置等，兩端裝有上心盤及上旁承。主要板材采用耐大氣腐蝕的高強度低合金鋼。

4.3 轉向架

該車裝用2組大自重車體用轉K6型轉向架。搖枕、側架材質為B+級鑄鋼；組合式斜楔的主摩擦板采用高分子復合材料，斜楔體為貝氏體球墨鑄鐵；側架立柱磨耗板材質采用45鋼，滑槽磨耗板采用T10；采用兩級剛度彈簧；采用直徑為φ375 mm的下心盤，下心盤內裝用導電型心盤磨耗盤；裝用353130B緊湊型軸承、RE2B型50鋼車軸及LM磨耗型踏面的HEZB型鑄鋼或HESA型碾鋼車輪；基礎制動裝置采用奧-貝球鐵襯套、組合式制動梁、新型高摩合成閘瓦。本車設計主要用戶為企業自備車用戶，因此取消轉向架中交叉支撐裝置、彈性旁承裝置（由擺塊旁承取代）、橫跨梁裝置。

4.4 空氣制動裝置

采用制動主管壓力能滿足500 kPa和600 kPa的空氣制動裝置。主要由改進型120型控制閥、直徑為305 mm的整體旋壓密封式制動缸、編織制動軟管總成、球芯折角塞門、組合式集塵器、副風缸、加速緩解風缸及其管路、杠桿等部分組成。制動管系磷化處理。

4.5 傾翻裝置

該車傾翻裝置由傾翻管路系統、傾翻氣缸、傾翻機構等部分組成。

1）傾翻管路系統由管路、儲風筒及各種閥類組成，該系統是車箱傾翻卸貨的操作系統。車輛傾翻時通過操作閥使壓縮空氣進入傾翻氣缸，頂起車箱并通過端部連桿機構控制車箱側門開啟，實現卸貨。

2）傾翻氣缸采用兩級活塞式結構，主要由內外活塞、活塞桿、傾翻缸外套、復位彈簧等組成。鑄鐵的內外活塞均以橡膠皮碗及壓圈等密封，傾翻氣缸通過氣缸座安裝在底梁的氣缸架上，活塞桿上端通過銷軸與車箱底架連接。氣缸內復位彈簧可輔助車輛卸貨后使車箱順利復位。

3）端部連桿機構為該車的傾翻機構，設置在車箱端壁中檐梁下部，每端各安裝2套，可保證車箱向兩側傾翻。該機構主要由2根直連桿和1個三角杠桿組成，車輛組裝時連桿一自由端與車箱下側門拉桿座連接，連桿二自由端與底梁拉桿座連接，各桿間及桿與拉桿座間通過銷軸鉸接，銷軸孔內鑲有耐磨襯套。該傾翻機構自重輕，結構簡單，維修方便，傾翻平穩，傾翻作業時無雙側開門現象。圖4為2套端部連桿三維圖。

圖4 端部連桿三維圖

4.6 車鉤緩沖裝置

采用13B型上作用車鉤及其配套鉤尾框、MT-3型緩沖器。

5 底梁計算

我公司已對所設計的60 m3煤炭運輸專用自翻車底梁進行了有限元強度及剛度計算，計算依據為TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》（以下簡稱《規范》），采用的計算軟件為ANSYS11。

5.1 評定標準

1）強度評定標準。由于該車底梁所用材質為Q345B低合金高強度結構鋼，故其第一工況許用應力216 MPa，第二工況許用應力為293 MPa。

2）垂向彎曲剛度評定標準。該車為底梁承載車體，《規范》推薦撓跨比評比標準：底梁fz/L2≤1/900。式中：fz為底梁中央撓度，mm；L2為車輛定距，mm。

5.2 計算結果

1）底梁在綜合載荷作用下，最大應力發生在枕梁腹板靠近心盤位置，當量應力為183 MPa，小于第一工況許用應力216 MPa，滿足強度標準。

2）底梁中央部位下翼緣的位移為6.2 mm，其撓跨比為 6.2÷8 686=0.64/900＜1/900，滿足《規范》要求。

6 傾翻穩定性分析

由于該車容積大，重心較高，因此如何設計傾翻轉軸位置對車輛傾翻的穩定性影響較大。該車與KF-60型自翻車比較，兩車轉軸位置如下：60 m3煤炭運輸專用自翻車車箱兩傾翻轉軸（新轉軸）橫向距離為1 550 mm，垂向距車箱底架上平面200 mm。KF-60型自翻車車箱兩傾翻轉軸（原轉軸）橫向距離為1 626 mm，垂向距車箱底架上平面419 mm。傾翻時車箱及貨物總合成重心值如表1、表2所示。

圖5所示為兩種車型的重車傾翻重心軌跡圖。由圖可知KF-60型自翻車穩定距離為116.1 mm，60 m3煤炭運輸專用自翻車穩定距離為208.3 mm，計算得出穩定距離提高了（208.3-116.1）÷116.1=79.4%，由于穩定距離越大傾翻穩定性越高，因此60 m3煤炭運輸專用自翻車的傾翻穩定性高于KF-60型自翻車。

表1 60 m3煤炭運輸專用自翻車傾翻時車箱及貨物總合成重心值

表2 KF-60型自翻車傾翻時車箱及貨物總合成重心值

圖5 兩種車型的重車傾翻重心軌跡圖

7 結語

哈爾濱軌道交通裝備有限責任公司研制的60 m3煤炭運輸專用自翻車，性能先進、操作簡單、維修方便，可以滿足部分煤炭運輸企業對大容積氣動自翻車的需求，有效地緩解運能緊張狀況，市場前景必將十分廣闊。

［1］ 鐵道部標準計量研究所.機車車輛標準匯編（車輛部分）［S］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［2］ 潘苛，栗明柱，田景志，等.載重60t氣動自翻車的研制［J］.鐵道車輛，2013（4）：27-29.