鐵路敞車加強(qiáng)剛度抗變形車門設(shè)計(jì)

傅佩喜 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司科研所

由于車門嚴(yán)重變形和破損問題，造成在車門與車體門框之間形成十幾毫米到幾十毫米不等的縫隙，散裝貨物在這些縫隙處普遍產(chǎn)生漏泄問題，由于列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)，進(jìn)一步加劇了散裝貨物的泄漏問題，這個(gè)問題，不但嚴(yán)重影響車輛的正常裝載使用，產(chǎn)生運(yùn)輸損失，而且一旦物料散落在道岔上，常常發(fā)生道岔作用不良等問題，影響列車正常通行以致造成列車出軌事故。當(dāng)前貨物運(yùn)輸部門為了保證裝載物料不漏泄，在車門與車體門框之間的縫隙處，采用填充發(fā)泡劑等辦法進(jìn)行處理，如圖1、圖2所示。

1 前言

鐵路敞車是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)闹饕囕v設(shè)備之一。敞車主要用來裝運(yùn)礦石、煤炭、砂石、石灰石等散裝貨物和鋼材等物品。敞車的數(shù)量約占貨物運(yùn)輸車輛總數(shù)的三分之一，全國(guó)約有20萬輛之多在役敞車。鐵路敞車擔(dān)負(fù)著散裝貨物運(yùn)輸?shù)闹卮笕蝿?wù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。

多年來，鐵路敞車在轉(zhuǎn)向架構(gòu)造、車鉤緩沖裝置和制動(dòng)裝置方面都得到了較大發(fā)展，裝載重量也從50 t/輛發(fā)展到70 t/輛，目前正在服役敞車有 C62BK、C64K、C64T、C64H、C70、C70E、C70EH 等型號(hào)車輛，但是，在車體構(gòu)造方面沒有得到較大提升，特別是在車輛中門和下開門結(jié)構(gòu)方面沒有什么變化，一直以來，敞車車門普遍存在著強(qiáng)度、剛度不足，車門

圖1 下開式車門縫隙發(fā)泡填充物

圖2 側(cè)開車門縫隙發(fā)泡填充物

當(dāng)前這種臨時(shí)性處理做法在全國(guó)范圍相當(dāng)普遍，這種處理辦法，一來額外增加了裝載作業(yè)工作量，影響貨物裝載效率；二來與當(dāng)前鐵路科技發(fā)展不協(xié)調(diào)，十分影響鐵路在全國(guó)乃至在世界上的良好形象。為此，提出設(shè)計(jì)研制增加強(qiáng)度和剛度的新結(jié)構(gòu)敞車車門。

2 既有車門及車體鋼結(jié)構(gòu)分析

C70敞車車體為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，由底架、側(cè)墻、端墻、車門等部件組成。主要型鋼和板材采用Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼。既有敞車車體鋼結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 C70敞車車體鋼結(jié)構(gòu)示意圖

底架由中梁、側(cè)梁、枕梁、橫梁、端梁、縱向梁、小橫梁及鋼地板組焊而成。中梁采用材質(zhì)為YQ450NQR1的熱軋310乙字型鋼，車體一位端中梁上翼緣內(nèi)側(cè)設(shè)有符合TJ/CL235的模壓永久性標(biāo)志。采用符合TJ/CL090的冷彎下側(cè)梁、直徑為358 mm的鍛造上心盤及材質(zhì)為C級(jí)鑄鋼的前、后從板座、加強(qiáng)型繩栓，裝用鐵路貨車車號(hào)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽。側(cè)墻為板柱式結(jié)構(gòu)，由上側(cè)梁、側(cè)柱、側(cè)板、連鐵、斜撐、側(cè)柱補(bǔ)強(qiáng)板及側(cè)柱內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)座等組焊而成。上側(cè)梁采用140 mm×100 mm×5 mm 的冷彎矩形鋼管，側(cè)柱采用帽形冷彎結(jié)構(gòu)。側(cè)柱與下側(cè)梁間采用專用拉鉚釘或短尾拉鉚釘連接。

端墻由上端梁、角柱、橫帶及端板等組焊而成。上端梁、角柱采用160 mm×100 mm×5 mm 的冷彎矩形鋼管，橫帶采用斷面高度為150 mm的帽型冷彎型鋼。

車體兩側(cè)的側(cè)墻上各設(shè)一對(duì)側(cè)開式側(cè)開門及6扇上翻式下側(cè)門。側(cè)開門采用具有開啟導(dǎo)向功能的上門鎖機(jī)構(gòu)，門邊處組焊槽型冷彎型鋼及限位擋，將通長(zhǎng)上鎖桿封閉其中，下門鎖采用翻轉(zhuǎn)式偏心壓緊機(jī)構(gòu)。

側(cè)開門孔寬 1 620 mm×高 1 900 mm；下側(cè)門孔寬1 250 mm×高951 mm。如圖4、圖5所示。

車輛使用壽命：25年。車輛檢修周期：廠修8年，段修2年。

圖4 敞車下開式車門示意圖

圖 5 敞車側(cè)開門示意圖

從以上敞車側(cè)開門的工作圖可以知道，側(cè)開門主要由上門鎖機(jī)構(gòu)組成 、下門鎖機(jī)構(gòu)組成、側(cè)門折頁、折頁墊板、側(cè)門板（1）、側(cè)門板（2）、半光圓鎖 、墊圈部分組成。從以上敞車側(cè)開門的工作圖可以知道，下開門主要由下側(cè)門折頁、掛環(huán)、掛環(huán)座 、下側(cè)門板 、半光圓鎖 、墊圈28等部分組成。

從敞車的運(yùn)用服役情況來看，敞車車體的底架、側(cè)墻、端墻等部件的剛度和強(qiáng)度都能滿足運(yùn)輸要求，車門門框強(qiáng)度、剛度也能夠滿足運(yùn)輸要求，只有壓制成型車門板變形大、車門與門框之間間隙大等問題，這個(gè)問題，可以通過設(shè)計(jì)抗變形新結(jié)構(gòu)車門得以解決。

3 抗變形新結(jié)構(gòu)車門設(shè)計(jì)

為了設(shè)計(jì)增大強(qiáng)度、增大剛度車門，我們提出以下三個(gè)設(shè)計(jì)原則：一是控制增加車輛自重；二是控制制造成本；三是與既有車門通用。既有敞車下開式車門門板如圖6所示。

圖6 既有敞車下開式車門門板

由圖6可知，該門板是由厚度為4 mm鋼板壓制成型的，板面具有“回”字形凹凸結(jié)構(gòu)，目的是增加板面的剛度。門板與門框接連配合部分只是一圈厚度為4 mm的薄鋼板。為此，提出以下改進(jìn)方案。

方案一：在既有門板上增加厚度為8 mm左右的加強(qiáng)筋，如圖7所示。

圖7 敞車下開式加強(qiáng)筋車門門板

由于在門板上增加了加強(qiáng)筋，這樣的話，可以大大增加門板的剛度，車門受力變形減少，使得車門與門框保持密貼狀態(tài)。

方案二：門板材料厚度由4 mm改為6 mm～8 mm的鋼板，如圖8所示。

圖8 門板厚度為6～8mm鋼板（立面及剖面）

把既有門板厚度為4 mm改為6 mm～8 mm鋼板壓制成型，車門形狀與既有形狀一樣，這樣也可以大大增加車門的剛度和強(qiáng)度，減少車門受力變形，并確保車門四周與門框之間保持密貼狀態(tài)。

方案三：門板材料厚度由4 mm改為6 mm～8 mm的鋼板，并且在車門上增加加強(qiáng)筋，也就是說，把方案一與方案二進(jìn)行結(jié)合，這樣，可以大大增加車門的剛度和強(qiáng)度，可以確保車門四周與門框之間始終保持密貼狀態(tài)。

另外，相應(yīng)增加下側(cè)門折頁等零件的型面尺寸，以增加有關(guān)零件的強(qiáng)度和剛度。

對(duì)于側(cè)開門，可以采用同樣的方法進(jìn)行解決，這里不再贅述。