自滾輪特大裝備運輸用凹底平車車體增載技術(shù)分析

武進雄，許秀峰，萬 濤，王艷霞

（中車石家莊車輛有限公司，石家莊 051430）

根據(jù)自滾輪特大裝備自身的結(jié)構(gòu)特點、運輸過程中的裝載方式/型式及運輸特點，該裝備裝載采用自行駛?cè)胲囕v端部并運行至車輛承載部位（車輛承載部位地板面距軌面間的距離須遠低于車輛兩端地板面距軌面間的距離），可解決車輛運輸過程中的超限問題；自滾輪特大裝備屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件的加工精度和部件的組裝精度要求高，不適合解體運輸，同時采用整體裝載的運輸方式也是客戶的重要技術(shù)要求之一。

目前，滿足自滾輪特大裝備運輸要求的鐵路貨車僅有載重40 t凹底平車、載重50 t凹底平車以及載重60 t凹底平車，具體參數(shù)如表1所示；而據(jù)客戶反映，現(xiàn)階段部分自滾輪特大裝備的自身質(zhì)量已經(jīng)升級至80 t，對自重為60～80 t級間的自滾輪特大裝備采用不解體運輸方式運輸已無法實現(xiàn)。基于以上因素，進一步研究開發(fā)載重80 t級凹底平車是迫在眉睫。

1 選材技術(shù)分析

載重40 t凹底平車車體主要材質(zhì)為Q345D，屈服極限為345 MPa；載重50 t凹底平車車體主要材質(zhì)為16Mnq，許用應(yīng)力為220 MPa；載重60 t凹底平車車體主要材質(zhì)為Q450NQR1，屈服極限為450 MPa。并結(jié)合目前現(xiàn)有鐵路貨車車體制造用主材市場獲知，研制更高載重的自滾輪特大裝備運輸用凹底平車車體采用屈服極限為450 MPa的高強度耐候鋼具有良好的經(jīng)濟性和可操作性。

表1 3種凹底平車主要參數(shù)與基本尺寸統(tǒng)計對比表

2 車體結(jié)構(gòu)分析

2.1 載重40 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架采用半封閉式的全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由2個箱型側(cè)梁、2個枕梁、6個大橫梁、2個牽引梁、2個端梁及地板等部分組成。承載部分中央截面高度僅為366 mm，承載面距軌面高度為666 mm。車輛定距為15 120 mm，比通用車輛定距相比，定距較大，為了滿足強度、剛度的使用要求，側(cè)梁由厚度為25 mm的上、下蓋板和2塊厚度為20 mm的腹板組成箱型結(jié)構(gòu)；枕梁、大橫梁及牽引梁由厚度為25 mm的上、下蓋板和厚度為16 mm的腹板組成，在大橫梁和各梁的隔板上設(shè)有減重自重的工藝孔；地板厚度為10 mm，下蓋板厚度為16 mm。

2.2 載重50 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架的結(jié)構(gòu)與載重40 t凹底平車相同，主要由2個箱型側(cè)梁、2個枕梁、4個大橫梁、2個牽引梁、2個端梁及地板等部分組成。底架截面總高度為490 mm，中央部位上平面（承載面）距軌面高度為690 mm。箱型側(cè)梁截面高度為470 mm，由厚度均為30 mm的上、下蓋板和2塊厚度為20 mm的腹板組焊而成；枕梁、大橫梁、牽引梁均為箱型結(jié)構(gòu)，由厚度均為30 mm的上、下蓋板和厚度為20 mm的腹板組焊而成；地板由中部地板和兩端地板組成，其中中部地板厚度為10 mm的鋼板，兩端地板采用下部厚度為6 mm的鋼板和上部厚度為4 mm的波紋鋼板疊加疊焊而成，以實現(xiàn)防滑的能力；底架下蓋板厚度為10 mm。

2.3 載重60 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架采用全封閉式的全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由框格、枕梁、牽引梁、端梁、地板、下蓋板及口蓋等部件組成。承載部位中央截面高度僅為471 mm，承載面距軌面高度為675 mm。與載重40 t凹底平車、載重50 t凹底平車用底架相比，最大的特點為：一是無側(cè)梁；二是總體采用框格結(jié)構(gòu)；三是采用全封閉式結(jié)構(gòu)。框格由縱向腹板、魚腹型縱向腹板、橫向腹板及隔板組焊而成，與底架下蓋板、地板焊接后形成一個整體的箱型結(jié)構(gòu)底架；枕梁與牽引梁均采用上、下蓋板、腹板及隔板組焊而成雙腹板變截面箱型結(jié)構(gòu)；地板由中部地板和兩端地板組成，其中中部地板厚度為16 mm，兩端地板厚度為7 mm；下蓋板厚度為16 mm。

通過分析，在原材料一定的條件下，采用整體式的框格結(jié)構(gòu)相對傳統(tǒng)的中梁、側(cè)梁結(jié)構(gòu)強度、剛度更優(yōu)，因此在研制載重80 t級凹底平車中，底架采用整體框格結(jié)構(gòu)，同時采用增大橫截面高度的方法提高整車的總體強度、剛度，以滿足設(shè)計要求。

學(xué)生管理工作是一項很復(fù)雜的工作，大學(xué)生具有自主意識，管理者需要充分考慮學(xué)生的心愿，關(guān)心學(xué)生的發(fā)展，將自己的關(guān)懷和情感投入到學(xué)生管理中，才能實現(xiàn)雙方的相互體諒，讓學(xué)生感恩于輔導(dǎo)員的工作，修正自己的錯誤。社會環(huán)境是復(fù)雜的，學(xué)生自身的能力、素質(zhì)不同，輔導(dǎo)員要想占據(jù)管理的主動地位還需要不斷提升工作效率。管理學(xué)生并不是強制性的，管理人員應(yīng)充分尊重學(xué)生、愛護學(xué)生，認識到學(xué)生個性發(fā)展的需求，培養(yǎng)學(xué)生的主動性和積極性，促進學(xué)生全面的發(fā)展。

3 限界利用充分性分析

載重40 t凹底平車距軌面的最小距離不是底架下平面，而是固定制動管的制動管吊下平面，且距軌面的距離為190 mm，并經(jīng)車輛的實際運行結(jié)果獲知，距軌面僅為190 mm的制動管吊不影響車輛的正常運行，因此對于再次研究開發(fā)相類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品來說，優(yōu)化底架結(jié)構(gòu)及風(fēng)制動裝置設(shè)計方案，增大底架橫截面高度，提高抗彎截面系數(shù)，可有效提高車輛的承載能力。

載重60 t凹底平車底架下平面距軌面間的距離為車體距軌面的最小距離，即為204 mm，載重50 t凹底平車距軌面的最小距離遠大于204 mm，兩種車型下部限界均沒有充分得到利用。

研制承載能力大于60 t級及以上凹底系列平車，在保證車體強度、剛度、車輛運行可靠、安全以及自滾輪特大裝備實際結(jié)構(gòu)的條件下，充分利用車輛下部限界以及自滾輪特大裝備自身結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)，增加車輛中央橫截面高度，提高車輛強度、剛度及承載能力。

4 大載重凹底平車車體技術(shù)方案研究

4.1 主要參數(shù)及基本尺寸的確定

依據(jù)現(xiàn)有鐵路線路基礎(chǔ)建設(shè)情況，并結(jié)合客戶對特大自滾輪裝備運輸用鐵路車輛的要求，該載重80 t凹底平車走行部選用23 t軸重的3軸轉(zhuǎn)向架為先決條件，其余的主要參數(shù)及基本尺寸如表2所示。

表2 載重80 t凹底平車主要參數(shù)與基本尺寸

4.2 車體主要結(jié)構(gòu)

該車體采用全封閉式凹底型全鋼焊接結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 載重80 t凹底平車結(jié)構(gòu)圖

承載部位橫截面呈“凸”字型型式，如圖2所示。

車體鋼結(jié)構(gòu)由框格、枕梁、牽引梁、端梁、地板及下蓋板組成，如圖3所示。

圖2 車體中央橫截面結(jié)構(gòu)圖

圖3 載重80 t凹底平車車體模型圖

其中框格采用縱向魚腹型腹板、縱向腹板、橫向腹板及隔板組焊而成，且框格與地板及下蓋板組焊形成底架的整體箱型結(jié)構(gòu)；枕梁采用下蓋板、上蓋板與腹板、隔板組焊而成的變截面箱型結(jié)構(gòu)；牽引梁采用上、下蓋板、腹板、隔板等組焊而成的變截面箱型結(jié)構(gòu)；端梁采用L型冷彎型鋼；地板及3塊下蓋板加強板均為材質(zhì)Q450NQR1的普通鋼板，下蓋板采用倒“幾”型結(jié)構(gòu)，以提高強度和剛度。

4.3 計算分析

車輛載重為80 t，自重為50 t，轉(zhuǎn)向架自重為14 t，同時考慮動載荷系數(shù)及雨雪等其他因素的影響，經(jīng)計算：

車體中央截面承受的最大彎矩：

型心：

（車體中央橫截面下平面為坐標(biāo)軸圓點）；慣性矩：

抗截面系數(shù)：

依據(jù)式（1）計算 ：σ上=200.41 MPa，σ下=153.48 MPa，均小于原材料的許用應(yīng)力。

另外，最大撓度為71.21 mm，撓跨比為：71.21/18 210=1/256＜1/250，滿足要求。

5 技術(shù)經(jīng)濟效益分析

（1）滿足了自重為60～80 t級特大自滾輪裝備的運輸需求，解決了該類特大自滾輪裝備無法整體運輸?shù)碾y題，避免了解體運輸對裝備性能的損害，提高了運輸效率，降低了運輸成本。

（2）載重80 t凹底平車相對載重40 t凹底平車、載重60 t凹底平車，車輛自重系數(shù)較小，提高載重，提高了運輸經(jīng)濟性。

（3）該底架采用無中梁整體封閉式凹底框架結(jié)構(gòu)，提高了車輛的整體承載能力。

（4）依據(jù)特大自滾輪裝備自身結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)有同類型車輛的實際運營情況，充分利用了車輛的下部限界，降低了重載車輛的重心，提高了運輸安全性及穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

以滿足自重為60～80 t級自滾輪特大裝備的鐵路運輸需求為宗旨，結(jié)合現(xiàn)有同類型鐵路車輛結(jié)構(gòu)特點、下部限界利用情況以及實際運營工況，制定了滿足自重為60～80 t級自滾輪特大裝備運輸用載重80 t凹底平車技術(shù)方案及關(guān)鍵參數(shù)的確定，并通過相關(guān)計算對該方案進行了驗證，該載重80 t凹底平車技術(shù)方案完全能滿足自重為60～80 t級自滾輪特大裝備的運輸需求。