適用米軌線路的石砟漏斗車關鍵技術研究及裝備研制

李響響，段元勇

（中車山東機車車輛有限公司，濟南250022）

中車山東公司針對國際市場尤其是米軌線路國家用戶對石砟漏斗車的需求，研制開發了一種適用米軌線路的石砟漏斗車。該車于2016年11月完成工作圖設計，2017年1月底完成樣車試制及相關型式試驗，同年3月份完成批量生產并通過用戶的工廠驗收，并于2017年5月及2018年9月分兩批次交付用戶投入運用。

1 項目難點

（1）石砟漏斗車主要供鐵路線路新建、維修時鋪設石砟或工礦企業裝運類似散粒貨物之用，具有邊走邊卸和向軌道內、外側卸砟的功能。目前，我國石砟漏斗車主要為載重60 t的K13系列石砟漏斗車、載重70 t的KZ70型石砟漏斗車和載重80 t的KZ80型石砟漏斗車［1］。以上車型為國內主型漏斗車，適用準軌線路，具有成熟運用經驗，對于米軌石砟漏斗車的研制具有借鑒作用。但其車體結構對于米軌線路的適應性不強，需要進行改進設計。根據米軌線路的特點，對車輛裝備的輪廓尺寸提出了更苛刻的要求，同時米軌漏斗車對整車輕量化也提出了更高的要求，漏斗的結構設計也要適應米軌線路的作業要求。

（2）國內主型石砟漏斗車開閉機構的共同特點是均采用兩級傳動的風動及手動卸載方式，2種卸載方式既可兼容亦可實現獨立作業。手動卸載方式通過設置在車輛地板上部減速器手輪及車下連桿機構來實現底門的開閉，但中間底門無手動操作［2］。針對米軌漏斗車車體寬度尺寸較小的問題，若采用國內成熟的減速器及車下連桿機構，空間布局存在一定的困難，尤其是純手動卸貨的漏斗車，需要配置3套減速器方可滿足使用，因此對米軌漏斗車卸貨系統的設計提出了新的要求。

2 解決方案

（1）針對米軌線路特點及嚴格的車體輪廓尺寸，在國內成熟結構基礎上改進設計，研究開發了新的車體鋼結構。設計了適用米軌線路維修的新的車體結構，結構合理；參照KZ70端部底架結構，根據米軌漏斗車結構需要，取消枕內輪對上部地板及小橫梁，輕量化車體的同時可開闊操作員視野，操作卸貨時便于觀察卸貨系統狀態及線路狀況，如圖1、圖2所示；因不設置端部地板，優化了端隔板處大橫梁結構，大橫梁與牽引梁及側梁連接處采用大圓弧結構，增加與牽引梁及側梁的焊縫長度，該結構強度滿足米軌漏斗車的強度要求，如圖1、圖2所示；依據漏斗結構的強度要求，優化設計隔板加強板結構，匹配新的漏斗結構，如圖3、圖4所示；漏斗板的加強鐵采用冷彎角鋼，滿足米軌漏斗車強度要求，降低車輛自重。

圖1 KZ70底架端部結構

圖2 米軌車底架端部結構

圖3 KZ70漏斗結構

圖4 米軌車漏斗結構

（2）針對國內漏斗車復雜的傳動機構，研究開發了全新的手動卸貨傳動機構，3套獨立的手動卸貨裝置分別獨立控制左、中、右底門；采用焊接結構減速箱；手動卸載方式可作為一個獨立的機構設置在石砟漏斗車上，實現漏斗車底門開閉的操作，如圖5所示。

圖5 手動卸貨系統結構

該系統主要特點：結構簡單、制造成本低、維修簡便、操作簡便、穩定可靠、自重較低、傳動效率高。

3 裝備研制

3.1 主要技術參數及結構特點

主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數

（1）采用成熟的板柱結構端側墻，輕量化車體鋼結構，滿足使用的強度要求；側柱采用U形雙曲面冷彎型鋼；上側梁采用冷彎異形鋼管，以防止石砟殘存傷及作業人員。1位端墻上設有觀察孔，推開觀察孔蓋可觀察車內余砟情況。2位端墻上設有扶梯，通過扶梯人員可進入到車內。其中扶梯與端墻及地板采用螺栓連接方式，車輛外觀結構如圖6、圖7所示。

圖6 石砟漏斗車外觀

圖7 米軌石砟漏斗車結構圖

（2）全車主要板材及型鋼采用高強度耐腐蝕鋼，采用適合目標用戶當地高溫潮濕氣候的油漆涂裝方案，采用聚氨酯面漆，適應當地特殊的環境要求。

（3）該車配置國內成熟運用的空氣制動系統，采用120型制動機，并在車輛兩端分別設置一臺NSW型手制動機，可在車輛任意一端進行操作，滿足用戶的使用要求。

（4）采用上文所述全新的手動卸貨傳動機構；主要由卸砟門、手動操縱系統等組成；該車共設有6個卸砟門，車體每側各2個、中間2個；手動操縱系統由減速器、空心傳動軸、聯軸節及拉桿等組成；手動操縱分別控制兩側卸砟門和中間卸砟門，可實現貨物在軌道中間或軌道兩側同時卸貨。

（5）車輛端部護欄采用不銹鋼鋼管制作，外觀精美，安全可靠，耐腐蝕能力強，延長使用壽命。

（6）其他結構，車鉤緩沖裝置采用E級鋼13B型下作用車鉤、13B型鍛造鉤尾框、ST型緩沖器。鉤尾框托板、鉤托梁螺母采用BY型防松螺母，配套用螺栓強度10.9級；

轉向架采用17 t軸重鑄鋼三大件式貨車轉向架，主要由輪對、側架、搖枕、減振裝置、基礎制動裝置、軸承、承載鞍和旁承等組成。

3.2 相關計算分析及試驗情況[3-4]

3.2.1 車體靜強度及剛度計算

根據TB/T 1335-1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》規定的考核工況及技術規范的要求，采用ANSYS14.5有限元分析軟件，對該車車體進行了靜強度計算，各工況下車體各處應力均小于許用應力，在垂向靜載荷作用下，該車車體側梁中央撓度滿足撓跨比≤1/2000的要求。因此，該車車體靜強度及剛度滿足設計要求，工況4下車體應力云圖如圖8所示。計算結果見表2。

圖8 工況4下車體應力云圖

表2 車體鋼結構有限元計算結果

3.2.2 動力學性能計算

采用SIMPACK9.5多體動力學軟件，依照GB/T 5599-1985《鐵道車輛動力學性能評估和試驗鑒定規范》對該車的動力學性能進行計算分析。結果表明，該車在空車和滿載工況下的蛇行穩定性、直線運行品質及安全性、曲線通過時的安全性等性能均滿足GB/T 5599-1985的要求。

3.2.3 車體靜強度及剛度試驗

2017年1月，中車山東機車車輛有限公司對該車進行了車體靜強度、剛度試驗。試驗結果表明，各工況的最大應力均小于材料的屈服強度。車體剛度試驗的結果顯示，下側梁中部撓度為2.38 mm，撓跨比為0.595/2000，滿足撓跨比≤1/2000的要求。車體靜強度及剛度符合TB/T 1335-1996及與技術規范的要求。

3.2.4 模擬曲線通過試驗

為保證車輛通過80 m曲線時各部件的正常相對運動不受限制、車體與轉向架間的連接裝置及其他各部分不發生碰撞和損傷，對該車進行80 m曲線通過試驗。試驗結果表明，車輛各部件的正常相對運動未受到限制，車體與轉向架間的連接裝置及其他各部分未發生碰撞和損傷。

3.2.5 底門卸貨試驗

根據與用戶簽訂的試驗大綱的要求，對該車進行了底門卸貨試驗。試驗結果表明，空車兩側側門及中間底門的最大開門及最大關門力矩不大于80 N?m，重車兩側側門及中間底門的最大開門及最大關門力矩不大于150 N?m，均符合試驗大綱要求。

4 結束語

此次開發的石砟漏斗車卸砟系統為純手動操縱作業，卸貨操縱端預留了充足的操縱空間，可根據用戶的個性化需求，在此漏斗車技術平臺上增加風控卸貨系統及操縱間，可以快速響應市場的需求，滿足不同用戶的使用。該車輛于2017年5月及2018年9月兩批次交付用戶共計35輛，如圖9所示，投入運用前，在用戶線路上，對車輛進行了連掛及制動試驗、貨車卸砟功能試驗，均符合試驗大綱的要求。截止2019年11月末，該批車輛最長的已經服役2年有余，根據現場運用情況及用戶反饋，該車性能穩定，安全可靠，具有良好的經濟效益。

圖9 用戶現場