出口印度22.5 t軸重六軸平車的研制

臧宏波

(中車齊齊哈爾車輛有限公司大連研發(fā)中心 遼寧 大連 116052)

1 項目概況

國內(nèi)貨車企業(yè)為印度鋼鐵公司生產(chǎn)企業(yè)自備用車。該公司廠區(qū)內(nèi)既有鐵路為寬軌1 676 mm軌距線路，線路長10 km，最小曲線半徑僅80 m，而且道岔較多。印度鋼鐵公司使用平車主要在廠內(nèi)搗運或向廠外運輸鋼卷、鋼管和鋼板等最終產(chǎn)品。通過提供的技術(shù)數(shù)據(jù)分析：該公司鋼卷數(shù)量多，最大質(zhì)量達(dá)25 t，每次最少要求運輸4個；大直徑鋼管長度約為12 m，裝載總質(zhì)量可達(dá)57 t，目前均使用汽車運輸；鋼板為軋制成型，要求按最大質(zhì)量100 t運輸。根據(jù)設(shè)計輸入條件可知，所提供平車載重不小于100 t，車輛自重預(yù)計在30 t左右，如果采用通用四軸平車，軸重將達(dá)到32.5 t，普通強(qiáng)度鋼軌將無法承受該負(fù)荷。因此滿足大載重需要并提高小半徑曲線的通過性能是該車設(shè)計時需要解決的主要問題。

2 車輛主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)

該車主要結(jié)構(gòu)由底架組成、三軸焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架、風(fēng)手制動裝置、車鉤緩沖裝置等部分組成(見圖1)，主要技術(shù)參數(shù)如下：載重，100 t；自重，30 t；軸重，22.5 t；車輛長度，11 332 mm；底架長度，10 400 mm；底架寬度，3 000 mm；固定軸距，1 300 mm×1 300 mm；車輪直徑，840 mm；最高運行速度，50 km/h；通過最小曲線半徑，80 m。

1—底架組成；2—轉(zhuǎn)向架；3—風(fēng)手制動裝置；4—底架附屬件；5—標(biāo)記；6—車鉤緩沖裝置。圖1 出口印度22.5 t軸重六軸平車結(jié)構(gòu)圖

2.1 底架組成

為滿足大載重提高車輛承載能力，車輛主要承載部件底架組成采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)。主要由地板、中梁、側(cè)梁、端梁、枕梁、大橫梁等組成。主要型鋼、板材均采用中國牌號為Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼、Q345NQR2耐大氣腐蝕鋼制造。車輛中梁由通用內(nèi)寬350 mm、大端面高651 mm的等截面箱梁組焊而成，中梁內(nèi)部兩端鉚接前后從板座用于承受鉤緩裝置的牽引和沖擊力，材質(zhì)由AAR M201—2005《鑄鋼件規(guī)范》要求的C級鑄鋼制造，屈服強(qiáng)度達(dá)415 MPa。底架與轉(zhuǎn)向架連接的上心盤采用25Mn錳鋼鍛造而成，提高了強(qiáng)度和耐磨性。側(cè)梁由尺寸為360 mm×100 mm×13 mm、材質(zhì)為Q235A的熱軋槽鋼制成，連接主梁與側(cè)梁之間的枕梁、大橫梁均由上下蓋板加雙腹板結(jié)構(gòu)的箱梁組焊而成，底架整體強(qiáng)度滿足載重100 t的強(qiáng)度和剛度要求。底架上方鋪12 mm厚的鋼地板，提高車輛裝載熱軋鋼板時的抗磨損和破壞能力，地板下方枕橫梁之間均布焊接180 mm×70 mm×9 mm的熱軋槽鋼以提高地板剛度。側(cè)梁外側(cè)等間距布置繩栓和柱插，用于捆綁加固貨物使用；側(cè)梁與枕梁交接位置設(shè)有吊耳和頂車墊板，用于起吊車輛和架車工況使用；兩端設(shè)有牽引鉤，用于緊急救援或牽引車輛使用。

2.2 轉(zhuǎn)向架

為解決普通四軸平車軸重大導(dǎo)致軌道承載能力不足的問題，該車采用帶變摩擦減振裝置的三軸焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，在不改變車輛載重的條件下降低了車輛的軸重，滿足鋼鐵公司既有線路強(qiáng)度的使用要求。主要結(jié)構(gòu)由焊接式構(gòu)架、減振裝置、彈簧懸掛裝置、基礎(chǔ)制動裝置、輪對、滾動軸承裝置等部分組成。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的主要承載結(jié)構(gòu)并連接其他各部分組成，主要由側(cè)梁、橫梁、心盤梁、導(dǎo)框及滑槽等組焊而成，其中側(cè)梁、橫梁及心盤梁均為箱型結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345E低合金結(jié)構(gòu)鋼，導(dǎo)框及滑槽采用B級鋼制造。1、3位輪對減振裝置采用斜楔式變摩擦減振裝置。組合式斜楔主摩擦面采用高分子耐磨材料，副摩擦面采用ADI鑄鐵材質(zhì)。中間輪對輪緣減薄9 mm，以提高三軸轉(zhuǎn)向架在廠區(qū)內(nèi)小曲線上的通過性能[1]。軸箱彈簧懸掛減振及定位裝置由軸箱、承載鞍和兩級剛度圓彈簧組成。輪對采用與RE2B型車軸匹配的國產(chǎn)353130B緊湊型圓錐滾子軸承，車輪為HEZD型鑄鋼車輪或HESA型輾鋼車輪。下心盤為B級鋼材質(zhì)平面心盤，基礎(chǔ)制動裝置由制動杠桿、轉(zhuǎn)臂組成、組合式制動梁和高摩擦合成閘瓦等組成。

2.3 手制動裝置

制動系統(tǒng)采用國產(chǎn)的兩壓力間接作用式120AK型貨車空氣制動系統(tǒng)，能夠在環(huán)境溫度為0～+55 ℃的條件下正常工作，能夠適應(yīng)制動主管500 kPa的壓力要求。管路之間采用法蘭連接，減少系統(tǒng)的漏泄。基礎(chǔ)制動裝置采用杠桿傳動機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)成本低。采用ST2-250型雙向閘瓦間隙調(diào)整器，能夠自動調(diào)整閘瓦與車輪之間的間隙。手制動裝置采用中國的NSW 型手制動機(jī)。手制動機(jī)布置在車體的側(cè)面。

2.4 車鉤緩沖裝置

車鉤緩沖裝置由車鉤及配套緩沖器、鉤尾框等組成。采用中國的13E/F豎穿銷下作用式車鉤和MT-2型緩沖器(相當(dāng)于AAR M-901E型緩沖器)。

3 主要技術(shù)特點

(1)車輛載重大。為運輸鋼卷、鋼管和鋼板等鋼廠用大型貨物，強(qiáng)化車輛底架結(jié)構(gòu)，采用大斷面箱型結(jié)構(gòu)中梁和熱軋槽鋼側(cè)梁，同時為適應(yīng)軌道強(qiáng)度低的運用條件，采用多軸轉(zhuǎn)向架，增加了載重同時降低車輛的使用軸重并有一定的富余量。

(2)3E軸貨車轉(zhuǎn)向架采用構(gòu)架式焊接結(jié)構(gòu)，減小簧下質(zhì)量，改善輪軌作用力。采用了導(dǎo)框式軸箱定位結(jié)構(gòu)，在1、3車軸一系懸掛裝置上增加變摩擦減振裝置，2位車輪輪緣減薄9 mm，以利在通過曲線時減小輪緣磨耗和輪緣力[1]。

(3)采用13E/F型車鉤，120AK型貨車空氣制動系統(tǒng)等國產(chǎn)成熟產(chǎn)品。整車配件標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高、維護(hù)檢修成本低。同時推廣了國產(chǎn)配件在出口產(chǎn)品中的使用率。

4 車體靜強(qiáng)度計算

車體靜強(qiáng)度計算按AAR C分冊M-1001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。即第一工況由垂向靜載荷與1.8 MN縱向拉伸或緩沖力的組合，兩種載荷的系數(shù)均為1.8；第二工況由垂向靜載荷與4.45 MN縱向壓縮力的組合，垂向靜載荷與4.45 MN縱向力的系數(shù)均為1；第三工況為頂車工況。所有組合工況產(chǎn)生的合成應(yīng)力均不能超過所用材料的許用應(yīng)力。第一工況最大應(yīng)力為335 MPa(垂向均載100 t)，發(fā)生在前從板座區(qū)域，如圖2所示；第二工況最大應(yīng)力為385 MPa(垂向均載100 t)，發(fā)生在前從板座區(qū)域，如圖3所示；第三工況最大應(yīng)力為140 MPa，發(fā)生在枕梁腹板上。

圖2 第一工況的應(yīng)力云圖

圖3 第二工況的應(yīng)力云圖

5 試驗情況

5.1 車體靜強(qiáng)度試驗

車體靜強(qiáng)度試驗按照AAR M 1001—2007《貨車設(shè)計制造規(guī)范》和與客戶約定的車輛《技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行，共完成了縱向牽引、緩沖載荷試驗、車端壓縮載荷試驗、垂向載荷試驗、車鉤垂向載荷試驗和頂車載荷試驗。試驗結(jié)果表明：該車最大應(yīng)力發(fā)生在車端壓縮載荷工況與垂向滿載工況的組合工況，位置在后從板座下方的中梁下蓋板上，其值為269.1 MPa。各工況測點的應(yīng)力值均不超過材料的許用應(yīng)力且各部位未發(fā)生永久變形，試驗結(jié)果滿足AAR M 1001—2007《貨車設(shè)計制造規(guī)范》和車輛《技術(shù)規(guī)范》的要求。

5.2 車體剛度試驗

在垂向載荷工況時進(jìn)行垂向剛度試驗，測量中梁中央相對于心盤處以及下側(cè)梁中央相對于枕梁端部的撓度值。測量結(jié)果如表1所示。試驗結(jié)果表明，中、側(cè)梁垂向剛度均滿足小于1/700的要求。

表1 垂向剛度測量值 /mm

6 結(jié)束語

印度六軸平車采用成熟可靠的結(jié)構(gòu)，性能參數(shù)及功能均滿足車輛《技術(shù)規(guī)范》要求，并在設(shè)計過程中充分考慮了環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定，所用的原材料及配件符合環(huán)保法規(guī)要求。該車在嚴(yán)苛的使用條件下研制成功，不僅滿足用戶需求而且大量采用了最新技術(shù)，運輸效率高，為該公司運輸提供了先進(jìn)裝備，提高該公司的市場競爭力。故車輛投入運用后，將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，采用三軸轉(zhuǎn)向架對國內(nèi)鋼鐵公司企業(yè)自備車也是一個很好的啟示。