一種適合快裝快卸模式卷簾棚車的研制

吳 杰，袁國慶，王海靜，劉寅華，翟鵬軍

(中車山東機車車輛有限公司，山東 濟南 250022)

隨著電子商務的發展，我國以價值高、批量小、時間緊和個性化為特征的貨物快捷運輸需求旺盛，快遞服務企業業務量已超過美國，成為全球快遞第一大國，但快遞物品經鐵路運輸的比重還不到10%。為適應新型經濟環境下社會物資運輸結構變化，發揮鐵路低碳環保、運量大、成本低、準時安全的運輸優勢，進一步提高鐵路運輸在快件物流市場的占比，我國正在加速推進新型快捷運輸車輛的技術開發，并取得了一定的成效[1]。但所有研發的車輛都存在車門不能同時完全打開的問題。在國外，車輛側墻全面使用卷簾技術的也尚屬空白，瑞士的卷簾棚車僅僅是車門部位使用卷簾。另外瑞士有一種全開折疊側墻式棚車(圖1)，其側墻折疊舉升采用電控系統，滿足快裝快卸的機械化作業要求，但由于折疊側墻式棚車車門打開時所需上部空間太大，無法滿足我國現有運營裝卸場所的空間要求。在中國，卷簾棚車由于存在卷簾門收起時所占空間大的問題一直未能研制成功。為攻克這一難題，中車山東機車車輛有限公司開發出了一種適合鐵路快裝快卸模式卷簾棚車(圖2)。

圖1 瑞士全開折疊側墻式棚車

圖2 快裝快卸模式卷簾棚車

1 主要特點及主要技術參數

(1) 車輛側墻全面采用活動鋼質卷簾門結構，全車6扇卷簾車門，可單扇開啟，也可全部開啟。

(2) 傳動裝置帶有平衡系統，采用萬向輪、渦輪蝸桿等機構開啟卷簾門。卷簾門結構可靠, 開閉靈活且便于操作。

(3) 卷簾門設有防墜落裝置，保證了運用安全。

(4) 卷簾門開啟后，卷簾門板全部納入車頂圓弧頂板與頂梁之間，保證了車輛運用安全性，最大限度地利用了車輛內部空間。

(5) 采用17型車鉤、120閥、轉K6型轉向架，結構成熟，性能可靠，有利于車輛的運營維護。

表1為快裝快卸模式卷簾棚車主要技術參數。

表1 快裝快卸模式卷簾棚車主要技術參數

2 主要結構

該車主要由車體鋼結構、卷簾門組成、車鉤緩沖裝置、制動裝置及轉向架等組成(圖3)。

1.轉向架；2底架組成；3.卷簾門組成；4.空氣制動裝置；5.車頂組成；6.車鉤緩沖裝置；7.端墻組成；8.手制動裝置。圖3 快裝快卸模式卷簾棚車結構圖

2.1 車體鋼結構

車體鋼結構為全鋼焊接的底架承載結構，由底架、端墻和車頂等部件組成[2]。主要型鋼和板材均采用Q450NQR1高強度耐候鋼。

2.1.1 底架

底架由中梁、側梁、端梁、枕梁、大小橫梁和小縱梁等組焊而成，底架上面鋪設厚6 mm的耐候鋼花紋地板。中梁采用高820 mm的焊接H型鋼，由中梁腹板、隔板、上下蓋板組焊成箱形結構，中間制成魚腹形，1位端中梁上翼緣內側按規定模壓永久性標志；側梁采用高740 mm的焊接H型鋼；裝用鍛造上心盤、B級鑄鋼沖擊座及C級鑄鋼前后從板座。

2.1.2 端墻

端墻為板柱式結構，由端柱、角柱、端橫帶與端墻板組焊而成。端柱采用250 mm×125 mm的H型鋼，角柱采用160 mm×100 mm×5 mm的冷彎矩形鋼管，端橫帶采用斷面高度為150 mm的帽形冷彎型鋼,端墻板采用厚3 mm的耐候鋼板。

2.1.3 車頂

車頂組成主要由門柱、車頂縱梁、車頂彎梁、車頂板、導軌組成等部分組成(圖4)。門柱采用200 mm×100 mm×5 mm的冷彎矩形鋼管；車頂縱梁與車頂彎梁采用冷彎U形結構鋼；車頂板采用厚1.5 mm的耐候鋼板冷彎制成；導軌組成由底板、腹板、頂板和隔板組焊成箱形結構(圖5)，底板為厚6 mm耐候鋼板，其上設有用于固定活動隔板等裝置的長圓孔。

圖4 車頂組成結構

圖5 導軌組成結構

2.2 卷簾門組成

卷簾門主要由車門、導軌、平衡系統、傳動裝置等組成(圖6)。車門上設有鎖緊裝置，車門板采用鋁合金材質制成，平衡系統含有彈簧、傳動軸、連接軸等裝置。傳動裝置采用蝸輪蝸桿結構，上部操作手柄連接萬向節進行轉向調節。

圖6 卷簾門組成結構

2.3 制動裝置

采用主管壓力滿足500 kPa和600 kPa的空氣制動裝置。主要由120型控制閥、整體旋壓密封式制動缸、ST2-250型雙向閘瓦間隙自動調整器、KZW-A型空重車自動調整裝置、脫軌自動制動裝置等組成。采用NSW-Ⅰ型手制動機。

2.4 車鉤緩沖裝置

采用E級鋼17型車鉤、17型鍛造鉤尾框及MT-2型緩沖器。

2.5 轉向架

采用轉K6型轉向架。

3 計算

3.1 車體靜強度仿真計算

參照TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》，采用NX I-DEAS軟件對卷簾棚車車體進行了靜強度、剛度分析計算。計算載荷工況如表2所示。計算結果表明，在靜載荷作用下(工況1)車體撓跨比滿足TB/T 1335—1996要求，且各計算工況下車體的最大應力值均小于該工況下的許用應力，均滿足設計要求。

表2 計算載荷工況

3.2 動力學計算

參照GB/T 5599—1985《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》對快裝快卸模式卷簾棚車進行了動力學性能分析計算。計算結果如下：

(1) 各工況下的臨界速度均隨著踏面等效錐度的增大而減小。踏面等效錐度為0.45 時，各工況的臨界速度滿足高于構造速度(120 km/h)的要求。各工況滿足蛇行運動穩定性要求。

(2) 在美國Ⅴ級譜直線線路條件下，各工況在120 km/h 的速度以內運行時的橫向平穩性指標和垂向平穩性指標均小于4.0，達到GB/T 5599—1985的良級以上標準，滿足新造貨車的平穩性要求。

(3) 在美國Ⅴ級譜直線線路條件下，各工況在120 km/h 速度范圍內的橫向和垂向最大加速度均隨運行速度等級增大而增大。橫向最大加速度均小于4.91 m/s2，垂向最大加速度均小于6.87 m/s2，滿足GB/T 5599—1985標準要求。

(4) 在美國Ⅴ級譜的直線線路上運行時，各工況在120 km/h 速度范圍內運行時的輪軌橫向力最大值、輪軸橫向力最大值、輪軌垂向力最大值、脫軌系數最大值、輪重減載率最大值和輪對沖角最大值均隨運行速度的增大而增大，且均滿足GB/T 5599—1985標準規定的限度，直線運行安全性滿足要求。

(5) 各工況下以75 mm的欠超高通過R300 m、R400 m、R600 m的小半徑圓曲線線路時，輪軌橫向力最大值、輪軸橫向力最大值、輪軌垂向力最大值、脫軌系數最大值、輪重減載率最大值和輪對沖角最大值均在GB/T 5599—1985標準規定的范圍內，表明其曲線運行安全性能滿足要求[3]。

4 結束語

快裝快卸模式卷簾棚車創新應用成熟的卷簾門作為車輛的側墻和車門，具有結構簡單、制造運營維護成本低、側面開度大、裝卸快捷、容積大、可實施隔倉化運輸、安全高速等優點，適應多個機械化裝備同時作業，減少了車輛運輸貨物時的組織和發散時間，提高了車輛運輸效率和倉儲空間利用率，是一種適應物流市場小批量、多品種“白貨”快捷運輸的全新車型。