煤炭漏斗車運用與發展

何世球，劉鳳偉，王寶磊

(南車長江車輛有限公司，湖北武漢430212)

煤炭漏斗車運用與發展

何世球，劉鳳偉，王寶磊

(南車長江車輛有限公司，湖北武漢430212)

闡述了國內外煤炭漏斗車的運用狀況及特點，提出了我國發展煤炭漏斗車應重點研究的幾個技術問題。

漏斗車;運用;發展

我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭資源分布和工業布局很不均衡，約80%的煤炭分布在西部、北部地區，而消耗大都在東部、南部地區，由此形成了由北向南、自西向東的運輸格局。鐵路運輸因具有運能大、運距長、成本低、安全、節能、環保等優勢，長期承擔煤炭的運輸。

鐵路運輸煤炭的裝備主要是敞車和漏斗車。為提高貨車利用率，我國以前一直強調發展通用型車輛，煤炭主要采用敞車來運輸。煤炭漏斗車主要作為企業自備車輛供礦山、電廠、選煤、鋼鐵等企業運用。隨著我國特高壓輸電技術的快速發展，加快礦區電廠建設成為必然趨勢，這給適合于中、短途運輸、具有卸貨效率高，卸煤配套設施簡單，輔助人員少及可以在較小的場地上集中卸貨等特點的煤炭漏斗車帶來良好的發展機遇。因此，總結國內外煤炭漏斗車的運用經驗，探討我國煤炭漏斗車發展方向十分必要。

1 國外煤炭漏斗車運用概況

世界各國都非常重視煤炭運輸車輛的運用與研究［1］。從世界幾個主要煤炭生產國來看，美國、澳大利亞、南非、加拿大等國家的煤炭運輸車大多采用專用敞車和無蓋漏斗車，其中，美國、澳大利亞煤炭漏斗車數量最多，技術最為先進、成熟。

(1)軸重、載重

提高軸重是提高載重、降低運營成本的有效措施，也是煤炭漏斗車的發展趨勢。如美國軸重29.8 t、載重90～100 t的263型煤炭漏斗車已不再生產，而主要采用軸重32.43 t，載重107.3 t的煤炭漏斗車。澳大利亞的煤炭漏斗車軸重達到30 t，載重達到97.7 t。

(2)車體結構形式

國外煤炭漏斗車的車體結構形式主要有兩種結構形式:板柱式側墻結構(圖1)和大圓弧包板式側墻結構(圖2)。美國主要采用板柱式側墻結構，而澳大利亞主要采用圓弧包板式側墻結構。大圓弧包板式結構較板柱式側墻結構可以增大車輛容積，提高車體的整體剛度，降低車輛自重，降低車輛重心，改善車輛的動力學性能，因而應用越來越廣。

圖1 板柱式側墻結構煤炭漏斗車

圖2 圓弧包板式側墻結構煤炭漏斗車

(3)車體材質

國外煤炭漏斗車車體材質普遍采用鋁合金、不銹鋼和高強度耐腐蝕材料。以美國、加拿大為代表的國家主要發展鋁合金煤炭漏斗車，以澳大利亞、南非為代表的國家主要發展不銹鋼煤炭漏斗車。

高強度、輕量化和耐腐蝕是煤炭漏斗車用材的發展方向。

(4)底門開閉機構

底門開閉機構是煤炭漏斗車實現卸貨的傳動部件。底門開閉主要有橫向開閉和縱向開閉兩種形式。國外煤炭漏斗車多數采用橫向開閉。

煤炭漏斗車底門開閉及控制方式主要有風控風動、手動，電控風動，電控液動、儲能式電控氣動、機械觸碰式等。就世界多數國家來說，使用風動動力源比較普遍。德國在自卸貨車上安裝了液壓裝置，法國則在漏斗車上使用了一種蓄能器作為動力源［3］。但自1992年澳大利亞Downer EDI Rail Pty Lt公司發明一種機械觸碰式底門開閉機構后，這種利用機構上開關、門柄與地面碰頭配合，實現底門自動開、關的機構在澳大利亞等國得到越來越廣泛的運用。

(5)國外煤炭漏斗車主要特點

國外煤炭漏斗車的主要特點為軸重、載重大，輕量化水平及卸貨效率高，底門開閉機構結構簡單、實用、運用安全可靠。國外煤炭漏斗車主要技術參數性能如表1所示［1-2］。

表1 國外煤炭漏斗車主要技術性能參數

2 我國煤炭漏斗車運用概況

我國自20世紀70年代研制K18型煤炭漏斗車以來，煤炭漏斗車在我國逐步得到推廣應用，先后研制了K18、K18F、K18D、K18DG、K18DA、K18AT、K18AK、KM70、KM80 (H)等型煤炭漏斗車。尤其在進入21世紀后，煤炭漏斗車的技術性能得到快速提升，較好地滿足了電站、港口、選煤、鋼鐵等企業運輸煤炭的要求。

2.1 軸重和載重

2005年以前研制生產的煤炭漏斗車軸重均是21 t，載重60 t。2005年研制的KM70型煤炭漏斗車軸重23 t、載重70 t。2009年開始研制、2013年完成研制的KM80(H)型煤炭漏斗車軸重27 t、載重80 t，實現了單車載重由70 t級向80 t級的跨越。

2.2 車體結構形式

我國煤炭漏斗車普遍采用板柱式側墻結構。板柱式平板側墻結構限制了車輛限界的利用，為此，KM80(H)型煤炭漏斗車采用了變截面板柱式側墻結構以增加車輛容積。2009年研制的大軸重煤炭漏斗車(觀摩車)借鑒國外先進技術，采用了大圓弧包板結構。

2.3 車體材質

煤炭漏斗車的車體材質主要經歷了碳素鋼、耐候鋼、高強度耐候鋼、高耐蝕型耐候鋼、不銹鋼等幾個階段。1999年之前生產的K18、K18F、K18D、K18DG型煤炭漏斗車車體均采用碳素鋼，1999年至2005年間生產的K18DA、K18AT、K18AK型煤炭漏斗車車體均采用材質為09CuPTiRE－A的耐候鋼，以提高車體的耐腐蝕性，延長檢修周期。隨著車輛載重的增加、車輛輕量化要求的提高，對車體材料的強度提出了更高的要求，2005年研制的KM70型煤炭漏斗車車體材質采用Q450NQR1的高強度耐候鋼。由于裝運的煤炭對車體腐蝕嚴重，耐候鋼(09CuPTiRE－A)、高強度耐候鋼(Q450NQR1)在使用中腐蝕仍然較嚴重。KM80(H)型煤炭漏斗車車體材質采用耐腐蝕性提高50%的S450EW高耐腐蝕型耐候鋼。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，2009年研制的大軸重煤炭漏斗車(觀摩車)車體采用不銹鋼材質。

2.4 底門開閉機構

底門開閉機構主要有3種形式:大刀式、頂鎖式及機械觸碰式。1980年前生產的K18、K18F型煤炭漏斗車采用大刀式開閉機構，1980年后研制生產的 K18D、K18DG、K18DA、K18AT、K18AK、KM70、KM80(H)型煤炭漏斗車采用頂鎖式開閉機構，頂鎖式開閉機構解決了大刀式開閉機構在使用過程中所暴露出來的重車時開門壓力偏高、阻力大等不足，顯著改善了底門的開閉性能。

2009年研制的大軸重煤炭漏斗車(觀摩車)采用觸碰式開閉機構，與地面觸碰臺配合實現邊走邊缷，提高了卸貨效率。

2.5 我國煤炭漏斗車存在的主要問題

(1)自重系數大

K18系列及KM70型、KM80型煤炭漏斗車普遍存在自重系數大，K18系列自重系數0.4，KM70型、KM80型煤炭漏斗車自重系數分別為0.34和0.325，與國外的自重系數只有0.21的煤炭漏斗車相比，差距很大。

(2)每延米重系數小

K18系列及KM70型、KM80(H)型煤炭漏斗車普遍存在每延米重系數小，K18系列每延米重系數5.7 t/m， KM70型、KM80(H)型煤炭漏斗車重分別為6.5 t/m和7.2 t/m，與國外的每延米重8.01 t/m的煤炭漏斗車相比，有較大差距。

(3)開閉機構結構復雜

無論是大刀式還是頂鎖式開閉機構結構都很復雜。頂鎖式開閉機構包括風動操作系統和手動操作系統，傳動裝置分為上部傳動裝置和下部傳動裝置，零部件繁多，給運用、維護帶來很大不便。

我國煤炭漏斗車主要技術參數性能如表2所示。

表2 我國煤炭漏斗車主要技術性能參數

3 我國發展煤炭漏斗車應研究的問題

中短途運輸煤炭，用漏斗車最經濟已成為國內鐵路同行的共識，也為世界所公認。與敞車運煤相比，采用漏斗車運煤具有卸貨場地占地面積小、卸貨坑建設投資少(僅為翻車機卸貨坑的32.71%)、卸貨配套設施投資小(僅為采用翻車機的5.61%)、卸貨成本低(比翻車機卸貨節約0.27元/t)［4］，同時具有卸貨效率高、車輛周轉快、卸貨設施對車輛損傷小等優勢，因此應該推廣采用漏斗車運煤。在我國發展煤炭漏斗車，應重點研究以下幾個問題:

(1)車體結構形式

漏斗車車體結構一般采用板柱式平板側墻、板柱式變截面側墻及大圓弧包板式側墻結構。

板柱式平板側墻結構不利于車輛容積的增加，但制造工藝簡單。板柱式變截面側墻結構能增加車輛容積，但制造工藝相對復雜。大圓弧包板式結構在3種結構形式中增加容積最大，利于貨物流動，但因在煤炭未缷凈時(在寒冷的冬季卸煤時常常有積煤情況發生)需要錘擊側墻才能卸出貨物，錘擊會造成側墻大面積難以修復的凹陷變形，且用錘擊方式卸凍煤時效果較差。

板柱式平板側墻結構因有較為密集的側柱支撐，側墻在水平方向的剛度較大，其振動頻率較高，在使用錘擊方式卸凍煤時效果較好，加上側柱之間的側板面積較小，敲擊只會產生密集的凹坑和局部凹陷，在檢修時也容易修復。

因此，需研究采用既能有利于車輛容積的增加，又可避免大圓弧包板式結構不足的新型車體結構形式。比如側柱內置式直板圓弧結構，增加容積效果比大圓弧包板式結構更好，同時，因有內置側柱，錘擊振動效果好，墻板變形后容易修復。

(2)車體材料

如前所述，煤炭漏斗車的車體材料，目前主要采用高強度耐候鋼、高耐蝕型耐候鋼、不銹鋼及鋁合金，耐候鋼已較少采用，碳素鋼已不再采用。

高強度耐候鋼強度高，制造成本低，工藝成熟，但不能實現車輛使用壽命期內免截換。高耐蝕型耐候鋼耐腐蝕性能比高強度耐候鋼提高50%，強度高，但制造成本比高強度耐候鋼高，也難以實現車輛使用壽命期內免截換。不銹鋼耐腐蝕性好，可減薄墻板厚度，減輕車輛自重。不銹鋼已在我國多個車型上成功運用多年，在2009年研制的觀摩車及隨后研制的用于晉中南通道上大軸重煤炭漏斗車均采用不銹鋼車輛，制造工藝成熟，且具有比鋁合金更好地貨物流動性，但制造成本較高。鋁合金主要應用于美國，在我國C80型敞車已運用多年。鋁合金耐腐蝕性好、質量輕，易于實現車輛的輕量化。鋁合金相對不銹鋼而言，需采用大型加壓成型加工設備，成本比鐵素體不銹鋼高。同時，在運用中如出現墻板裂紋等問題，修復難度較大。

在煤炭漏斗車車體材料方面，防腐是一個重要的條件。漏斗車采用何種材料，需綜合研究材料的防腐性能、強度、制造成本、工藝性、檢修便捷性、抗砸性等，選用適合我國運輸環境、制造水平相適應的材料。

(3)卸凈率

卸凈率直接關系漏斗車的卸貨效率，在實際使用過程中，由于煤卸不干凈，經常需人工敲打側墻或采用其他方式進行人工清煤。卸凈率與車體結構、車體墻板和漏斗板材質及傾斜角度、底門大小及開度、煤炭顆粒的大小、煤炭的含水率、車輛運行里程等密切相關。應采用仿真分析和試驗研究相結合的方式，研究不同種類、不同顆粒大小的煤炭與車體結構、車體墻板和漏斗板傾斜角度、底門大小及開度的關系及變化規律，來指導漏斗車的結構設計。

(4)底門開閉機構

底門開閉機構的驅動方式主要有氣動、液壓、電氣、人力和觸碰等形式。氣壓傳動的優點是工作環境適應性好，特別是在多塵埃等惡劣工作環境中，比液壓、電氣驅動優越，因此在鐵路貨車上得到了廣泛應用。液壓傳動具有輸出功率大、體積小、質量輕、結構緊湊等優點，且便于與電氣控制相配合，實現自動化。其缺點是在高溫和低溫條件下不可避免出現泄漏，影響機構工作性能。電氣驅動具有結構簡單、效率較高，可以根據設定參數實現精確控制，但是需要地面設施供電，僅適用于定點卸貨的車輛。觸碰式橫向開門開閉機構的優點是結構簡單、無需操作、卸貨效率高，在澳大利亞等國得到廣泛應用。

大刀式、頂鎖式機構采用的是氣壓驅動，但使用中已暴露出結構復雜、自重大等不足。液壓傳動機構不適合我國的運用環境，電氣驅動不適合我國國情，觸碰式橫向開門開閉機構結構最簡單，卸貨效率高，但由于我國現有的卸貨場地均是與縱向卸貨方式匹配，因此也不適合我國現有的卸貨條件。

我國煤炭漏斗車是企業自備車，雖然固定配屬，但用戶和承修單位很難對車輛的運營過程進行監控，造成現車氣控裝置很多配件被盜，無法采用氣動操作，只能人工操作。另外列檢所對漏斗車只對轉向架、制動裝置、鉤緩裝置進行檢查、維修，其他部分由企業和承修單位負責，在實際運用中底門開閉機構的技術狀態得不到跟蹤。底門開閉機構過于復雜不利于車輛運用部門使用，也不利于車輛檢修部門和列檢部門對車輛故障的判斷和修理。因此，我國煤炭漏斗車底門開閉機構的發展方向應是結構簡單、防盜性能好、操作簡便、運行可靠、卸貨效率高。

4 結束語

應借鑒國外觸碰式開閉機構等先進技術，研究適應我國運用要求的縱向開門、外側卸貨、觸碰式開閉底門的開閉機構，解決頂鎖式機構結構復雜、自重大、機構占用車輛端部空間大、防盜性差、卸貨效率不高等不足，促進煤炭漏斗車在我國的應用。

［1］ 田葆栓.鐵路運煤車輛的運用與展望［J］.中國鐵路，2005 (10):38-41.

［2］ 謝松云，周菊香.淺談煤炭漏斗車的發展［J］.鐵道車輛，1994(11):26-30.

［3］ 田葆栓，魏鴻亮，劉鳳偉.我國鐵路貨車車體的回顧與展望［J］.鐵道車輛，2013(12):25-35.

［4］ 王 軍，陳光平，宋郁珉.專業煤炭碼頭接卸底開門漏斗車的試驗研究［J］.港口裝卸，2010(4):14-15.

Application and Development of Coal Hopper Wagon

HE Shiqiu，LIU Fengwei，WANG Baolei
(CSR Yangtze Co.，Ltd.，Wuhan 430212 Hubei，China)

This paper describes the application state and characteristics of coal hopper wagons at home and abroad，and proposes several technical problems which should be focused on for the development of coal hopper wagons in our country.

coal hopper wagon;application;development

U272.6+2

B

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.13

1008－7842(2015)01－062－04

4—)男，高級工程師(

2014－07－24)