鐵路敞車加強剛度抗變形車門設計

傅佩喜 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

由于車門嚴重變形和破損問題，造成在車門與車體門框之間形成十幾毫米到幾十毫米不等的縫隙，散裝貨物在這些縫隙處普遍產生漏泄問題，由于列車運行產生的振動，進一步加劇了散裝貨物的泄漏問題，這個問題，不但嚴重影響車輛的正常裝載使用，產生運輸損失，而且一旦物料散落在道岔上，常常發生道岔作用不良等問題，影響列車正常通行以致造成列車出軌事故。當前貨物運輸部門為了保證裝載物料不漏泄，在車門與車體門框之間的縫隙處，采用填充發泡劑等辦法進行處理，如圖1、圖2所示。

1 前言

鐵路敞車是鐵路貨物運輸的主要車輛設備之一。敞車主要用來裝運礦石、煤炭、砂石、石灰石等散裝貨物和鋼材等物品。敞車的數量約占貨物運輸車輛總數的三分之一，全國約有20萬輛之多在役敞車。鐵路敞車擔負著散裝貨物運輸的重大任務，對國民經濟的發展起著十分重要的作用。

多年來，鐵路敞車在轉向架構造、車鉤緩沖裝置和制動裝置方面都得到了較大發展，裝載重量也從50 t/輛發展到70 t/輛，目前正在服役敞車有 C62BK、C64K、C64T、C64H、C70、C70E、C70EH 等型號車輛，但是，在車體構造方面沒有得到較大提升，特別是在車輛中門和下開門結構方面沒有什么變化，一直以來，敞車車門普遍存在著強度、剛度不足，車門

圖1 下開式車門縫隙發泡填充物

圖2 側開車門縫隙發泡填充物

當前這種臨時性處理做法在全國范圍相當普遍，這種處理辦法，一來額外增加了裝載作業工作量，影響貨物裝載效率；二來與當前鐵路科技發展不協調，十分影響鐵路在全國乃至在世界上的良好形象。為此，提出設計研制增加強度和剛度的新結構敞車車門。

2 既有車門及車體鋼結構分析

C70敞車車體為全鋼焊接結構，由底架、側墻、端墻、車門等部件組成。主要型鋼和板材采用Q450NQR1高強度耐候鋼。既有敞車車體鋼結構如圖3所示。

圖3 C70敞車車體鋼結構示意圖

底架由中梁、側梁、枕梁、橫梁、端梁、縱向梁、小橫梁及鋼地板組焊而成。中梁采用材質為YQ450NQR1的熱軋310乙字型鋼，車體一位端中梁上翼緣內側設有符合TJ/CL235的模壓永久性標志。采用符合TJ/CL090的冷彎下側梁、直徑為358 mm的鍛造上心盤及材質為C級鑄鋼的前、后從板座、加強型繩栓，裝用鐵路貨車車號自動識別標簽。側墻為板柱式結構，由上側梁、側柱、側板、連鐵、斜撐、側柱補強板及側柱內補強座等組焊而成。上側梁采用140 mm×100 mm×5 mm 的冷彎矩形鋼管，側柱采用帽形冷彎結構。側柱與下側梁間采用專用拉鉚釘或短尾拉鉚釘連接。

端墻由上端梁、角柱、橫帶及端板等組焊而成。上端梁、角柱采用160 mm×100 mm×5 mm 的冷彎矩形鋼管，橫帶采用斷面高度為150 mm的帽型冷彎型鋼。

車體兩側的側墻上各設一對側開式側開門及6扇上翻式下側門。側開門采用具有開啟導向功能的上門鎖機構，門邊處組焊槽型冷彎型鋼及限位擋，將通長上鎖桿封閉其中，下門鎖采用翻轉式偏心壓緊機構。

側開門孔寬 1 620 mm×高 1 900 mm；下側門孔寬1 250 mm×高951 mm。如圖4、圖5所示。

車輛使用壽命：25年。車輛檢修周期：廠修8年，段修2年。

圖4 敞車下開式車門示意圖

圖 5 敞車側開門示意圖

從以上敞車側開門的工作圖可以知道，側開門主要由上門鎖機構組成 、下門鎖機構組成、側門折頁、折頁墊板、側門板（1）、側門板（2）、半光圓鎖 、墊圈部分組成。從以上敞車側開門的工作圖可以知道，下開門主要由下側門折頁、掛環、掛環座 、下側門板 、半光圓鎖 、墊圈28等部分組成。

從敞車的運用服役情況來看，敞車車體的底架、側墻、端墻等部件的剛度和強度都能滿足運輸要求，車門門框強度、剛度也能夠滿足運輸要求，只有壓制成型車門板變形大、車門與門框之間間隙大等問題，這個問題，可以通過設計抗變形新結構車門得以解決。

3 抗變形新結構車門設計

為了設計增大強度、增大剛度車門，我們提出以下三個設計原則：一是控制增加車輛自重；二是控制制造成本；三是與既有車門通用。既有敞車下開式車門門板如圖6所示。

圖6 既有敞車下開式車門門板

由圖6可知，該門板是由厚度為4 mm鋼板壓制成型的，板面具有“回”字形凹凸結構，目的是增加板面的剛度。門板與門框接連配合部分只是一圈厚度為4 mm的薄鋼板。為此，提出以下改進方案。

方案一：在既有門板上增加厚度為8 mm左右的加強筋，如圖7所示。

圖7 敞車下開式加強筋車門門板

由于在門板上增加了加強筋，這樣的話，可以大大增加門板的剛度，車門受力變形減少，使得車門與門框保持密貼狀態。

方案二：門板材料厚度由4 mm改為6 mm～8 mm的鋼板，如圖8所示。

圖8 門板厚度為6～8mm鋼板（立面及剖面）

把既有門板厚度為4 mm改為6 mm～8 mm鋼板壓制成型，車門形狀與既有形狀一樣，這樣也可以大大增加車門的剛度和強度，減少車門受力變形，并確保車門四周與門框之間保持密貼狀態。

方案三：門板材料厚度由4 mm改為6 mm～8 mm的鋼板，并且在車門上增加加強筋，也就是說，把方案一與方案二進行結合，這樣，可以大大增加車門的剛度和強度，可以確保車門四周與門框之間始終保持密貼狀態。

另外，相應增加下側門折頁等零件的型面尺寸，以增加有關零件的強度和剛度。

對于側開門，可以采用同樣的方法進行解決，這里不再贅述。