新型快裝卸式快捷棚車(chē)結(jié)構(gòu)研究

劉海濤，徐冬華

（中車(chē)長(zhǎng)江車(chē)輛有限公司，湖北 武漢 430211）

1 主要用途

時(shí)速160km快速裝卸棚車(chē)供在標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路上使用，可裝運(yùn)各種免受日曬、雨雪侵蝕的貨物，各類(lèi)箱裝貨物、袋裝貨物或托盤(pán)貨物，特別適用于在高速或準(zhǔn)高速線路上運(yùn)輸附加值較高、時(shí)效性強(qiáng)的貨物，還能適應(yīng)叉車(chē)機(jī)械化作業(yè)。

2 主要技術(shù)參數(shù)及主要尺寸

2．1 主要技術(shù)參數(shù)

載重（t）：35

自重（t）：≤37

軸重（t）：18

容積（m3）：200

比容（m3/t）：5.7

換長(zhǎng)：2.1

軌距（mm）：1435

通過(guò)最小曲線半徑（m）：145

最高運(yùn)營(yíng)速度（km/h）：160

制動(dòng)距離（重車(chē)緊急）（m）：≤1400

限界 符合GB146.1-1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛限界》

2．2 主要尺寸

車(chē)輛長(zhǎng)度（mm）：24120

車(chē)輛定距（mm）：17000

車(chē)輛最大寬度（mm）：3170

車(chē)輛最大高度 （空車(chē)）（mm）：4787

地板面距軌面高（空車(chē)）（mm）：1149

車(chē)鉤中心線距軌面高（mm）：880

3 主要特點(diǎn)

（1）車(chē)輛運(yùn)行速度快，商業(yè)運(yùn)行速度160km/h，比PB等既有運(yùn)行速度120km/h快運(yùn)棚車(chē)提速33%。

（2）車(chē)輛容積大。最大利用斷面面積，增加車(chē)輛容積，車(chē)輛裝載貨物容積達(dá)200m3，適裝貨物更廣。

（3）采用滑動(dòng)側(cè)門(mén)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、不上車(chē)、無(wú)死角快速裝卸貨作業(yè)，有效提高既有棚車(chē)裝卸貨作業(yè)效率，提高車(chē)輛周轉(zhuǎn)率。

（4）采用滑動(dòng)側(cè)門(mén)結(jié)構(gòu)，側(cè)門(mén)開(kāi)度大，可實(shí)現(xiàn)托盤(pán)和集裝籠快捷運(yùn)輸；采用活動(dòng)隔墻結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)客戶個(gè)性化運(yùn)輸需求及一車(chē)多業(yè)主需要。

（5）采用中空鋁型材側(cè)門(mén)，有效降低側(cè)門(mén)自重，有利于側(cè)門(mén)開(kāi)關(guān)及滑動(dòng)；外表平整，有效降低快運(yùn)車(chē)輛風(fēng)向阻力；外表整潔美觀。

（6）采用160km/h新型快運(yùn)貨車(chē)轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架為無(wú)搖動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用心盤(pán)與旁承共同承載，軸箱定位采用單轉(zhuǎn)臂式無(wú)磨耗彈性軸箱定位。

（7）采用非金屬磨耗件、可拆卸磨耗件，實(shí)現(xiàn)換件修、無(wú)焊修，提高了車(chē)輛使用性能。

4 車(chē)輛結(jié)構(gòu)

車(chē)輛主要由車(chē)體、滑動(dòng)側(cè)門(mén)、風(fēng)、手制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等組成，并設(shè)有車(chē)輛電氣裝置（圖1）。

圖1

4．1 車(chē)體

車(chē)體主要由底架、端墻、端墻內(nèi)裝、車(chē)頂、中間門(mén)柱、活動(dòng)隔墻等組成。

底架主要由中梁、枕梁、大橫梁、端梁、側(cè)梁、小橫梁、地板等組成。

端墻組成由端墻板、端柱、上橫梁、內(nèi)端柱組成，采用端柱外結(jié)合式結(jié)構(gòu)。

車(chē)頂組成主要由車(chē)頂蓋板、車(chē)頂支撐板、連接筋板、支撐工梁等組成。頂板采用2mm的09CuCrNi-A耐大氣腐蝕鋼。

中間門(mén)柱主要由支撐底板、支撐梁、連接梁、橡膠密封條等組成。

活動(dòng)隔墻主要由隔墻、連接裝置、操縱機(jī)構(gòu)等組成。

4．2 滑動(dòng)側(cè)墻及開(kāi)閉機(jī)構(gòu)

車(chē)輛每側(cè)各設(shè)有兩扇可滑動(dòng)側(cè)門(mén)，滑動(dòng)側(cè)門(mén)主要由門(mén)體，鎖閉機(jī)構(gòu)，上、下滑動(dòng)軌道，上下傳動(dòng)主軸，滑動(dòng)側(cè)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)等組成。滑動(dòng)側(cè)門(mén)采用中空鋁型材攪拌摩擦焊縱向拼接結(jié)構(gòu)。

4．3 制動(dòng)裝置

4．3．1 空氣制動(dòng)裝置

采用制動(dòng)主管壓力能滿足500kPa和600kPa的單元式空氣制動(dòng)裝置，主要由KZ-1或KZ-2型控制閥、副風(fēng)缸、工作風(fēng)缸、自動(dòng)隨重調(diào)整裝置，JF-1型機(jī)械式防調(diào)節(jié)滑器、FH-1型防滑閥，HZQ-C型緩解指示器等組成，采用不銹鋼制動(dòng)管系和接頭。

4．3．2 手制動(dòng)裝置

手制動(dòng)裝置主要由NSW型手制動(dòng)機(jī)、滑輪、鏈條、換向滑輪、杠桿及拉桿等組成。手制動(dòng)機(jī)與安裝座、鏈條與端梁間采用專用拉鉚釘連接。

4．4 車(chē)鉤緩沖裝置

采用E級(jí)鋼18型車(chē)鉤及配套鍛造鉤尾框、合金鋼鉤尾銷(xiāo)。采用YQ30型液氣緩沖器或J N30型膠泥緩沖器。

4．5 轉(zhuǎn)向架

采用160km/h新型快運(yùn)貨車(chē)轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架為無(wú)搖動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用心盤(pán)與旁承共同承載，軸箱定位采用單轉(zhuǎn)臂式無(wú)磨耗彈性軸箱定位；

5 滑動(dòng)側(cè)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)及其原理介紹

滑動(dòng)側(cè)門(mén)底部、頂部各安裝2個(gè)固定滑動(dòng)滾輪，底部轉(zhuǎn)軸上安裝2個(gè)旋轉(zhuǎn)及支撐滾輪，頂部轉(zhuǎn)軸上設(shè)置旋轉(zhuǎn)支撐軌道。車(chē)輛頂部、底部分別安裝固定軌道，在軌道上設(shè)置缺口。

側(cè)門(mén)打開(kāi)時(shí)，底部旋轉(zhuǎn)支撐滾輪及頂部旋轉(zhuǎn)支撐軌道將帶動(dòng)側(cè)門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)，將固定在側(cè)門(mén)上滑輪旋轉(zhuǎn)到固定軌道缺口位置。側(cè)門(mén)滑動(dòng)后，底部旋轉(zhuǎn)輪及頂部旋轉(zhuǎn)軌道脫離側(cè)門(mén)，側(cè)門(mén)由滑動(dòng)輪支撐及滑動(dòng)。上下旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)角度均為50°。側(cè)門(mén)打開(kāi)時(shí)，側(cè)門(mén)重心與主軸偏心，防自動(dòng)回位。

側(cè)門(mén)關(guān)閉后，滑動(dòng)輪脫離固定軌道，底部旋轉(zhuǎn)支撐滾輪及頂部旋轉(zhuǎn)支撐軌道支撐側(cè)門(mén)。

6 仿真分析

6．1 車(chē)體靜強(qiáng)度計(jì)算

利用ANSYS 11.0計(jì)算分析軟件，按照TB/T1335-1996《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的要求進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果如下：

（1）各工況下車(chē)體結(jié)構(gòu)的Von Mises應(yīng)力均小于相應(yīng)材料的許用應(yīng)力，因此，車(chē)體結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度滿足規(guī)定的要求。

（2）在垂向靜載荷作用下，中梁的垂向撓度最大值為18.52mm，小于18.88mm，因此，車(chē)體的剛度滿足《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》規(guī)定的要求。

（3）車(chē)體自由模態(tài)分析提取前5階振型，頻率達(dá)到8.064Hz，出現(xiàn)在車(chē)體整車(chē)垂向彎曲振動(dòng)；轉(zhuǎn)向架的空車(chē)浮沉、點(diǎn)頭振動(dòng)最大頻率分別為4.277Hz、6.118Hz，整個(gè)運(yùn)用速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向架與車(chē)體不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

6．2 車(chē)體疲勞計(jì)算

參照AAR機(jī)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)M-1001-97“貨車(chē)設(shè)計(jì)制造規(guī)范”和BS7608:1993“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”的載荷條件和評(píng)價(jià)方法，采用ANSYS11.0有限元分析軟件對(duì)該車(chē)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果表明，該車(chē)車(chē)體各部位的疲勞壽命在AAR載荷譜校核下的疲勞壽命均大于500萬(wàn)公里設(shè)計(jì)壽命要求。

主要疲勞薄弱部位為牽引梁腹板與下翼邊連接處，T形接頭的疲勞壽命最短，其計(jì)算壽命約為902萬(wàn)公里，是相對(duì)的疲勞薄弱部位，其余部位疲勞壽命都足夠長(zhǎng)。

7 試驗(yàn)

按TB/T 1335-1996《鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對(duì)快捷棚車(chē)車(chē)體進(jìn)行了車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

8 結(jié)語(yǔ)

（1）快速裝卸式快捷棚車(chē)符合鐵路快捷運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)，主要技術(shù)參數(shù)選取合理。

（2）計(jì)算結(jié)果表明，車(chē)體靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、制動(dòng)距離及車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能滿足考核標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）樣車(chē)符合技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。