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中心 遼寧 大連 116052)

1 項目概況

國內貨車企業為印度鋼鐵公司生產企業自備用車。該公司廠區內既有鐵路為寬軌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搗運或向廠外運輸鋼卷、鋼管和鋼板等最終產品。通過提供的技術數據分析：該公司鋼卷數量多，最大質量達25 t，每次最少要求運輸4個；大直徑鋼管長度約為12 m，裝載總質量可達57 t，目前均使用汽車運輸；鋼板為軋制成型，要求按最大質量100 t運輸。根據設計輸入條件可知，所提供平車載重不小于100 t，車輛自重預計在30 t左右，如果采用通用四軸平車，軸重將達到32.5 t，普通強度鋼軌將無法承受該負荷。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計時需要解決的主要問題。

2 車輛主要參數和結構

該車主要結構由底架組成、三軸焊接構架式轉向架、風手制動裝置、車鉤緩沖裝置等部分組成(見圖1)，主要技術參數如下：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—轉向架；3—風手制動裝置；4—底架附屬件；5—標記；6—車鉤緩沖裝置。圖1 出口印度22.5 t軸重六軸平車結構圖

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構。主要由地板、中梁、側梁、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高強度耐候鋼、Q345NQR2耐大氣腐蝕鋼制造。車輛中梁由通用內寬350 mm、大端面高651 mm的等截面箱梁組焊而成，中梁內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，材質由AAR M201—2005《鑄鋼件規范》要求的C級鑄鋼制造，屈服強度達415 MPa。底架與轉向架連接的上心盤采用25Mn錳鋼鍛造而成，提高了強度和耐磨性。側梁由尺寸為360 mm×100 mm×13 mm、材質為Q235A的熱軋槽鋼制成，連接主梁與側梁之間的枕梁、大橫梁均由上下蓋板加雙腹板結構的箱梁組焊而成，底架整體強度滿足載重100 t的強度和剛度要求。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。側梁外側等間距布置繩栓和柱插，用于捆綁加固貨物使用；側梁與枕梁交接位置設有吊耳和頂車墊板，用于起吊車輛和架車工況使用；兩端設有牽引鉤，用于緊急救援或牽引車輛使用。

2.2 轉向架

為解決普通四軸平車軸重大導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架式轉向架，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度的使用要求。主要結構由焊接式構架、減振裝置、彈簧懸掛裝置、基礎制動裝置、輪對、滾動軸承裝置等部分組成。構架是轉向架的主要承載結構并連接其他各部分組成，主要由側梁、橫梁、心盤梁、導框及滑槽等組焊而成，其中側梁、橫梁及心盤梁均為箱型結構，材質為Q345E低合金結構鋼，導框及滑槽采用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。中間輪對輪緣減薄9 mm，以提高三軸轉向架在廠區內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級鋼材質平面心盤，基礎制動裝置由制動杠桿、轉臂組成、組合式制動梁和高摩擦合成閘瓦等組成。

2.3 手制動裝置

制動系統采用國產的兩壓力間接作用式120AK型貨車空氣制動系統，能夠在環境溫度為0～+55 ℃的條件下正常工作，能夠適應制動主管500 kPa的壓力要求。管路之間采用法蘭連接，減少系統的漏泄。基礎制動裝置采用杠桿傳動機構，結構簡單，維護成本低。采用ST2-250型雙向閘瓦間隙調整器，能夠自動調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。手制動機布置在車體的側面。

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(相當于AAR M-901E型緩沖器)。

3 主要技術特點

(1)車輛載重大。為運輸鋼卷、鋼管和鋼板等鋼廠用大型貨物，強化車輛底架結構，采用大斷面箱型結構中梁和熱軋槽鋼側梁，同時為適應軌道強度低的運用條件，采用多軸轉向架，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軸貨車轉向架采用構架式焊接結構，減小簧下質量，改善輪軌作用力。采用了導框式軸箱定位結構，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等國產成熟產品。整車配件標準化系數高、維護檢修成本低。同時推廣了國產配件在出口產品中的使用率。

4 車體靜強度計算

車體靜強度計算按AAR C分冊M-1001標準進行。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縱向力的系數均為1；第三工況為頂車工況。所有組合工況產生的合成應力均不能超過所用材料的許用應力。第一工況最大應力為335 MPa(垂向均載100 t)，發生在前從板座區域，如圖2所示；第二工況最大應力為385 MPa(垂向均載100 t)，發生在前從板座區域，如圖3所示；第三工況最大應力為140 MPa，發生在枕梁腹板上。

圖2 第一工況的應力云圖

圖3 第二工況的應力云圖

5 試驗情況

5.1 車體靜強度試驗

車體靜強度試驗按照AAR M 1001—2007《貨車設計制造規范》和與客戶約定的車輛《技術規范》進行，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。試驗結果表明：該車最大應力發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。各工況測點的應力值均不超過材料的許用應力且各部位未發生永久變形，試驗結果滿足AAR M 1001—2007《貨車設計制造規范》和車輛《技術規范》的要求。

5.2 車體剛度試驗

在垂向載荷工況時進行垂向剛度試驗，測量中梁中央相對于心盤處以及下側梁中央相對于枕梁端部的撓度值。測量結果如表1所示。試驗結果表明，中、側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 結束語

印度六軸平車采用成熟可靠的結構，性能參數及功能均滿足車輛《技術規范》要求，并在設計過程中充分考慮了環境保護的有關規定，所用的原材料及配件符合環保法規要求。該車在嚴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，運輸效率高，為該公司運輸提供了先進裝備，提高該公司的市場競爭力。故車輛投入運用后，將產生良好的經濟效益和社會效益。同時，采用三軸轉向架對國內鋼鐵公司企業自備車也是一個很好的啟示。