出口尼日利亞自發電長大家畜車研制

王海靜,袁國慶,張光利,鹿中華,孟憲玖,李亞琦

(中車山東機車車輛有限公司,山東 濟南 250022)

當前非洲鐵路運輸活口家畜主要依靠棚車和敞車等非專用車輛,裝載量少,供水通風困難,運輸條件極其惡劣,導致家畜掉膘率、傷殘率和死亡率相當高。2020年,尼日利亞國家鐵路公司向中車山東機車車輛有限公司(以下簡稱中車山東公司)采購了一批家畜運輸專用車。針對客戶需求,中車山東公司研制了JJ2A型雙層家畜車(圖1),主要用于裝運牛、豬、羊、雞、鴨等活口家畜、家禽。

圖1 JJ2A型雙層家畜車

JJ2A 型雙層家畜車車輛長度超過25 m,上下雙層結構具備超大裝載空間,下層裝載牛、馬等大型牲畜,上層裝載豬、羊、雞、鴨等中小型家畜和家禽;車輛設置押運間、供水裝置和自發電裝置,能夠滿足押運人員的起居、用水、用電需求。

1 JJ2A型家畜車性能參數及尺寸

JJ2A 型雙層家畜車車輛性能參數及主要尺寸如表1、表2所示。

表1 車輛性能參數

表2 車輛主要尺寸

2 車輛主要技術特點

(1) 采用超長車體和雙層結構設計,下層裝載牛、馬等大型牲畜,上層裝載豬、羊、雞、鴨等中小型家畜和家禽,具有超大運載面積,增加了貨運量;

(2) 采用柵欄式鋼結構端側墻,通風散熱好,設置大容積水箱,可有效減少家畜、家禽的死亡率和掉膘率;

(3) 車上設有帶完整內裝的押運間,大大改善了押運人員的工作環境;

(4) 上下裝貨間均被柵欄墻隔成3個部分,中間小格既可以正常安置家畜、家禽,又可以放置工具、飼料,還可用于隔離生病的家畜、家禽;

(5) 采用軸端自發電轉向架,使車輛具有自發電功能,供本車用電。

3 車輛主要結構

該車主要包括車體、車門、裝貨間設備、車外設備、給水裝置、供電裝置、押運間內裝飾、制動裝置、車鉤緩沖裝置和轉向架等(圖2),功能區域主要分為裝貨間和押運間兩大部分。

圖2 JJ2A型雙層家畜車結構圖

裝貨間為雙層結構,下層可裝運大型活口牲畜,上層裝運中小型活口家畜、家禽。每一層分別被柵欄墻、柵欄門分為三格,兩端大格裝運牲畜,中間小格裝運飼料、工具,也可隔離病牲畜或正常裝運牲畜。上層地板的中間小格處設有活動地板,方便人員上下。裝貨間區域的側墻、2位端端墻均為柵欄式,2位端端墻和每個大格的側墻內側各設置1個調節窗,應急備用。裝貨間中部的兩側均設有上下裝貨門。車輛靠近兩端設有2個容積共3 m3的水箱,可供人畜用水。裝貨間外側設有8個排糞器,地板兩側對應設有排污口。側墻外側靠近裝貨門處設有扶梯。

押運間與裝貨間之間設置隔墻門,門上設置觀察窗,押運人員可隨時觀察押運間內的牲畜情況。

3.1 車體

車體由上下層底架、端墻、側墻、隔墻、柵欄墻及車頂等部件組成,主要材質為 Q450NQR1 和Q345NQR2高強度耐候鋼。

3.1.1 底架

底架分為上下雙層,下層底架鋪設6 mm 鋼地板,上層底架鋪設4 mm 鋼地板。由于大型家畜直接拴在下層裝貨間內,因此下層地板需采取防滑措施,在鋼地板上每間隔100 mm 焊有橫向防滑圓鋼,可有效減少家畜因滑跌導致的死傷損失。

由于上層裝貨間裝運的小型家禽以籠裝或箱裝方式放置,因此上層地板不設置防滑鋼條。鋼地板四周向上翻邊以防止污物一直流墜,污染軌道。上層地板中部設有活動地板,作為上下層空間的進出通道。

3.1.2 側墻

押運間部分的側墻采用板柱結構,設置門孔和窗孔,門孔上部設置雨檐,墻板采用3 mm 耐候鋼;裝貨間段側墻下部采用板柱結構,墻板采用6 mm 耐候鋼板,內側中部設置腰帶;裝貨間段中上部采用柵欄式桁架結構,柵欄采用50 mm×3 mm 扁鋼;側墻中部設置上下裝貨門孔;裝貨間段大格處設置調節窗,斜對角單側設置帶繩栓的橫梁,繩栓可用于拴固大型家畜。

3.1.3 端墻

1位端端墻采用板柱結構,上端梁、橫梁采用熱軋角鋼,立柱采用冷彎槽鋼,墻板采用3 mm 耐候鋼。2位端端墻采用柵欄式桁架結構,上端梁、角柱采用熱軋角鋼,立柱、斜撐采用冷彎槽鋼,柵欄采用50 mm×3 mm 扁鋼,內側中部設置腰帶。

3.1.4 隔墻

押運間和裝貨間之間以隔墻隔開,隔墻采用板柱結構,設置連通押運間和裝貨間的門孔,由立柱、橫梁、門框、小橫梁、小立柱、墻板等組焊而成。

3.1.5 柵欄墻

柵欄墻上下各2組,將裝貨間分為三格,主要由上端梁、立柱、上導軌、下導軌、扶手、柵欄等組焊而成。

3.1.6 車頂

車頂為五段折彎板梁結構,車頂板與車頂框架主要通過鉚接、局部焊接而成。裝貨間區域的車頂兩端各設有1個矩形孔,水箱通過此處安裝及檢修。

3.2 車門

車門包含裝貨門及隔墻門。裝貨門采用滑輪式推拉門,設置于裝貨間兩側,上下各1組,主要由側門、滑輪、導軌、防跳板、把手和門鎖等組成。隔墻門采用合頁式平開門,門體由板柱組焊而成,設置于押運間和裝貨間之間。

3.3 裝貨間設備

裝貨間設備主要包括上下柵欄門和活動地板。上下柵欄門均采用吊掛式推拉門結構,安裝于柵欄墻并設置插銷防止意外打開?；顒拥匕迮c上層地板通過鎖鏈連接。

3.4 車外設備

車外設備包括排糞器和側梯。裝貨間外側設有8個排糞器,地板兩側對應設有排污口。側墻外側靠近裝貨門處設有扶梯。

3.5 給水裝置

給水裝置主要包括2個水箱、水箱托架以及給排水管路。裝貨間兩端部上方各設有1套水箱及水箱托架,單個水箱容積約1.5 m3,2個水箱連通為一體。水箱及水管均采用不銹鋼材質,水箱內部設防波板;水箱托架與側墻、隔墻(端墻)組焊;車輛2、3位各設置1組注水口和溢水口;水管通至衛生間、洗漱盆及裝貨間大格。

3.6 供電裝置

本車在轉向架上安裝了軸端發電設備,使車輛具有自發電功能,以供押運間用電。車下電氣設備主要有軸端發電裝置、整流器(車下部分)、電池箱(2個)及控制電路等。軸端發電機額定功率為5 kW,通過整流器為車上輸出48 V 直流電,同時為電池充電。電池為車上輸出48 V 直流電,電池容量為150 Ah,滿足不小于5 h的車輛用電需求。車上控制柜設置逆變器將48 V 直流電轉換為230 V 交流電。

3.7 押運間內裝飾

押運間墻體設置隔熱保溫層、裝飾層,裝飾層上方設置不銹鋼地板防水。押運間內設有上下2個臥鋪以及電氣柜、儲物柜、洗漱盆、電燈、風扇、插座、獨立衛生間(采用坐便器)等設施,并設有2個側門、側窗。側窗的鋁型材作陽極氧化處理,各窗均帶鋁合金內飾框。車窗帶金屬紗窗和帶滑道的窗簾,外側均設有鋼制防護柵欄。押運間側門為內開式折頁的鋼質車門,配裝有帶手把的三角鎖,玻璃窗內設不銹鋼防護欄。

3.8 制動裝置

制動裝置采用成熟的120型制動系統和NSW-Ⅰ型手制動機。

3.9 車鉤緩沖裝置

車鉤緩沖裝置采用成熟的17型車鉤和MT-2型緩沖器。

3.10 轉向架

轉向架采用了中車山東公司自主研制的JNZNG23型自發電鑄鋼三大件式轉向架。皮帶輪傳動式軸端發電裝置,額外設置懸臂梁組成、軸端發電裝置總成及防護罩組成。搖枕、側架采用B+級鑄鋼,采用HEZD型鑄鋼車輪或HESA 型輾鋼車輪、JC型雙作用彈性旁承、導電尼龍心盤磨耗盤、高摩合成閘瓦。

4 計算

4.1 靜強度計算

根據TB/T 3550.2—2019《機車車輛強度設計及試驗鑒定規范 車體 第2部分:貨車車體》[1]和TB/T 3548—2019《機車車輛強度設計及試驗鑒定規范 總則》[2]的規定,結合該車的實際運用狀態,對車體進行了靜強度及剛度有限元計算,其中縱向力按照單列編組總重小于或等于6 000 t的專用貨車取值。車體及車體連接設備的分析工況見表3。

表3 計算載荷工況匯總表

車體在各工況下的最大應力發生在1位端的側墻立柱頂部、1位端的側墻斜撐底部、水箱托架橫梁與縱梁連接處,材料利用率分別為0.90、0.92和0.91,均小于1。在車體垂向剛度工況下,車體中梁的最大變形為8.3 mm,車體側梁的最大變形為7.42 mm,發生在中梁和側梁的中部且小于相應的撓度許用值。計算結果均符合TB/T 3550.2—2019 和TB/T 3548—2019標準要求[3]。

4.2 動力學計算

本車運用于尼日利亞境內按照中國標準修建的標準軌距鐵路,按照GB/T 5599—2019《機車車輛動力學性能評定及試驗鑒定規范》[4]對車輛的蛇行運動穩定性、直線上的運行品質、直線和曲線上運行時的安全性等方面進行了動力學性能分析。計算結果如下[5]:

(1) 車輛在空車和重車狀態下,非線性臨界速度均高于132 km/h,蛇行運動穩定性滿足要求;

(2) 直線線路軌道不平順為AAR Ⅴ級譜時,在132 km/h速度范圍內,空重車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—2019規定的良好級;空重車的橫向最大振動加速度均小于3 m/s2,垂向最大振動加速度均小于5 m/s2,滿足GB/T 5599—2019要求;脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力的最大值均滿足GB/T 5599—2019要求;

(3) 車輛在空重車工況下,通過半徑為300 m、400 m、600 m、800 m 曲線時,脫軌系數、輪重減載率和輪軸橫向力最大值均小于GB/T 5599—2019規定的安全限值,曲線運行安全性能滿足要求。

5 靜強度試驗

中車山東公司依據TB/T 3550.2—2019標準和本車技術條件,對車體進行了靜強度和剛度試驗,包括縱向力工況、垂向載荷工況、頂車載荷工況、扭轉載荷工況、垂向彎曲剛度試驗、組合工況等。試驗結果表明,車體靜強度及剛度均滿足TB/T 3550.2—2019和車輛技術條件的要求[6]。

6 結束語

JJ2A 型雙層家畜車目前已批量交付用戶,運行良好。該車符合非洲市場需求,解決了尼鐵長距離運輸家畜、家禽等活口牲畜的實際困難,具有良好的經濟價值和社會效益。