40 t軸重鐵路礦石敞車

林量才， 武慧平， 胡躍明

(中國中車長江車輛有限公司， 武漢 430212)

近十幾年來，美國、加拿大、澳大利亞、南非、巴西等鐵路發(fā)達國家，大力發(fā)展鐵路貨物重載運輸，極大地提高了鐵路運輸勞動生產(chǎn)率，鐵路貨運收入均達到了歷史最好水平。目前，鐵路貨運重載技術已被國際公認為鐵路貨運的發(fā)展方向。

隨著鐵礦石產(chǎn)量和需求大幅增長，澳大利亞鐵路貨物重載運輸?shù)玫搅碎L足的發(fā)展。2013年數(shù)據(jù)顯示，澳大利亞鐵路總營運里程約3.9萬km，鐵路貨物重載運輸約占鐵路總貨運40%，年增長率達4.5%左右(2000年前約為3.3%)，其中，礦石年運量5.45億t，占貨運總量39%；到2015年，年貨運量已超過10億t。

礦石運量需求的不斷增大，促進鐵路貨車運能和效率不斷提升。自2007年以來，澳大利亞主要礦業(yè)公司以增大車輛軸重為路線，通過提高車輛載重和列車編組質(zhì)量，提升鐵路貨物運能和效率，經(jīng)過近8年的發(fā)展，無論是車輛軸重還是列車編組質(zhì)量，均處于世界領先水平。

1 40 t軸重礦石敞車技術分析

1.1 車輛概述

為滿足澳大利亞礦石鐵路運輸能力和效率要求，中車長江公司自2007年開始研制40 t軸重鐵路礦石敞車，最先的客戶是澳大利亞FMG公司，共生產(chǎn)1 400輛，其中，第1批和第2批為耐候鋼車輛，第3批和第4批為不銹鋼車輛。第1批車輛于2008年4月交付運用，是當時世界上運營的最大軸重鐵路貨車；第4批車輛于2014年交付使用，運營軸重提高到42 t，是目前運營軸重最大的鐵路貨車。

2014年中車長江公司根據(jù)澳大利亞Roy Hill公司的需求，在充分繼承成熟技術的基礎上，結合Roy Hill公司線路的運營和技術條件，研制生產(chǎn)了1 196輛RH 40 t軸重不銹鋼礦石敞車，其中第1批車輛于2015年4月交付運用。

該車2車1組，1輛為主車、1輛為輔車；車組的主、輔車采用E+級鋼重載牽引桿連接，兩端分別裝用E+級鋼重載F/FR型車鉤和SL-76型橡膠緩沖器；車組采用雙車聯(lián)控制動技術，主、輔車共用一套制動系統(tǒng)，主控制閥安裝在主車上。

車體為全鋼焊接結構，采用無側(cè)梁的焊接中梁底架、側(cè)柱內(nèi)置側(cè)墻等輕量化技術，其中，F(xiàn)MG公司第1、第2批車輛車體結構材料采用Q450NQR1高強度耐候鋼，第3、第4批車輛及Roy Hill 公司車輛車體與礦石接觸的零部件采用T4003不銹鋼，其余采用Q450NQR1高強度耐候鋼。

轉(zhuǎn)向架采用變摩擦力減振裝置鑄鋼3大件式、二系彈簧懸掛、側(cè)架柔性對角連接和導框無磨耗結構,裝用TMX 單元制動系統(tǒng)。

FMG公司列車按照2輛機車+240輛車的集中牽引方式運行，總牽引質(zhì)量最大達4.03萬t，Roy Hill公司列車按照2組機車分布式牽引方式運行，總牽引質(zhì)量為3.8萬t，年運營里程為25萬km；適應于卸料斗邊行邊裝作業(yè)，每列車裝貨時間約2.4 h；采用雙車翻車機不摘鉤連續(xù)翻卸作業(yè)，每列車卸貨時間約4.7 h。運行編組如圖1所示。

1.2 車輛主要性能參數(shù)

見表1。

1.3 運用情況分析

現(xiàn)場調(diào)研結果表明，車輛技術性能先進，運行安全可靠，可用度保持在98%以上，而且運輸效率高，大幅提升了礦石運能。

圖1 澳大利亞40 t軸重礦石敞車編組運行圖

性能參數(shù)FMG公司RoyHill公司軸重/t404240自重/t≤22≤22.7≤22載重/t138145.3138自重系數(shù)0.160.1560.16容積/m369(平裝)73(堆裝)70比容/(m3·t-1)0.50.5最大運行速度/(km·h-1)9080通過最小曲線半徑/m100100軌距14351435車鉤中心距軌面高度(空車)/mm876876單元車組長度/mm2230022000

1.3.1車體

現(xiàn)場調(diào)研和車輛檢測結果表明，車輛卸貨干凈，未發(fā)現(xiàn)車體結構件裂損及側(cè)墻、端墻外漲和內(nèi)凹現(xiàn)象。車輛運行25萬km隨機抽取2輛車分解檢測，上心盤平面磨耗平均為0.5 mm，徑向磨耗平均為0.4 mm；旁承磨耗板基本無磨耗。

但發(fā)現(xiàn)FMG公司第1批耐候鋼車輛運用8年后，上側(cè)板焊縫區(qū)域腐蝕嚴重，最大腐蝕深度約1.7 mm，為板厚的42.5%，需要進行修理。側(cè)柱、端墻板及地板腐蝕較輕，最大腐蝕厚度端墻板及地板小于0.5 mm，側(cè)柱小于1 mm。

不銹鋼車輛運用最長為4年，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)車體表面腐蝕輕微。與運用相同時段的耐候鋼車輛相比，車體耐腐蝕性能明顯優(yōu)良。據(jù)我國室內(nèi)試驗結果，T4003不銹鋼的煤水和海水腐蝕失重率分別是Q450NQR1耐候鋼的1/160和1/11；據(jù)澳大利亞測試數(shù)據(jù)，3Cr12鐵素體不銹鋼材料在海洋環(huán)境中的抗腐蝕能力為未涂裝油漆碳鋼約250倍；據(jù)澳大利亞昆士蘭鐵路調(diào)研，在車輛30年壽命期限內(nèi)，煤炭漏斗車車體結構采用低合金高強度鋼材料的維修費用是采用3Cr12鐵素體不銹鋼材料的約2.6倍。

1.3.2轉(zhuǎn)向架

由于增加了一系橡膠彈簧，減少了簧下質(zhì)量，同時采用了較為成熟的軸箱垂直隔振、輪對彈性定位及兩側(cè)架彈性交叉桿連接結構，有效的降低了輪軌作用力，減少了車輪和鋼軌之間的磨耗提高了轉(zhuǎn)向架的動力學性能。

車輛運行25萬km進行動力學性能測試，車體橫向、垂向加速度均小于0.2g，與新車狀態(tài)相當。具體見表2。

表2 運行25萬km后車輛動力學測試數(shù)據(jù)

對5輛車進行分解檢查，各零部件無裂損、剝離現(xiàn)象，各摩擦部位磨耗輕微，磨耗情況見表3。

表3 轉(zhuǎn)向架運行25萬km后摩擦部位磨耗量

1.3.3連接緩沖裝置

列車編組數(shù)量和牽引質(zhì)量提高后，車輛間的縱向載荷也相應增大。據(jù)澳大利亞線路測試數(shù)據(jù)，4萬t質(zhì)量編組列車的最大壓縮力約3 900 kN，最大牽引力約2 820 kN；同時，F(xiàn)MG公司車輛翻卸作業(yè)采用成列撥車，最大撥車載荷約1 500 kN(第150輛車處)，每天出現(xiàn)1 000 kN的頻次達39次。

因此，為適應40 t軸重礦石敞車列車編組質(zhì)量達到4萬t的縱向載荷要求，車輛裝用的車鉤和牽引桿均采用了新研制的E+級鋼材料，與E級鋼相比，抗拉和屈服強度指標提高了15%。

車鉤鉤體、牽引桿、鉤尾框等部件的運用情況良好，主要問題是FMG公司第1批和第2批車輛裝用的重載車鉤鑄造鉤舌裂損故障較多，這也是重載列車存在的普遍難題。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，鑄造鉤舌運用后約4個月發(fā)現(xiàn)首個裂損，運用9個月的裂損率為2.92%，運用12個月的裂損率為6.25%，運用13個月的裂損率為8.12%，之后每個月的裂損率保持在5%～7%,運用16個月的裂損率為26.75%。具體見圖2所示。

圖2 重載車鉤鑄造鉤舌裂損統(tǒng)計圖

裂損基本發(fā)生在牽引臺彎角根部和S面彎角處，據(jù)統(tǒng)計，發(fā)生在牽引臺彎角根部的占93.3%，發(fā)生在S面彎角處的占6.7%。

為了解決鑄造鉤舌裂損較多的問題，F(xiàn)MG公司第3、第4批車輛和Roy Hill公司車輛均裝用E+級鋼鍛造鉤舌。FMG公司車輛運用情況表明，鍛造鉤舌與鑄造鉤舌相比，運用壽命提高1倍以上，同一時段內(nèi)的裂損故障降低了約65%；Roy Hill公司由于列車采用機車分布式牽引，車輛運用2年未出現(xiàn)鉤舌裂損故障現(xiàn)象。

2 檢修制度

車輛采用狀態(tài)檢修為主，定期檢修為輔的檢修制度。狀態(tài)修包括對閘瓦、易損易耗件進行檢查和更換，以及對車輛故障進行實時檢修。定期檢修為車輛運行25萬km(1年)對主要部位進行檢修。同時，鐵路線裝有軸承自動檢測儀，在列車經(jīng)過時檢測軸承溫度，及時發(fā)現(xiàn)軸承故障。并且每3個月抽檢一組車，對車輪輪輞進行超聲波探傷檢查，并對車輪的踏面輪廓進行檢測，以跟蹤分析車輪運用狀況。

定期檢修(年檢、25萬km)主要內(nèi)容如下：

(1) 車體

檢修車體各部件變形、裂損、磨耗及焊縫裂紋情況；車號是否缺損、脫落、模糊不清等。

(2) 轉(zhuǎn)向架

輪對檢查并旋修(按具體技術標準執(zhí)行)；分解檢修彈簧、旁承、承載鞍、車軸、閘瓦、磨耗件、斜楔等配件。

(3) 制動裝置

目檢空氣管路情況，檢查空氣管路各連接部位緊固狀態(tài)。

(4) 連接緩沖裝置

目檢鉤體、鉤舌的裂損、鉤舌S面磨耗情況；檢查各連接部位螺栓緊固狀態(tài)。

3 結論與建議

(1) 40 t軸重礦石敞車是目前世界運用軸重和列車編組質(zhì)量最大的鐵路貨車，它的成功研制和運用，推動重載鐵路貨車技術達到了一個新高度，對發(fā)展我國重載鐵路貨車技術具有重要的借鑒和支持作用。

(2) 40 t軸重礦石敞車綜合技術性能先進，運用后可大幅提升鐵路貨物運輸能力及效率和效益。但車輛運用中發(fā)生的耐候鋼材料車體腐蝕和重載車鉤鑄造鉤舌裂損突出的問題，須進一步深入研究改進。

(3) 車輛運用結果表明，車體結構采用不銹鋼材料及重載車鉤采用鍛造鉤舌可大幅減少運用故障率，降低車輛檢修量和運用成本。

(4) 進一步研究4萬t編組質(zhì)量列車機車牽引方式和翻卸作業(yè)撥車方式對車輛縱向載荷的影響及車鉤強度設計與試驗標準。

(5) 進一步研究40～45t軸重鐵路貨車輪軌低動力作用參數(shù)及標準。

[1] 林量才.F型重載鑄造鉤舌運用故障分析[J].機車車輛工藝.2016(4):46-48.

[2] 武慧平.出口澳大利亞軸重40 t不銹鋼礦石敞車研制[1].鐵道車輛.2017,55(8):18-20.