出口澳大利亞GWA公司30 t軸重煤炭漏斗車的研制及技術創(chuàng)新

李曉偉，張俊林，趙天軍

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧大連 116052)

2017年8月中車齊齊哈爾車輛有限公司與澳大利亞GWA公司簽訂了204輛30 t軸重煤炭漏斗車采購合同，進行了30 t軸重煤炭漏斗車的研制。

1 研制過程

出口澳大利亞GWA公司30 t軸重煤炭漏斗車(見圖1)在澳大利亞新南威爾士州軌距為1 435 mm的線路上運行，采用固定編組運輸煤炭，采用地面設備卸貨，可實現(xiàn)邊走邊卸的卸貨過程。

圖1 出口澳大利亞GWA公司30 t軸重煤炭漏斗車

2017年10月中車齊齊哈爾車輛有限公司完成了該車方案設計，并對車體結構強度、疲勞等進行了計算分析。2018年2月完成試制和各項試驗。2018年5月完成車輛整備，2018年5月運抵澳大利亞進行運用考驗。

2 主要技術參數(shù)

總重/t 120

自重/t ≤23.5

軸重/t 30

容積/m3106.6

軌距/mm 1 435

車輛長度(每組)/mm 61 430

車輛定距/mm 11 810

車輛最大高度(空車，新輪)/mm 4 120

車輛最大寬度/mm 3 000

車鉤中心線高(空車)/mm 910

裝貨口尺寸/(mm×mm) 1 745×14 156

卸貨口尺寸/(mm×mm) 500×2 357

轉向架固定軸距/mm 1 830

車輪直徑/mm 920

旁承中心距/mm 1 270

商業(yè)運行速度

空車/(km·h-1) 100

重車/(km·h-1) 80

制動率

空車/% <35

重車/% ≥13

車輛通過最小曲線半徑/m 80

限界：符合WOS 01.110之4.12 “窄漏斗”車輛限界尺寸的要求。

3 主要結構

每4輛煤炭漏斗車編為一組，組內(nèi)車輛之間采用牽引桿、MT-2緩沖器連接，每組車的兩端裝用EF車鉤和MT-2型緩沖器。單個車輛由車體、底門及開閉裝置、制動裝置、連掛緩沖裝置、轉向架等組成。主要結構如圖2所示。

3.1 車體

車體為全鋼焊接結構，主要由底架、側墻、端墻等組成。底架的牽枕組成和中梁采用屈服強度為450 MPa的Q450NQR1材質，與煤接觸的側墻、端墻、隔板、大橫梁、脊背、端漏斗板、側漏斗板以及上下側梁和端柱采用屈服強度為350 MPa的T4003不銹鋼，與煤接觸的中梁采用T4003不銹鋼包裹進行防腐。

1-底架組成(1)；2-30 t軸重ZK1-K型轉向架；3-側墻組成；4-底門組裝；5-底門開閉機構;6-30 t軸重ZK1-K型轉向架；7-底架附屬件；8-底架組成(2)；9-端墻組成；10-標記；11-底架組成(3)；12-風制動裝置；13-牽引桿裝置；14-手制動裝置；15-底架組成(4)；16-車鉤緩沖裝置。圖2 出口澳大利亞GWA公司30 t軸重煤炭漏斗車

底架主要由牽枕裝置、中梁、大橫梁、脊背、端漏斗板、側漏斗板等組焊而成。側墻由大圓弧形側墻板、上側梁、下側梁、隔板、支撐梁等組焊而成。端墻由端墻板、橫帶、端柱、V形支撐板、支撐梁等組焊而成。

底架兩端的端梁上各裝有2個緊急牽引座。車體枕梁外端設有4個頂車位及起升吊耳。車體端部裝有扶手，首車端部設有橫向通過臺和欄桿。

3.2 底門及開閉機構

底門及開閉裝置主要由底門和底門傳動機構組成。

底門主要由6061-T6鋁合金型材組焊而成，通過折頁安裝在車輛底架上，底門沿軌道橫向布置。

底門傳動機構為四連桿機構，通過連桿機構偏心距的設置將門鎖閉，主要由開關門連桿、傳動軸、雙聯(lián)杠桿、底門連桿等組成。軸支座與底架大橫梁焊接，軸承座與軸支座之間采用螺栓連接。

3.3 空氣制動裝置

空氣制動裝置采用Wabtec公司獨立式有線電控空氣制動系統(tǒng)(ECP)。車組內(nèi)兩輛車共用一套ECP。制動系統(tǒng)主要由ABDX控制閥和風缸組成、單排風折角塞門、集塵器、放風閥、ELX型空重車傳感閥、車端軟管、車間連接軟管等零部件組成，采用的Wabtec 305×305制動缸和調整范圍為483 mm的2300DJ型閘瓦間隙調整器?；A制動裝置傳統(tǒng)杠桿傳動。

每輛車的端部安裝有空氣制動軟管和電纜連接器；每組車的空氣制動管的端部安裝有具有排風作用的折角塞門。

3.4 手制動裝置

每輛車上安裝有一個4493B-Ⅱ型手制動機，并能控制2個轉向架。手制動軸與車輛縱向中心線垂直，在車輛兩側均能操作手制動機。主車、從車手制動機均安裝在牽引桿端。采用非金屬手制動輪。

3.5 牽引緩沖裝置

每組車輛兩端裝用EF型車鉤、MT-2緩沖器、17型鍛造鉤尾框、配套17型鉤尾銷和從板；組內(nèi)車輛之間采用FW-2型牽引桿、MT-2緩沖器連接，牽引桿長1 150 mm。

3.6 轉向架

采用30 t軸重ZK1-K型四連桿準徑向鑄鋼3大件式轉向架。轉向架采用四連桿彈性連接裝置；采用八字形軸箱橡膠彈性定位墊；車軸材料為AAR M-101的F級；采用BM級鋼整體輾鋼車輪，車輪踏面形狀為WPR2000型；采用符合AAR M-934的K型6 1/2X9 雙列圓錐滾子軸承；搖枕和側架采用符合AAR M-201的B+級鋼鑄造,在搖枕上直接鑄出一體式下心盤，采用折頭螺栓將不銹鋼搖枕斜面磨耗板安裝在搖枕上，采用卡入式側架滑槽磨耗板，側架立柱磨耗板采用折頭螺栓安裝；采用二級剛度中央彈簧懸掛裝置，彈簧材料為60Si2CrVAT；采用變摩擦減振器及組合式斜楔，斜楔材料為貝氏體球墨鑄鐵，斜楔主摩擦板采用高分子材料制造；基礎制動裝置為下拉桿式單側閘瓦制動裝置，采用符合AAR標準的H4型高摩合成閘瓦；采用符合AAR M-948的STUCKI RetroXT 4500型長行程常接觸彈性旁承。

4 關鍵技術及創(chuàng)新

(1)每4輛煤炭漏斗車編為一組，軸重30 t，總重120 t，提高了車輛的運輸能力。

(2)車體側墻隔板采用矩形管支撐，車內(nèi)增加縱向加強梁，大橫梁采用橫向梁，枕梁采用雙腹板結構，牽引梁腹板及下蓋板增加補強板。這些結構形式大大增強了車體強度，滿足縱向拉伸、壓縮載荷為2 220 kN工況下對車體強度的要求。

(3)端橫梁采用壓型結構，使端板與端漏斗板實現(xiàn)搭接配合，降低組裝難度，提高了制造工藝性。

(4)采用地面機械碰撞式底門開閉機構，在卸貨場地行駛中實現(xiàn)自動卸貨，卸貨效率高，運營成本低。

(5)在既有成熟結構基礎上，對底門及開閉機構進行了優(yōu)化，改善了底門偏心距、門縫調整困難的問題；開門臂、關門臂采用箱形組焊結構，提高彎曲剛度；優(yōu)化軸承結構，防止門軸卡死。

(6)采用WABTEC公司獨立式電控空氣制動系統(tǒng)，提供了車輛的制動效率，降低了車輛間的縱向力，從而提高了車體及鉤緩系統(tǒng)的使用壽命，減少了車輛檢修工作量。

(7)采用EF-X小間隙車鉤，MT-2型緩沖器，F(xiàn)W-2型牽引桿，滿足既有貨車連掛要求。

(8)車輛磨耗部位采用可拆卸磨耗件，制動及附屬件采用非金屬磨耗件，便于檢修和更換，降低了運用成本。

5 分析計算

5.1 靜強度

依據(jù)AAR M-1001-2007《貨車設計制造規(guī)范》標準的有關規(guī)定及GWA120 t煤炭漏斗車技術規(guī)范》的有關要求，進行產(chǎn)品結構強度、屈曲、模態(tài)等進行了有限元計算[1]。計算結果表明:(1)在各載荷工況下，車體強度和剛度均滿足要求；計算結果表明，該結構設計合理，滿足標準要求；(2)線性屈曲分析結果均滿足規(guī)范要求。4 450 kN 工況第一階屈曲因子為1.085，大于規(guī)范規(guī)定的系數(shù)1；2 220 kN工況第一階屈曲因子為2.147，大于規(guī)范規(guī)定的系數(shù)2；(3)車體自由模態(tài)分析，第一階為車體扭轉模態(tài)，頻率為10.668 Hz；之后出現(xiàn)的頻率均在12 Hz以上，滿足要求。

5.2 疲勞計算

按AAR M-1001-97中第七章“貨車疲勞設計”部分的關于疲勞評估的方法及BS標準中的S-N曲線數(shù)據(jù)計算出各個評估點的疲勞壽命[1]，由計算結果可知，車輛設計最低設計壽命不少于25年，運行的距離不少于325萬km。(50%情形為重車，50%情形為空車)。

6 試驗情況

6.1 車體靜強度試驗

2018年1月按照AAR M1001《貨車設計制造規(guī)范》和《GWA120t煤炭漏斗車技術規(guī)范》要求完成了車體靜強度試驗，包括縱向載荷、垂向載荷、橫向力、扭轉載荷、頂車工況和車鉤抬車工況等6個工況的試驗[2]。試驗結果顯示：該車車體結構對試驗載荷的響應是線性的，最大應力出現(xiàn)在垂向載荷工況，在端墻斜撐下部靠近補強板附近，應力值為378.4 MPa；各測試斷面的實測應力值均不超過所用材料的需用應力，滿足AAR M1001《貨車設計制造規(guī)范》和《GWA120t煤炭漏斗車技術規(guī)范》要求。

6.2 線路扭曲響應試驗

為測試車輛靜態(tài)扭轉載荷，測量心盤搭接量，按AS7509.2-2009《鐵路貨車動態(tài)性能 第2部分 鐵路貨車》要求對樣車完成了線路扭曲響應試驗[3]。試驗結果顯示：扭轉工況最大輪重減載率為51%，上心盤與下心盤搭接量最小值為33.2 mm，滿足AS7509.2-2009中第6.3.4條“扭曲工況下最大最大輪重減載率小于原始靜態(tài)車輪載荷的60%、上心盤與下心盤搭接量大于14 mm”的要求。

6.3 擺動試驗

為檢驗車體與轉向架之間、車體與制動系統(tǒng)零部件之間在R70曲線上是否有足夠的垂向、橫向和縱向間隙，在試驗室R70曲線上進行了模擬彈簧壓死情況的試驗。試驗結果顯示：車輪與端側梁之間、立杠桿組成及下拉桿組成與枕梁下蓋板之間、側架端部與端漏斗板之間均無干涉。其轉向架零部件和制動裝置零部件與車體最小間隙均大于50 mm，未與車體各零部件干涉，滿足《GWA120t煤炭漏斗車技術規(guī)范》要求。

6.4 閘瓦壓力試驗

按照《GWA120 t煤炭漏斗車技術規(guī)范》要求對樣車完成了閘瓦壓力試驗。試驗結果顯示：空氣制動系統(tǒng)的空車靜態(tài)制動率分別為28.1%，空車緊急制動率為33.56%；重車靜態(tài)制動率為16.7%，重車緊急制動率為20.14%；手制動系統(tǒng)的重車靜態(tài)制動率為13.18%。滿足《GWA120 t煤炭漏斗車技術規(guī)范》要求的空車靜態(tài)制動率不大于35%，重車靜態(tài)制動率不小于13%，手制動系統(tǒng)的重車靜態(tài)制動率不小于13%的要求。

6.5 車輛裝載、卸載試驗

在澳大利亞新南威爾士完成了車輛裝載、卸載試驗。試驗結果表明，裝載過程順利，卸貨速度滿足用戶要求。

6.6 車輛噪聲試驗

在澳大利亞新南威爾士完成了車輛噪聲試驗。試驗結果表明，測試車輛符合澳大利亞測試環(huán)境中的噪聲測試標準要求。

7 結束語

出口澳大利亞GWA公司30 t軸重煤炭漏斗車已于2018年5月投入使用，現(xiàn)場運用表明，車輛性能良好。該車的出口將推動我國大軸重煤炭漏斗車的技術輸出，對我國大軸重貨車研制和出口具有重要的借鑒和參考作用。