自滾輪特大裝備運(yùn)輸用凹底平車車體增載技術(shù)分析

武進(jìn)雄，許秀峰，萬 濤，王艷霞

（中車石家莊車輛有限公司，石家莊 051430）

根據(jù)自滾輪特大裝備自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)輸過程中的裝載方式/型式及運(yùn)輸特點(diǎn)，該裝備裝載采用自行駛?cè)胲囕v端部并運(yùn)行至車輛承載部位（車輛承載部位地板面距軌面間的距離須遠(yuǎn)低于車輛兩端地板面距軌面間的距離），可解決車輛運(yùn)輸過程中的超限問題；自滾輪特大裝備屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件的加工精度和部件的組裝精度要求高，不適合解體運(yùn)輸，同時(shí)采用整體裝載的運(yùn)輸方式也是客戶的重要技術(shù)要求之一。

目前，滿足自滾輪特大裝備運(yùn)輸要求的鐵路貨車僅有載重40 t凹底平車、載重50 t凹底平車以及載重60 t凹底平車，具體參數(shù)如表1所示；而據(jù)客戶反映，現(xiàn)階段部分自滾輪特大裝備的自身質(zhì)量已經(jīng)升級(jí)至80 t，對(duì)自重為60～80 t級(jí)間的自滾輪特大裝備采用不解體運(yùn)輸方式運(yùn)輸已無法實(shí)現(xiàn)?；谝陨弦蛩兀M(jìn)一步研究開發(fā)載重80 t級(jí)凹底平車是迫在眉睫。

1 選材技術(shù)分析

載重40 t凹底平車車體主要材質(zhì)為Q345D，屈服極限為345 MPa；載重50 t凹底平車車體主要材質(zhì)為16Mnq，許用應(yīng)力為220 MPa；載重60 t凹底平車車體主要材質(zhì)為Q450NQR1，屈服極限為450 MPa。并結(jié)合目前現(xiàn)有鐵路貨車車體制造用主材市場(chǎng)獲知，研制更高載重的自滾輪特大裝備運(yùn)輸用凹底平車車體采用屈服極限為450 MPa的高強(qiáng)度耐候鋼具有良好的經(jīng)濟(jì)性和可操作性。

表1 3種凹底平車主要參數(shù)與基本尺寸統(tǒng)計(jì)對(duì)比表

2 車體結(jié)構(gòu)分析

2.1 載重40 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架采用半封閉式的全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由2個(gè)箱型側(cè)梁、2個(gè)枕梁、6個(gè)大橫梁、2個(gè)牽引梁、2個(gè)端梁及地板等部分組成。承載部分中央截面高度僅為366 mm，承載面距軌面高度為666 mm。車輛定距為15 120 mm，比通用車輛定距相比，定距較大，為了滿足強(qiáng)度、剛度的使用要求，側(cè)梁由厚度為25 mm的上、下蓋板和2塊厚度為20 mm的腹板組成箱型結(jié)構(gòu)；枕梁、大橫梁及牽引梁由厚度為25 mm的上、下蓋板和厚度為16 mm的腹板組成，在大橫梁和各梁的隔板上設(shè)有減重自重的工藝孔；地板厚度為10 mm，下蓋板厚度為16 mm。

2.2 載重50 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架的結(jié)構(gòu)與載重40 t凹底平車相同，主要由2個(gè)箱型側(cè)梁、2個(gè)枕梁、4個(gè)大橫梁、2個(gè)牽引梁、2個(gè)端梁及地板等部分組成。底架截面總高度為490 mm，中央部位上平面（承載面）距軌面高度為690 mm。箱型側(cè)梁截面高度為470 mm，由厚度均為30 mm的上、下蓋板和2塊厚度為20 mm的腹板組焊而成；枕梁、大橫梁、牽引梁均為箱型結(jié)構(gòu)，由厚度均為30 mm的上、下蓋板和厚度為20 mm的腹板組焊而成；地板由中部地板和兩端地板組成，其中中部地板厚度為10 mm的鋼板，兩端地板采用下部厚度為6 mm的鋼板和上部厚度為4 mm的波紋鋼板疊加疊焊而成，以實(shí)現(xiàn)防滑的能力；底架下蓋板厚度為10 mm。

2.3 載重60 t凹底平車車體結(jié)構(gòu)

該車底架采用全封閉式的全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由框格、枕梁、牽引梁、端梁、地板、下蓋板及口蓋等部件組成。承載部位中央截面高度僅為471 mm，承載面距軌面高度為675 mm。與載重40 t凹底平車、載重50 t凹底平車用底架相比，最大的特點(diǎn)為：一是無側(cè)梁；二是總體采用框格結(jié)構(gòu)；三是采用全封閉式結(jié)構(gòu)?？蚋裼煽v向腹板、魚腹型縱向腹板、橫向腹板及隔板組焊而成，與底架下蓋板、地板焊接后形成一個(gè)整體的箱型結(jié)構(gòu)底架；枕梁與牽引梁均采用上、下蓋板、腹板及隔板組焊而成雙腹板變截面箱型結(jié)構(gòu)；地板由中部地板和兩端地板組成，其中中部地板厚度為16 mm，兩端地板厚度為7 mm；下蓋板厚度為16 mm。

通過分析，在原材料一定的條件下，采用整體式的框格結(jié)構(gòu)相對(duì)傳統(tǒng)的中梁、側(cè)梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度更優(yōu)，因此在研制載重80 t級(jí)凹底平車中，底架采用整體框格結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用增大橫截面高度的方法提高整車的總體強(qiáng)度、剛度，以滿足設(shè)計(jì)要求。

學(xué)生管理工作是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，大學(xué)生具有自主意識(shí)，管理者需要充分考慮學(xué)生的心愿，關(guān)心學(xué)生的發(fā)展，將自己的關(guān)懷和情感投入到學(xué)生管理中，才能實(shí)現(xiàn)雙方的相互體諒，讓學(xué)生感恩于輔導(dǎo)員的工作，修正自己的錯(cuò)誤。社會(huì)環(huán)境是復(fù)雜的，學(xué)生自身的能力、素質(zhì)不同，輔導(dǎo)員要想占據(jù)管理的主動(dòng)地位還需要不斷提升工作效率。管理學(xué)生并不是強(qiáng)制性的，管理人員應(yīng)充分尊重學(xué)生、愛護(hù)學(xué)生，認(rèn)識(shí)到學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需求，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，促進(jìn)學(xué)生全面的發(fā)展。

3 限界利用充分性分析

載重40 t凹底平車距軌面的最小距離不是底架下平面，而是固定制動(dòng)管的制動(dòng)管吊下平面，且距軌面的距離為190 mm，并經(jīng)車輛的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果獲知，距軌面僅為190 mm的制動(dòng)管吊不影響車輛的正常運(yùn)行，因此對(duì)于再次研究開發(fā)相類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品來說，優(yōu)化底架結(jié)構(gòu)及風(fēng)制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案，增大底架橫截面高度，提高抗彎截面系數(shù)，可有效提高車輛的承載能力。

載重60 t凹底平車底架下平面距軌面間的距離為車體距軌面的最小距離，即為204 mm，載重50 t凹底平車距軌面的最小距離遠(yuǎn)大于204 mm，兩種車型下部限界均沒有充分得到利用。

研制承載能力大于60 t級(jí)及以上凹底系列平車，在保證車體強(qiáng)度、剛度、車輛運(yùn)行可靠、安全以及自滾輪特大裝備實(shí)際結(jié)構(gòu)的條件下，充分利用車輛下部限界以及自滾輪特大裝備自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)，增加車輛中央橫截面高度，提高車輛強(qiáng)度、剛度及承載能力。

4 大載重凹底平車車體技術(shù)方案研究

4.1 主要參數(shù)及基本尺寸的確定

依據(jù)現(xiàn)有鐵路線路基礎(chǔ)建設(shè)情況，并結(jié)合客戶對(duì)特大自滾輪裝備運(yùn)輸用鐵路車輛的要求，該載重80 t凹底平車走行部選用23 t軸重的3軸轉(zhuǎn)向架為先決條件，其余的主要參數(shù)及基本尺寸如表2所示。

表2 載重80 t凹底平車主要參數(shù)與基本尺寸

4.2 車體主要結(jié)構(gòu)

該車體采用全封閉式凹底型全鋼焊接結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 載重80 t凹底平車結(jié)構(gòu)圖

承載部位橫截面呈“凸”字型型式，如圖2所示。

車體鋼結(jié)構(gòu)由框格、枕梁、牽引梁、端梁、地板及下蓋板組成，如圖3所示。

圖2 車體中央橫截面結(jié)構(gòu)圖

圖3 載重80 t凹底平車車體模型圖

其中框格采用縱向魚腹型腹板、縱向腹板、橫向腹板及隔板組焊而成，且框格與地板及下蓋板組焊形成底架的整體箱型結(jié)構(gòu)；枕梁采用下蓋板、上蓋板與腹板、隔板組焊而成的變截面箱型結(jié)構(gòu)；牽引梁采用上、下蓋板、腹板、隔板等組焊而成的變截面箱型結(jié)構(gòu)；端梁采用L型冷彎型鋼；地板及3塊下蓋板加強(qiáng)板均為材質(zhì)Q450NQR1的普通鋼板，下蓋板采用倒“幾”型結(jié)構(gòu)，以提高強(qiáng)度和剛度。

4.3 計(jì)算分析

車輛載重為80 t，自重為50 t，轉(zhuǎn)向架自重為14 t，同時(shí)考慮動(dòng)載荷系數(shù)及雨雪等其他因素的影響，經(jīng)計(jì)算：

車體中央截面承受的最大彎矩：

型心：

（車體中央橫截面下平面為坐標(biāo)軸圓點(diǎn)）；慣性矩：

抗截面系數(shù)：

依據(jù)式（1）計(jì)算 ：σ上=200.41 MPa，σ下=153.48 MPa，均小于原材料的許用應(yīng)力。

另外，最大撓度為71.21 mm，撓跨比為：71.21/18 210=1/256＜1/250，滿足要求。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）滿足了自重為60～80 t級(jí)特大自滾輪裝備的運(yùn)輸需求，解決了該類特大自滾輪裝備無法整體運(yùn)輸?shù)碾y題，避免了解體運(yùn)輸對(duì)裝備性能的損害，提高了運(yùn)輸效率，降低了運(yùn)輸成本。

（2）載重80 t凹底平車相對(duì)載重40 t凹底平車、載重60 t凹底平車，車輛自重系數(shù)較小，提高載重，提高了運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。

（3）該底架采用無中梁整體封閉式凹底框架結(jié)構(gòu)，提高了車輛的整體承載能力。

（4）依據(jù)特大自滾輪裝備自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)有同類型車輛的實(shí)際運(yùn)營情況，充分利用了車輛的下部限界，降低了重載車輛的重心，提高了運(yùn)輸安全性及穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

以滿足自重為60～80 t級(jí)自滾輪特大裝備的鐵路運(yùn)輸需求為宗旨，結(jié)合現(xiàn)有同類型鐵路車輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、下部限界利用情況以及實(shí)際運(yùn)營工況，制定了滿足自重為60～80 t級(jí)自滾輪特大裝備運(yùn)輸用載重80 t凹底平車技術(shù)方案及關(guān)鍵參數(shù)的確定，并通過相關(guān)計(jì)算對(duì)該方案進(jìn)行了驗(yàn)證，該載重80 t凹底平車技術(shù)方案完全能滿足自重為60～80 t級(jí)自滾輪特大裝備的運(yùn)輸需求。