出口尼日利亞自發(fā)電長(zhǎng)大家畜車研制

王海靜,袁國(guó)慶,張光利,鹿中華,孟憲玖,李亞琦

(中車山東機(jī)車車輛有限公司,山東 濟(jì)南 250022)

當(dāng)前非洲鐵路運(yùn)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(fēng)困難,運(yùn)輸條件極其惡劣,導(dǎo)致家畜掉膘率、傷殘率和死亡率相當(dāng)高。2020年,尼日利亞國(guó)家鐵路公司向中車山東機(jī)車車輛有限公司(以下簡(jiǎn)稱中車山東公司)采購(gòu)了一批家畜運(yùn)輸專用車。針對(duì)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(yùn)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(zhǎng)度超過25 m,上下雙層結(jié)構(gòu)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(shè)置押運(yùn)間、供水裝置和自發(fā)電裝置,能夠滿足押運(yùn)人員的起居、用水、用電需求。

1 JJ2A型家畜車性能參數(shù)及尺寸

JJ2A 型雙層家畜車車輛性能參數(shù)及主要尺寸如表1、表2所示。

表1 車輛性能參數(shù)

表2 車輛主要尺寸

2 車輛主要技術(shù)特點(diǎn)

(1) 采用超長(zhǎng)車體和雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(yùn)載面積,增加了貨運(yùn)量;

(2) 采用柵欄式鋼結(jié)構(gòu)端側(cè)墻,通風(fēng)散熱好,設(shè)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(shè)有帶完整內(nèi)裝的押運(yùn)間,大大改善了押運(yùn)人員的工作環(huán)境;

(4) 上下裝貨間均被柵欄墻隔成3個(gè)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(fā)電轉(zhuǎn)向架,使車輛具有自發(fā)電功能,供本車用電。

3 車輛主要結(jié)構(gòu)

該車主要包括車體、車門、裝貨間設(shè)備、車外設(shè)備、給水裝置、供電裝置、押運(yùn)間內(nèi)裝飾、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等(圖2),功能區(qū)域主要分為裝貨間和押運(yùn)間兩大部分。

圖2 JJ2A型雙層家畜車結(jié)構(gòu)圖

裝貨間為雙層結(jié)構(gòu),下層可裝運(yùn)大型活口牲畜,上層裝運(yùn)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(yùn)牲畜,中間小格裝運(yùn)飼料、工具,也可隔離病牲畜或正常裝運(yùn)牲畜。上層地板的中間小格處設(shè)有活動(dòng)地板,方便人員上下。裝貨間區(qū)域的側(cè)墻、2位端端墻均為柵欄式,2位端端墻和每個(gè)大格的側(cè)墻內(nèi)側(cè)各設(shè)置1個(gè)調(diào)節(jié)窗,應(yīng)急備用。裝貨間中部的兩側(cè)均設(shè)有上下裝貨門。車輛靠近兩端設(shè)有2個(gè)容積共3 m3的水箱,可供人畜用水。裝貨間外側(cè)設(shè)有8個(gè)排糞器,地板兩側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)有排污口。側(cè)墻外側(cè)靠近裝貨門處設(shè)有扶梯。

押運(yùn)間與裝貨間之間設(shè)置隔墻門,門上設(shè)置觀察窗,押運(yùn)人員可隨時(shí)觀察押運(yùn)間內(nèi)的牲畜情況。

3.1 車體

車體由上下層底架、端墻、側(cè)墻、隔墻、柵欄墻及車頂?shù)炔考M成,主要材質(zhì)為 Q450NQR1 和Q345NQR2高強(qiáng)度耐候鋼。

3.1.1 底架

底架分為上下雙層,下層底架鋪設(shè)6 mm 鋼地板,上層底架鋪設(shè)4 mm 鋼地板。由于大型家畜直接拴在下層裝貨間內(nèi),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(dǎo)致的死傷損失。

由于上層裝貨間裝運(yùn)的小型家禽以籠裝或箱裝方式放置,因此上層地板不設(shè)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(shè)有活動(dòng)地板,作為上下層空間的進(jìn)出通道。

3.1.2 側(cè)墻

押運(yùn)間部分的側(cè)墻采用板柱結(jié)構(gòu),設(shè)置門孔和窗孔,門孔上部設(shè)置雨檐,墻板采用3 mm 耐候鋼;裝貨間段側(cè)墻下部采用板柱結(jié)構(gòu),墻板采用6 mm 耐候鋼板,內(nèi)側(cè)中部設(shè)置腰帶;裝貨間段中上部采用柵欄式桁架結(jié)構(gòu),柵欄采用50 mm×3 mm 扁鋼;側(cè)墻中部設(shè)置上下裝貨門孔;裝貨間段大格處設(shè)置調(diào)節(jié)窗,斜對(duì)角單側(cè)設(shè)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),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(nèi)側(cè)中部設(shè)置腰帶。

3.1.4 隔墻

押運(yùn)間和裝貨間之間以隔墻隔開,隔墻采用板柱結(jié)構(gòu),設(shè)置連通押運(yùn)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(dǎo)軌、下導(dǎo)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(jié)構(gòu),車頂板與車頂框架主要通過鉚接、局部焊接而成。裝貨間區(qū)域的車頂兩端各設(shè)有1個(gè)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(shè)置于裝貨間兩側(cè),上下各1組,主要由側(cè)門、滑輪、導(dǎo)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(shè)置于押運(yùn)間和裝貨間之間。

3.3 裝貨間設(shè)備

裝貨間設(shè)備主要包括上下柵欄門和活動(dòng)地板。上下柵欄門均采用吊掛式推拉門結(jié)構(gòu),安裝于柵欄墻并設(shè)置插銷防止意外打開?；顒?dòng)地板與上層地板通過鎖鏈連接。

3.4 車外設(shè)備

車外設(shè)備包括排糞器和側(cè)梯。裝貨間外側(cè)設(shè)有8個(gè)排糞器,地板兩側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)有排污口。側(cè)墻外側(cè)靠近裝貨門處設(shè)有扶梯。

3.5 給水裝置

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

3.6 供電裝置

本車在轉(zhuǎn)向架上安裝了軸端發(fā)電設(shè)備,使車輛具有自發(fā)電功能,以供押運(yùn)間用電。車下電氣設(shè)備主要有軸端發(fā)電裝置、整流器(車下部分)、電池箱(2個(gè))及控制電路等。軸端發(fā)電機(jī)額定功率為5 kW,通過整流器為車上輸出48 V 直流電,同時(shí)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(shè)置逆變器將48 V 直流電轉(zhuǎn)換為230 V 交流電。

3.7 押運(yùn)間內(nèi)裝飾

押運(yùn)間墻體設(shè)置隔熱保溫層、裝飾層,裝飾層上方設(shè)置不銹鋼地板防水。押運(yùn)間內(nèi)設(shè)有上下2個(gè)臥鋪以及電氣柜、儲(chǔ)物柜、洗漱盆、電燈、風(fēng)扇、插座、獨(dú)立衛(wèi)生間(采用坐便器)等設(shè)施,并設(shè)有2個(gè)側(cè)門、側(cè)窗。側(cè)窗的鋁型材作陽極氧化處理,各窗均帶鋁合金內(nèi)飾框。車窗帶金屬紗窗和帶滑道的窗簾,外側(cè)均設(shè)有鋼制防護(hù)柵欄。押運(yùn)間側(cè)門為內(nèi)開式折頁的鋼質(zhì)車門,配裝有帶手把的三角鎖,玻璃窗內(nèi)設(shè)不銹鋼防護(hù)欄。

3.8 制動(dòng)裝置

制動(dòng)裝置采用成熟的120型制動(dòng)系統(tǒng)和NSW-Ⅰ型手制動(dòng)機(jī)。

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(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架采用了中車山東公司自主研制的JNZNG23型自發(fā)電鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架。皮帶輪傳動(dòng)式軸端發(fā)電裝置,額外設(shè)置懸臂梁組成、軸端發(fā)電裝置總成及防護(hù)罩組成。搖枕、側(cè)架采用B+級(jí)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(dǎo)電尼龍心盤磨耗盤、高摩合成閘瓦。

4 計(jì)算

4.1 靜強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)TB/T 3550.2—2019《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 車體 第2部分:貨車車體》[1]和TB/T 3548—2019《機(jī)車車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范 總則》[2]的規(guī)定,結(jié)合該車的實(shí)際運(yùn)用狀態(tài),對(duì)車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度及剛度有限元計(jì)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(shè)備的分析工況見表3。

表3 計(jì)算載荷工況匯總表

車體在各工況下的最大應(yīng)力發(fā)生在1位端的側(cè)墻立柱頂部、1位端的側(cè)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(cè)梁的最大變形為7.42 mm,發(fā)生在中梁和側(cè)梁的中部且小于相應(yīng)的撓度許用值。計(jì)算結(jié)果均符合TB/T 3550.2—2019 和TB/T 3548—2019標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

4.2 動(dòng)力學(xué)計(jì)算

本車運(yùn)用于尼日利亞境內(nèi)按照中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)修建的標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路,按照GB/T 5599—2019《機(jī)車車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》[4]對(duì)車輛的蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、直線上的運(yùn)行品質(zhì)、直線和曲線上運(yùn)行時(shí)的安全性等方面進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能分析。計(jì)算結(jié)果如下[5]:

(1) 車輛在空車和重車狀態(tài)下,非線性臨界速度均高于132 km/h,蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性滿足要求;

(2) 直線線路軌道不平順為AAR Ⅴ級(jí)譜時(shí),在132 km/h速度范圍內(nèi),空重車的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于4.0,達(dá)到GB/T 5599—2019規(guī)定的良好級(jí);空重車的橫向最大振動(dòng)加速度均小于3 m/s2,垂向最大振動(dòng)加速度均小于5 m/s2,滿足GB/T 5599—2019要求;脫軌系數(shù)、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(shí),脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力最大值均小于GB/T 5599—2019規(guī)定的安全限值,曲線運(yùn)行安全性能滿足要求。

5 靜強(qiáng)度試驗(yàn)

中車山東公司依據(jù)TB/T 3550.2—2019標(biāo)準(zhǔn)和本車技術(shù)條件,對(duì)車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度和剛度試驗(yàn),包括縱向力工況、垂向載荷工況、頂車載荷工況、扭轉(zhuǎn)載荷工況、垂向彎曲剛度試驗(yàn)、組合工況等。試驗(yàn)結(jié)果表明,車體靜強(qiáng)度及剛度均滿足TB/T 3550.2—2019和車輛技術(shù)條件的要求[6]。

6 結(jié)束語

JJ2A 型雙層家畜車目前已批量交付用戶,運(yùn)行良好。該車符合非洲市場(chǎng)需求,解決了尼鐵長(zhǎng)距離運(yùn)輸家畜、家禽等活口牲畜的實(shí)際困難,具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。