【正文】 ctrer 。鐵路運(yùn)輸是以鐵路作為運(yùn)輸線路，由機(jī)械動力牽引車輛運(yùn)送旅客和貨物的運(yùn)輸。中華人民共和國成立后，大規(guī)模修建鐵路，現(xiàn)金全國各省市自治區(qū)都有了鐵路。按用途可分三類：（1）通用貨車，能裝在多種貨物的貨車。 。車輛倆側(cè)的標(biāo)記符號為“C”。棚車車體倆側(cè)的標(biāo)記符號為“P”。此外，還可以裝載各種軍用裝備。鐵路作為中國運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分，是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，同樣在改革開放中不斷謀求自身的發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)對發(fā)展中出現(xiàn)的問題。新形勢下，原有的鐵路運(yùn)輸模式和技術(shù)裝備水平已經(jīng)不能滿足新經(jīng)濟(jì)需要，鐵路運(yùn)輸正在向世界鐵路“重載化”運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展。按照現(xiàn)代的分類方法，罐車全部屬于專業(yè)化的運(yùn)輸工具。因此，為滿足70t級輕、粘油罐車的速度快、載重大的設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)牽引萬噸列車的需要，設(shè)計(jì)一種安全可靠，材料利用車高，能夠保證重載罐車在運(yùn)營過程中的沖擊和承載要求的重載罐車牽枕結(jié)構(gòu)是本文急需解決的重要課題。解放初期我國只能生產(chǎn)載重25t、179。載重63t的各種罐車?，F(xiàn)在的標(biāo)記載重量是以實(shí)際所裝運(yùn)油類、酸堿類的比重計(jì)算的。對于每一種規(guī)格的罐體，均有其容積折算表。本工程學(xué)士學(xué)位論文的研究課題就是通過對70t級輕、粘油無中梁重載罐車牽枕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型和開發(fā)思路作以論述，探討和總結(jié)無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，從而對無中梁類罐車的牽枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造提供幫助。四、為了驗(yàn)證牽枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的可靠性，本文采用ANSYS有限元計(jì)算分析軟件，依據(jù)70t級貨車強(qiáng)度考核標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)的牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元的靜強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果表明牽枕結(jié)構(gòu)在各載荷工況下，各部件材料許用應(yīng)力能夠滿足TB／T1335的標(biāo)準(zhǔn)要求。 國外無底架罐車的發(fā)展歷史無中梁罐車起源于德國，20世紀(jì)中期在美國開始大量使用。為了將賓夕法尼亞油田的原油高教地運(yùn)出，他們亍1865年將2個巨大的術(shù)桶放在平車上，安裝密封蓋后，這些車能裝載13．25m3(3 5009a1)的油。Empire公司的車輛采用了這種設(shè)計(jì)型式，在以后的90年，普遍保持了該種型式。1900年，隨著對更長、更快列車的強(qiáng)烈需要，標(biāo)準(zhǔn)石油公司的John VanDyke設(shè)計(jì)了1種全新的罐車，該罐車采用雙行鉚的鋼罐。Van Dyke所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)起初并沒有得到人們真正的認(rèn)識，隨著設(shè)計(jì)手段的提高以及對罐車結(jié)構(gòu)的深入了解，對材料利用率的進(jìn)一步提高，人們開始認(rèn)識到這種結(jié)構(gòu)的所帶來的巨大價(jià)值，與有中梁罐車相比無中梁罐車有其無法比擬的優(yōu)越性。1100輛車的檢查結(jié)果表明，疲勞斷裂絕大部分發(fā)生在這種設(shè)計(jì)的牽引梁與罐體連接處。它的成員包括一些制造廠高和車主，F(xiàn)RA、從R、鐵道發(fā)展學(xué)會(RPI)、加拿大運(yùn)輸公司以及化學(xué)制造高協(xié)會，該委員會雇用了相當(dāng)于一個獨(dú)立的第三方項(xiàng)目管理的西南研究學(xué)會(swRI)，采用失效容限分析的方法對無中梁牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行全尺寸疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測驗(yàn)證試驗(yàn)，目標(biāo)是用試驗(yàn)方法驗(yàn)證失效容限分析研究辦法。的液氨和液化石油氣罐車，同本已推廣74．5m179。非壓力罐車的罐體壁厚相對壓力罐車較薄，供通常情況下運(yùn)輸無危險(xiǎn)和低蒸發(fā)壓力、低介質(zhì)有毒液體貨物，也包括食物如液體糖和蔬菜油；化學(xué)品如乙二醇乙烯、橡膠漿和硫磺；石油產(chǎn)品如燃料和潤滑油及各種陶粘土泥漿。幾種無中梁罐車的牽枕結(jié)構(gòu)，形式各異、各具特點(diǎn)，現(xiàn)將北美幾種常見的牽枕結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)介紹如下： 牽引粱腹板美國無中梁罐車為了提高罐內(nèi)運(yùn)輸介質(zhì)的卸凈車，方便清洗作用，罐體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從圓柱形筒體結(jié)構(gòu)向直角斜錐圓截面斜底罐體結(jié)構(gòu)和淺“V”形圓柱簡體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。但罐體尾部的腹板均相同，呈線性遞減?！Ｒ虼?，北美鐵路一直致力于鐵路罐車的可靠性研究，降低因罐車事故對周圍環(huán)境的破壞和人員、財(cái)產(chǎn)損失。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：側(cè)蓋板與枕梁腹板間的施焊空間小，對焊縫要求較高；采用雙腹板頂車箱形結(jié)構(gòu)，焊縫多，壓型件多，工藝性較差?！?、RELX公司的無中梁罐車枕梁結(jié)構(gòu)多采用單腹板側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在單腹板、側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了矩形型鋼起吊連桿結(jié)構(gòu)，在滿足枕梁受力的同時(shí)，方便制造、檢修過程中的吊裝罐體作業(yè)(如GATx公司采用該結(jié)構(gòu)作為主型結(jié)構(gòu))。為改善側(cè)蓋板和無側(cè)蓋板單腹板枕梁鞍座邊角處的受力狀況，鞍座邊角處采用了圓管結(jié)構(gòu)，枕梁下蓋板下側(cè)焊接單腹板、頂車下蓋板結(jié)構(gòu)。針對低重心、壓力罐車采用了雙腹板、寬側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了枕梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，降低了鞍座邊角處的應(yīng)力水平，提高了牽枕結(jié)構(gòu)的可靠性。1953年以前制造的罐車是仿照日偽圖紙進(jìn)行的。我國早期的罐車產(chǎn)品均為有中梁結(jié)構(gòu)，罐體通過罐帶和上下鞍結(jié)構(gòu)安裝在底架上，由中梁來傳遞牽引力。1957年設(shè)計(jì)、制造的G50型輕油罐車，端側(cè)梁改為[200737的槽鋼，取消了兩枕梁間的側(cè)梁和兩對大橫梁及中梁下蓋板。1958年以來，為了探索既適合運(yùn)用、方便檢修，又可減輕車輛自重的無中梁罐車結(jié)構(gòu)，先后共設(shè)計(jì)、制造了十余種無中梁罐車。179。在總結(jié)無中梁罐車設(shè)計(jì)及制造等方面經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大連機(jī)車車輛廠和四方車輛研究所共同設(shè)計(jì)并試制成功了無空氣包、傾斜底、罐體內(nèi)徑為2800mm，端板曲率半徑為3500mm，端板過渡半徑為250mm，容積為80m179。此后，大連工廠先后設(shè)計(jì)了罐體總?cè)莘e為110m179。的G60A型無中梁輕油罐車。下面將我國幾種有代表性的無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)作以介紹。 圖1—8 G16牽枕結(jié)構(gòu) 由A3鋼材制成的牽引梁、端梁、枕梁、端側(cè)梁等部件組焊成為一體的小底架，直接焊在罐體上以承受縱向力(見圖1—8)。牽引梁、枕梁上蓋板連接處的四個角都加焊了厚10mm的三角板。經(jīng)分析認(rèn)為：在結(jié)點(diǎn)處的裂紋原因是牽引梁用的代用材料多，前部又沒有上蓋板，結(jié)構(gòu)是不夠合理的；另外制造中，牽引梁腹板按罐體研縫切割時(shí)造成的凹坑及焊接時(shí)產(chǎn)生的弧坑未能消除，而導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)處裂紋。在經(jīng)過較長期的運(yùn)用后，裂紋情況沒有擴(kuò)展，因而又恢復(fù)裝運(yùn)汽油。 圖1—9 G19(大連廠) G19型輕油罐車的牽枕裝置是用09Mn2低合金鋼板組合成的焊鉚結(jié)構(gòu)。燕尾壓成與罐體底板同心的弧面，兩者之間自然過渡。枕梁外側(cè)設(shè)有頂車筋板。經(jīng)過一年半的運(yùn)用考驗(yàn)后，對該型車又進(jìn)行了靜強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果再次肯定了罐體是能夠承擔(dān)縱向載荷作用的，傳遞縱向載荷的牽引及枕梁裝置的結(jié)構(gòu)是比較合理的。再如手制動操作部位太少，調(diào)車作業(yè)不方便等。端板距枕梁中心的距離由1670mm縮短為1340mm，加強(qiáng)了枕梁結(jié)構(gòu)。同時(shí)將枕梁下蓋板(中)進(jìn)行了加長，側(cè)梁采用[160型鋼。心盤座開裂是原G19存在的嚴(yán)重問題。牽引梁采用厚10mm的09Mn2低合金鋼壓成L形，尾部斜直線，上蓋板為寬度120mm的燕尾形。牽引梁采用310乙字鋼，上蓋板燕尾形，尾部斜直線。 該車牽枕裝配為普通低合金鋼焊接結(jié)構(gòu)。為了加強(qiáng)心盤座隔板處的連接剛度，此處的加強(qiáng)板是整塊的。枕梁各板厚均為10mm。為解決心盤座隔板上端部裂紋的問題，后來又在心盤座隔板上加一小蓋板，各板的厚度均為lOmm。枕梁為單腹板結(jié)構(gòu)，包角92。采用在心盤隔板上加焊350mmX350mm小蓋板的改進(jìn)措施后又試制了5輛取消枕梁上蓋板的罐車，1年后檢查發(fā)現(xiàn)枕梁側(cè)蓋板上端與罐體的角焊縫存在毛細(xì)裂紋 。牽引梁尾部距離心盤中心1343mm，燕尾采用R500mm大圓弧過渡改善尾部的受力，采用側(cè)蓋板頂車筋板結(jié)構(gòu)，罐體封頭與牽引梁之間采用楔形連接板連成一體。2．鑄造中夾渣、氣孔等缺陷的存在是裂紋產(chǎn)生的直接原因。 圖1—12 G17B型粘油罐車 G75型輕油罐車 2001年，為提高部分密度較小的輕油類介質(zhì)的運(yùn)量，充分利用罐車軸重，借鑒和吸收G70型輕油罐車成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種更大容積、卸凈車高的新一代輕油罐車。 GL60K型瀝青罐車 2002年，西安廠首次研制開發(fā)了帶保溫層的無中梁瀝青罐車，為方便保溫層結(jié)構(gòu)的安裝，該車牽枕與G70型罐車類似，采用側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)。 我國罐車的不足由于中國鐵路長期受21t車輛軸重和線路、橋涵等基礎(chǔ)設(shè)施的限制，上世紀(jì)我國鐵路四軸通用貨車始終沒能真正實(shí)現(xiàn)重載運(yùn)輸，提高車輛單車載重的途徑主要是通過增加車輛的軸數(shù)，各種六軸車和八軸車常被設(shè)計(jì)用來裝運(yùn)各種長、大、重貨物。近幾年，隨著貨車用25t軸重轉(zhuǎn)向架、空重車自動調(diào)整裝置、不銹鋼制動管系、旋壓密封式制動缸、Nsw型手制動機(jī)、高磨合成閘瓦等新裝備、新技術(shù)不斷研發(fā)并推廣應(yīng)用，鐵路實(shí)施技術(shù)引進(jìn)和轉(zhuǎn)化的同時(shí)，花大力氣開展重載貨車的試驗(yàn)論證和專題研究，不斷完善重載技術(shù)，并在大秦運(yùn)煤專線上車先開行萬噸列車，實(shí)現(xiàn)特殊專線上貨運(yùn)重載，為鐵路全面重載化積累經(jīng)驗(yàn)。我國從1958年由大連機(jī)車車輛廠試制出第一輛無底架輕油罐車以來，至今已有40年的歷史。、100m179。100m179。載重25t。179。(3)罐車底架結(jié)構(gòu)落后由于罐體的剛度大，加上縱向還有二分之一的承載潛力未發(fā)揮，縱向載荷完全可以由罐體來承擔(dān)。(4)鋼材強(qiáng)度低我國罐車的罐體材料主要是采用400MPa的16MnR，罐體直徑2800mm時(shí)，筒體壁厚20mm，封頭壁厚22mm，而日本采用400MPa的低合金高強(qiáng)鋼CF62，其壁厚分別為16mm和17mm。、載重50t的罐車。如當(dāng)前國內(nèi)鐵路用戶用于裝運(yùn)汽油、甲醇介質(zhì)的罐車主要是以G70為代表的鐵路輕油罐車。2．罐體結(jié)構(gòu)逐步完善早期制造的罐體結(jié)構(gòu)均為搭接焊接,1957年以后采用了對接焊接結(jié)構(gòu)；1960年開始取消空氣包，改為無空氣包人孔結(jié)構(gòu)，改善了罐體的力學(xué)性能，方便了制造、檢修。3．無中粱結(jié)構(gòu)成為主流無中梁罐車通過將罐體與牽枕有機(jī)地結(jié)合，充分利用罐體的剛度與強(qiáng)度，省掉了枕梁之間的中梁、罐帶等零部件，具有自重小、相對重心低、運(yùn)行平穩(wěn)性好、便于制造和檢修等優(yōu)點(diǎn)。4．零部件不斷完善加溫、排油、人孔、安全閥、外梯等罐車零部件結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)、完善，技術(shù)性能不斷提高。特別是近十幾年來，罐車得到了前所未有的發(fā)展，車型顯著增多，目前，我國鐵路罐車的車型數(shù)量已達(dá)100余種。北美鐵道車輛中罐車占七分之一。罐車運(yùn)輸已經(jīng)影響到我們生活的每一部分，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。根據(jù)承載構(gòu)件的形式，罐車結(jié)構(gòu)可分為：所有作用在車輛上的主要載荷由底架承受的有底架罐車，以及所有這些載荷均由罐體本身承受的無底架罐車；有空氣包、無空氣包罐車；上卸式和下卸式罐車。這些貨物包括汽油、原油、各種粘油、植物油、液氨、酒精、水、各種酸堿類液體、水泥、氧化鉛粉等。的全焊結(jié)構(gòu)罐車，以后又制造了有效容積60m179。的GQ型液化氣體罐車，其罐體呈魚腹形。因此，罐車的裝載能力以體積來度量更為合適。由于罐體是一個臥式整體簡型結(jié)構(gòu)，具有較大的強(qiáng)度和剛度，罐體不但能承受所裝物體的重量，而且也可承擔(dān)作用在罐體上的縱向力。）空容積與有效容積之比（%）2罐體內(nèi)經(jīng)（mm）3050車輛長度（mm）12216車輛最大寬度（mm）3320車輛最大高度（mm）4494車輛定距（mm）8050軸重（t）每延米載重（t）罐體工作壓力（MPa）商業(yè)運(yùn)營速度（km/h）120通過最小曲線半徑(m)145車輛使用的環(huán)境溫度(℃)40~+50限界罐體結(jié)構(gòu)直錐圓截面斜底空車重心高（mm）1399重車重心高（mm）2266全車制動倍率全車制動率（定壓500 MPa）空車（%）重車（%） 主要結(jié)構(gòu)GQ70型大容積輕油罐車為無中梁全鋼焊接結(jié)構(gòu)，全車由罐體、牽枕、制動裝置、車鉤緩沖裝置、轉(zhuǎn)向架、側(cè)梯及操作臺等組成[9]。罐體頂部設(shè)置一個人孔，兩個呼吸式安全閥，底部設(shè)有聚液窩，罐體內(nèi)部設(shè)置內(nèi)梯，罐車一位端設(shè)置外梯，罐頂設(shè)有走板，人孔周圍設(shè)有工作臺及安全欄桿，欄桿安裝于走板外側(cè)，其高度為530mm，罐體外部焊有連接板，便于牽引梁、枕梁和制動吊與罐體焊接。枕梁包角為120度，由下蓋板與單腹板組成變斷面“上”字形焊接結(jié)構(gòu)，其中，增厚枕梁腹板降低應(yīng)力峰值，并提高對枕梁腹板與牽引梁腹板連接焊縫的質(zhì)量要求。手制動機(jī)采用鐵道部推廣使用的NSW型手制動機(jī)。我國21噸軸重通用貨車采用的緩沖器主要是ST型和MT3型緩沖器。圖23 鉤緩裝置（采用E級鋼17號車鉤及E級鋼鉤尾框，采用MT3型緩沖器） 轉(zhuǎn)向架我國原有貨車大量采用轉(zhuǎn)8A型轉(zhuǎn)向架，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便。轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架在兩側(cè)架間安裝了彈性下交叉支撐裝置，交叉桿從搖枕下面穿過，4個端點(diǎn)用軸向橡膠墊與焊在側(cè)架上的支撐座連接。裝用雙作用常接觸彈性旁承,采用高摩合成閘瓦。裝用常接觸式彈性旁承，上、下心盤之間安裝心盤磨耗盤，采用兩級剛度彈簧。圖25 安全附件 罐體的受力分析對罐車進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)首先需對其工作的載荷狀況進(jìn)行分析。（縱向力是指列車在各種運(yùn)動狀態(tài)時(shí)車輛間所產(chǎn)生的壓縮和拉伸的力， 在計(jì)算和試驗(yàn)一般客車強(qiáng)度時(shí)，僅按第一工況的載荷組合方式進(jìn)行，貨車必須按第一種工況和第二種工況的載荷組合方式進(jìn)行。因此內(nèi)壓力的計(jì)算值為或。因?yàn)榱梢愿淖冏约旱姆较颍约俣ü摅w任意截面上的最大計(jì)算壓力按下式確定： （）式中——由罐體端板到所研究的截面的距離，其變化范圍從0到；——罐體圓筒部分的長度。 垂直力1)罐體內(nèi)貨物的重量；2)罐體以及固定在罐體上零件的自重；3)垂直動載荷 （）式中——垂直動荷系數(shù)。載荷的總和為 （）在第一工況下，其垂直動載荷很小，可不予考慮。為了簡化計(jì)算，也可假定轉(zhuǎn)向架重心位于輪軸中心線同一高度上；車體重心距輪軸中心線的垂向高度：客車為1600mm，貨車為1800mm。垂向載荷增加數(shù)值：貨車為垂向靜載荷的10％，％。罐體受內(nèi)壓P的作用所引起的應(yīng)力，可以按照殼體無矩理論的公式來計(jì)算。把相應(yīng)的R和h值代入這些公式中就可以確定罐體中的薄膜應(yīng)力。罐體圓筒部分與端板連接處的局部應(yīng)力計(jì)算，可按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法與薄殼理論相結(jié)合的方法來