【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖1—56．“單惺板+下蓋板+側(cè)管支柱”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—6)。Procor公司的主型罐車采用單腹板、側(cè)管支柱結(jié)構(gòu)，用鋼管代替?zhèn)壬w板，既優(yōu)化了結(jié)構(gòu)、 簡(jiǎn)化了工藝，又提高了頂車工況的構(gòu)定性，改善了鞍座邊角處的應(yīng)力水平。 圖1—67．“雙腹板+下蓋板+寬側(cè)蓋板”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—7)。針對(duì)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。 圖1—7。 國(guó)內(nèi)無(wú)底架罐車的發(fā)展歷史 我國(guó)鐵路罐車的發(fā)展現(xiàn)狀解放后，隨著社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，特別是石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，要求鐵路車輛部門(mén)提供大量質(zhì)量良好的罐車，以解決運(yùn)能和運(yùn)量的矛盾。因此，我國(guó)鐵路車輛部門(mén)于建國(guó)后不久即著手設(shè)計(jì)、制造鐵路罐車。1953年以前制造的罐車是仿照日偽圖紙進(jìn)行的。1953年以后開(kāi)始自行設(shè)計(jì)和制造。多年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)踐、認(rèn)識(shí)及改進(jìn)，使罐車的技術(shù)性能逐步提高，結(jié)構(gòu)日趨完善。鐵路罐車從大結(jié)構(gòu)上可分為有中梁罐車和無(wú)中梁罐車。我國(guó)早期的罐車產(chǎn)品均為有中梁結(jié)構(gòu)，罐體通過(guò)罐帶和上下鞍結(jié)構(gòu)安裝在底架上，由中梁來(lái)傳遞牽引力。1953年設(shè)計(jì)制造的G50型輕油罐車和G10型濃硫酸罐車的底架，其中梁采用[3008下蓋板，側(cè)梁采用[200737的通長(zhǎng)槽鋼，兩枕粱之間設(shè)有兩對(duì)大橫梁?？紤]到罐體的剛度比較大，罐體的自重與載重等垂直載荷絕大部分又是直接經(jīng)心盤(pán)傳給轉(zhuǎn)向架的；同時(shí)我國(guó)的鐵路車輛都是采用自動(dòng)車鉤和中央緩沖器來(lái)傳遞縱向力的，中梁主要承受牽引力和沖擊力，這就給逐步簡(jiǎn)化罐車底架結(jié)構(gòu)提供了根據(jù)。1956年設(shè)計(jì)、制造的G50型輕油罐車，側(cè)梁改為[140586的槽鋼。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(duì)大橫梁及中梁下蓋板。1959年設(shè)計(jì)、制造的G50型輕油罐車，改變了枕梁兩端的罐帶座和頂車支架部分的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用[160637槽鋼的端側(cè)梁。多次改進(jìn)過(guò)的底架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的運(yùn)用實(shí)踐，表明它有著足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)它還具有自重輕、便于生產(chǎn)與檢修等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)鐵路有中梁罐車底架的主要結(jié)構(gòu)形式[6]。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展和焊接工藝水平的提高，同時(shí)考慮到罐體的強(qiáng)度和剛度比中梁的強(qiáng)度和剛度大的多，縱向力可由罐體來(lái)承受，因此這就給設(shè)計(jì)制造無(wú)中梁罐車提供了依據(jù)。1958年以來(lái)，為了探索既適合運(yùn)用、方便檢修，又可減輕車輛自重的無(wú)中梁罐車結(jié)構(gòu)，先后共設(shè)計(jì)、制造了十余種無(wú)中梁罐車。我國(guó)的第一輛無(wú)中梁輕油罐車是大連機(jī)車車輛廠于1958年試制成功的(G60型輕油罐車)。該車罐體采用3號(hào)普通碳素鋼焊接而成，各部分板厚為：上板9mm，端板llmm，除鞍座部分12mm外，底架中部11mm。罐體內(nèi)徑為2800mm端板曲率半徑為3500mm，端板過(guò)渡半徑為100mm。179。，空氣包為橢圓形。這種罐車共試制了兩輛，運(yùn)用兩年以后經(jīng)靜強(qiáng)度試驗(yàn)表明，無(wú)中梁罐車結(jié)構(gòu)是合理和可行的，可以投入生產(chǎn)。但由于當(dāng)時(shí)水壓機(jī)設(shè)備的原因，大批生產(chǎn)罐體內(nèi)徑為2800mm的罐車尚有困難，因此，大連工廠于1960～1961年間又設(shè)計(jì)并批量生產(chǎn)了罐體內(nèi)徑為2600mm的G16型無(wú)中梁、無(wú)空氣包輕油罐車[7]。在總結(jié)無(wú)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(wú)空氣包、傾斜底、罐體內(nèi)徑為2800mm，端板曲率半徑為3500mm，端板過(guò)渡半徑為250mm，容積為80m179。的G19型無(wú)中梁輕油罐車。G19型輕油罐車試制完成后，在寒冷地區(qū)投入運(yùn)用，并進(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。此后，大連工廠先后設(shè)計(jì)了罐體總?cè)莘e為110m179。的DLH9型無(wú)中梁液化氣體罐車及援坦贊鐵路用的無(wú)中梁輕油罐車。1970年設(shè)計(jì)、試制了兩列G17A型無(wú)中梁粘油罐車專列，并投入運(yùn)用考驗(yàn)。與此同時(shí)，又設(shè)計(jì)并批量生產(chǎn)量容積為60m179。的G60A型無(wú)中梁輕油罐車。無(wú)中梁輕油罐車與有中梁輕油罐車相比，不僅降低了自重系數(shù)，而且罐體中心至軌面的距離也降低了30～80mm，從而改善了罐車的運(yùn)行平穩(wěn)性。由于無(wú)中梁罐車取消了罐帶、罐體托板及墊木等，因此大大地減輕了自重并方便了制造和檢修，同時(shí)減小了木材的大量使用。 但均因計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期的種種原因沒(méi)有形成規(guī)模，并沒(méi)有針對(duì)無(wú)中梁罐車運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題做進(jìn)一步深化分析、研究和完善，直到20世紀(jì)九十年代初，油品的運(yùn)輸仍然以G60輕油罐車和G17型粘油罐車為主；真正意義上的無(wú)中梁罐車的代表車型是2lt軸重的G70型輕油罐車以及隨后研制的G17B型粘油罐車，作為“鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃”項(xiàng)目，G70型輕油罐車由西安車輛廠與四方車輛研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)，通過(guò)試制和小批量的運(yùn)用考驗(yàn)后，針對(duì)生產(chǎn)和運(yùn)用中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了大量的分析研究工作，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度(特別是牽枕裝置及其與罐體的連接)和動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了大量計(jì)算、試驗(yàn)、研究及其他嘗試性試驗(yàn)工作，對(duì)牽枕結(jié)構(gòu)做了相當(dāng)多的探索和改進(jìn)，通過(guò)該車近十年的實(shí)踐運(yùn)用，使西安廠對(duì)無(wú)中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)和掌握，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，截止2004年底該，車已累計(jì)生產(chǎn)8000輛，使我國(guó)鐵路罐車步入了無(wú)中梁罐車時(shí)代，大量的輕、粘油改用G70和G17B型無(wú)中粱罐車進(jìn)行運(yùn)輸：隨后開(kāi)發(fā)的2lt軸重G75型輕油罐車吸取了G70型罐車的成熟結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)同類罐車的技術(shù)，牽枕裝置采用側(cè)管支柱結(jié)構(gòu)，罐體采用對(duì)稱布置的圓截面直錐斜底結(jié)構(gòu)，提高了罐車的卸凈率，目前該車已成為繼G70型罐車之后，又一2lt軸重的無(wú)中梁主型輕油罐車；隨著中國(guó)鐵路實(shí)施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路貨車向重載化、快捷化發(fā)展，根據(jù)鐵道部貨運(yùn)重載技術(shù)要求，西安廠又研制開(kāi)發(fā)了23t軸重的70t級(jí)無(wú)中梁輕、粘油罐車，成為中國(guó)鐵路罐車劃時(shí)代的產(chǎn)品[8]。下面將我國(guó)幾種有代表性的無(wú)中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)作以介紹。 G16型輕油罐車 G16型輕油罐車是大連機(jī)車車輛廠1958年設(shè)計(jì)制造的我國(guó)第一輛無(wú)中梁輕油罐車的基礎(chǔ)上，于1960年～1961年問(wèn)設(shè)計(jì)制造并成批生產(chǎn)的有效容積為50m3的無(wú)中梁輕油罐車。主要裝運(yùn)汽油、煤油、輕柴油等輕質(zhì)油類的石油產(chǎn)品。由罐體、牽枕裝置、外梯、內(nèi)梯空氣及手制動(dòng)裝置、制動(dòng)吊、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等組成。 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(jiàn)圖1—8)。 由于生產(chǎn)中的材料供應(yīng)關(guān)系，牽引梁結(jié)構(gòu)曾采用過(guò)三個(gè)方案：第一方案中的牽引梁上蓋板由一塊190065010mm的鋼板壓成與罐體外圓相符的弧面，直接焊在罐體底架上，牽引梁桿件采用[3009010的槽鋼，上翼板壓成符合上蓋板的弧面并與上蓋板焊接；第二方案中的牽引梁上蓋板和第一方案相同，而牽引粱是由14mm厚的鋼板焊成的L形桿件，總高為350mm，翼板寬為loomm；第三方案中的牽引梁上蓋板為1950x 65012mm的鋼板，牽引梁桿件由145015011．5的工字銅割成總高為31的上形鋼，其伸出罐體部分焊有厚12mm、寬100mm的上翼板。 該車枕梁為雙腹板焊接到封閉箱形結(jié)構(gòu)，包角1200。上蓋板貼靠于罐體底板。牽引梁、枕梁上蓋板連接處的四個(gè)角都加焊了厚10mm的三角板。 該車在1960年成批生產(chǎn)并投入運(yùn)用后，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)部位的焊縫產(chǎn)生裂紋。1962年8月由鐵道部組織了工作組，調(diào)查了從1960年10月至196年9月生產(chǎn)的53輛G16型輕油罐車。檢查后發(fā)現(xiàn)裂紋的焊縫多數(shù)是三角板與牽引梁、枕梁上蓋板連接處的焊縫；牽引梁腹板與上蓋板連接焊縫的端部結(jié)點(diǎn)；枕梁腹板與牽引梁腹板連接處的立焊縫。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(méi)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。其余部位的裂紋原因主要是當(dāng)時(shí)工藝流程混亂、制造質(zhì)量低，特別是焊接質(zhì)量差、檢驗(yàn)不嚴(yán)等造成的。如三角板與牽引梁、枕梁上蓋板的連接焊縫在生產(chǎn)過(guò)程中就不斷出現(xiàn)過(guò)裂紋。由于上述焊縫開(kāi)裂較多，為了慎重起見(jiàn)，鐵道部曾將G16型輕油罐車改運(yùn)粘油。在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)期的運(yùn)用后，裂紋情況沒(méi)有擴(kuò)展，因而又恢復(fù)裝運(yùn)汽油。 G19型輕油罐車 大連機(jī)車車輛廠和四方研究所在綜合G16型等無(wú)中梁輕油罐車有缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，于1965年設(shè)計(jì)了容積80m傾斜底、防腐蝕的G19型無(wú)中梁輕油罐車。它具有以下特點(diǎn)：一是容積大；二是采用下卸式排油裝置；三是傾斜底，油卸得干凈：四是罐體內(nèi)涂有防腐層，所以不會(huì)因銹垢而影響油品的質(zhì)量：五是罐體采用斜底結(jié)構(gòu)便于洗刷。從制造和運(yùn)用的實(shí)踐可以看出，G19型輕油罐車與G50、G60、G16等型輕油罐車相比較，不但裝載量大、運(yùn)用效車高、運(yùn)輸費(fèi)用低，而且在制造中可以節(jié)省大批鋼材。 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)。牽引梁和枕梁均為lOmm厚的鋼板。牽引梁是壓成L形的桿件，其腹板呈與罐體底板相同斜度的變高度斷面。牽引梁上蓋板呈燕尾形，它與罐體的連接部位為兩條寬120mm的燕尾，燕尾間距240mm，懸出部分是寬為480mm的平直板。燕尾壓成與罐體底板同心的弧面，兩者之間自然過(guò)渡。端部為平直板與端梁上翼板對(duì)接焊。枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)，蓋板及側(cè)蓋板都較以前設(shè)計(jì)制造的無(wú)中梁罐車的枕梁蓋板窄。枕梁端面也改小了，因而改善了制造工藝。枕梁外側(cè)設(shè)有頂車筋板。端側(cè)梁用厚度為5mm的鋼板壓成交高度的1形鋼，并焊有下翼板，組成變斷面的槽形結(jié)構(gòu)。采用鑄鋼從板座，后從板座為整體式。 G19型無(wú)中梁輕油罐車試制完成后即于寒冷地區(qū)進(jìn)行了運(yùn)用考驗(yàn)，分別在一12℃、一20℃、一24．6℃的氣溫下，運(yùn)送70號(hào)汽油，油溫為一1．2℃、一9℃、一12℃。經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)用考驗(yàn)后，對(duì)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。該車截止1969年共生產(chǎn)量32輛，經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)用，1982年起對(duì)G19型罐車運(yùn)用情況進(jìn)行調(diào)查，先后走訪了修理廠及站、段檢修。調(diào)查結(jié)果反映：(1)底架因無(wú)中梁，便于鉆車檢修，作業(yè)條件好，對(duì)確認(rèn)車輛事故，更換配件都方便；(2)因罐底板為傾斜式，使殘油或蒸洗罐體的冷凝水能自動(dòng)匯集在罐體底部，卸油干凈，無(wú)需人工掃聚清艙，減輕了體力勞動(dòng)；(3)容積大，2個(gè)G19可頂3個(gè)G60使用，減少了工人作業(yè)和勞動(dòng)強(qiáng)度。但調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，如個(gè)別車罐體與牽引梁上蓋板一、四位處有長(zhǎng)約20咖左右的焊縫開(kāi)裂，由于焊縫開(kāi)裂延及腹板造成大面積補(bǔ)強(qiáng)。再如手制動(dòng)操作部位太少，調(diào)車作業(yè)不方便等。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題修改了設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1．總體尺寸及材質(zhì)變更。(1)改側(cè)梯為端梯，并增加了通過(guò)臺(tái)；(2)為保持總重不變，罐體長(zhǎng)縮短180mm。罐體總?cè)莘e受總重限制，改為79．4m3。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)。 2．牽引梁長(zhǎng)度由29lOmm增長(zhǎng)到3214mm。材料改用310型乙字型鋼牽引梁尾部?jī)A角改為20。，增加了枕后的長(zhǎng)度。同時(shí)將枕梁下蓋板(中)進(jìn)行了加長(zhǎng)，側(cè)梁采用[160型鋼。 3．罐體與牽枕裝置的連接。為克服罐端板與牽引梁上蓋板連接處焊縫的開(kāi)裂，增加了楔形連接板，將牽引梁連接起來(lái)。 4．心盤(pán)座結(jié)構(gòu)。心盤(pán)座開(kāi)裂是原G19存在的嚴(yán)重問(wèn)題。修改設(shè)計(jì)后，采用了C62A型敞車心盤(pán)座結(jié)構(gòu)，增設(shè)了一塊連接板將兩塊隔板連在一起，以達(dá)到加強(qiáng)的目的。其牽枕結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2—9。該車枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)，包角1200；枕梁斷面減小，側(cè)蓋板變窄。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。存在的主要問(wèn)題是心盤(pán)隔板上沒(méi)有蓋板一心盤(pán)座焊縫開(kāi)裂嚴(yán)重。 1983年，西安車輛廠對(duì)原G19型輕油罐車進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其牽枕結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2一10。枕梁為單腹板結(jié)構(gòu)，包角120。，牽引梁采用310乙字鋼，上蓋板燕尾形，尾部斜直線。為了克服端板與牽引梁上蓋板連接處焊縫的開(kāi)裂，增加了楔形連接板。采用C62A型敞車心盤(pán)座結(jié)構(gòu)，增設(shè)1塊連接板將2塊隔板連在一起。 圖1—10 G19(西安廠) G17A型粘油罐車 為改革粘油罐車的結(jié)構(gòu)，大連廠在總結(jié)1958年以來(lái)生產(chǎn)無(wú)中梁輕油罐車經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1970年首次設(shè)計(jì)試制了G17A型粘油罐車。 該車牽枕裝配為普通低合金鋼焊接結(jié)構(gòu)。牽引梁是10mm后的鋼板壓成L形。上蓋板分成兩部分：伸出罐體的部分用lOmm厚的鋼板壓成L形。上蓋板分成兩部分：伸出罐體的部分用寬480mm、厚10mm的鋼板做成倒燕尾形；在簡(jiǎn)體的部位用兩條寬120mm、厚10mm的鋼板作罐體加強(qiáng)板(即牽引梁上翼板)。為了加強(qiáng)心盤(pán)座隔板處的連接剛度，此處的加強(qiáng)板是整塊的。為適應(yīng)粘油罐車加溫套的特點(diǎn)，牽引梁的伸出部分比直接與罐體連接到部位低60mm，因而上蓋板有半徑為30mm的小圓弧，彎成90。后與加強(qiáng)板焊接。枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)。枕梁各板厚均為10mm。上蓋扳寬230～340mm，端部割成半徑為115mm的半圓形；下蓋板寬340～540mm；200～250mm。側(cè)梁用[160x63x6．5的槽鋼；端梁為5mm厚鋼板的壓牽引梁與端側(cè)梁焊成一體，組成一個(gè)包括端梁和枕梁在內(nèi)的牽引小底架，牽引梁上蓋板直接焊在罐體上。為了加強(qiáng)兩牽引梁之間的聯(lián)系與枕梁腹板的剛性，分別在牽引梁前部加焊一上蓋板并在上旁承處加焊四塊向心筋板。為解決心盤(pán)座隔板上端部裂紋的問(wèn)題，后來(lái)又在心盤(pán)座隔板上加一小蓋板，各板的厚度均為lOmm。 為解決心盤(pán)座隔板上端部焊縫裂紋的問(wèn)題，在第二次小批量試制中，采用了在心盤(pán)座隔板上加焊一塊10X350x350mm的小蓋板。為進(jìn)