【文章內(nèi)容簡介】 考我國敞車的發(fā)展概況，研究了一些具有參考意義的代表車型，通過對現(xiàn)有的車型進(jìn)行一些設(shè)計改進(jìn)，根據(jù)現(xiàn)有條件，完成了一種80t級專用運煤敞車總體方案設(shè)計。 總體方案的設(shè)計主要包括以下幾個方面：（1） 總體方案的設(shè)計和選擇。設(shè)計了三種不同的總體方案，將三種方案經(jīng)行對比，確定一個相對較為合適的方案作為本文的總體設(shè)計方案。（2） 車體鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和選型。確定了車體鋼結(jié)構(gòu)之后，對車體各組成部分進(jìn)行選材。（3） 制動方式設(shè)計和制動系統(tǒng)選型，確定了制動系統(tǒng)后校核車輛的緊急制動距離能夠符合國家要求。（4） 校核最小曲線通過半徑和車輛的曲線通過能力，保證車輛設(shè)計的合理性、安全性。本章小結(jié) 通過本章簡單的介紹和回顧了我過鐵路運煤車輛的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過對一些具有代表性型車的分析介紹，看出了我過鐵路貨車發(fā)展的迅速和自主創(chuàng)新能力的提高，闡述了80t級運煤專用敞車對我國發(fā)展所起的重要意義。 第2章 80t運煤專用敞車總體方案確定 車體總體方案的設(shè)計與確定 可供選擇的方案方案一 ，轉(zhuǎn)向架，制動裝置，鉤緩裝置等組成。 、鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)，主要由底架、浴盆、側(cè)墻、端墻和撐桿等部件組成。其中：底架（中梁、枕梁、端梁）為全鋼焊接結(jié)構(gòu)；浴盆、側(cè)墻和端墻均采用鋁合金板材與鋁合金擠壓型材的鉚接結(jié)構(gòu)；浴盆、側(cè)墻、端墻與底架之間的連接采用鉚接結(jié)構(gòu)。 。 。 、E級鋼17號固定車鉤、MT2型緩沖器。方案二 ，轉(zhuǎn)向架，制動裝置，鉤緩裝置等組成。 、平地板全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由底架、側(cè)墻、端墻、撐桿和車門等組成。側(cè)、端主要型材，板材及地板采用不銹鋼，底架采用高強度耐候鋼。 。 。 ，中部車輛間采用與117型聯(lián)鎖式車鉤互換使用的牽引桿及配套的鉤尾框；車組1位端采用E級鋼16型聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤；車組2位端采用E級鋼17型聯(lián)鎖式固定車鉤；采用MT2型緩沖器。方案三 ，轉(zhuǎn)向架，制動裝置，鉤緩裝置等組成。 ，無側(cè)梁和端梁結(jié)構(gòu)，主要有底架、側(cè)墻、端墻、撐桿和下側(cè)門等組成。側(cè)墻、端墻與底架間采用圓弧板連接。 。 ，中部車輛間采用與117型聯(lián)鎖式車鉤互換使用的牽引桿及配套的鉤尾框；車組1位端采用E級鋼16型聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤；車組2位端采用E級鋼17型聯(lián)鎖式固定車鉤；采用MT2型緩沖器。 方案對比分析及最終方案的確定 方案一采用鋁合金結(jié)構(gòu)車體，與傳統(tǒng)的運煤專用敞車相比，有效的降低了自重，車體采用雙浴盆結(jié)構(gòu)，由專門的拉鉚釘鉚接組成，充分利用了地板下面的空間，使得載重量變大，同時在相同容積的條件下，降低了敞車的重心，所以其運行安全可靠，穩(wěn)定性好。采用性能較好的轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架，動力性能良好，最高運行速度可達(dá)到120Km/h，制動采用空氣制動裝置和NSW型手制動機，車鉤緩沖裝置采用E級鋼16號聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤、E級鋼17號固定車鉤、MT2型緩沖器。 方案二車體采用不銹鋼和高強度耐候鋼焊接結(jié)構(gòu)，車體結(jié)構(gòu)借鑒國外先進(jìn)重載敞車結(jié)構(gòu)，采用無側(cè)梁和端梁結(jié)構(gòu),側(cè)墻、端墻，底架采用圓弧板連接，有效降低車體重量，較好的解決了積煤問題。與方案一相比，制造成本大幅下降，性價比提高，卸貨性好，具有相對較好的耐磨性和抗砸性。底架結(jié)構(gòu)與方案一的浴盆式底架相比，更接近國內(nèi)的通用敞車，結(jié)構(gòu)簡單，下部空間大，便于檢修。車體采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)，制造工藝簡單，降低了維修的費用，便于批量生產(chǎn)和推廣使用。轉(zhuǎn)向架和制動方式，緩沖器與方案一相同。該車三輛為一組，中部車輛間采用與117型聯(lián)鎖式車鉤互換使用的牽引桿及配套的鉤尾框；車組1位端采用E級鋼16型聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤，與方案一相比提高了車輛的縱向動力學(xué)性能。 方案三車體采用高強度耐候鋼焊接結(jié)構(gòu)，無側(cè)梁和端梁結(jié)構(gòu)，與前兩個方案相比自重輕，載重大。其他設(shè)施與方案二相同。 通過上述的分析對比，方案二、三中車體材料方面不銹鋼和高強度耐候鋼相比方案一中的鋁合金具有耐腐蝕，耐磨耗，強度高，成本低的優(yōu)勢，車體結(jié)構(gòu)采用全鋼焊接結(jié)構(gòu)，制造工藝簡單，維修費用低，便于生產(chǎn)和推廣，底架采用類似國內(nèi)通用車底架，較浴盆式底架擁有較高性價比，并且卸貨方便。 因此，經(jīng)過方案之間的對比與權(quán)衡，決定采用方案二中的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 主要參數(shù)選取和說明 80t專用運煤敞車基本要求 根據(jù)鐵道部關(guān)于80t運煤專用敞車的規(guī)定要求，80t專用敞車研制應(yīng)達(dá)到以下要求： a）載重 80t。 b）軸重 25t。 c) 最高運行速度 120km/h d）自重系數(shù)≤ 主要參數(shù)選取 （1）自重和軸重的確定 通過對我國敞車發(fā)展的過程了解，可以發(fā)現(xiàn)最大限度地減輕車輛自重、提高車輛載重是提高鐵路貨運能力的有效措施。為了滿足大秦線開行2萬t重載列車、實現(xiàn)年運量2億噸的戰(zhàn)略目標(biāo)，研制軸重的25t，最高運行速度120km/h重載列車，車體材料采用新型材料，自重系數(shù)≤。降低自重，提高軸重是增加敞車載重的最佳方式，也是我國和世界貨車發(fā)展的主要方向之一。 目前我國機車車輛企業(yè)研制了的一系列80t級專用運煤敞車正在進(jìn)行生產(chǎn)和推廣。 （2）車輛長度的確定 該車車輛長度的選取主要是根據(jù)秦皇島三、四期煤碼頭的翻車機和戰(zhàn)線長度來確定的。為了適應(yīng)翻車機的平臺長度，保證翻車機的翻卸可靠，并且留出充分的安全余量，該車的車輛長度初步設(shè)計確定為12000mm。 （3）車體內(nèi)長確定 參考美國、加拿大等國外單元運煤貨車，根據(jù)大秦線的鐵路運煤經(jīng)驗，當(dāng)車輛采用轉(zhuǎn)動車鉤時，可以提高25%的卸車效率。因此，在車組1位端采用E級鋼16型聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤；車組2位端采用E級鋼17型聯(lián)鎖式固定車鉤。中間加牽引桿，可實現(xiàn)摘鉤翻卸車輛，是車輛的翻卸效率提高。《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機車車輛限界》的規(guī)定要求，車輛不摘鉤牽引時，應(yīng)保證撥車臂與車體不發(fā)生干涉。為牽車機、撥車留出足夠的工作空間。因此，在車輛設(shè)計過程中采用轉(zhuǎn)動車鉤，縮短了車體的內(nèi)長，留出充分的撥車臂正常工作所需要的空間。通過分析計算，該車的車體內(nèi)長初步確定為10550mm。 （4）車輛容積和高度的確定 大秦線煤炭的來源主要來自大同煤田，其開采的煤炭比重約為，該車載重為80t，煤炭裝載后的堆高大概已經(jīng)接近或超出車輛的上側(cè)梁，由此計算，車輛載重80t。 該車內(nèi)長取10550mm，內(nèi)寬2976mm，根據(jù)此計算得出，該車的內(nèi)高2707mm，該車的最大高度確定為3767mm，地板高度1060mm。 （5）空重車重心高度確定 根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》規(guī)定，鐵路車輛無論是空車或者重車，其重心高度不得高于2000mm，如果空車中心高度取在底板面以上不遠(yuǎn)處，在軸重，自重，限界和翻車機長度的限制下，根據(jù)載重和比容系數(shù)計算出不同自重洗漱下的容積，從而折算出平地車的重心高度h重= （6）商業(yè)運行速度100km/h確定 根據(jù)我國鐵路速運提速戰(zhàn)略的要求，鐵路貨車的運行速度正在逐步的提高。目前25t軸重專用敞車的提速目標(biāo)是100km/h的商業(yè)運行速度，80t載重專用運煤敞車將承擔(dān)完成我國鐵路貨運發(fā)展的重則，因此，也將商業(yè)運行速度定位100km/h。 主要結(jié)構(gòu)的確定 該車車體主要有車體、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、制動裝置及轉(zhuǎn)向架等組成。參考國內(nèi)外載重80t專用運煤敞車的設(shè)計，要考慮到腐蝕，磨耗，檢修方便等因素，要優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，盡量減低自重已達(dá)到提高載重的目的。 車體板、梁、柱厚（高）度的選擇及車輛腐蝕性和磨耗影響的分析 鐵路貨車的腐蝕主要是由大氣腐蝕導(dǎo)致，無論表面是否突起，都會對車輛造成一定程度的腐蝕，只是在腐蝕的程度上有所不同。 80t運煤專用敞車是專門用來運輸煤炭的專用型敞車，而煤炭中含有硫，在有氧氣和水分的存在下，會產(chǎn)生對鋼具有較強化學(xué)腐蝕功能的硫酸根，另外，在冬季運煤時，為了防止煤炭的凍結(jié)，需要在車體表面涂上一層防凍液，這也將造成對車輛的嚴(yán)重腐蝕。此外，在裝卸貨物的過程中，也會對車體表面造成磨耗。 因此，在車輛設(shè)計的過程中，充分的考慮到腐蝕和磨耗的影響，借鑒相應(yīng)的數(shù)據(jù)，確定各墻板、側(cè)柱的厚度。 車體材料的確定 為了保證實現(xiàn)車體性能，該車車體為有中梁、平地板全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由底架、側(cè)墻、端墻、撐桿和車門等組成。側(cè)、端主要型材，板材及地板采用屈服強度為345Mp的TCS345不銹鋼，底架主要型材、板材采用Q450NQR1高強度耐候鋼。并且，為了降低車體的自重，增大載重量，該車的部分磨耗件采用非金屬材料。 底架組成 該車底架主要是由中梁、枕梁、大橫梁、小橫梁、槽型小橫梁、縱向梁、地板等組成。地板和圓弧形加強板選用TCS345不銹鋼，地板厚6mm；中梁采用屈服強度450Mpa的冷彎中梁，枕梁、大橫梁、小橫梁、縱向梁等均采用Q450NQR1高強度耐候鋼，牽引梁和C級鑄鋼的整體式上心盤及沖擊座阻焊在一起。上心盤直徑358mm，枕梁為雙腹板箱形變截面結(jié)構(gòu)上蓋板厚8mm，腹板厚8mm，下蓋板厚10mm，大橫梁為大腹板工字型組焊梁，與側(cè)柱相連的小橫梁為工字型組焊梁上下蓋板厚6mm，腹板厚6mm，其他位置的小橫梁及縱向梁為壓型槽鋼12，底架枕梁處設(shè)置加長頂車墊板，地板設(shè)有排水孔。 底架組成 側(cè)墻的組成 側(cè)墻采用板柱式結(jié)構(gòu)，是由上橫梁、側(cè)柱、側(cè)橫帶、上門框和側(cè)板等組成，材質(zhì)均為TCS345不銹鋼。上側(cè)梁為冷彎矩形方管或C型冷彎型鋼，側(cè)柱采用厚度為7mm，斷面高度100mm槽型冷彎型鋼，上側(cè)梁采用100X60X5的矩形鋼管，側(cè)板厚度4mm，側(cè)板于地板間采用圓弧板連接，不僅減少了該處的腐蝕，也解決了該處集煤的問題。 側(cè)墻組成 端墻的組成 端墻由上橫梁、三根橫帶、兩根角柱和端板組成，材質(zhì)均為TCS345不銹鋼，上端梁采用100X60X5冷彎矩形方管，橫帶采用斷面高度100mm冷彎壓型槽鋼，角柱采用壓型角鋼，端板厚度4mm。 端墻的組成 撐桿 撐桿是用來增加兩側(cè)墻之間的連接剛度，防止側(cè)墻外漲，車內(nèi)設(shè)有三組水平撐桿，撐桿與撐桿座采用鉸接結(jié)構(gòu)連接。 撐桿 下側(cè)門 下側(cè)門是用來方便清掃車體內(nèi)的積煤，在每個側(cè)墻中部設(shè)置一個下側(cè)門。 下側(cè)門 轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)向架選用轉(zhuǎn)K6型鑄鋼三大件式貨車轉(zhuǎn)向架， 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架組成圖 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距、軸重25t、最高商業(yè)運營速度120km/h的各型鐵路提速、重載貨車。 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架有以下幾點主要特點：（a）采用側(cè)架彈性下交叉支撐裝置，用以提高轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，從而提高轉(zhuǎn)向架的蛇行失穩(wěn)臨界速度、提高貨車直線運行的穩(wěn)定性，改善轉(zhuǎn)向架的曲線通過性能，顯著減少輪軌磨耗。（b）加裝內(nèi)八字橡膠彈性剪切墊，可實現(xiàn)輪對的彈性定位，減小轉(zhuǎn)向架簧下質(zhì)量，隔離輪軌間高頻振動，降低對軌道的沖擊，改善輪軌之間的磨耗。（c）RE2B型車軸和25t軸重緊湊型軸承的裝用，減小了軸肩與軸徑中心距離，取消了車軸卸荷槽，從而可降低軸徑后部應(yīng)力14%，并大大改善了該處的應(yīng)力集中和耐腐蝕性能，有望杜絕車軸冷切問題。（d）減振系統(tǒng)采用了摩擦性能穩(wěn)定的高分子磨耗板，其耐磨性大大提高，同時使空、重車的摩擦阻尼值均得到較好的匹配，有效地改善了車輛運行品質(zhì)，解決了轉(zhuǎn)向架減振系統(tǒng)磨耗過快的慣性質(zhì)量問題，確保車輛動力學(xué)性能長期穩(wěn)定。 車鉤緩沖裝置 該車三輛為一組，中部車輛間采用與117型聯(lián)鎖式車鉤互換使用的牽引桿及配套的鉤尾框；車組1位端采用E級鋼16型聯(lián)鎖式轉(zhuǎn)動車鉤；車組2位端采用E級鋼17型聯(lián)鎖式固定車鉤；采用合金鋼鉤尾銷，MT2型緩沖器和含油尼龍鉤尾框托板磨耗板。這種連掛方式可以提高列車的縱向動力學(xué)性能。 牽引連桿裝置 制動裝置 為了提高檢修效率，該車盡可能采用國內(nèi)廣泛使用，技術(shù)成熟，具有一定通用性的制動裝置。采用主管壓力滿足500Kpa和600Kpa的空氣制動裝置。主要由1201型控制閥、φ254mm整體旋壓密封式制動缸、ST2250型雙向閘瓦間隙自動調(diào)整器KZWA型空重車自動調(diào)整裝置、貨車脫軌自動制動裝置等組成。采用編制制動軟管總成、奧貝球鐵襯套、直端球心塞門、高摩合成閘瓦、不銹鋼制動配件和管系。采用NSW型手制動機。 主要性能參數(shù)及尺寸 主要性能參數(shù)載重自重軸重容積比容換長自重系數(shù)每延米重商業(yè)運營速度通過最小曲線半徑空車重心高制動距離（重車、緊急）全車制動倍率全車制動率（常用制動位）空車重車車輛長度車輛定距車輛最大高度(空車)車輛最大寬度門孔尺寸（高寬）車鉤中心線高(空車)固定軸距車輪直徑限界80t20t+%25t100km/h145m1011mm≤1400m%%12000mm8200mm3767mm3284mm954mm800mm880mm1830mm840mm《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機車車輛限界》的規(guī)定 車體總體尺寸圖 車輛的主要創(chuàng)新特點（a） 自重輕、載重大 滿足大秦線開行2萬t重載煤炭專列的運輸要求，不銹鋼型材運煤敞車自重20t，自重減少了16％；而該車載重80 t，單車載重量比C70 敞車增加10 t，％，按