【文章內(nèi)容簡介】 圖1—56．“單惺板+下蓋板+側(cè)管支柱”結(jié)構(gòu)(見圖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)(見圖1—7)。針對低重心、壓力罐車采用了雙腹板、寬側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)，增強了枕梁的結(jié)構(gòu)強度和剛度，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。 國內(nèi)無底架罐車的發(fā)展歷史 我國鐵路罐車的發(fā)展現(xiàn)狀解放后，隨著社會主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，特別是石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，要求鐵路車輛部門提供大量質(zhì)量良好的罐車，以解決運能和運量的矛盾。因此，我國鐵路車輛部門于建國后不久即著手設(shè)計、制造鐵路罐車。1953年以前制造的罐車是仿照日偽圖紙進行的。1953年以后開始自行設(shè)計和制造。多年來，經(jīng)過不斷地實踐、認識及改進，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中梁罐車。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。1953年設(shè)計制造的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的通長槽鋼，兩枕粱之間設(shè)有兩對大橫梁。考慮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)心盤傳給轉(zhuǎn)向架的；同時我國的鐵路車輛都是采用自動車鉤和中央緩沖器來傳遞縱向力的，中梁主要承受牽引力和沖擊力，這就給逐步簡化罐車底架結(jié)構(gòu)提供了根據(jù)。1956年設(shè)計、制造的G50型輕油罐車，側(cè)梁改為[140586的槽鋼。1957年設(shè)計、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。1959年設(shè)計、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)，同時采用[160637槽鋼的端側(cè)梁。多次改進過的底架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年來的運用實踐，表明它有著足夠的強度和剛度，同時它還具有自重輕、便于生產(chǎn)與檢修等優(yōu)點，是我國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，同時考慮到罐體的強度和剛度比中梁的強度和剛度大的多，縱向力可由罐體來承受，因此這就給設(shè)計制造無中梁罐車提供了依據(jù)。1958年以來，為了探索既適合運用、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、制造了十余種無中梁罐車。我國的第一輛無中梁輕油罐車是大連機車車輛廠于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，端板過渡半徑為100mm。179。，空氣包為橢圓形。這種罐車共試制了兩輛，運用兩年以后經(jīng)靜強度試驗表明，無中梁罐車結(jié)構(gòu)是合理和可行的，可以投入生產(chǎn)。但由于當時水壓機設(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)計并批量生產(chǎn)了罐體內(nèi)徑為2600mm的G16型無中梁、無空氣包輕油罐車[7]。在總結(jié)無中梁罐車設(shè)計及制造等方面經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，大連機車車輛廠和四方車輛研究所共同設(shè)計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。的G19型無中梁輕油罐車。G19型輕油罐車試制完成后，在寒冷地區(qū)投入運用，并進行了靜強度試驗。試驗結(jié)果再次肯定了罐體是能夠承擔縱向載荷作用的。此后，大連工廠先后設(shè)計了罐體總?cè)莘e為110m179。的DLH9型無中梁液化氣體罐車及援坦贊鐵路用的無中梁輕油罐車。1970年設(shè)計、試制了兩列G17A型無中梁粘油罐車專列，并投入運用考驗。與此同時，又設(shè)計并批量生產(chǎn)量容積為60m179。的G60A型無中梁輕油罐車。無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行平穩(wěn)性。由于無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，同時減小了木材的大量使用。 但均因計劃經(jīng)濟時期的種種原因沒有形成規(guī)模，并沒有針對無中梁罐車運用中發(fā)現(xiàn)的問題做進一步深化分析、研究和完善，直到20世紀九十年代初，油品的運輸仍然以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)展計劃”項目，G70型輕油罐車由西安車輛廠與四方車輛研究所聯(lián)合開發(fā)，通過試制和小批量的運用考驗后，針對生產(chǎn)和運用中存在的問題，進行了大量的分析研究工作，并對其結(jié)構(gòu)、強度(特別是牽枕裝置及其與罐體的連接)和動力學性能進行了大量計算、試驗、研究及其他嘗試性試驗工作，對牽枕結(jié)構(gòu)做了相當多的探索和改進，通過該車近十年的實踐運用，使西安廠對無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)有了更深入的認識和掌握，積累了一定的實踐經(jīng)驗，截止2004年底該，車已累計生產(chǎn)8000輛，使我國鐵路罐車步入了無中梁罐車時代，大量的輕、粘油改用G70和G17B型無中粱罐車進行運輸：隨后開發(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)，學習借鑒美國同類罐車的技術(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軸重的無中梁主型輕油罐車；隨著中國鐵路實施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路貨車向重載化、快捷化發(fā)展，根據(jù)鐵道部貨運重載技術(shù)要求，西安廠又研制開發(fā)了23t軸重的70t級無中梁輕、粘油罐車，成為中國鐵路罐車劃時代的產(chǎn)品[8]。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。 G16型輕油罐車 G16型輕油罐車是大連機車車輛廠1958年設(shè)計制造的我國第一輛無中梁輕油罐車的基礎(chǔ)上，于1960年～1961年問設(shè)計制造并成批生產(chǎn)的有效容積為50m3的無中梁輕油罐車。主要裝運汽油、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)梯空氣及手制動裝置、制動吊、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)曾采用過三個方案：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)并投入運用后，發(fā)現(xiàn)有幾個部位的焊縫產(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；枕梁腹板與牽引梁腹板連接處的立焊縫。經(jīng)分析認為：在結(jié)點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造成的凹坑及焊接時產(chǎn)生的弧坑未能消除，而導致結(jié)點處裂紋。其余部位的裂紋原因主要是當時工藝流程混亂、制造質(zhì)量低，特別是焊接質(zhì)量差、檢驗不嚴等造成的。如三角板與牽引梁、枕梁上蓋板的連接焊縫在生產(chǎn)過程中就不斷出現(xiàn)過裂紋。由于上述焊縫開裂較多，為了慎重起見，鐵道部曾將G16型輕油罐車改運粘油。在經(jīng)過較長期的運用后，裂紋情況沒有擴展，因而又恢復裝運汽油。 G19型輕油罐車 大連機車車輛廠和四方研究所在綜合G16型等無中梁輕油罐車有缺點的基礎(chǔ)上，于1965年設(shè)計了容積80m傾斜底、防腐蝕的G19型無中梁輕油罐車。它具有以下特點：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。從制造和運用的實踐可以看出，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、運用效車高、運輸費用低，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，兩者之間自然過渡。端部為平直板與端梁上翼板對接焊。枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)，蓋板及側(cè)蓋板都較以前設(shè)計制造的無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型無中梁輕油罐車試制完成后即于寒冷地區(qū)進行了運用考驗，分別在一12℃、一20℃、一24．6℃的氣溫下，運送70號汽油，油溫為一1．2℃、一9℃、一12℃。經(jīng)過一年半的運用考驗后，對該型車又進行了靜強度試驗，試驗結(jié)果再次肯定了罐體是能夠承擔縱向載荷作用的，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)過十幾年的運用，1982年起對G19型罐車運用情況進行調(diào)查，先后走訪了修理廠及站、段檢修。調(diào)查結(jié)果反映：(1)底架因無中梁，便于鉆車檢修，作業(yè)條件好，對確認車輛事故，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匯集在罐體底部，卸油干凈，無需人工掃聚清艙，減輕了體力勞動；(3)容積大，2個G19可頂3個G60使用，減少了工人作業(yè)和勞動強度。但調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)了不少問題，如個別車罐體與牽引梁上蓋板一、四位處有長約20咖左右的焊縫開裂，由于焊縫開裂延及腹板造成大面積補強。再如手制動操作部位太少，調(diào)車作業(yè)不方便等。針對出現(xiàn)的問題修改了設(shè)計內(nèi)容： 1．總體尺寸及材質(zhì)變更。(1)改側(cè)梯為端梯，并增加了通過臺；(2)為保持總重不變，罐體長縮短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，加強了枕梁結(jié)構(gòu)。 2．牽引梁長度由29lOmm增長到3214mm。材料改用310型乙字型鋼牽引梁尾部傾角改為20。，增加了枕后的長度。同時將枕梁下蓋板(中)進行了加長，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裂，增加了楔形連接板，將牽引梁連接起來。 4．心盤座結(jié)構(gòu)。心盤座開裂是原G19存在的嚴重問題。修改設(shè)計后，采用了C62A型敞車心盤座結(jié)構(gòu)，增設(shè)了一塊連接板將兩塊隔板連在一起，以達到加強的目的。其牽枕結(jié)構(gòu)見圖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。存在的主要問題是心盤隔板上沒有蓋板一心盤座焊縫開裂嚴重。 1983年，西安車輛廠對原G19型輕油罐車進行了改進設(shè)計，其牽枕結(jié)構(gòu)見圖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裂，增加了楔形連接板。采用C62A型敞車心盤座結(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年以來生產(chǎn)無中梁輕油罐車經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，于1970年首次設(shè)計試制了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；在簡體的部位用兩條寬120mm、厚10mm的鋼板作罐體加強板(即牽引梁上翼板)。為了加強心盤座隔板處的連接剛度，此處的加強板是整塊的。為適應(yīng)粘油罐車加溫套的特點，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。 為解決心盤座隔板上端部焊縫裂紋的問題，在第二次小批量試制中，采用了在心盤座隔板上加焊一塊10X350x350mm的小蓋板。為進一步試驗研究無中梁罐車的結(jié)構(gòu)，還試