【正文】 圖27 罐體拉壓載荷圖把罐體當(dāng)作支承在兩個(gè)支點(diǎn)(罐體兩端的支點(diǎn))上的梁來研究，可以近似地確定由于這些載荷所引起的應(yīng)力，即罐體橫截面上的應(yīng)力為： 。發(fā)生在罐體筒體與端板連接處的最大應(yīng)力可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。在鐵路現(xiàn)代化的罐車結(jié)構(gòu)中，采用對(duì)接代替搭接，用小氣包代替大氣包，這樣就顯著的降低了上述局部應(yīng)力。按(2．8)～(2．10)式計(jì)算由于內(nèi)壓力引起的應(yīng)力，可以正確地評(píng)價(jià)罐體中離開殼體截面急劇變化處(搭接焊縫、罐體圓筒部分與氣包以及與端板的連接處、底板中為使貨物能全部卸出而做成的傾斜部分等等)和離開罐體支承區(qū)足夠遠(yuǎn)的其它所有地方的應(yīng)力狀態(tài)。球面端板中的薄膜應(yīng)力 （）式中——端板的半徑和壁厚。這種不承受彎矩的殼體，有時(shí)稱作薄膜，而在殼體內(nèi)的應(yīng)力(按不考慮彎矩來確定)稱為薄膜應(yīng)力。 罐體的設(shè)計(jì)計(jì)算下面確定上述載荷所引起的應(yīng)力，以及評(píng)價(jià)真空時(shí)罐體的殼體穩(wěn)定性。 縱向載荷在計(jì)算無底架罐車時(shí)要考慮縱向載荷(牽引沖擊力)。在計(jì)算或試驗(yàn)車體側(cè)梁、枕梁以及側(cè)墻的強(qiáng)度時(shí)，可不旋加側(cè)向力而以加大垂向載荷來考慮側(cè)向力的影響。風(fēng)力按單位風(fēng)壓乘以車體(或轉(zhuǎn)向架)的側(cè)向投影面積計(jì)算。車體和轉(zhuǎn)向架重心高度按下式計(jì)算： （）式中——車輛(或車體、轉(zhuǎn)向架等)重心距軌面高，mm；——車輛(或車體、轉(zhuǎn)向架等)各部件重心距軌面高，mm；——所裝貨物重心距軌面高，mm；——車輛(或車體、轉(zhuǎn)向架等)各部件的質(zhì)量，t；——車輛(或車體、轉(zhuǎn)向架等)質(zhì)量，t；——裝貨物的質(zhì)量(計(jì)算轉(zhuǎn)向架重心時(shí)，無此值)，t。 側(cè)向力（離心力和風(fēng)力）如果在設(shè)計(jì)任務(wù)書中沒有特殊規(guī)定離心慣性力，則客車按垂向靜載荷的10％取值；貨車按垂向靜載荷的7．5％取值。構(gòu)造速度又稱結(jié)構(gòu)速度，是考慮到車體、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等而限定的運(yùn)行速度，正常狀況下的最大運(yùn)行速度絕對(duì)不能超過構(gòu)造速度），km/h；——系數(shù)，；——系數(shù)，；——系數(shù)，簧上部分（包括搖枕），簧下部分（輪對(duì)除外）；——系數(shù)，簧上部分（包括搖枕），簧下部分（輪對(duì)除外）。 （）式中——車輛在垂向靜載荷下的彈簧靜撓度(彈簧自由狀態(tài)的高度，減去壓上載荷之后的高度。按照車輛強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范的規(guī)定，罐車殼體外部的過壓(在真空時(shí))計(jì)算值取為0．05MPa，在這樣的壓力應(yīng)該保證殼體的穩(wěn)定性。我們用表示在罐體所研究的截面上的最大內(nèi)壓力數(shù)值（或+）。根據(jù)車輛強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范的規(guī)定，這個(gè)壓力沿罐體長(zhǎng)度至另一端端板按線性規(guī)律縮減到零。按照車輛強(qiáng)度規(guī)范。） 金屬零件許用應(yīng)力表 Mpa3．罐體試驗(yàn)壓力壓力發(fā)生在沒有和的時(shí)候。第一工況縱向拉伸力取客車為980kN，貨車為1125kN；壓縮力取客車為1180kN，貨車為1400kN 該力分別沿車鉤中心線作用于車輛兩端的前后從板座上，這種力產(chǎn)生的應(yīng)力與垂向總載荷，側(cè)向力，扭轉(zhuǎn)載荷等所產(chǎn)生的應(yīng)力相加(裝運(yùn)散粒貨物的車輛還應(yīng)加上側(cè)壓力產(chǎn)生的應(yīng)力) 其和不得大于第一工況的許用應(yīng)力(見表 1)第二工況縱向壓縮力取為2250kN ，該力有二種作用方式： 一是沿車鉤中心線作用于車輛兩端的后從板座上； 二是沿車鉤中心線作用于車輛一端的后從板座上，而為車輛及其所載貨物的慣性力所平衡。當(dāng)縱向慣性力均勻的分布在端板的垂直投影面(垂直于罐體)上時(shí)，內(nèi)壓力為： （）式中——罐體圓筒部分的半徑： （）——第一和第二計(jì)算工況的縱向載荷 ；——罐體內(nèi)貨物的重量；——罐車總重。在罐體上主要作用有下列載荷[11]： 內(nèi)壓力1．過壓力由于所裝液體貨物的蒸發(fā)或罐體裝有過壓(超過大氣壓力)的貨物(例如在液化氣體罐車中)所產(chǎn)生的內(nèi)壓力，其最大壓力的數(shù)值按安全閥的調(diào)整值確定。圖24 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架 側(cè)梯及操作臺(tái)車輛兩側(cè)設(shè)有攀登罐頂?shù)膫?cè)梯；罐頂人孔周圍設(shè)有操作臺(tái)及防護(hù)欄桿。根據(jù)鐵道部于2003～2004年問組織的提速貨車環(huán)形線120km/h可靠性試驗(yàn)結(jié)果，可知經(jīng)第一階段18萬公里的運(yùn)行，轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的可靠性高于轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向加。擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架搖枕位置下移，側(cè)滾中心降低，加強(qiáng)了對(duì)側(cè)滾振動(dòng)的控制；振擺轉(zhuǎn)動(dòng)中心降低，有效地提高了車輛爬軌和脫軌的安全性，尤其是對(duì)高重心的貨車和空車，大大提高了其脫軌安全性。轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)上屬于三大件式轉(zhuǎn)向架，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，車輪均載性好，檢修維護(hù)方便。中央懸掛系統(tǒng)采用兩級(jí)剛度彈簧，上、下心盤之間安裝心盤磨耗盤。側(cè)架、搖枕采用B級(jí)鋼材質(zhì)鑄造。因此，我們對(duì)兩種轉(zhuǎn)向架的裝用均進(jìn)行了設(shè)計(jì)，裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的新型罐車定型為G75K，裝用轉(zhuǎn)K4型轉(zhuǎn)向架的新型罐車定型為G75H。但由于存在抗菱剛度低、車體與轉(zhuǎn)向架間的回轉(zhuǎn)阻力矩小、斜楔減振裝置減振能力弱、車體側(cè)滾阻力矩小以及搖枕彈簧靜撓度偏小且疲勞強(qiáng)度差等原因，造成大部分貨車的運(yùn)行速度僅為70km/h左右，嚴(yán)重制約客車速度的提高，已不能滿足貨車120km/h提速的發(fā)展要求。兩者的主要性能參數(shù)見下表： 緩沖器性能對(duì)比從上表可看出，MT3型緩沖器容量較大，適應(yīng)的沖擊速度較高，雖然成本較高，但從提速、重載后的安全角度出發(fā)應(yīng)予選用。ST型緩沖器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、重量輕，成本較低。在13號(hào)、13A型車鉤中，考慮到13A型車鉤鉤舌、鉤體強(qiáng)度高，鉤舌耐磨性好，可有效降低列車的縱向沖動(dòng)，改善列車的縱向動(dòng)力學(xué)性能，延長(zhǎng)車輛及零部件的使用壽命，較為適應(yīng)我國(guó)鐵路運(yùn)輸提速、重載的需要，我們選用13A型上作用c級(jí)鋼車鉤、鉤尾框。這種手制動(dòng)機(jī)具有制動(dòng)、緩解、調(diào)力制動(dòng)和鎖閉的功能，制動(dòng)力大、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等特點(diǎn)。風(fēng)制動(dòng)選用已批量裝車使用的120貨車制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，主要包括：120型貨車空氣控制閥、254254旋壓密封式制動(dòng)缸、KZW4G系列空重車自動(dòng)調(diào)整裝置、ST2250型雙向閘調(diào)器、副風(fēng)缸、降壓風(fēng)缸、加速緩解風(fēng)缸、不銹鋼制動(dòng)管系。在罐體封頭與牽引梁之間設(shè)有楔形連接板：上心盤與后從板座采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，并與牽引梁焊接。牽引梁為兩乙字鋼焊接結(jié)構(gòu)。 牽枕裝置牽枕裝置是在G70罐車運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)枕梁進(jìn)行了改進(jìn)而成[10]。罐體上板厚8mm，下板厚10mm。圖21 罐車結(jié)構(gòu) 罐體GQ70型鐵路罐車采用無中梁結(jié)構(gòu)。）有效容積（m179。因此，罐車的底架較其它貨車底架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有的罐車取消了底架，稱為無底架罐車。罐車均為整體承載結(jié)構(gòu)，大部分罐車的車體都是由罐體和底架兩大部分組成。罐內(nèi)液體的重量不是用過磅來量得，而是測(cè)量罐體內(nèi)所盛液體水平的高度，然后根據(jù)罐體容積表查得所盛液體的重量。由于各種液體和密度不同罐車的實(shí)際載重量就須根據(jù)所運(yùn)貨物的性質(zhì)來確定。罐車的標(biāo)記載重過去是指裝水時(shí)的重量，所以50t的載重量意味著罐體容積為50m179。目前我國(guó)生產(chǎn)的直徑和容積最大的罐車是中部直徑為3100m m，有效容積為110m179。、載重52t的罐車以及有效容積77m179。的油罐車，1953年開始設(shè)計(jì)制造了載重50t、有效容積為51m179。罐車在鐵路運(yùn)輸中占有很重要的地位，約占我國(guó)貨車總數(shù)的18％。2 罐車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 罐車介紹及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)罐車是用來裝運(yùn)各種液體、液化氣體及粉末狀等貨物的一種車體成罐形的車輛。按用途可分為輕油類罐車、粘油類罐車、酸堿類罐車、液化氣體類罐車及粉末貨物類罐車。根據(jù)運(yùn)送的貨物，罐車可分為兩類：供運(yùn)輸各種名目石油產(chǎn)品的通用罐車；供運(yùn)輸某一貨物的專用罐車。罐車的分類罐車運(yùn)送的液體、氣體和粉狀貨物都裝在罐體內(nèi)，罐體是這種車型的一種特殊形式的車體。在我國(guó)，罐車也得到了充分的應(yīng)用，有高度專用化的運(yùn)輸酸的酸罐車、經(jīng)過優(yōu)化的用于運(yùn)輸乙二醇的乙二醇罐車、專門設(shè)計(jì)成運(yùn)輸液化石油氣的液化石油氣罐車、用于運(yùn)輸氯乙烯的氯乙烯罐車、運(yùn)輸谷物漿的谷物漿罐車等等。在美國(guó)、加拿大和墨西哥，每年有220000輛車運(yùn)送300萬的裝車量的貨物。在北美，罐車主要負(fù)責(zé)液體貨物的散裝運(yùn)輸。按用途可分為輕油、粘油、酸堿等通用類及軍用、液化氣體、精細(xì)化工、粉狀貨物、瀝青、食用油等專用罐車；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為有中梁、無中梁以及上卸式、下卸式等罐車。6．罐車車型品種迅速增多我國(guó)罐車由解放前的進(jìn)口到解放初期的仿造，再到后來的獨(dú)立自主開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造，走過了一個(gè)不斷改進(jìn)和完善的過程。5．運(yùn)行速度迅速提高隨著近幾年我國(guó)一系列貨車轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)裝置新技術(shù)、新產(chǎn)品的研制成功并裝車運(yùn)用，使得罐車運(yùn)行速度迅速提高。隨著鐵路提速和重載政策的不斷實(shí)施，無中梁結(jié)構(gòu)在新條件下的可靠性還有待于作進(jìn)一步深入研究。1958年我國(guó)研制了第一輛無底架罐車G60A型輕油罐車，其后，先后研制了G1G1GQ、G17A等10余種車型，1992年研制的G70型輕油罐車，繼承和發(fā)展了以往無底架罐車的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以先進(jìn)的技術(shù)性能迅速成為運(yùn)輸輕油的主型車。如：用戶反饋經(jīng)常發(fā)現(xiàn)罐車簡(jiǎn)體有上撓現(xiàn)象，導(dǎo)致罐車卸不凈，介質(zhì)殘留量約數(shù)十公斤／輛，往往需要人工抽掃，造成一定量的資源浪費(fèi)，對(duì)用戶的使用有很大影響。近年來，碟形封頭也正在逐步被橢圓形封頭取代，進(jìn)一步提高了罐體結(jié)構(gòu)的可靠性。)較小，造成車輛總重距84噸的允許總重相差8～10噸左右，罐車的運(yùn)輸能力沒有得到充分利用，并且鐵路運(yùn)輸部門按標(biāo)記載重收取運(yùn)費(fèi)，用戶的運(yùn)費(fèi)損失較大。這些車型用于裝運(yùn)甲醇、汽油等小密度輕油類介質(zhì)時(shí)，罐體容積顯得偏小，由于介質(zhì)密度(179。值得注意的是，盡管容積在不斷增大，但一些通用車仍存在裝運(yùn)小密度介質(zhì)時(shí)的“虧噸”現(xiàn)象。此后，罐體容積逐漸增大，載重逐步提高。的罐車，1953年設(shè)計(jì)、制造了有效容積51m179。當(dāng)罐體直徑為3000mm時(shí)，我國(guó)罐車筒體壁厚為22mm，美國(guó)的為19mm。罐車大多為有中梁底架結(jié)構(gòu)，無中梁底架仍局限于在輕油罐車上使用。因此，國(guó)外大型罐車普遍采用無中梁底架結(jié)構(gòu)，不僅可減輕自重，降低重心，而且還簡(jiǎn)化了罐體與底架的連接結(jié)構(gòu)。如果按每噸介質(zhì)的用鋼量來計(jì)算運(yùn)輸效率，我國(guó)罐車比美國(guó)的低50％左右。竟與我國(guó)100m179。罐車自重33t。179。罐車仍是我國(guó)的主型罐車，179。罐車正逐步被用戶接受。罐車所替代。三種定型產(chǎn)品，其中60m179。、70m179。目前已研制和批量生產(chǎn)了G60A、G1G70型輕油罐車，G19型斜底輕油罐車，KG2型氧化鋁粉罐車，U60W型水泥罐車，HG100／20型、GQ型液化氣罐車等近lO個(gè)品種共計(jì)6000～7000輛無底架罐車，并有數(shù)百輛出口，運(yùn)用情況良好。為下一步全面實(shí)現(xiàn)鐵路重載化創(chuàng)造了條件。 我國(guó)各地鐵路線路和橋涵的承載能力差別較大，開行25t軸重的鐵路貨車對(duì)線路改造和設(shè)施建設(shè)的投入巨大，為此，鐵道部提出了新造貨車提高載重，軸重滿足23f囂的要求，既有貨車實(shí)施加裝轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架，提高貨車整體運(yùn)行速度。為確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、構(gòu)定的向前發(fā)展，提高鐵路大動(dòng)脈的供血能力，進(jìn)入21世紀(jì)以來，鐵道部提出了貨物運(yùn)輸“重載化、快捷化”的發(fā)展戰(zhàn)略，將增加貨車單車載重，提高車輛運(yùn)行速度作為現(xiàn)階段解決鐵路運(yùn)能緊張的有效手段，同時(shí)把“重載技術(shù)”作為現(xiàn)階段鐵路運(yùn)輸研究的重點(diǎn)課題。 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，鐵路運(yùn)能緊張的問題嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前已初步掌握了21t軸重?zé)o中梁罐車的設(shè)計(jì)、制造、檢修等技術(shù)，但是對(duì)無中梁罐車的理論分析還停留在對(duì)實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、改進(jìn)設(shè)計(jì)、有限元計(jì)算等常規(guī)的設(shè)計(jì)和校核手段上，沒有我國(guó)自己的無中梁罐車的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏相應(yīng)的制造技術(shù)和設(shè)備，特別是對(duì)大軸重罐車還沒有設(shè)計(jì)和運(yùn)用的先例，需要在不斷的運(yùn)用中總結(jié)提高。采用與G70相同的一體式從板座和上心盤座，并通過牽引梁腹板兩側(cè)的12個(gè)條形塞焊孔與牽引梁焊接在一起，因該車罐體為斜底結(jié)構(gòu)，牽引梁腹板里與罐體底板相同斜底的變高度截面，牽引梁尾部形狀與G75型輕油罐車相似，采用圓弧過渡，同時(shí)，枕梁處裝運(yùn)了與轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架配套采用的常接觸上旁承結(jié)構(gòu)，頂車結(jié)構(gòu)與G70相同，一位端端梁上一、二位側(cè)各設(shè)置一個(gè)鋼隔板踏板，用于實(shí)施手制動(dòng)和瀝青加熱卸車作業(yè)。枕梁采用單腹板，取消了G70的枕梁側(cè)蓋板而采用側(cè)管支柱，改善了頂車工況下枕梁包角尖點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的受力狀況和焊接的工藝性能，同時(shí)枕梁下蓋板(側(cè))采用“之”字壓型結(jié)構(gòu)，側(cè)梁與下蓋板(側(cè))的頂車筋板和頂車下蓋板組成箱形結(jié)構(gòu)，保證了頂車作業(yè)時(shí)局部結(jié)構(gòu)的可靠性。 該車牽枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繼承了G70型輕油罐車牽枕結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)借鑒國(guó)外同類罐車的成熟結(jié)構(gòu)，通過試驗(yàn)和計(jì)算分析確定了罐車牽枕為單腹板側(cè)管支柱結(jié)構(gòu)，牽引梁采用了鑄鋼zG230一450材質(zhì)的后從板座及上心盤座(一體式)，牽引梁腹板呈與罐體底板相同斜度的變高度斷面。針對(duì)無中梁罐車牽引梁尾部應(yīng)力較大的狀況，在試制種2臺(tái)樣車分別采用了3種形式的牽引梁尾部結(jié)構(gòu)及2種形式的連接板，并進(jìn)行了靜強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。在交變載荷的作用下，缺陷擴(kuò)展產(chǎn)生裂紋，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)將月牙形連接筋板改為直板箱形結(jié)構(gòu)，很好解決了此類問題的再次發(fā)生. G17B型粘油罐車 西安廠1997年設(shè)計(jì)制造的G17B型粘油罐車是目前粘油運(yùn)輸?shù)闹餍凸捃嚒＿@些問題后來都通過改進(jìn)工藝，加強(qiáng)過程焊接質(zhì)量控制得到了很好的解決。通過運(yùn)用發(fā)現(xiàn)了一些問題：(1)．牽引梁與一體式后從板座之間的塞焊縫部分車輛出現(xiàn)裂紋；(2)．部分車輛枕梁上蓋板與罐體之間焊縫開裂；(3)．枕梁腹板與牽引梁腹板、枕梁上蓋板的焊縫端部部分車出現(xiàn)裂紋(4)．一體式鑄鋼后從板座的連接筋板出現(xiàn)裂紋。上蓋板燕尾形，尾部圓弧過渡。