【正文】 牽枕結(jié)構(gòu) G70型輕油罐車 西安廠1992年設(shè)計(jì)制造的G70型輕油罐車是目前輕油運(yùn)輸?shù)闹餍凸捃嚕錉空斫Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2一ll。該車存在的主要問(wèn)題是心盤隔板端部焊縫裂紋。牽引梁采用厚lOmm的鋼板壓成L形，尾部斜直線。投入運(yùn)用后，于1972年由大連機(jī)車車輛廠和四方車輛研究所共同對(duì)上述五輛車進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)該種車由于取消枕梁上蓋板，因而在枕梁側(cè)蓋板上端與罐體的角焊縫處多數(shù)有毛細(xì)裂紋，但尚未發(fā)現(xiàn)罐體板產(chǎn)生裂紋的情況，其牽枕結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖13。 為解決心盤座隔板上端部焊縫裂紋的問(wèn)題，在第二次小批量試制中，采用了在心盤座隔板上加焊一塊10X350x350mm的小蓋板。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。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。枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)。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。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)。牽引梁是10mm后的鋼板壓成L形。 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。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。枕梁為單腹板結(jié)構(gòu)，包角120。存在的主要問(wèn)題是心盤隔板上沒(méi)有蓋板一心盤座焊縫開(kāi)裂嚴(yán)重。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。修改設(shè)計(jì)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(dá)到加強(qiáng)的目的。 4．心盤座結(jié)構(gòu)。 3．罐體與牽枕裝置的連接。增加了枕后的長(zhǎng)度。 2．牽引梁長(zhǎng)度由29lOmm增長(zhǎng)到3214mm。罐體總?cè)莘e受總重限制，改為79．4m3。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。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)。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。 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℃。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)。枕梁端面也改小了，因而改善了制造工藝。端部為平直板與端梁上翼板對(duì)接焊。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。牽引梁和枕梁均為lOmm厚的鋼板。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。 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。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。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。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。 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。上蓋板貼靠于罐體底板。 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。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。 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。 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]。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。與此同時(shí)，又設(shè)計(jì)并批量生產(chǎn)量容積為60m179。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。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。的G19型無(wú)中梁輕油罐車。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]?？諝獍鼮闄E圓形。罐體內(nèi)徑為2800mm端板曲率半徑為3500mm，端板過(guò)渡半徑為100mm。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)。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)。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。1956年設(shè)計(jì)、制造的G50型輕油罐車，側(cè)梁改為[140586的槽鋼。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。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。1953年以后開(kāi)始自行設(shè)計(jì)和制造。因此，我國(guó)鐵路車輛部門于建國(guó)后不久即著手設(shè)計(jì)、制造鐵路罐車。 圖1—7。 圖1—67．“雙腹板+下蓋板+寬側(cè)蓋板”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—7)。 圖1—56．“單惺板+下蓋板+側(cè)管支柱”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—6)。 圖1—4 5．“單腹板+短側(cè)管+下蓋板+頂車腹板”結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖1—5)。 圖1—34．“單腹板(小)+頂車筋板和蓋板(無(wú)側(cè)蓋板) ”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—4)。 圖1—2 3．“單腹板+側(cè)蓋板+矩形型鋼起吊連桿(無(wú) 頂車箱形)”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—3)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)腹板和蓋板的強(qiáng)度、剛度有更高的要求。為CELX公司。在早期的無(wú)中梁罐車上使用。由枕梁腹板、“7”形側(cè)蓋板和頂車用箱形結(jié)構(gòu)組成。 枕梁結(jié)構(gòu)是罐車的主要傳力和承力的安全部件，各生產(chǎn)廠均對(duì)枕梁的受力狀況進(jìn)行優(yōu)化分析和研究，設(shè)計(jì)出了多種型式枕梁，經(jīng)分類匯總可分為以下幾種： 1．“單腹板+側(cè)蓋板+頂車箱形”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1—1)。 枕梁結(jié)構(gòu)罐車所裝運(yùn)的介質(zhì)多為易燃、易爆、有毒、腐蝕等危險(xiǎn)的石油化工產(chǎn)品，罐車在運(yùn)行中的安全性和可靠性直接危及鐵路運(yùn)輸安全和鐵路沿線公民的生命安全。同時(shí)，前從板座與牽引梁直接的連接形式也從原來(lái)的焊接連接變成拉擠鉚釘連接形式，采用鉚接結(jié)構(gòu)提高了前從板座的抗剪切性能，避免了因焊接裂紋造成的車輛檢修次數(shù)，同時(shí)方便了檢修作用。為保證運(yùn)輸安全，提高前從板座結(jié)構(gòu)的可靠性，解決焊接結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力較大的問(wèn)題，隨著鑄造水平的提高，鑄造材料的機(jī)械性能更加優(yōu)越， B級(jí)鋼、c級(jí)鋼材質(zhì)的“鑄造前從板座”被廣泛應(yīng)用到罐車牽枕結(jié)構(gòu)中，很好地滿足了因牽引力的不斷提高對(duì)前從板座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求168。 前從板座美國(guó)罐車的前從板座結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了“焊接式前從板座”、“分體式鑄造前從板座”以及“一體式鑄造前從板座”等階段的改進(jìn)恤…?！敖孛娌蛔冃汀睜恳褐饕糜趫A柱形筒體結(jié)構(gòu)，“截面漸變型”牽引梁主要用于斜底罐體結(jié)構(gòu)和淺“V”形圓柱簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后罐車罐體底板由罐體兩側(cè)封頭處向中部?jī)A斜，早期的斜底罐體結(jié)構(gòu)采用直錐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對(duì)罐體板材的前期下料、焊接等預(yù)處理工序要求較高，工藝相對(duì)較為復(fù)雜：為改善其工藝性，美國(guó)罐車又設(shè)計(jì)了淺“V”形圓柱簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，由兩截圓柱形筒體拼焊成對(duì)稱布置的“V”形結(jié)構(gòu)…。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)用考驗(yàn)和理論研究，各罐車設(shè)計(jì)、制造廠先后西南交通大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 第6頁(yè)研制開(kāi)發(fā)了具有各自特點(diǎn)的無(wú)中梁罐車，積累了大量的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，形成了相關(guān)的無(wú)中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)的從R標(biāo)準(zhǔn)““。壓力罐車罐壁更厚，裝載高蒸汽壓力壓縮的、液化的商品，以及常溫下通常為氣體的物質(zhì)，這包括液化石油氣、氯氣、無(wú)水氨和二氧化碳[5]。通常罐車可分為非壓力罐車、壓力罐車和其它罐車。的液化石油氣罐車。法國(guó)使用110m179。通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)無(wú)中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)有了更深入的了解，提出對(duì)每一罐車均要進(jìn)行失效容限分析的要求，目前此項(xiàng)工作仍在進(jìn)行中“”。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)無(wú)中梁結(jié)構(gòu)，解決因疲勞造成的結(jié)構(gòu)失效，北美鐵路成立了一個(gè)委員會(huì)，這個(gè)技術(shù)委員會(huì)后來(lái)被稱之為“牽引梁工作組(SSwG)”。因此，保證牽枕結(jié)構(gòu)的使用壽命。但是，從無(wú)中梁罐車的運(yùn)用情況來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)也存在一定的事故隱患，在20世紀(jì)90年代初期，至少有1 2個(gè)梁斷裂發(fā)生在此時(shí)期的無(wú)中梁罐車上。采用無(wú)中梁結(jié)構(gòu)最直接的效果是降低了自重，提高了罐車載重，降低了運(yùn)營(yíng)成本，提高了運(yùn)輸效車，簡(jiǎn)化了檢修作業(yè)。盡管van Dyke所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)證明是可行的，但僅有少量車投入運(yùn)用，該車是現(xiàn)代無(wú)中梁罐車的前身。為了利用更強(qiáng)的罐體，他廢棄了底架，把罐體直接鉚接在中梁的鞍座上，并直接放在轉(zhuǎn)向架上。正是在這一階段，“罐車”這一名詞開(kāi)始使用。除了全金屬罐體外，在罐頂設(shè)有給貨物提供熱膨脹空間的空氣包、用于“呼吸”的氣孔和底部用于快速卸貨的閥門。1869年，為防止桶板間的泄漏，賓夕法尼亞約克市的Empire運(yùn)輸公司將鉚接的鐵罐直接安裝在木制底架上而代替垂直的木桶。隨著安全的提高和桶的有效運(yùn)