【正文】 用途可分為客車和貨車倆大類。按用途可分三類：（1）通用貨車，能裝在多種貨物的貨車。（3）特種貨車，共特種用途的車輛。 。如裝貨后蓋上篷布，又可裝運(yùn)怕濕損的貨物。車輛倆側(cè)的標(biāo)記符號為“C”?？煞乐褂晁M(jìn)入車內(nèi)。棚車車體倆側(cè)的標(biāo)記符號為“P”。在裝運(yùn)長大貨物時。此外，還可以裝載各種軍用裝備。改革開放以來，隨著中國成功地加入世界貿(mào)易組織(WTO)，中國經(jīng)濟(jì)取得了空前的、前所未有的飛速發(fā)展。鐵路作為中國運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分，是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，同樣在改革開放中不斷謀求自身的發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)對發(fā)展中出現(xiàn)的問題。結(jié)合中國鐵路的實際，實施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，在消化吸收和系統(tǒng)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的同時，自力更生，走“引進(jìn)和自我發(fā)展”相結(jié)合的道路，不斷提高中國鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化水平，使中國鐵路在過去的十年取得令人矚目的巨大變化，新技術(shù)、新工藝和新裝備不斷地被應(yīng)用到鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展建設(shè)中去，為中國的改革開發(fā)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了越來越重要的作用。新形勢下，原有的鐵路運(yùn)輸模式和技術(shù)裝備水平已經(jīng)不能滿足新經(jīng)濟(jì)需要，鐵路運(yùn)輸正在向世界鐵路“重載化”運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展。成功研發(fā)并推廣運(yùn)用25t軸重轉(zhuǎn)K6和轉(zhuǎn)K5型轉(zhuǎn)向架；70t級敞車、平車、棚車等23t重貨車先后開發(fā)并試制成功；各類與重載技術(shù)相匹配的重要零部件(如：17型車鉤及配套鉤尾框、MT一2大容量緩沖器、Kzw—A型空重車自動調(diào)整裝置、10英寸旋壓密封式制動缸、鐵道貨車脫軌自動制動裝置等)成功通過運(yùn)用考驗，鐵路實現(xiàn)貨運(yùn)重載的技術(shù)條件日趨成熟，中國鐵路的重載時代已經(jīng)到來。按照現(xiàn)代的分類方法，罐車全部屬于專業(yè)化的運(yùn)輸工具。該車按新的貨車強(qiáng)度考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，采用心盤承載，軸重23t，載重比G70K型罐車提高8t，高業(yè)運(yùn)營速度從100km／h高到120km／h，罐體采用了對稱布置的直角斜錐斜底結(jié)構(gòu)，對車輛結(jié)構(gòu)整體的安全性、可靠性提出了更高、更具體的要求，對重載、高速條件下無中梁罐車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的可靠性、安全性方面提出了新的課題。因此，為滿足70t級輕、粘油罐車的速度快、載重大的設(shè)計要求，適應(yīng)牽引萬噸列車的需要，設(shè)計一種安全可靠，材料利用車高，能夠保證重載罐車在運(yùn)營過程中的沖擊和承載要求的重載罐車牽枕結(jié)構(gòu)是本文急需解決的重要課題。這些貨物包括汽油、原油、各種粘油、植物油、液氨、酒精、水、各種酸堿類液體、水泥、氧化鉛粉等。解放初期我國只能生產(chǎn)載重25t、179。的全焊結(jié)構(gòu)罐車，以后又制造了有效容積60m179。載重63t的各種罐車。的GQ型液化氣體罐車，其罐體呈魚腹形[1]?，F(xiàn)在的標(biāo)記載重量是以實際所裝運(yùn)油類、酸堿類的比重計算的。因此，罐車的裝載能力以體積來度量更為合適。對于每一種規(guī)格的罐體，均有其容積折算表。由于罐體是一個臥式整體簡型結(jié)構(gòu)，具有較大的強(qiáng)度和剛度，罐體不但能承受所裝物體的重量，而且也可承擔(dān)作用在罐體上的縱向力。本工程學(xué)士學(xué)位論文的研究課題就是通過對70t級輕、粘油無中梁重載罐車牽枕結(jié)構(gòu)的設(shè)計、選型和開發(fā)思路作以論述，探討和總結(jié)無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，從而對無中梁類罐車的牽枕結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造提供幫助。二、通過對國際上著名的鐵路運(yùn)營公司實施重載貨運(yùn)的情況介紹，從重載運(yùn)輸采用的新技術(shù)、新成果以及重載運(yùn)輸帶來的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景等方面，綜合分析和闡述重載貨運(yùn)的成功經(jīng)驗和鐵路發(fā)展的重要意義，提出重載運(yùn)輸對無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)的要求。四、為了驗證牽枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的可靠性，本文采用ANSYS有限元計算分析軟件，依據(jù)70t級貨車強(qiáng)度考核標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計的牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元的靜強(qiáng)度計算，結(jié)果表明牽枕結(jié)構(gòu)在各載荷工況下，各部件材料許用應(yīng)力能夠滿足TB／T1335的標(biāo)準(zhǔn)要求。五、為提高車體抗疲勞設(shè)計水平、避免設(shè)計缺陷、提高產(chǎn)品可靠性，采用AAR機(jī)務(wù)規(guī)程(第Ⅶ章新造貨車的疲勞設(shè)計)車體疲勞設(shè)計方法，計算車體各部位在垂向、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)、車鉤垂向及縱向載荷譜作用下的疲勞壽命。 國外無底架罐車的發(fā)展歷史無中梁罐車起源于德國，20世紀(jì)中期在美國開始大量使用。前蘇聯(lián)、日本、南非、德國也向無中梁罐車結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。為了將賓夕法尼亞油田的原油高教地運(yùn)出，他們亍1865年將2個巨大的術(shù)桶放在平車上，安裝密封蓋后，這些車能裝載13．25m3(3 5009a1)的油。不久，隨著Densmore設(shè)計的改進(jìn)和普及，一位發(fā)明者將2個桶合而為一，將桶縱向放在平車上。Empire公司的車輛采用了這種設(shè)計型式，在以后的90年，普遍保持了該種型式。這些車運(yùn)營了多年，將原油運(yùn)輸?shù)綗捰蛷S，再將荷煉產(chǎn)品運(yùn)輸給批發(fā)高。1900年，隨著對更長、更快列車的強(qiáng)烈需要，標(biāo)準(zhǔn)石油公司的John VanDyke設(shè)計了1種全新的罐車，該罐車采用雙行鉚的鋼罐。牽引梁裝在鞍座上。Van Dyke所設(shè)計的結(jié)構(gòu)起初并沒有得到人們真正的認(rèn)識，隨著設(shè)計手段的提高以及對罐車結(jié)構(gòu)的深入了解，對材料利用率的進(jìn)一步提高，人們開始認(rèn)識到這種結(jié)構(gòu)的所帶來的巨大價值，與有中梁罐車相比無中梁罐車有其無法比擬的優(yōu)越性。因此，從20世紀(jì)50年代以來在北美制造的所有罐車幾乎都是無中梁設(shè)計，并在AAR機(jī)務(wù)手冊罐車分艇中對無中梁罐車牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳盡的規(guī)定和要求，這些都對無中梁罐車的普及和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，目前無中梁罐車技術(shù)日趨成熟，已成為國際鐵路罐車的主型結(jié)構(gòu)。1100輛車的檢查結(jié)果表明，疲勞斷裂絕大部分發(fā)生在這種設(shè)計的牽引梁與罐體連接處。”，提高結(jié)構(gòu)的可靠性，成為北美鐵路的關(guān)鍵課題”。它的成員包括一些制造廠高和車主，F(xiàn)RA、從R、鐵道發(fā)展學(xué)會(RPI)、加拿大運(yùn)輸公司以及化學(xué)制造高協(xié)會，該委員會雇用了相當(dāng)于一個獨(dú)立的第三方項目管理的西南研究學(xué)會(swRI)，采用失效容限分析的方法對無中梁牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行全尺寸疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測驗證試驗，目標(biāo)是用試驗方法驗證失效容限分析研究辦法。至今，大型罐車已成為美國的主型罐車。的液氨和液化石油氣罐車，同本已推廣74．5m179。在這些大型罐車中，不少采用無底架結(jié)構(gòu)，也有采用有底架結(jié)構(gòu)的。非壓力罐車的罐體壁厚相對壓力罐車較薄，供通常情況下運(yùn)輸無危險和低蒸發(fā)壓力、低介質(zhì)有毒液體貨物，也包括食物如液體糖和蔬菜油；化學(xué)品如乙二醇乙烯、橡膠漿和硫磺；石油產(chǎn)品如燃料和潤滑油及各種陶粘土泥漿。國外研究無中梁罐車起步較早，20世紀(jì)中期無中梁罐車在美國開始大量使用。幾種無中梁罐車的牽枕結(jié)構(gòu)，形式各異、各具特點，現(xiàn)將北美幾種常見的牽枕結(jié)構(gòu)形式及特點介紹如下： 牽引粱腹板美國無中梁罐車為了提高罐內(nèi)運(yùn)輸介質(zhì)的卸凈車，方便清洗作用，罐體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從圓柱形筒體結(jié)構(gòu)向直角斜錐圓截面斜底罐體結(jié)構(gòu)和淺“V”形圓柱簡體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。因為罐車牽枕結(jié)構(gòu)是通過牽引梁與罐體底部牽引梁上蓋板焊接成為一體，因此隨著罐體形式的不同，牽引梁腹板各異，常見有“截面不變型”和“截面漸變型”兩種。但罐體尾部的腹板均相同，呈線性遞減。車輛載重的不斷提高，萬噸列車普遍開行，車輛承受的縱向沖擊力不斷提高，使“焊接前從板座”經(jīng)常在從板座根部焊縫處出現(xiàn)焊接裂紋，影響到鐵路罐車的運(yùn)行安全。…。隨著鑄造水平的提高和貫徹一體化設(shè)計的思想，北美鐵路罐車后從板座和上心盤座的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)歷了較大的變化和改進(jìn)，由過去相對獨(dú)立的后從板座和上心盤座改進(jìn)成將后從板座和上心盤座鑄造成一體，有的罐車則將后從板座、上心盤座及上心盤鑄造成一體，通過焊接與牽引梁、枕梁連接起來共同承擔(dān)車輛載荷，這樣改進(jìn)的最大優(yōu)點是從設(shè)計上簡化了制造，節(jié)約了成本，同時提高了結(jié)構(gòu)的可靠性；但是，一體式結(jié)構(gòu)也對鑄件的質(zhì)量、焊接缺陷的檢驗、控制以及檢修作業(yè)提出了更高的要求．在美國通常對該部結(jié)構(gòu)實施與整車等壽命設(shè)計，實現(xiàn)免維護(hù)、零檢修，當(dāng)然這樣做起來很不容易心“。因此，北美鐵路一直致力于鐵路罐車的可靠性研究，降低因罐車事故對周圍環(huán)境的破壞和人員、財產(chǎn)損失。為NATx公司的無中梁罐車枕梁結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的特點是：側(cè)蓋板與枕梁腹板間的施焊空間小，對焊縫要求較高；采用雙腹板頂車箱形結(jié)構(gòu)，焊縫多，壓型件多，工藝性較差。 圖1—1 2．“單腹板+側(cè)蓋板(無頂車箱形)”結(jié)構(gòu)(見圖1—2)?！?、RELX公司的無中梁罐車枕梁結(jié)構(gòu)多采用單腹板側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)。是無中梁罐車枕梁的主要形式之一。該結(jié)構(gòu)在單腹板、側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了矩形型鋼起吊連桿結(jié)構(gòu)，在滿足枕梁受力的同時，方便制造、檢修過程中的吊裝罐體作業(yè)(如GATx公司采用該結(jié)構(gòu)作為主型結(jié)構(gòu))。該車枕梁在鞍座邊角處取消了側(cè)蓋板，枕梁僅由單腹板和下蓋板組成，為保證罐車在承受心盤沖擊、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)、頂車工況條件下的可靠性，因此枕梁腹板和下蓋板均被設(shè)計的比較強(qiáng)大來保證安全。為改善側(cè)蓋板和無側(cè)蓋板單腹板枕梁鞍座邊角處的受力狀況，鞍座邊角處采用了圓管結(jié)構(gòu)，枕梁下蓋板下側(cè)焊接單腹板、頂車下蓋板結(jié)構(gòu)。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。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(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。 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(yùn)能和運(yùn)量的矛盾。1953年以前制造的罐車是仿照日偽圖紙進(jìn)行的。多年來，經(jīng)過不斷地實踐、認(rèn)識及改進(jìn)，使罐車的技術(shù)性能逐步提高，結(jié)構(gòu)日趨完善。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?？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)。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。多次改進(jìn)過的底架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年來的運(yùn)用實踐，表明它有著足夠的強(qiáng)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]。1958年以來，為了探索既適合運(yùn)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。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。179。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)。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(jī)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。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。此后，大連工廠先后設(shè)計了罐體總?cè)莘e為110m179。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(yùn)用考驗。的G60A型無中梁輕油罐車。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。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。主要裝運(yùn)汽油、煤油、輕柴油等輕質(zhì)油類的石油產(chǎn)品。 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)。 該車枕梁為雙腹板焊接到封閉箱形結(jié)構(gòu)，包角1200。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。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。經(jīng)分析認(rèn)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(dǎo)致結(jié)點處裂紋。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。在經(jīng)過較長期的運(yùn)用后，裂紋情況沒有擴(kuò)展，因而又恢復(fù)裝運(yùn)汽油。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。 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。燕尾壓成與罐體底板同心的弧面，兩者之間自然過渡。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。枕梁外側(cè)設(shè)有頂車筋板。采用鑄鋼從板座，后從板座為整體式。經(jīng)過一年半的運(yùn)用考驗后，對該型車又進(jìn)行了靜強(qiáng)度試驗，試驗結(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。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(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(qiáng)度。再如手制動操作部位太少，調(diào)車作業(yè)不方便等。(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。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)。材料改用310型乙字型鋼牽引梁尾部傾角改為20。同時將枕梁下蓋板(中)進(jìn)行了加長，側(cè)梁采用[160型鋼。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。心盤座開裂是原G19存在的嚴(yán)重問題。其牽枕結(jié)構(gòu)見圖2—9。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。 1983年，西安車輛廠對原G19型輕油罐車進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，其牽枕結(jié)構(gòu)見圖2一10。牽引梁采用310乙字鋼，上蓋板燕尾形，尾部斜直線。采用C62A型敞車心盤座結(jié)構(gòu)，增設(shè)1塊連接