【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”。可防止雨水進(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(shí)。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(dòng)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(shí)際，實(shí)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(shí)，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(dòng)調(diào)整裝置、10英寸旋壓密封式制動(dòng)缸、鐵道貨車脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置等)成功通過運(yùn)用考驗(yàn)，鐵路實(shí)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(shí)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(jì)，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(jì)要求，適應(yīng)牽引萬噸列車的需要，設(shè)計(jì)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(shí)際所裝運(yùn)油類、酸堿類的比重計(jì)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(gè)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(jì)、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(jì)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(shí)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(yàn)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(yàn)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(jì)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(jì)的牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元的靜強(qiáng)度計(jì)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(jì)水平、避免設(shè)計(jì)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(jì))車體疲勞設(shè)計(jì)方法，計(jì)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(gè)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(jì)的改進(jìn)和普及，一位發(fā)明者將2個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jià)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(jì)，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(jì)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(gè)獨(dú)立的第三方項(xiàng)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(yàn)證試驗(yàn)，目標(biāo)是用試驗(yàn)方法驗(yàn)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(xiǎn)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(diǎn)，現(xiàn)將北美幾種常見的牽枕結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)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?yàn)楣捃嚑空斫Y(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(jì)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(jì)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(diǎn)是從設(shè)計(jì)上簡化了制造，節(jié)約了成本，同時(shí)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(yàn)、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(shí)施與整車等壽命設(shè)計(jì)，實(shí)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(cái)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(diǎn)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)?！ELX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(shí)，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(jì)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(shí)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(shí)我國的鐵路車輛都是采用自動(dòng)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(jì)、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(shí)踐，表明它有著足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)它還具有自重輕、便于生產(chǎn)與檢修等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)、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(yàn)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(jì)及制造等方面經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(yàn)。此后，大連工廠先后設(shè)計(jì)了罐體總?cè)莘e為110m179。1970年設(shè)計(jì)、試制了兩列G17A型無中梁粘油罐車專列，并投入運(yùn)用考驗(yàn)。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(shí)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(gè)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(diǎn)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(shí)造成的凹坑及焊接時(shí)產(chǎn)生的弧坑未能消除，而導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)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(diǎn)：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(jì)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(yàn)后，對該型車又進(jìn)行了靜強(qiáng)度試驗(yàn)，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，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(dòng)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(dòng)；(3)容積大，2個(gè)G19可頂3個(gè)G60使用，減少了工人作業(yè)和勞動(dòng)強(qiáng)度。再如手制動(dòng)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(shí)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(jì)，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