（機械工程專業(yè)論文）新型米軌風動卸煤車車體強度的研究.pdf

西南交通大學碩士研究生學位論文第1 頁 摘要 目前 在國內(nèi)沒有適合米軌鐵路運輸?shù)膶Ｓ蔑L動卸煤車 現(xiàn)在唯一使用 的舊型風動卸煤車 已使用多年 該車載重量較小 而且由于設(shè)計上的缺陷 車體各結(jié)構(gòu)均采用角鋼焊接而成 運用當中 常出現(xiàn)車體變形 配件斷裂等 問題 嚴重危及米軌運輸安全 遠遠滿足不了米軌鐵路運輸?shù)男枰?另外 米軌鐵路目前運量遠遠大于運能 只有不斷地挖潛米軌車輛的運輸潛力 不 斷地對一些不能滿足運營要求的車輛進行大修改造 改善車輛的性能 才能 提高米軌運輸效益 本文正是為了能夠解決這些問題 根據(jù)米軌目前的實際情況 以及舊型 風動卸煤車存在的諸多問題 對1 日型風動卸煤車車體進行大修改造 研究設(shè) 計方案 新型風動卸煤車車體底架設(shè)計時借鑒了米軌現(xiàn)有敞車的設(shè)計思想 車體采用了全鋼焊接結(jié)構(gòu) 為板梁式側(cè)壁底架共同承載結(jié)構(gòu) 枕梁組焊為箱 形變截面結(jié)構(gòu) 端梁用鋼板壓成角形斷面 根據(jù)車體中部承載較大的特點 在中部設(shè)計了一個箱型結(jié)構(gòu)的大橫梁 側(cè)墻由七根側(cè)立柱組成 側(cè)柱分別與 底架枕梁及大橫梁處在同一斷面內(nèi) 以加強結(jié)構(gòu)的整體承載能力 根據(jù)t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 標準 利用a n s y s 有限元分析系統(tǒng)軟件對該車車體 強度進行分析與計算 同時對不滿足強度要求的鋼結(jié)構(gòu)部分 進行結(jié)構(gòu)補強 最終使改進的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案完全符合t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 標準的要求 滿足運 輸安全的需要 由于米軌的特殊性 機車牽引力 列車重量 速度等都與準軌不相同 在多數(shù)運行情況下 米軌車輛本身所受的各種作用力均小于準軌車輛 因此 結(jié)合米軌的現(xiàn)狀 主要針對米軌貨車的各種載荷工況下對縱向動力學性能進 行分析 從而對t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 標準適合米軌貨車車體強度設(shè)計方面進行了 探討 通過準 米軌對比研究 對大修改造后的風動卸煤車車體強度進行對比 校核分析 發(fā)現(xiàn)米軌貨車車體強度和剛度富裕量都比較大 說明在降低米軌 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 i 頁 貨車車體的自重方面 有較大的優(yōu)化余地 為增加載重 提高運輸效率 降 低能耗開辟了廣闊的空間 通過使用單位進行了一年半的實際運用考驗 證明大修改造后的新型風 動卸煤車車體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計合理 安全性能較好 用戶認為 該車日常維修率 較低 完全克服了舊型風動卸煤車車體不足之處 關(guān)鍵詞 米軌風動卸煤車車體強度研究 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 il 頁 a b s t r a c t c u r r e n t a tt h e r ei sn o ts u i tt h em e t e r g a u e gr a i l r o a d sc o n v e y a n c ei nd o m e s t i c t om o v et ou n l o a dt h ec o a lc a r n o wu n i q u e o l db r e e z et h a tu s em o v e st ou n l o a d t h ec o a lc a r h a v i n gu s e dm a n yy e a r t h el o a d i n gc a p a c i t yi ss m a l l e r a n db e c a u s e o ft h eb l e m i s ho nt h ed e s i g n e a c hc o n s t r u c t i o no fb o d y w o r ka l la d o p t sa n g l es t e e l w e l db u t o f t e na p p e a rt h eb o d y w o r kt r a n s f o r m t h ea c c e s s o r i e sb r e a k se t c p r o b l e m e n d a n g e r i n gs e r i o u s l yt h em e t e r g a u e gc o n v e y a n c es a f e t y f a rs a t i s 巧n o t t h ed e m a n dt h a tt h em e t e r g a u e gr a i l r o a dc o n v e y a n c e m o r e o v e r t h ef a rl a r g e r t h a ni nc u r r e n tc a r r y i n gc a p a c i t yi nr a i l r o a dt h em e t e r g a u e gc a r r i e sc a n o n l yh a v e c o n s t a n t l yc o n v e y a n c ep o t e n t i a lo fd i g g i n gt h ep o t e n t i a lt h em e t e r g a u e gv e h i c l e c a n t s a t i s f yt h ev e h i c l et h a tc a r r i e st ot h es o m ec o n s t a n t l yt h ec a m pr e q u e s t p r o c e e dt h eb i gm o d i f i c a t i o nb u i l d s i m p r o v i n gt h ef u n c t i o no ft h ev e h i c l e t h e ni t c a ni n c r e a s et h em e t e r g a u e gc o n v e y a n c ep e r f o r r n a n c e t h i st e x te x a c t l yf o rc a n n i n gr e s o l v et h e s ep r o b l e m s a c c o r d i n gt oc u r r e n t a c t u a lc i r c u m s t a n c et h em e t e r g a u e g a n dt h eo l dt y p eb r e e z em o v e sm a n y p r o b l e m st h a tu n l o a dc o a lc a r se x s i tw ed e c i d et om o v et ou n l o a dt ot h eo l dt y p e b r e e z et h ec o a lc a rb o d y w o r kp r o c e e d st h es 訂o n gm o d i f i c a t i o nb u i l d s s t u d y i n gt o d e s i g nt h ep r o j e c t t h en e wb r e e z em o v e st ou n l o a dt h ec o a lc a rb o d y w o r k b o r o mi n s t a l l st oa c c o u n td r e wl e s s o n sf r o mt h ed e s i g nt h o u g h to ft h ec u r r e n tt h e o p e n i n gc a r t h em e t e r g a u e g t h eb o d y w o r ka d o p t e dt h ew h o l es t e e lw e l d st h e c o n s t r u c t i o n f o rp l a n kb e a mt y p es i d ew a l lb o t t o mac o m m o nl o a d i n gc o n s t r u c t i o n t h ec o r b e li saf o r mt oc h a n g et oc u tt h ec o n s t r u c t i o n c a r r y i n gt h eb e a mt op r e s s w i t ht h es t e e lp l a t ec a p ef o r mc r o s ss e c t i o n a c c o r d i n gt ob i g g e rc h a r a c t e r i s t i c si n l o a d i n gi nc e n t r a lp a r ti nb o d y w o r k i nc e n t r a lp a r td e s i g ns t r u c t u r a la n db i ga n d h o r i z o n t a lb e a mi n1at y p e s i d ew a l lw a sc o n s t i t u t e db y7s i d e sp i l l a r s i d ep i l l a r d i s t i n g u i s ha n db o t t o ma c o r b e la n db i ga n dh o r i z o n t a lb e a m sw a sp l a c e di ns a m e c r o s ss e c t i o n t oe n h a n c es t r u c t u r a lt h ew h o l el o a d i n ga b i l i t y a c c o r d i n gt ot h et b t 1 3 3 5 1 9 9 6s t a n d a r d s m a k eu s eo ft h el i m i t e da n a n a l y s i ss y s t e ms o f t w a r ei na n s y s t op r o c e e dt h ea n a l y s i st ot h ec a r sb o d y w o r k 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 v 頁 s t r e n g t ha n dc a l c u l a t i o n a tt h es a m et i m et ot h e s t e e lc o n s t r u c t i o no ft h e d i s s a t i s f i e df o o ts t r e n g t hr e q u e s tp a r t p r o c e e dt h ec o n s t r u c t i o nr e p a i rs t r o n g e n d m a k et h es t e e lc o n s t r u c t i o no ft h ei m p r o v e m e n td e s i g nt h ep r o j e c tm e e t st h e s t a n d a r dr e q u e s ti nt b t 1 3 3 5 1 9 9 6c o m p l e t e l y s a t i s f y i n gt h es a f ed e m a n di n c o n v e y a n c e b e c a u s eo ft h es p e c i a lo ft h em e t e r g a u e g t h em o t o r c y c l el e a d st h ed i n t r a i l r o a dt r a i nw e i g h t f l a t o u te t c a l lw i t ha l l o wt h es t a n d a r d s g a u e gn o ts a m ea l i k e c i r c u l a t et h ec i r c u m s t a n c ei nt h em o s tn e x t t h em e t e r g a u e gv e h i c l eo n e s e l fa n e v e r yk i n do ff u n c t i o nf o rs u f f e r i n gd i n ti sa l ls m a l l e rt oa l l o wt h ev e h i c l eo ft h e s t a n d a r d s g a u e g t h e r e f o r e j o i nt o g e t h e rt h ep r e s e n tc o n d i t i o no fh em e t e r g a u e g a i ma tt h em e t e r g a u e gt r u c kp r i m a r i l ye v e r yk i n do ft o l o a d i n ga p p e a r a n c e b o t t o mr i g h t n e s sl e n g t h w a y st h ed y n a m i c sf u n c t i o np r o c e e d st h ea n a l y s i s f r o m b u tt ot b t 1 3 3 5 1 9 9 6s t a n d a r d si nk e e p i n gw i t ht h em e t e r g a u e gt r u c kb o d y w o r k s t r e n g t hd e s i g nt h ea s p e c tp r o c e e d e dt h es t u d y p a s st oa l l o wt h em e t e r g a u e gc o n t r a s ts t u d i e s m o v i n gt ou n l o a dt ot h es t r o n g m o d i f i c a t i o nb r e e z eb u i l d i n gb e h i n dt h ec o a lc a rb o d y w o r ks t r e n g t h p r o c e e dt o c o n t r a s tt h ev e r i f i c a t i o na n a l y z e s d i s c o v e r i n gt h em e t e r g a u e gt r u c kb o d y w o r k s t r e n g t hw i t hj u s t aw e a l t h yd e a li sa l l s t r o n g e r e x p l a i n i n gi nt h ea s p e c t so f l o w e r i n gt h em e t e r g a u e gt r u c kb o d y w o r ks e l f r e s p e c t h a v et h eb i g g e ra n d e x c e l l e n tt u r n i n gt h es p a r el o t c a r r yf o rt h ei n c r e m e n th e a v y i n c r e a s ec o n v e y a n c e e m c i e n c y 1 0 w e r i n gc a nc o n s u m e t od e v e l o pt h ev a s ts p a c e p a s st ou s et h eu n i tp r o c e e d e dt h ea c t u a la p p l i c a t i o no fay e a rh a l ft e s t s t h e s t r o n gm o d i f i c a t i o ni np r o o fb u i l d st h eb e h i n dn e wb r e e z em o v e st ou n l o a dt h e c o a lc a rb o d y w o r ks t e e lc o n s t r u c t i o nd e s i g nr e a s o n a b l e t h es a f ef u n c t i o ni sb e t t e r t h ec u s t o m e r t h i n k s t h a tc a r m a i n t a i n st h er a t e u s u a l l yl o w e r o v e r c a m e c o m p l e t e l yt h eo l dt y p eb r e e z em o v e st ou n l o a dn o te n o u g hp l a c ei nb o d y w o r ki n c a r i nc o a l k e yp h r a s e t h em e t e r g a u e g a i rp o w e ru n l o a d st h ec o a l c a r b o d ys t r e n g t h r e s e a r c h 西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 頁 第一章緒論 1 1 前言 鐵路運輸是我國國民經(jīng)濟的大動脈 也是國家安全的重要保障之一 昆 明鐵路局米軌鐵路的軌距為1 0 0 0 m m 運營線為6 0 8 k m 昆河線4 6 5 k m 蒙寶線 1 4 3 k m 是我國鐵路網(wǎng)中唯一的米軌鐵路 近幾年來 由于中越自由貿(mào)易在 逐年增大 目前每年已達1 0 0 多萬噸 中越國際聯(lián)運日益繁忙 因此 米軌 各種車輛的使用率都比較高 目前最突出的問題是車輛越來越難于周轉(zhuǎn) 出 現(xiàn)了運量遠遠大于運能的矛盾 因此不斷地研究開發(fā)或改造出各種用途的新 型米軌車輛 以解決目前運能緊張的矛盾 是擺在我們面前非常迫切的任務(wù) 米軌鐵路屬于典型的山區(qū)鐵路 線路比較復雜 運用環(huán)境也非常惡劣 就風動卸煤車而言 米軌各大廠礦隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展 企業(yè)不斷發(fā)展 壯大 對生產(chǎn)用煤的需求也越來越大 目前米軌唯一使用的幾輛舊型風動卸 煤車是在上世紀七十年代由其他車型改造而成的 通過幾年的運行情況來看 該車輛車體強度和剛度均不足 車體變形和裂紋較多 維修率較高 存在嚴 重的安全隱患 另外 由于運煤車輛的嚴重不足 大量采用c 3 0 和c 3 1 等車 輛運煤 這既加劇了米軌運用車輛緊張的矛盾 又增加了大量的人工裝卸費 用 同時帶來了c 3 0 和c 3 1 車輛的嚴重破損 所以必須盡快研制出適合米軌 特性的風動卸煤車 以滿足米軌運輸?shù)男枰?另外 在米軌的產(chǎn)品開發(fā)和研究方面 全國幾家車輛設(shè)計工廠 在對米 軌設(shè)計生產(chǎn)車輛時 對米軌車輛的車體強度的設(shè)計與校核 都是一直采用鐵 道部準軌t b t 1 3 3 5 7 8 鐵道車輛強度設(shè)計及試驗規(guī)范 簡稱t b t 1 3 3 5 7 8 和t b t 1 8 0 7 8 6 貨車車體靜強度實驗方法 簡稱t b t 1 8 0 7 8 6 以及 t b t 1 3 3 5 9 6 鐵道車輛車體靜強度的設(shè)計及試驗規(guī)范 簡稱t b t 1 3 3 5 9 6 等標準中所規(guī)定的有關(guān)參數(shù)采用有限元分析方法 運用一定的計算軟件進行 計算校核 由于米軌車輛在實際運用當中的載重和速度要小得多 使得車輛 在運用當中的動態(tài)受力情況與準軌車輛遠遠不相同 在準軌車輛設(shè)計改造中 采用 鐵道車輛靜強度設(shè)計及試驗規(guī)范 簡稱t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 的標準進行 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 頁 貨車車體強度的校核 該標準適用于準軌線路上新設(shè)計的一般用途車輛 構(gòu) 造速度不大于1 2 0 k m h 列車牽引總重量不大于6 0 0 0 t 適用于新造車輛的設(shè) 計或車輛結(jié)構(gòu)有重大改變的而影響強度時的計算校核 若t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 標 準來指導米軌的車體強度設(shè)計 則脫離米軌貨車的實際情況 使得米軌車輛 在設(shè)計過程當中 車體強度冗余量較大 這既造成了材料浪費 制造成本增 加 同時還使得車輛自重系數(shù)過大 車輛載重減少 增加了機車牽引耗能等 根據(jù)米軌目前的實際情況 以及舊型風動卸煤車存在的諸多問題 我們 決定對舊型風動卸煤車進行大修改造 研究設(shè)計方案 并采用 鐵道車輛靜 強度設(shè)計及試驗規(guī)范 的標準進行貨車車體強度的校核計算 使新型風動卸 煤車完全能夠滿足運輸安全的需要 同時 為了進一步提高米軌貨車運行的 安全性 改善車體設(shè)計中經(jīng)濟性差的缺點 有必要對 鐵道車輛靜強度設(shè)計 及試驗規(guī)范 有關(guān)內(nèi)容適合米軌車輛強度設(shè)計方面進行探討 并針對米軌大 修改造后的風動卸煤車車體強度進行比較分析 1 2 米軌風動卸煤車的現(xiàn)狀 由于米軌屬于山區(qū)鐵路 線路比較復雜 運營環(huán)境非常惡劣 目前國內(nèi) 外均沒有適合米軌特性的專用風動卸煤車 目前米軌唯一使用的原風動卸煤 車 是由鐵路局基層單位多年前自行改造設(shè)計的車輛 該車載重量較小 而 且由于設(shè)計上的缺陷 車體立柱 上端圍粱和各粱架均用角鋼焊接而成 如 圖卜l 所示 運用當中 常出現(xiàn)車體立柱變形 斷裂 枕梁裂斷等問題 嚴 重危及米軌運輸安全 遠遠滿足不了米軌各大廠礦運煤的需要 另外 原米 軌風動卸煤車屬于淘汰的車型 其零部件通用性能較差 目前已無法采購相 關(guān)配件 給此類車輛的維修帶來了較大的困難 目前存在的問題是 全國沒有專業(yè)車輛工廠為米軌研制生產(chǎn)風動卸煤車 米軌風動卸煤車的研究處于初級階段 由于近幾年來米軌沿線各大產(chǎn)礦的不斷發(fā)展壯大 尤其開遠化工廠 電 廠 水泥廠等對煤炭的需求與日俱增 再加上目前正在興建的大型現(xiàn)代化鋼 鐵廠 并且開遠等地的煤炭資源又比較豐富 因此為各大廠礦短距離運送大 量煤炭 風動卸煤車具有較大的優(yōu)勢 目前僅使用的幾輛舊型風動卸煤車遠 西南交通大學碩士研究生學位論文第3 頁 遠滿足不了運輸部門的需要 投入使用的風動卸煤車每年每輛車可以為運輸 部門直接創(chuàng)造約2 5 萬元的裝卸費收入 具有可觀的經(jīng)濟效益 圖1 1 原米軌風動卸煤車外觀形狀 1 3 國內(nèi)外漏斗卸煤車的現(xiàn)狀 煤炭漏斗卸煤車是一種鐵路運煤專用車輛 是用于固定編組 循環(huán)使用 定點裝卸 快速周轉(zhuǎn)的耗煤較大的發(fā)電企業(yè)運輸煤炭 為了提高發(fā)電廠的煤 炭運輸效率 實現(xiàn)裝卸作業(yè)機械化和自動化 加速發(fā)展煤炭漏斗車有著重要 的經(jīng)濟意義 美國鐵路現(xiàn)有無蓋漏斗車3 2 5 6 萬輛左右 約占美國貨車車輛總數(shù)的 2 1 德國現(xiàn)有自卸漏斗車9 5 0 0 輛 其5 9 的用煤量是使用自卸漏斗車運輸 我國采用煤炭漏斗自卸和使用翻轉(zhuǎn)機卸煤 由于煤炭自卸漏斗車存在著 效率高 使用壽命長 節(jié)省能源 短途運輸經(jīng)濟 機械化和自動化程度較高 等優(yōu)點 已經(jīng)越來越廣泛地運用于電力 煤炭等部門 目前我國現(xiàn)有煤炭漏 斗車僅3 8 0 0 余輛 與我國的國民經(jīng)濟的發(fā)展速度極不適應(yīng) 西南交通大學碩士研究生學位論文第4 頁 1 4 設(shè)計米軌風動卸煤車的目的 目前 米軌在用的舊型風動卸煤車 由于使用時間太久 車輛運用時常 出現(xiàn)立柱變形或斷裂 車體外漲等故障 影響了正常運輸生產(chǎn) 己不能滿足 米軌運輸?shù)男枰?其次 零部件通用性差 如 k 型制動閥 拱架柱式的滑動 軸承輪對轉(zhuǎn)向架各部件 及使用時間長更換量大 因?qū)儆趪鴥?nèi)早已淘汰產(chǎn)品 造成采購非常困難 使車輛檢修工作困難較大 為更好地提供質(zhì)量良好的運 輸設(shè)備 必須進行煤車的大修研制 研究新型米軌風動卸煤車車體鋼結(jié)構(gòu) 為米軌各廠礦提供安全可靠的新 型風動卸煤車 解決米軌風動卸煤車嚴重滿足不了各大廠礦運煤的需要 同 時 對新型風動卸煤車的研究和使用 將使米軌貨車大大簡統(tǒng)化 極大地方 便車輛維修工作 1 5 研究米軌風動卸煤車車體強度的意義 l 由于米軌鐵路比較復雜最小曲線半徑為8 5 米 曲線較多 坡道較大 達到了3 0 對車輛設(shè)計提出了較高要求 因此 只有借助現(xiàn)有技術(shù)手段對 車體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計 2 借助現(xiàn)有技術(shù)手段 采用a n s y s 有限元分析系統(tǒng)軟件進行分析 使其 符合米軌車輛強度的要求 3 根據(jù)強度分析的結(jié)果 對米軌風動卸煤車車體鋼結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計 達到減少車體白重 增加實際載重的目的 4 根據(jù)準軌車輛強度設(shè)計規(guī)范 即 鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 進行研究適合米軌特性探討 主要對米軌貨車運行中的縱向力進行分析 1 6 研究的內(nèi)容 為了解決米軌風動卸煤車存在的突出問題 進一步推動米軌風動卸煤車 技術(shù)的發(fā)展 2 0 0 3 年昆明鐵路局批準我單位對米軌風動卸煤車車體大修進行 研究 本文就是結(jié)合該課題進行研究 合理設(shè)計米軌風動卸煤車車體結(jié)構(gòu) 同時對米軌貨車強度設(shè)計規(guī)范進行探討 本論文的主要研究內(nèi)容有 1 針對米軌原風動卸煤車在運行中存在的問題 提出了新型風動卸煤車 1 針對米軌原風動卸煤車在運行中存在的問題 提出了新型風動卸煤車 西南交通大學碩士研究生學位論文第5 頁 車體的設(shè)計方案 并對其主要性能參數(shù)進行了計算 2 借助現(xiàn)有技術(shù)手段 采用a n s y s 有限元分析系統(tǒng)軟件對車體鋼結(jié)構(gòu)強 度進行分析 并根據(jù)強度分析的結(jié)果 對米軌風動卸煤車車體鋼結(jié)構(gòu)進行合 理補強設(shè)計 使其符合米軌車輛強度的要求 3 結(jié)合米軌的現(xiàn)狀 主要針對米軌貨車的各種載荷工況下對縱向動態(tài)性 能進行分析 在建立米軌貨車縱向動態(tài)模型的基礎(chǔ)上 分析米軌列車在牽引 制動和編組工況下的縱向沖擊力 求出車鉤縱向沖擊力的大小 同時對米軌 貨車強度設(shè)計規(guī)范進行探討 4 為了合理設(shè)計米軌風動卸煤車車體 首先在a n s y s 分析系統(tǒng)軟件中建 立車體的有限元模型 采用t b t 1 3 3 5 9 6 對車體進行了強度和剛度的計算 并對車體鋼結(jié)構(gòu)提出了改進方案 同時采用米軌貨車縱向動態(tài)性能分析結(jié)果 再次進行車體強度對比分析 5 根據(jù)米軌風動卸煤車上線運用情況 分析說明該車體的結(jié)構(gòu)的合理性 西南交通大學碩士研究生學位論文第6 頁 第二章新型米軌風動卸煤車的設(shè)計方案研究 2 1 設(shè)計參數(shù)的研究確定 2 1 1 主要技術(shù)參數(shù) 載重3 0t 自重 1 6 8t 自重系數(shù) o 5 6 容積 3 3 3m 3 比容系數(shù)1 1t n 3 t 軌距1000mm 構(gòu)造速度80k m h 靜撓度 6 0 o m m 剛度 1 2 l t m m 轉(zhuǎn)向架自重 2 9 5 噸 個 最高運行速度 5 5 k m h 最小通過曲線半徑 8 0 m 中梁地板面距軌面高度 1 0 1 0 l o m m 車鉤中心高度8 2 5 m m 空車 2 1 2 主要幾何尺寸 車輛全長1 2 0 0 8f 1 1 i 車輛定距7 5 0 0m m 車輛最大寬度2 5 8 0i n m 車輛最大高度 2 8 1 8m m 車體內(nèi)長1 1 1 0 0h u n 車體內(nèi)寬2 2 0 0 唧 車體外寬2 5 8 0m m 西南交通大學碩士研究生學位論文第7 頁 車體內(nèi)高 地板面以上車體高度 1 8 0 8m m 地板面距軌面高 空車 約9 7 2 n l i 車鉤中心線高 空車 8 2 51 1 1 1 1 1 輪對直徑7 5 0m i l l 2 2 方案選擇 我們研究的新型風動卸煤車實際上是對舊型風動卸煤車進行車體進行大 修改造 因此對車體的結(jié)構(gòu)設(shè)計時 我們采用對舊型風動卸煤車和米軌目前 在用的良好車型車體進行定性的比較分析 c 3 0 貨車是米軌線路上目前運用時間最長 經(jīng)過二十多年運用與檢修 其 底體架運用情況良好 未出現(xiàn)車體外漲 變形超限度等故障 證明c 3 0 車體 強度滿足米軌運輸需要 在用的舊型卸煤車 車體各立柱為7 5 角鋼 中梁為2 8 0 槽鋼 側(cè)梁為1 4 0 槽鋼 在檢修時常發(fā)現(xiàn)車體外漲和立柱斷裂等故障 其強度已不能滿足運輸 需要 新型風動卸煤車車體底架設(shè)計時借鑒了米軌敝車的設(shè)計思想 車體采用 了全鋼焊接結(jié)構(gòu) 為板梁式側(cè)壁底架共同承載結(jié)構(gòu) 中梁采用3 0 0 槽鋼 側(cè) 梁為1 8 0 槽鋼 中 側(cè)梁與c 車輛一致 枕梁組焊為箱形變截面結(jié)構(gòu) 端梁 用鋼板壓成角形斷面 全車有8 根小橫梁 底架上鋪8 m e 厚的鋼地板 并且 根據(jù)煤車中部承載較大的特點 在中部設(shè)計了1 個箱型結(jié)構(gòu)的大橫梁 側(cè)墻設(shè)計針對舊卸煤車使用中出現(xiàn)的故障 較大的提高了強度 側(cè)墻由7 根側(cè)立柱 每側(cè) 側(cè)梁 8 m m 側(cè)墻板 1 4 0 槽鋼做成的上圍鐵 l 7 5 x 5 0 x 6 m m 角鋼斜撐組成剛性框架 側(cè)柱用7 m m 鋼板壓制成 幾 形 側(cè)柱分別與底架 枕梁及大橫梁處在同一斷面內(nèi) 以加強結(jié)構(gòu)的整體承載能力 大大提高了車 體強 端墻由2 根角柱 1 0 0 1 0 0 x l o m m 角鋼 上端梁 4 根橫帶 1 4 0 5 8 x 6 m m 槽鋼 2 根端柱 1 4 0 x5 8 x6 m m 槽鋼 和6 m m 端壁板組成 上端梁的 斷面與上側(cè)梁相同 4 根橫帶焊在端壁板上 并形成箱型結(jié)構(gòu) 采用這種閉口 斷面形的端壁橫帶 大大提高了端壁剛度 防止端壁外漲 西南交通大學碩士研究生學位論文 第8 頁 由以上新型風動卸煤車車體底架結(jié)構(gòu)分析可知 車體結(jié)構(gòu)形式與敞車一 致 中 側(cè)梁用料與c 車輛一致 并根據(jù)煤車受力特點及運用情況 對底架 側(cè)墻 端墻進行了加強 車體全鋼焊接結(jié)構(gòu)的具體情況是 主要由梁件和板件組成 為漏斗形的 板梁式側(cè)壁底架共同承載結(jié)構(gòu) 中梁為3 0 0 槽鋼 側(cè)梁采用1 8 0 槽鋼 側(cè)墻 由側(cè)立柱和側(cè)梁及1 4 0 槽鋼做成的上圍鐵組成 底架由中梁 側(cè)梁 端梁 枕梁 主橫梁 漏斗人字架 小橫梁和橫梁等組焊而成 小橫梁4 根 采用 槽鋼 1 0 0 4 8 5 3 中梁地板為l o m m 厚的鋼板 枕梁組裝 枕梁上蓋板為8 x 4 2 0 8 3 6 枕梁下蓋板厚度8 m m 枕梁腹板厚度8 m m 材質(zhì)為a 3 鋼 中梁 組成 中梁槽鋼 3 0 0 x 9 7 9 5 長度為1 1 0 8 8 m m 材質(zhì)為a 3 鋼 主橫梁組裝 主橫梁采用3 2 0 2 4 0 m m 的箱形結(jié)構(gòu) 板厚l o m m 側(cè)梁組裝 側(cè)梁用槽鋼 1 8 0 6 8 7 在漏斗部位向上彎的結(jié)構(gòu)方式 漏斗人字架由角鋼l 7 5 7 5 8 組 成 底架橫梁 6 根 由槽鋼 2 4 0 x7 9 x 9 組成 側(cè)墻組成 側(cè)墻為板柱式結(jié) 構(gòu) 由上側(cè)梁 側(cè)柱 側(cè)板 連鐵 斜撐等組焊而成 斜撐均采用l 7 5 5 0 6 角鋼 其中斜撐 1 分左右件 為折彎形式 連接上側(cè)板與各柱加強板 側(cè)柱采用6 m m 厚冷彎帽型鋼 側(cè)板為6 m m 的a 3 鋼 角柱加強板 1 4 位 和 2 3 位 為l i o o x l 0 0 x 1 0 的角鋼 上側(cè)梁采用槽鋼 1 4 0 5 8 6 長度為9 6 4 5 m m 材質(zhì)為a 3 鋼 端墻組成 端墻由上端梁 角柱 端柱 橫帶及端板等組焊而 成 上端梁采用 1 4 0 5 8 6 槽鋼 橫帶數(shù)量為4 個 為 1 4 0 x 4 8 5 3 的槽 鋼 角柱組成 用角鋼m o o x1 0 0 1 0 組成 材質(zhì)為a 3 鋼 端柱為 1 4 0 5 8 x 6 的槽鋼 端墻板為6 m m 厚的a 3 鋼組焊而成 2 3 車體主要結(jié)構(gòu) 2 3 1 設(shè)計平面圖 西南交通大學碩士研究生學位論文 第9 頁 圖2 一l 風動卸煤車車體設(shè)計總圖 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 0 頁 2 3 2 整車外觀結(jié)構(gòu) 圖2 2 風動卸煤車整車外觀 圖2 3 風動卸煤車車體內(nèi)部結(jié)構(gòu) 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 1 頁 2 4 車輛安全性能的分析 評定車輛運行安全性能的指標有兩個 a 抗傾覆性 b 抗脫軌性 現(xiàn) 對其進行對比分析如下 2 4 1 抗傾覆性 影響車輛抗顛覆穩(wěn)定性的主要因素有風力 離心力 線路超高引起的重 力橫向分量以及橫向振動慣性力 車體質(zhì)量 轉(zhuǎn)向架質(zhì)量 運行速度 曲線 半徑 超高角 轉(zhuǎn)向架重心至軌面高 重力加速度 車體重心至軌面高等 如果車輛以高于規(guī)定速度通過曲線 則超高不足以平衡離心力 而且風力和 振動橫向慣 陛力與離心力一致時 則車輛向曲線外側(cè)傾覆 其抗傾覆穩(wěn)定性用傾覆系數(shù)d 表示 g b 5 5 9 9 8 5 規(guī)定的容許傾覆系數(shù)d o 8 現(xiàn)根據(jù)計算公式中的各參數(shù) 用大修風動卸煤車與目前米軌運用成熟 的車輛進行定性比較 如下 恤k s i n o g c o s o m c h 2 撕 c o 毋一g s 魄 p 吒 m d 一 姒 6 s i n o g c s o 式中m 車體質(zhì)量 m 每臺轉(zhuǎn)向架質(zhì)量 f l 車輛運行速度 和一曲線半徑 口 超高角 廠一轉(zhuǎn)向架重心 至軌面高 缸一車體重心至軌面高 只 車體橫向振動慣性力 g 重力加速度 y 一在橫向力作用下車體橫移量 其值為 礦2 m c 二了c o s 0 一g s i n o 瓦 e 兒2 j l 石 一 其中丘 每臺轉(zhuǎn)向架一側(cè)懸掛橫向剛度 f 橫向風壓力 e 風壓力中心與車體重心之間垂向距離 由此可知在同等運用條件下 其余參數(shù)一致 用同樣運行速度通過同一 曲線時 轉(zhuǎn)向架重心高 車體重心高越高 車輛的傾覆系數(shù)越大 抗傾覆性 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 2 頁 能越低 米軌風動卸煤車車輛的運用條件 風力 運行速度等 與米軌其它車型 一致 線路技術(shù)條件 線路超高 曲線半徑 超高角 一致 轉(zhuǎn)向架與c p c 相同 轉(zhuǎn)向架重心高一致 并將轉(zhuǎn)向架性能理想化為一致時 與自重 為1 6 7 的p 車輛進行比較 且不考慮p 車輛車體比大修風動卸煤車車體過 長 過高的不利因素 車體重心高 空車 經(jīng)計算米軌風動卸煤車車輛為 1 2 4 7 4 m m 如表2 1 p 車輛為1 5 6 4 5 m m 所以米軌風動卸煤車車輛與p 車輛相比 抗傾覆性能優(yōu)于p 車輛 p 車輛多年來 運用情況良好 通過對 比可知 米軌風動卸煤車車輛抗傾覆性能是能滿足安全運用的 表2 1 風動卸煤車重心高計算 每輛車部件重量重心距軌面重量矩 序號名稱 件數(shù) t 咖 t x i r n l轉(zhuǎn)向架 25 93 7 52 2 1 2 5 2底架組成13 4 6 8 1 6 2 8 2 3 3 6 3車鉤緩沖裝置 21 0 88 0 7 5 78 7 2 1 7 6 4風 手動裝置10 6 71 2 4 9 48 3 7 0 9 8 5側(cè)墻 22 5 52 1 2 45 4 1 6 2 6側(cè)門 40 6 6 56 7 54 4 8 8 7 5 7端墻 21 0 6 41 8 6 9 1 9 8 8 6 2 8風動門lo 4 24 5 61 9 1 5 2 9地板 4o 9 3 6 7 5 2 57 0 4 3 4 1 0車輛自重1 6 7 4 51 2 4 7 42 0 9 5 6 3 l l散裝煤炭3 01 8 7 9 5 6 3 7 0 1 2重車重心高4 6 7 4 51 8 7 5 6 68 7 2 1 4 8 2 4 2 抗脫軌性 影響車輛抗脫軌性的因素多種多樣 但主要可以從三方面分析 a 線路狀況 線路的順坡 三角坑 局部不平順及線路方向不平順等 都會引起輪對增減載 導致車輛脫軌 b 車輛結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架或車體扭曲 心盤和旁承摩擦力矩過大 車輛 西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 3 頁 重心位置高等 都會引起輪對增減載 導致車輛脫軌 c 運用情況 裝載狀態(tài) 列車的編組狀況 通過曲線速度等都是影響車 輛脫軌性的因素 米軌風動卸煤車車輛的運用線路技術(shù)條件 線路質(zhì)量 線路超高 曲線 半徑 超高角 與米軌其它車型一致 轉(zhuǎn)向架型號與c p 3 c 3 相同 轉(zhuǎn)向 架 車體組裝技術(shù)標準符合米軌檢修標準 車輛運用條件優(yōu)于其他車型 固 定編組 固定貨物裝載 空車重心高經(jīng)計算米軌風動卸煤車車輛為9 4 1 7 m m c 車輛為9 3 2 唧 p 車輛為1 1 4 5 8 唧 空車重心遠低于p 3 車輛 與c 車輛 相差9 7 咖 所以米軌風動卸煤車車輛與p 車輛相比 抗脫性能較好 p 車輛多年 來 運用情況良好 由此可知 米軌風動卸煤車車輛抗脫性能是能滿足安全 運用的 2 4 3 車體寬度校核 車輛限界是一個和線路中心線垂直的極限橫斷面輪廓 車輛無論是空車 或重車 無論是具有最大標準公差的新車 或是具有最大標準公差和磨耗限 度的舊車 停放在水平直線上 無側(cè)向傾斜和偏移 其任何部分都應(yīng)容納在 限界輪廓之內(nèi) 不得超越 車輛限界和建筑限界之間留有一定的間隙 稱為限界間隙 這是考慮車 輛在運行中可能產(chǎn)生的正常偏移 超限貨物運輸和軌道受載后可能發(fā)生的歪 斜或爬動而預留的安全空間 為保證車輛運行安全 避免車輛與線路周圍建筑物 或鄰線上的車輛 發(fā)生相碰 設(shè)計車輛時 其外形輪廓尺寸應(yīng)完全納入車輛限界之內(nèi) 這也是 技術(shù)設(shè)計任務(wù)的基本要求 根據(jù) 車輛設(shè)計參考手冊 和 昆明鐵路局米軌 補充規(guī)程 中機車車輛限界的規(guī)定 并根據(jù)m 3 車輛的車體長度 車輛定距 轉(zhuǎn)向架固定軸距等 對米軌風動卸煤車最大容許制造寬度進行計算 并校驗 車體各部是否在容許制造寬度界限范圍內(nèi) 風動卸煤車車體設(shè)計長度11 0 2 0 m m 車輛定距7 5 0 0m m 轉(zhuǎn)向架固定軸距 1 6 0 0 唧 通過的最小曲線半徑8 0m 車輛最大容許制造寬度的計算方法如下 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 4 頁 圖2 3 車輛通過小曲線半徑線路示意圖 1 按以下兩式計算 計算車輛 在 計算曲線 上的靜偏移量d m 和d e 計算曲線半徑取為8 0m d l2 8 r 2 1 d o l 2 一l2 8 r 2 2 計算車輛標準比值為l i i 4 l 1 1 0 2 0 t i m 計算得i 7 8 7 0 衄 經(jīng)計算 d 9 6 8m m d 9 3r n n l 2 根據(jù)所設(shè)計車輛的車體長度 車輛定距和轉(zhuǎn)向架固定軸距 按以下兩 式計算所設(shè)計車輛在計算曲線上的靜偏移量w m 和w e w o 1 l s 2 8 r 2 3 w l 2 一1 l s 2 8 r 2 4 3 按下式確定車輛寬度的縮減量 車體中部寬度縮減量c w d 2 5 車體端部寬度縮減量c o w d 2 6 如式中w o d 和w e d 時 就不進行縮減 4 按下式確定車輛在距軌面某一高度的最大容許制造寬度 2 8 2 b c 2 7 式中 2 b 車輛距軌面某一高度處的最大容許制造寬度 m b 機車車輛限界在同一高度處的半寬 m m 西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 5 頁 c c c 中的較大者 根據(jù)以上計算公式 已知l 1 1 0 2 0 m m 1 7 5 0 0n u n s 1 6 0 0m m r 8 0 0 0 0 唧 經(jīng)計算 d 9 6 8f i l m d 9 3h i m w 9 2 8 m m w 8 8 9 m m 因w d 所以不進行縮減 c 和c 為0 代入 2 7 得 2 b 2 b w m 1 2 3 5 m p a 在第一工況下許用應(yīng)力為1 6 1m p a 在第 3 2 況下許用應(yīng)力為2 1 2m p a 計算復雜應(yīng)力構(gòu)件時 需求當量應(yīng)力 此應(yīng)力不得超過許用應(yīng)力 計算 所有應(yīng)力結(jié)果均采用當量應(yīng)力表示 當量應(yīng)力的計算公式為 吒2 0 5 k 一0 2 2 p 一0 3 2 0 q 2 3 5 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 2 頁 式中 0e 為當量應(yīng)力 m p a oi 為主應(yīng)力 i l 2 3 m p a 本次計算四個工況 各點當量應(yīng)力均不得大于許用應(yīng)力 第一至第三計算工況按t b l 3 3 5 1 9 9 6 中的第一工況考核強度 根據(jù)不同材料 車體的最大當量應(yīng)力應(yīng)小于1 6 1m p a 的許用應(yīng)力標準 第四計算工況按 t 8 1 3 3 5 1 9 9 6 中的第 t 況考核強度 車體的最大當量應(yīng)力應(yīng)小于2 1 2m p a 的許用應(yīng)力標準 3 5 車體的質(zhì)量計算結(jié)果 以圖3 一l 所示的有限元模型為計算對象 算得該車體整車模型的理論質(zhì) 量為 w t 8 3 6 7 8 7k g 車體結(jié)構(gòu)的重心坐標 m m 為 x c 0y c 3 4 3 3 2z c 0 坐標原點取在底架中心的地板面上 車體關(guān)于重心的轉(zhuǎn)動慣量 k g m m 2 為 繞x 軸 車體點頭 i x 0 7 8 5 6 x 1 0 1 1 繞y 軸 車體搖頭 i y 0 8 0 1 7 x 1 0 1 1 繞z 軸 車體側(cè)滾 i z 0 9 5 8 3 x 1 0 1 0 3 6 車體的剛度計算結(jié)果 車體在靜載荷作用下 第一工況 的結(jié)構(gòu)整體變形 最大變形位移為 2 1 0 8 m m 出現(xiàn)在底架漏斗地板面上 如圖3 4 所示 側(cè)梁的最大變形位移為 1 3 3 5 m m 中梁的最大變形位移為1 6 5 8 m m 如圖3 5 所示 t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范 中規(guī)定 側(cè)墻承 載的貨車車體 將計算所得的中梁 側(cè)梁撓度值 代入下述公式 五 上五 1 三2 1 5 0 0 三2 2 0 0 0 3 6 式中 l 2 車輛定距 m f 一一側(cè)梁 c 或中梁 中央撓度 m 西南交通大學碩士研究生學位論文 第2 3 頁 按照公式 3 5 計算 風動卸煤車車體側(cè)梁的許用撓度值為3 7 5 r a m 風 動卸煤車車體中梁的許用撓度值為5 m m 即風動卸煤車車體整體剛度滿足 t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 的要求 圖3 4 風動卸煤車車體第一工況變形圖 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 4 頁 圖3 5 風動卸煤車車體第一工況中梁變形圖 3 7 新型風動卸煤車車體的強度計算結(jié)果 1 在第一工況 即垂向靜載荷工況下 算得車體的當量應(yīng)力 為上表面 應(yīng)力 下同 如圖3 6 所示 整車的最大當量應(yīng)力為1 1 1 4 5 9 m p a 發(fā)生在中 梁與端墻立柱交界附近 底架中梁最大當量應(yīng)力為8 1 0 8m p a 出現(xiàn)在主橫梁 與漏斗地板交界附近 其它部位的當量應(yīng)力都較小 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 5 頁 圖3 6 風動卸煤車車體第一工況當量應(yīng)力圖 圖3 7 風動卸煤車車體一位端第一工況當量應(yīng)力圖 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 6 頁 圖3 8 風動卸煤車車體第一工況中梁當量應(yīng)力圖 圖3 9 風動卸煤車車體第一工況主橫梁當量應(yīng)力圖 西南交通大學碩士研究生學位論文第2 7 頁 2 在第二工況下 當量應(yīng)力圖如圖3 1 0 所示 整車的最大當量應(yīng)力為 2 3 7 7 2 5 m p a 發(fā)生在主橫梁與漏斗地板交界附近 如圖3 一l l 圖3 一1 2 所示 底架中梁最大當量應(yīng)力為1 6 1 6 6 4m p