课程设计(集装箱专用平车总体设计)

车辆工程课程设计集装箱专用平车总体设计【摘要】论文结合我国现有主型集装箱专用平车实际情况，对现有集装箱专用平车进行分析比较，总结已有集装箱专用平车的经济性，结构特点。在此基础上选择出车辆的基本参数，之后对主要参数进行校核。在符合车辆限界等条件下，对车体钢结构进行具体设计，重点还阐述了转向架的选型设计，制动装置选型设计、钩缓装置选型设计和集装箱锁闭装置的选型设计。【关键词】集装箱专用平车；制动；转向架；锁闭装置;总体设计1.概述为满足铁路货运快捷、重载、安全、可靠、优质、环保的要求，实现铁路跨越式的发展，铁路车辆尤其是货车车辆无论是品种、档次，还是质量都将会有一个较大的提高。铁道工业发展的战略重点是提速与重载，要求铁路货运车辆必须减轻车辆自重。而减轻车辆自重的途径除了合理的设计参数选择、优化的结构设计外，最重要的是材料品种、性能和质量。传统材料普碳钢和耐候刚等已经明显不能适应新形势的需要，这是不锈钢以其特有的耐腐蚀性强、自重轻、造型美观、耐高温、寿命周期长等优点，受到了铁路车辆制造企业的极大关注，应用范围越来越广。集装箱运输作为一种先进的运输方式，具有效率高、速度快、货损少和联运方便等优点，便于实现门到门运输、减少装卸环节、降低运输成本。铁道部非常重视集装箱运输，在铁路主要技术政策和铁路发展规划中，将集装箱运输作为新的经济增长点，大力发展集装箱运输。随着我国国民经济的快速发展，铁路集装箱在箱型、载重等方面得到很大改进。随着我国铁路集装箱运输事业的蓬勃发展，特别是我国加入WTO之后，铁路集装箱在运输箱型、数量、载重等方面发生了很大变化，过去研发的集装箱专用车辆已难以满足集装箱运输的需求。提高运输能力，具有明显的经济效益和社会效益。2.车辆基本参数的选择2.1我国已有集装箱专用平车参数比较和参考2.1.1结构比较此处将X1k、X2K、X4k、X

图1(X1k型集装箱专用平车)图2(X1kX4k图3(X4kX6k图41.手制动装置；2.位转K2转向架；3.标记；4.底架组成；5.底架附属件；6.空气制动装置；7.集装箱锁闭装置；8.2位转K2转向架；9.车钩缓冲装置。X2K、X4k、X6k项目XXX载重/t617278自重/t17.221.822自重系数0.280.300.28轴重/t212325每延米重/t5.974.7325车辆长度/mm132301936619466底架长度/mm123001840018500车辆定距/mm89001420015666装箱数/TEU234主要装箱形式单层单层双层装载条件不选配选配选配运用条件全国通用全国通用全国通用表12.1.2车辆技术经济指标分析对比车辆编组长度按850m站线长(车辆计长70m)计算，车辆投人按2006年铁道部招标采购价计算，车辆产出按铁道部规定的箱公里总费率来计算，车辆运用有效里程按1年运行10万km、30%的返空率来计算。铁道部铁运[2005]46号文发布的《铁路货物运价规划》规定，总重在24t以下的20ft集装箱总费率(集装箱运价率+电气化附加费率+铁路建设基金费率)约为1.4元/(箱·km)，总重在50.4st的20ft集装箱总费率约为1.6元/(箱•km)，4oft集装箱总费率约为2.9元/(箱•km)。表2为这3种车辆技术经济性比较表。项目XXX车辆数/辆583939列车总装箱数/TEU116117156列车总载重量/t353828083042列车运输能力/(t*TEU)410408328536474552车辆采购单价/万元30.740.041.6列车采购投入1780.815601622.41年车辆产出/万元1299.21146.61556.1表2从表2可以看出:在850m站线长度内，列车总载重量X6K最大，X2K次之，X4K最少;列车总装箱X2K最多，凡X4K仅比X6K多1TEU;#IJ车运输能力X2K最大，X6K次之，综上所述在上表的参数对比中可以发现，X6k基本符合本课程设计的要求。2.2车辆性能参数的解释与选择自重系数：指运送每单位标记载重所需的自重，其数值为车辆自重与标记载重的比值。对于货车而言，这个技术参数是极其重要的参数之一。设定该单浴盆重载运煤敞车的自重为17.2t，载重为61t，故自重系数为0.28.轴重：是指按车轴型式及在某个运行速度范围内该轴允许负担的并包括轮对自身在内的最大总质量。轴重的选择与线路、桥梁及车辆走行部的设计标准有关。这里将该车的轴重设定为21t。最小曲线半径：指配用某种型式转向架的车辆在战场或厂、段内调车时所能安全通过的最小曲线半径。当车辆在此曲线区段上行驶时不得出现脱轨、倾覆等危及行车安全的事故，也不允许转向架与车体底架或与车下其他悬挂物相碰。该车在正线运行的状况下，最小曲线半径为300m；出厂线运行时，最小曲线半径为150m。构造速度：指除了满足安全及结构强度条件外，还必须满足连续以该速度运行时，车辆有足够良好的运行性能。将该车的构造速度设定为120km/h。转向架：为有效降低轮轨间作用力，减小各部分磨耗，实现免维修化管理并减少检修工作量，结合构造速度（120km/h），采用转k2转向架。轨距：采用标准轨距，即1435mm。2.3.车辆尺寸参数的选择车辆定距：指车体支承在前、后两走行部之间的距离，若为带转向架的车辆，车辆定距又可称为转向架中心距。结合我国已有单浴盆重载运煤敞车定距，将该车车辆定距设计为8900mm。转向架固定轴距：不论是二轴转向架或是多轴转向架，同一转向架最前位轮轴中心与最后位轮轴中心之间的距离称为转向架固定轴距。该车转向架固定轴距为1800mm。车辆最大高度：指车辆最大高度是指车辆顶部最高点离钢轨水平面之间的距离，该尺寸必须要符合机车车辆限界的要求。该车最大高度为3542mm。国际集装箱载面距轨面的高（空车）高度为1130mm底架宽度：指车体最宽部分的尺寸。该车最大宽度为2750mm。车辆长度：该车车体长度为13230mm。车钩高：又称车钩中心线距轨面高度，指车钩钩舌外侧面的中心线至轨面高度。我国标准车钩高为880mm。底架长度：该车底架长度为12300mm参数选择如下表3：参数名称参数值车辆自重17.2t载重量60t自重系数0.30轴重21t每延米重5.97t/m最小曲线半径正线300m，出厂线150m构造速度120km/h转向架转K2转向架轨距1435mm车辆定距8900mm转向架固定轴距1750mm底架宽度2750mm车辆长度13230mm车钩高880mm车辆最大高度（空车）1480mm集装箱装载面距轨面高（空车）1140mm空车重心高695mm制动机型式120型制动机全车制动倍率9.1全车制动率（常用制动位）空车32.3%全车制动率（常用制动位）重车18.4%限界：符合GB146.1-83《标准轨距铁路机车车辆限界》的规定表33.车辆主要尺寸、参数的校核3.1车辆限界校核机车车辆限界是一个和线路中心垂直的极限横断面轮廓。机车、车辆无论是空车或重车，无论是具有最大标准公差的新车还是具有最大标准公差和磨耗程度的旧车，当其停放在水平直线上且无侧向倾斜及偏移时，除电力机车升起的受电弓外，其他任何部分均应容纳在限界轮廓之内，不得超越。我国的机车车辆限界经过多次修改，目前实施的运行速度低于200km/h的准轨机车车辆限界标准为GB146.1-83。其上部限界如图5所示：图5机车车辆上部限界GB146.1-83(车限-1A)（v＜200km/h）图6机车车辆下部限界（车限-1B）（v＜200km/h）图7通过装减速器（工作位置）驼峰的货车下部限界（车限-2）（v＜200km/h）利用给定的机车车辆限界可以具体校核车辆的尺寸如下：例如新造车需在空载状态下按机车车辆上部限界，即按车限—1A（图5）校核其垂直面内的最大尺寸，且在考虑顶部尺寸时应以车钩距轨面高的上偏差为准，即以名义高度加10mm不得超出顶部限界。在考虑下部限界时刻分为两种情况：对不通过自动化、机械化驼峰的一般车辆，按车限-1B（图6）校核；对需要通过自动化、机械化驼峰的货车应该按车限-2（图7）校核。在校核车辆下限界时应以车体或转向架处于最低可能位置来考虑，即车辆不仅在名义载重作用下具有适当的静扰度，而且应该按厂、段修规程检修限度表中允许的心盘、销套、轮辋的最大磨耗及弹簧、车体各梁允许的最大永久变形等来校核。结论：通过对车辆限界的校核，该车最大宽度、最大高度等尺寸都符合车辆限界标准GB146.1-83的要求。3.2车辆在曲线上的静偏移量校核对车辆在曲线上的静偏移量进行校核时，有转向架车辆和无转向架车辆在原理上是相同的，由于本次课程设计的对象是有转向架（转k5转向架）车辆，所以静偏移量计算如下：对于有转向架的车辆，转向架本身就是一个小的二轴车，转向架心盘处也要向曲线内侧偏移如下图8所示，设转向架的固定轴距为。图8带转向架四轴车在曲线上的偏移状况则中部偏移量为：又由于＞＞，且＞＞略去一些角度引起的偏差，可得四轴车车体中央偏移量为：四轴车车体端部偏移量为：其中：——车辆长度——车辆定距——曲率半径——转向架固定轴距以上数据在本次课程设计中的设计参考值分别为：，，，将以上数据带入上述两式可得：，结论：由于和两者相差为，即偏移量和相差基本满足设计要求，因此车辆在曲线上的静偏移量是能够满足车辆设计要求的，即车辆的定距、长度以及整车的曲线通过能力都满足设计要求，车辆能够在线路上正常运行。4.结构设计4.1车体钢结构车辆供装载货物或乘坐旅客的部分称为车体，车体结构是车辆整体框架的构造，是车辆的主要构造，因此车体结构需要足够的刚度和强度，以满足车辆总体设计的要求和车辆在线路上安全舒适运行的需要等，车体结构设计主要考虑车辆的重量和速度等方面，另外在设计过程中必须考虑到车辆的经济性能。货车车体的主要组成部分包括底架、侧壁（墙）、端壁（墙）、车顶等，而平车的车体主要是底架，无侧墙、端墙等。车体底架通过心盘或旁承支承在转向架上。车体钢结构承担了作用在车体上的各种载荷。4.1.1底架结构底架为全钢焊接结构，由端梁、中梁、侧梁、枕梁、中横梁各端横梁组焊而成。中梁为H600mm×200mm×11mm×17mm型钢加上下盖板拼焊成鱼腹形槽钢，并设有中央大横梁以及工字形端横梁，端部设有纵向辅助梁，采用锻钢上心盘及材质为C级铸钢的前后从板座。前后从板座与中梁间采用符合运装货车[2004]66文要求的专用拉铆钉连接，装用铁路货车车号自动识别系统车辆标签。底架结构如下图9图94.1.2中梁、底架的结构特点及制造底架为全钢铆焊结构;中梁是鱼腹形变截面箱形梁,为主要的承载部件。该底架能承载61t。其结构见图10。横梁组成(1)、横梁组成(2)、枕梁是由钢板组焊成的斜箱形截面梁;端梁为开口L形截面梁;横梁组成(3)是由钢板组焊成的变截面工字梁。底架上装有6组伸缩式旋转锁和2组固定式转锁。图10底架结构1-端梁;2-中梁;3-枕梁4-横梁组成(1);5-横梁组成(2);6-横梁组成(3);7-侧梁;8-上盖板;9-腹板;10-隔板(3);11-下盖板。底架的挠度、倾斜、心盘横向间隙过大及牵引梁上翘下垂等主要与中梁因组装、焊接变形造成的扭曲、旁弯、挠度过大等问题直接相关。一方面中梁组成的制造难度大:(1)中梁具有较大的强度及刚度和大的外形尺寸,组焊成形后进行机械矫正的难度很大;(2)组装要求高;(3)由于是小批量,没有专用的工装,加工难度较大,尺寸精度难以控制;(4)由于焊角大,焊接热输入量大,中梁产生的焊接变形亦大。另一方面车体上组装的6组伸缩式锁头和2组固定式锁头的对角线差、承载面高低差要求严格,这就对底架组对后端梁和各大横梁高低差、对角线的组装精度提出了更高的要求,给底架组焊尺寸的控制增加了难度。4.1.3组焊工艺图11腹板和下盖板采取3段拼接方案,上盖板采用2段拼接方案,接口相互错开。放样下料时为防止因受热不均造成的旁弯,先切割两侧A、B处,等板料冷却以后再切割端头C处,见图2。拼接后盖板和腹板全长旁弯不超过2mm。且两腹板只能朝同一侧弯,旁弯之差不大于2mm。接长焊缝采用双面埋弧焊,焊后磨平并进行超声波探伤检查。将中梁下盖板吊至简易组焊台上垫好,画好纵横中心线及隔板的组焊位置,组装隔板和腹板,并在牵引梁前后从板座处增设工艺板,防止因焊接造成的横向收缩影响从板座的组装。在对中梁施焊前,牵引梁及心盘安装座处须与水平承台面紧密贴合,并辅以外力压紧固定,中梁底部垫实,使中梁扭曲得以控制。焊接中梁内腔各焊缝的顺序是:先焊腹板与下盖板内侧水平焊道,其次焊接各隔板与下盖板的水平焊道,再次焊接各隔板与腹板间焊道。焊接腹板与下盖板内侧角焊缝时采用逆向分段焊法,4人同时从中心向两侧施焊。将中梁松夹后,将中梁翻倒成和位置垫平,从里向外焊接隔板与腹板间角焊缝。为了防止一次焊完各隔板与一侧腹板间焊道,再焊另一侧时造成中梁旁弯严重的问题,采用跳焊法(即焊完部分隔板与腹板间焊缝后,将中梁翻转180°,焊接另一侧部分隔板与腹板间焊缝),减少先后焊缝的熔敷量差来控制焊接变形,从而减小中梁旁弯。将中梁成位置放正,组装中梁上盖板,然后将中梁翻转180°将中梁垫好,采用刚性固定中梁上盖板,减少因中梁上盖板与中梁腹板焊角大,热输入量大引起的上盖板角变形。焊接过程中采用逆向分段焊法,4人同时从中心向两侧施焊,分两层施焊,焊接过程中采用锤击法释放焊接应力,焊完第一层后,进行层间清渣,等焊缝冷却以后,松开刚性固定装置,将中梁翻转180°最后焊接中梁下盖板与腹板外侧角焊缝,然后再将中梁翻转180°将中梁上盖板刚性固定好,焊接中梁上盖板与中梁腹板外侧角焊缝第二层。通过采取以上这些措施后,中梁上挠度基本控制在19mm,旁弯6mm,牵引梁下垂(-)5mm,心盘两侧间隙小于0.5mm,达到了设计要求综合考虑底架组焊要求:(1)中端梁水平高低差、底架对角线差不大于12mm;(2)枕梁对角线差不大于8mm;(3)上心盘中心线与两侧梁外侧距离差不大于3mm;(4)同一集装箱使用的锁座,承载高低差不大于6mm;(5)40ft箱、45ft箱对应的托板座板孔中心对角线差不大于16mm;(6)20ft箱对应的托板座板孔中心对角线差不大于13mm。同时考虑到对底架扭曲变形的控制,设计制作了简易组焊工装和夹紧工装,校对了上心盘水平承载台的水平度,在各梁组装位置设定和水平检测点。组焊工艺:(1)将中梁吊至底架简易组对胎上,定位加紧,检测上心盘与水平承载胎间的间隙。(2)按照先组装枕梁、横梁,然后组装侧梁和端梁的顺序组装。组装过程中利用水平检测点及平尺、水平检测尺找正各梁高低差,旋转高度调整顶针定位,保证一侧梁与二位侧梁高度差不超过3mm。(3)调整各梁及各锁闭装置对角线及底架宽度,将对角线差控制在10mm内。(4)为防止各梁腹板与中梁腹板焊接收缩造成底架旁弯,在各部组装尺寸达到要求后,先对称立焊枕梁与中梁、侧梁间焊缝,再校对各部尺寸后,对称立焊端、横梁与中梁、侧梁间焊缝,最后组焊地板和锁闭装置。底架组焊完成后,中梁挠度下浮10mm4.2转向架选型设计车辆转向架的优良直接决定了列车的运行速度、载重量、运行平稳性能以及运行安全性能等方面，所以货物列车的转向架选型设计必须综合各方面因素，选择性能优良、结构适宜于列车特点的转向架。对于我国普通的货物列车，除少数专用车辆外普遍采用铸钢三大件式转向架，本次课程设计的车辆也不例外，结合以往已有经验，根据货物列车载重量的需求以及速度的要求，本次课程设计采用转K2转向架，基结构如图12图13：图12图13转2转向架的技术特点如下：转K2转向架是在转8A转向架基础上研制的,通过采取在两侧架间加装弹性下交叉支撑装置、空重车两级刚度弹簧、双作用常接触张廷发旁承、心盘磨耗盘等技术设计而成的0，基本结构与转8G类似，属于传统的铸钢三大件式摆动转向架，具有结构简单、车轮均载性好、制造成本低、检修维护方便等优点；该转向架在两侧架之间安装了弹性下交叉支撑机构，交叉杆从摇枕下面穿过，4个端点用轴向橡胶垫与侧架连接，提高了转向架的抗菱刚度，从而提高转向架的蛇行失稳临界速度、提高货车直线运行的稳定性。交叉支撑装置可有效保持转向架的正位状态，从而减小了车辆在直线和曲线运行时轮对与钢轨的冲角，改善转向架的曲线通过性能，显著减少轮轨磨耗。克服了传统三大件转向架的正位对斜楔状态的依赖。为了减少上下心盘的磨损，采用了耐磨性能优良的心盘磨耗盘完全避免了上下钢质心盘间的直接磨耗，改善了心盘面的承载均衡性，有效提高上下心盘的使用寿命和减少检修工作量。转K2型转向架的中央悬挂系统由10个外圆弹簧，10个内圆弹簧，4组双卷减振弹簧组成。实现了空重车两级刚度。这种结构由于在空车时弹簧刚度小，静挠度大，提高了空车运行时的平稳性。采用斜楔减振装置，弹性常接触式旁承和新型制动梁，具有耐久性和可靠性；整体式斜楔减振装置，由侧架磨耗板、斜楔、摇枕斜面磨耗板和双卷减振弹簧组成。双作用弹性旁承，可提高转向架与车体间的回转约束和车体侧滚约束，抑制以转向架摇头与车体侧滚为主的蛇行失稳形式，达到提高车辆运行平稳性和稳定性的目的。强度按照21t轴重设计。转K2转向架主要技术参数如表4：轴重/t21/18轨距/mm1435自重/t4.2轴型RD2固定轴距/mm1750轴颈中心距/mm1956旁承中心距/mm1520下心盘上平面距轨面自由高/mm717基础制动倍率4最高商业运营速度/（km/h）轴重18t时120轴重21t时100表4限界：符合GB14611-83《标准轨距铁路机车车辆限界》车限-1B的要求转向架强度：符合TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》动力学性能指标：符合GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》4.3制动系统选型设计制动系统（也称制动装置）一般可分为如下两大组成部分：制动机——产生制动原动力并进行操纵和控制的部分。基础制动装置——传送制动原动力并产生制动力的部分。4.3.1制动机选型设计根据以往货物列车成熟经验，本车采用120型空气制动机，它是我国目前铁路货车车辆上使用的最新型的一种空气制动机，在我国新造和厂修的货车车辆上都将更新安装120型空气制动机。120型空气制动机主要特点是：120阀的主阀作用部（主控机构）仍然采用103阀行之有效的橡胶模板加金属滑阀的结构，包括其局减室、局减阀、紧急二段阀等，具有比较完善的两阶段局减作用和紧急制动时制动缸压强先跃升后缓升的二段变速充气作用，但是120阀采用了直接作用方式。这是因为，间接作用方式复杂，初充气时间长，而原来认为的直接作用方式存在的一些问题，后来由于使用条件的变化和某些制动新技术的采用，已经初步得到解决。如此一来，在120阀上不再有工作风缸、容积室、均衡部、充气止回阀部的存在，同时副风缸容积减小，结构得到简化，初充气时间也得以缩短。紧急阀采用了带先导阀的二级控制机构，大大提高了货物列车的紧急制动波速，达到了国际先进水平。加装了有制动缸排气压强控制的加速缓解阀和11L的加速缓解风缸，在本车制动缸开始缓解时打开加速缓解阀，使加速缓解风缸的定压空气向列车管逆流，产生局部减压，加速相邻车辆的缓解速度，从而提高全列车的缓解波速，使低速缓解的纵向冲动减轻。加装了BZH型半自动缓解阀。该阀不是排副风缸的风，而是直接排制动缸的风，并具有自锁功能。及时在紧急制动后列车管压强为零时，也不用总拉着缓解阀手柄，只要拉动后听到缓解阀活塞部下方排气口有排气声，说明制动缸已经开始缓解，便可以松手，让手柄复位，制动缸仍然能继续缓解，直到压强为零。既方便调车作业，又节约压力空气。在滑阀上增设了一个在制动保压位沟通列车管和副风缸的Ø0.2的小孔，称为“眼泪孔”或“呼吸孔”，以适应压力保持操纵。具有防误装的销钉和防盗窃的紧固结构。4.3.2基础制动装置选型设计基础制动装置是传送制动原动力并产生制动力的部分，现有基础制动装置主要有踏面制动基础制动装置和盘形制动装置，从本车运行速度、载重量和车辆运行特点出发，该车的制动系统配件尽可能采用了目前国内铁路货车广泛采用的、技术成熟的通用制动配件即踏面制动基础制动装置，以提高通用性能，方便检修和维护。根据转向架的型号（型号为转K2转向架），基础制动装置采用双片吊挂直接作用式基础制动装置，且采用单侧闸瓦踏面制动，并使用闸调器以改善车辆在运用过程中的运行性能，目前使用的调整闸瓦间隙的装置是ST1-600型闸调器，其作用原理是通过机械的方法改变中拉杆和上拉杆的长度来调节闸瓦磨损所产生的间隙。在这套制动系统中利用补偿原理将闸瓦磨损后的误差自动消除，即在每次缓解动作时通过抽入油箱中油液来消除闸瓦磨损后产生的位移误差。使每一次制动时都能达到理想的制动效果。4.3.3制动计算根据2004年7月铁道部发布的《铁路主要技术政策》规定，列车紧急制动距离规定如下[19]：旅客列车紧急制动距离规定——货物列车紧急制动距离规定——对于本次设计的货物列车而言，其运行速度为120km/h，采用21t轴重转向架，所以制动距离不能超过1100m。我国5铁路技术规程6规定,货车位时列车管定压为500kPa;客车位时为600kPa。由于货车编组一般在60辆左右，这里把编组定在60辆；轴承为滚动轴承、重车，全是高磷闸瓦，自重21t，载重60t，120型空气制动机，定压500kPa。以下对本车紧急制动距离进行计算：（按照两万吨货物列车运行计算）列车牵引机车1台DJ1型电力机车编组列车编组60辆。机车计算重量P2*92t。车辆自重17.2t载重量60t制动机型式120型空气制动机列车初速120km/h制动形式紧急制动查文献[2]P121表《机车每台换算闸瓦压力和等效闸瓦压力推荐值》得到DJ1型电力机车的换算闸瓦压力为500KN。图14当列车管定压为500kPa时，120型空气制动机，所选车辆类型为平车，所选转向架为转K2转向架，轴重21t，车辆载重60t，故查文献[2]P122表《四轴重车每辆换算闸瓦压力和等效闸瓦压力推荐值》有每辆车的换算闸瓦压力在重车位时为180kPa，换算闸瓦压力在空车位时为70kPa。采取紧急制动时，按照重车计算：图15故全列车换算闸瓦压力总和为全列车重力总和为紧急制动时的列车换算制动率为列车制动实际上经历了三个阶段：无制动力的纯空走阶段、全列车闸瓦压力由零上升到预定值的递增阶段和全列车闸瓦压力保持不变的稳定阶段。但是，为了便于计算，通常假定全列车的闸瓦压力在递增阶段的某一瞬间同时压上车轮并假定全列车闸瓦压力在这一瞬间突增到预定值，这样，列车制动过程就被简化成了两个阶段：从实施制动到假定制动力突增那一瞬间的阶段都成了毫无制动力的空走过程，它经历的时间被称为空走时间，以表示，在这一段时间所走过的距离被称为空走距离，用表示；从突增那一瞬间到列车停住的阶段都成了全列车闸瓦压力保持预定值的有效制动过程，它所经历的时间被称为有效制动时间，以表示，在这一段时间内走过的距离被称为有效制动距离，以表示。则制动距离可按下式计算：根据上述假定，列车在空走时间内是在惰行。那么，在平道、上坡道或坡度绝对值较小的下坡道，列车速度应该逐渐降低，空走距离较短；而在较陡的下坡道，当坡道下滑力大于列车及泵阻力绝对值时，在空走时间内列车速度不但不降，反而会逐渐上升，空走距离较长。为简化计算，通常假定在空走时间内列车速度不变，始终等于制动初速，至于线路坡度对列车速度和空走距离的影响，采用修正空走时间值的办法来解决。这样，空走距离就可以按照下列简单匀速运动的公式来计算式中——制动初速（km/h）——空走时间（s）在制定我国现行的《牵规》时，分别对装有不同制动机的客货车进行了单独编组试验，整理了各种制动机的空走时间公式。然后，根据我国现有各种车辆所占百分比进行加权平均。得到统一的货物列车常用紧急制动时的空走时间公式如下：其中——加算坡道千分数，当时，规定按计算；——牵引辆数。空走时间为空走距离为对于有效制动距离，为简化运用中有效制动距离的计算，可以假定闸瓦换算摩擦系数和制动时的单位基本阻力在制动过程中不随速度而变，用制动距离的等效的常量和来代替和。这样，车辆有效制动距离就可按下式进行计算：式中——制动初速（km/h）——制动终速（km/h）——距离等效摩擦系数；——距离等效单位基本阻力（N/kN）这种求有效制动距离的方法称为“等效一次计算法”，简称“等效法”。它比“分段累计法”显然方便得多，由于本设计为车辆的总体设计，对计算结果精度要求不是很高，故采用此种方法来估算车辆的制动距离。由于本车设计为重载运煤敞车，从安全角度考虑，本车闸瓦采用提高摩擦系数25%的高磨合成闸瓦，查文献[2]P131表《高磨合成闸瓦的距离等效摩擦系数》和文献[2]P133表《滚承重货车的距离等效单位基本阻力》图14图17可得、的值分别为：可由有效制动距离计算公式计算得：所以列车制动距离为此时易知结论：综上所述，所设计车辆制动距离符合2004年7月铁道部发布的《铁路主要技术政策》中关于紧急制动距离限制的规定。所以通过制动计算可知，本次设计中的车辆制动系统是符合设计要求的。4.4钩缓装置钩缓装置是车钩缓冲装置的简称，车钩缓冲装置有车钩、缓冲器、钩尾框、从板等零部件组成。图18所示为车钩缓冲装置的一般结构形式。在钩尾框内依次装有前从板、缓冲器和后从板，借助钩尾销把车钩和钩尾框连成一个整体，从而使车辆具有连挂、牵引和缓冲三种功能。图18车钩缓冲装置1——车钩；2——钩尾框；3——钩尾销；4——前从板；5——缓冲器；6——后从板在车钩缓冲装置中，车钩的作用是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。缓冲器的作用是用来减缓列车运行及调车作业时车辆之间的碰撞，吸收冲击动能，减小车辆相互冲击时所产生的动力作用。从板和钩尾框则起着传递纵向力（牵引力或冲击力）的作用。4.4.1.车钩选型设计我国铁路客货车上使用的车钩一般属非刚性自动车钩，所谓非刚性自动车钩即在拉动车钩提杆或两车相碰撞时就能自动完成解开或连挂的动作。这种车钩的特征为钩头上有可绕钩舌销转动的钩舌，所以也称为关节式车钩。我国铁路货车上采用的主型车钩有2号、13号、16号、17号车钩，随着列车运行速度的提高和牵引吨位的增加，对车钩的强度提出了越来越高的要求。1号、2号车钩因为已不能适应运输的要求，正在被逐渐淘汰。为了降低列车纵向冲动，改善列车的动力学性能，我国在13号车钩的基础上改进并研制出了13A型车钩，主要是对车钩连接轮廓进行了重要改进，缩小了车钩连挂间隙，提高了车钩的强度。13A型车钩的连挂间隙为11.5mm，比13号车钩的连挂间隙19.5mm减少了41%，自2002年开始，该种车钩在新造货车上推广使用，而目前2号和13号车钩已基本停止生产。现在新造货车几乎全部采用13号或13A型车钩。几种主型车钩的结构特点、性能参数及主要集合尺寸列于表5。表5车钩材质是选择车钩的另一重要方面。高强度低合金铸钢出现以前，我国一直采用普通铸钢ZG230-45制造车钩，其性能仅相当于美国AAR规定的B级铸钢。为了提高车钩的强度，通过10余年的努力，我国相继研制出了多种高强度低合金铸钢的车钩，比如ZG25MnCrNiMo、ZG29MnMoNi和QG-E1铸钢等，三者已分别达到美国AAR-M-201规定的C级、C级和E级铸钢性能的要求。我国普通B级铸钢、低合金高强度C级铸钢、低合金高强度C级铸钢的化学成分和机械性能分别列于表6、表7。

表6表7对车钩的强度要求，与列车的总重、机车的牵引方式（单机或是多机牵引）、列车的运行速度、线路的状态、车辆的纵向刚度、制动机和缓冲器的特性、调车作业时车辆的连挂速度、司机的操作技术等因素有密切关系，所以在对于车钩强度范围进行选择时，要综合考虑以上多方面因素。由于车钩的破坏形式主要是疲劳或脆性断裂，为了提高车钩的强度和使用寿命，除了要求材料有较高的屈服极限和强度极限外，还应有较好的断裂韧性、低温冲击韧性、良好的焊接性能和耐磨性等。自然，改变车钩材质例如采用低合金钢等能够达到这些要求，另外采用合理的热处理方法也是实现上述要求的重要、有效途径。目前我国车钩生产工厂采用的热处理工艺均为正火加回火处理，如果采用调质处理（淬火加回火），则材料的机械性能会有大幅度提高。国内外几种主要车钩型号、材质、静拉破坏强度及适用列车牵引重量如表8所示。车钩型号质量/kg材料材料强度极限/MPa车钩静拉破坏强度/kN适用列车牵引总重/kt2号164ZG230-450≥4501600-18002-2.513号203ZG230-450≥4502400-26003-4203ZG25MnCrNiMo≥6373000-33005-6203ZG29MnMoNNi≥78033005-6203QG-EI≥82738005以上，万吨列车16号、17号QG-EI≥82734326-10，单元列车美国E型200B级≥48224953-4200C级≥62032955-6200E级≥8273674万吨列车、组合列车前苏联CA-320020ΓΦΠ53932905表8在设计车钩缓冲装置时，应综合考虑组成车钩缓冲装置的钩舌、钩体、缓冲器、钩尾框以及车辆底架整个系统最合理的强度设计，应使钩舌→钩体→钩尾框→缓冲器→车底架逐级加强。亦即在整个系统中，钩舌的强度储备最小，钩体稍大，以此类推，车底架的强度储备最大。这样在运用中如遇到意外特大的牵引力或冲击力时，最经济、也是最便于更换的钩舌最先破坏，从而可保护缓冲器和车底架不致损坏。综上所述，在本次课程设计中，通过以上讨论，结合已有成熟经验，在所设计的车辆中采用符合运装货车[2004]215号文要求的C级钢，13A型车钩及加强型钩尾框、合金钢钩尾销。4.4.2.缓冲器选型设计缓冲器的作用是用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动。缓冲器有耗散车辆之间冲击和振动能量的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用，提高列车的运行平稳性。缓冲器的工作原理是借助压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用金属摩擦、液压阻尼和胶质阻尼等吸收冲击能量。根据缓冲器的结构特征和工作原理，一般可将缓冲器分为以下几类：弹簧式缓冲器；摩擦式缓冲器；橡胶缓冲器；摩擦橡胶缓冲器；黏弹性胶泥缓冲器；液压缓冲器及空气缓冲器等。目前应用最广泛的是摩擦式缓冲器和摩擦橡胶式缓冲器。这两种缓冲器具有结构简单、制造方便、成本低的优点。随着我国铁路的几次大提速，对缓冲器容量和阻抗力要求越来越高，根据车辆使用要求多样化，缓冲器的多样化、系列化要求已经成为共识，近年来弹性橡胶泥缓冲器也因此得到了发展和应用。以前我国铁路货车所采用的缓冲器为2号环弹簧缓冲器，MX-1橡胶缓冲器和3号摩擦式缓冲器等。3号缓冲器容量太小，性能不稳定，基本上被淘汰。为了改进现有几种缓冲器的性能，以满足铁路运输发展的要求，因而提出了许多改进方案，如G1型、G2型等，在保持原1号、2号等结构形式基本不变的前提下，增大了容量，改善了性能。随着我国列车运行速度和牵引总量的提高，对缓冲器容量、性能提出了更高的要求，诸多缓冲器已经不能适应运输发展的需求。20实际90年代我国借鉴美国Mark-50型缓冲器的技术研制的MT-2、MT-3型缓冲器已投入批量生产，满足我国重载列车和单元列车对缓冲器的要求。缓冲器的性能优劣直接影响了列车的牵引重量、运行速度、车辆的总重、编组作业效率、货物的完好率等涉及铁路运输效能的主要经济技术指标，决定缓冲器特性的主要参数如下：行程：缓冲器受力后产生的最大变形量。最大作用力：缓冲器产生最大变形量时所对应的作用外力。容量：缓冲器在全压缩过程中，作用力在其行程上所作的功的总和。初压力：缓冲器的静预压力。能量吸收率：缓冲器在全压缩过程中，有一部分能量被阻尼所消耗，其消耗部分的能量与缓冲器容量之比成为能量吸收率。表9为我国采用的几种主型缓冲器和改进型缓冲器的性能参数。表9由于缓冲器容量决定于冲击车和被冲击车的重量和冲击时两车的相对运动速度。车辆重量越大，冲击速度越高，则要求缓冲器的容量也越大。所以在选择缓冲器容量时，应考虑我国现时车辆的总重和规定的货车调车允许安全连挂速度。由于本次设计的车辆为自重17.2t，载重60t，（总重77.2t，）且为了提高编组站的作业效率，在本次设计中，将货车允许的安全连挂速度提高到8km/h，由缓冲器容量公式式中、——牵引连挂的两车的重量——牵引连挂的两车的相对运行速度可计算得表10如下：表10不同冲击工况下缓冲器容量计算值从表中可知，当则有：，即缓冲器容量不小于52.83kJ，查表5可缓冲器型号为MT-2型缓冲器。4.5集装箱专用平车锁闭装置选型4.5.1我国集装箱专用平车锁闭装置集装箱锁闭装置固定在车体上,与集装箱角件配合,保障在运输过程中集装箱与运输载体间不发生位置的相对移动及脱离。过去我国铁路集装箱的运输主要依靠敞车,通过敞车端墙、侧墙的阻挡来保障集装箱的运输安全。由于没有锁闭装置集装箱在敞车内会产生滑动,撞击侧柱加强铁及端墙,造成集装箱及车辆的损坏,并且由于集装箱的重量通过角件集中作用于车辆局部地板而使敞车地板变形。在我国,车辆端头的锁闭装置一般采用固定式,而位于车辆中央部位的锁闭装置因需要避让不同规格集装箱的装载而采用活动式。按锁闭装置凸台部分对集装箱的锁固方式、活动锁闭装置避让方式及向上限位方式的不同,可分为表11所示的几种集装箱锁闭装置序号锁固方式避让方式向向上限位方式1凸台式锁头翻板式穿销2凸台侧面带升降式挂钩凹槽式锁头3手动旋转锁头翻转式锁座对锁头限位4全自动锁头移开式表11从锁头对集装箱的锁固能力来分析,手动旋转锁头能力最强,全自动锁头稍次之,凸台侧面带凹槽式锁头再次之,凸台式锁头最差。4.5.2国外集装箱专用平车锁闭装置国外集装箱锁闭装置主要分为2类:一类是以美国、加拿大为代表的AAR标准铁路,大部分集装箱车上采用全自动扭锁,同时还有一部分手动旋锁、翻转锁和类似凸台式、可移动锁等,特点是锁固能力强。另一类是以欧洲UIC标准铁路为代表的凸台式翻板式锁,特点是结构简单,无需人工操作,对集装箱有一定的锁固力。国外几种集装箱锁闭装置结构见图20。图204.5.3锁闭装置选型1986年以来,我国陆续研制出了X6A、X6B、X6C、X6K、X6H等系列集装箱专用平车,X1K型快运集装箱专用平车,NX17、NX17B系列共用车,出口孟加拉国BR型集装箱专用平车,X2H、X2K型双层集装箱专用平车,同时,集装箱锁闭装置也在不断更新。最早用于X6A、X6B、X6C等速度低于100km/h车辆上的锁闭装置的锁头为直凸台式,自X1K型快运集装箱专用平车开始,锁闭装置锁头采用直凸台侧面带有凹槽的结构;在出口孟加拉国的集装箱专用平车上采用了锁头凸台分体式手动旋转锁头,其凸台上部可旋转对集装箱进行垂向锁闭;在X1K快运集装箱专用平车上曾试装了部分全自动旋转锁闭装置,由于受当时集装箱装卸设备的限制,这种锁闭装置最终全部被凸台侧面设有凹槽结构的锁闭装置替换。此种结构的锁闭装置通过与角件座孔上圆弧面的配合起到防止集装箱倾覆的功能,现在普遍运用在我国120km/h集装箱车辆上。在多年的应用中,装用这种锁闭装置的车辆没有发生过集装箱倾覆事故。本课程设计的时速只有120KM/h,所以采用F-TR锁,提高了安全可靠性。图21、图22分别为中部锁组成和端部锁组成。图21（中部锁组成）图22（端部锁组成）5、总结本文通过对专用集装车平车的总体研究，阐述了其设计过程、结构参数和性能特点，重点对其进行了性能参数及车体主