大秦铁路重载80不锈钢运煤敞车的开发

大秦铁路重载80不锈钢运煤敞车的开发

1研制并进行了以不锈钢为原料的混合试验为了实现2005年至2010年的目标，大秦铁路运输量达到2亿吨，2010年的目标是实现运行2万吨重列车的交通要求，为此，铁路科技部委托开发和开发25吨轴重专用车（合同编号2004j2010-a）。从2003年开始,齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司相继推出了C76B型、C76C型、C80型敞车,并批量生产,初步缓解了运量增加与车辆供给不足的矛盾。铁道科学研究院对我国现有敞车腐蚀情况的调查结果表明,运煤车辆的腐蚀情况较为严重。为了保证车辆在寿命期内具有可靠的运用性能,同时也为了进一步降低大秦线用重载货车的采购费用,齐车公司设计制造了载重80t不锈钢运煤敞车。2004年8月—2005年3月,相继完成了载重80t不锈钢运煤敞车的工作图设计、样车试制、车体静强度与刚度试验、冲击及车辆动力学性能试验。2005年7月,该车通过了铁道部科技司组织的样车技术审查,并以科技装97号文下发了专家评审意见。2005年10月,铁道部运输局以运装货车2103号电报确定该车车型为C80B(配装转K6型转向架)及C80BH(配装转K5型转向架)。与此同时,齐车公司与太原钢铁(集团)公司合作,针对铁路货车的结构及使用特点,提出了满足铁路货车制造及使用要求、经济性良好的TCS系列不锈钢技术条件,完成了TCS不锈钢的研制;委托哈尔滨焊接研究所完成了不锈钢材料的焊接性能试验,并在样车制造中予以验证;委托北京交通大学完成了TCS不锈钢焊接接头疲劳试验。在此基础上,会同有关单位编制了《铁道货车用TCS不锈钢焊接技术条件(暂行)》、《铁道货车用TCS不锈钢气体保护焊丝技术条件(暂行)》、《铁道货车用TCS不锈钢板、钢带订货技术条件(暂行)》。从2005年开始,齐车公司分别向株洲车辆厂、北京二七车辆厂、眉山车辆厂、济南车辆厂、内蒙北创公司转让了该车的生产技术,至今C80B(C80BH)型不锈钢运煤敞车已生产了6000辆。2铁路运输采用4r12不锈钢材料为深入了解和掌握不锈钢在国外铁路重载货车上的应用情况,进一步提升我国铁路货车的技术水平,满足铁路重载专用货车载重80t升级换代的使用要求,齐车公司、太原钢铁集团、北京交通大学共同组团,于2005年8月赴南非、澳大利亚、英国对不锈钢煤车和矿石车的设计、制造、运用、检修等情况进行了实地考察。在南非、澳大利亚等国,车体采用不锈钢新材料是实现大吨位铁路货车轻量化的有效途径,也是铁路运输煤炭、矿石等散粒货物用低空重比重载货车的发展方向。3Cr12类经济性不锈钢材料在国外早已实现批量生产,且在铁路重载货车上越来越多地得到了使用,其焊接、下料、加工工艺等方面成熟、稳定。南非铁路大吨位煤车车体已全部采用3Cr12不锈钢制造,澳大利亚铁路煤车、矿石车的车体已大量采用3Cr12不锈钢或与其性能相当的5Cr12不锈钢,英国、瑞典等欧洲铁路新型重载煤车也开始试用3Cr12不锈钢。考察结果表明:采用3Cr12不锈钢制造重载煤车,虽然初始车辆制造成本较耐候钢煤车高,但车体耐腐蚀性能和使用寿命显著提高,整车维护、检修成本将大幅降低;在全寿命期内采用3Cr12经济性不锈钢的重载货车,其综合经济效益明显优于耐候钢货车和铝合金货车。3生产、运行、清洗的专用车辆C80B(C80BH)型不锈钢运煤敞车是为开行2万t重载煤炭运输专列而开发研制的专用车辆,能与秦皇岛三期、四期煤码头的拨车机、列车定位机和三车翻车机相匹配,可实现不摘钩连续翻卸作业;能适应环行装车、直进直出装车和解体装车作业。图1为C80B型不锈钢运煤敞车外观图。4煤基支护的主要技术特点(1)自重轻、载重大,可适应2万t重载列车编组要求。(2)采用传统敞车的侧壁承载、平底地板结构,结构简单、可靠,维护检修方便。(3)与煤接触的侧墙、端墙及地板等主要板材件和梁件采用TCS不锈钢材料,具有良好的耐腐蚀性能,可有效延长车辆使用寿命。(4)应用可靠性设计理念,对枕梁、下侧门口连接结点等大应力部位进行了细部设计,提高了结构可靠性。(5)关键零部件实行了寿命管理,并对其质量保证期提出了严格的要求,实现了取消辅修和延长厂段修周期的目标。5车辆最大制动距离载重/t80自重/t≤20轴重/t25容积/m384.8比容/(m3·t-1)1.06换长1.1自重系数0.25每延米重/t8.33通过最小曲线半径/m145商业运营速度/(km·h-1)100制动距离(重车、紧急)/m≤1400车辆长度/mm12000车辆定距/mm8200车辆最大高度(空车)/mm3767车辆最大宽度/mm3284车钩高(空车)/mm880固定轴距/mm转K6型转向架1830转K5型转向架1800车轮直径/mm840门孔尺寸(高×宽)/mm950×748限界符合GB146.1—1983《标准轨距铁路机车车辆限界》的要求6主要结构该车主要由车体、车钩缓冲装置、制动装置及转向架等组成(图2)。6.1挡墙墙后基础结构C80B型不锈钢运煤敞车车体为有中梁的平地板全钢焊接结构,主要由底架、侧墙、端墙、撑杆和车门等组成。该车侧墙和端墙的主要型材、板材及地板均采用屈服强度为345MPa的TCS345不锈钢,底架(地板除外)主要型材、板材采用Q450NQR1高强度耐候钢。6.1.1材料及结构特点底架由中梁、枕梁、大横梁、小横梁、纵向梁、地板等组成。其中,地板及圆弧形加强板材质为TCS345不锈钢;中梁采用屈服强度为450MPa的冷弯中梁;枕梁、大横梁、小横梁、纵向梁等均采用Q450NQR1高强度耐候钢;C级铸钢的整体式上心盘及冲击座与牵引梁组焊在一起,上心盘直径为358mm。枕梁为双腹板箱形变截面结构,大横梁为单腹板工字形组焊梁,与侧柱相连的小横梁为工字形组焊梁,其他位置的小横梁及纵向梁为压型槽钢;底架枕梁处设置了加长的顶车垫板;地板设有排水孔;装用铁路货车车号自动识别系统车辆标签。6.1.2不锈钢等组成侧墙由上侧梁、侧柱、侧横带、上门框和侧板等组成,材质均为TCS345不锈钢。上侧梁为冷弯矩形方管或C形冷弯型钢,侧柱、上门框均为槽形冷弯型钢,侧板厚度为4mm。6.1.3不锈钢材质检测端墙由上端梁、横带、角柱和端板等组成,材质均为TCS345不锈钢。上端梁为冷弯矩形方管或C形冷弯型钢,横带为压型槽钢,角柱为压型角钢,端板厚度为4mm。6.1.4支撑杆为增强两侧墙之间的连接刚度,防止侧墙外胀,车内设有3组水平撑杆。撑杆与撑杆座采用铰接结构连接。6.1.5门的下门为方便清扫车体内的积煤,在每个侧墙中部设置了1个下侧门。6.2车辆2位端牵引杆车辆1位端采用E级钢16号联锁式转动车钩及配套的16号铸造钩尾框;车辆2位端采用E级钢17号联锁式固定车钩、17号铸造钩尾框或17号锻造钩尾框;可以采用能与16号、17号联锁式车钩互换使用的牵引杆;采用合金钢钩尾销、MT—2型缓冲器和含油尼龙钩尾框托板磨耗板。6.3整体控制部分采用主管压力满足500kPa和600kPa的空气制动装置。主要由120—1型控制阀、ϕ254mm整体旋压密封式制动缸、ST2—250型双向闸瓦间隙自动调整器、KZW—A型空重车自动调整装置、货车脱轨自动制动装置等组成。采用编织制动软管总成、奥-贝球铁衬套、直端球芯塞门、高摩合成闸瓦、不锈钢制动配件和管系。采用NSW型手制动机。6.4仆人采用转K6型铸钢三大件式货车转向架。7测试7.1最大合成应力与第一工况许用应力2005年9月,由四方车辆研究所主持完成了车体静强度试验。第一工况下,中梁最大合成应力发生在枕后中梁断面下翼缘上,其合成应力为-165.3MPa,枕梁最大合成应力为-115.1MPa,小横梁最大合成应力为-49.3MPa,大横梁最大合成应力为-136.2MPa,均小于其材料的第一工况许用应力(281MPa)。侧柱最大合成应力为-100.7MPa,上侧梁最大合成应力为-89.5MPa,均小于其材料的第一工况许用应力(216MPa)。其他梁件的测点合成应力较小。第二工况下,中梁最大合成应力为-176.6MPa,枕梁最大合成应力为-107.9MPa,大横梁最大合成应力为-138.9MPa,均小于其材料的第二工况许用应力(380MPa)。侧柱最大合成应力为-121.2MPa,上侧梁最大合成应力为-90.1MPa,均小于其所用材质的第二工况许用应力(293MPa)。其他梁件的测点合成应力较小。模拟翻车机工况,其压车力和托车力产生的应力均小于其材料的第二工况许用应力。车体静强度试验结果表明:该车车体强度、刚度满足TB/T1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》和2万t重载运输车辆考核标准要求。7.2最大的受到精度2005年9月,由四方车辆研究所主持完成了冲击试验。当冲击速度为10.4km/h(大于8km/h)时,车钩力最大,其值为2409kN(小于2800kN)。此时,缓冲器的位移为80.6mm,小于MT—2型缓冲器最大行程,缓冲器未被压死。在整个冲击过程中,其动应力与该车在静强度试验时的垂向静载荷和第二工况散装侧压力作用下的应力合成后小于各自测点所用材质的第二工况许用应力。冲击试验结果表明:冲击强度满足TB/T1335—1996的要求。7.3振动加速度最大限度2005年10月,在哈尔滨铁路局管内的齐齐哈尔站—龙江站间,由四方所主持完成了C80B型不锈钢运煤敞车(配装转K6型转向架)的动力学性能试验,试验最高运行速度为131km/h。试验结果如下:(1)空车状态下,在最高试验速度范围内,被试C80B型不锈钢运煤敞车直线运行、通过曲线及侧线时,其垂向、横向振动加速度最大值分别为0.56g、0.31g,均小于GB/T5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》(以下简称《规范》)规定的限度值,垂向、横向平稳性指标最大值分别为3.13、2.84,均属于优级。(2)重车状态下,在最高试验速度范围内,被试C80B型不锈钢运煤敞车直线运行、通过曲线及侧线时,其垂向、横向振动加速度最大值分别为0.55g、0.22g,均小于《规范》规定的限度值,垂向、横向平稳性指标最大值分别为2.70、3.13,均属于优级。(3)空车状态下,在最高试验速度范围内,被试C80B型不锈钢运煤敞车直线运行、通过曲线及侧线时,其轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、减载率、倾覆系数等指标均在《规范》规定的限度之内。(4)重车状态下,在最高试验速度范围内,被试C80B型不锈钢运煤敞车直线运行时的轮轴横向力、脱轨系数、减载率、倾覆系数等考核指标均在《规范》规定的限度之内。总之,被试C80B型不锈钢运煤敞车在最高试验运行速度范围内,其空重车各项动力学指标均符合《规范》的规定。8基础条件优化(1)C80B型不锈钢运煤敞车的研制,充分借鉴了国外不锈钢煤车的先进经验,提高了车辆的使用寿命。(2)TCS345不锈钢的系列焊接等工艺试验、样车试制结果表明:该不锈钢焊接性能良好,采用规定的焊接工艺规范、配套的焊接材料和现有的焊接设备(自动化、半自动化),能够满足不锈钢煤车批量生产要求;提出的《铁道货车用TCS不锈钢焊接技术条件(暂行)》能够满足指导生产的需要。(3)TCS345