（光学工程专业论文）dq35型350t钳夹式货车的设计研究.pdf

摘要 摘要 钳央车适用于运输短、粗、重超限、超重阔大货物。如变压器、发电机定子、轧钢 机牌坊、核电站压力壳等。随着国家电力工业的快速发展，国内所需的6 0 0 m w 发电机 定子制造、运输增多，而现有铁路车辆不能满足运输需要。为提高铁路在大件货物运输 市场的竞争力，急需研制运输6 0 0 m w 发电机定子的专用钳夹车。 该车型具有轴数少、自重轻、车长短、适用范围广等特点。在长大货车多年研制的 基础上，论文围绕我国目前功能最先进的d q 3 5 型3 5 0 t 钳央车的研制，开展了一系列新 的研究工作。 论文首先介绍了长大货车的国内外研究现状、发展趋势。通过对运输6 0 0 m w 发电 机定子的调研和分析，在d 3 8 型钳央车设计、制造、运用的成熟经验基础上，确定新型 3 5 0 吨钳夹式货车总体设计方案。 论文通过对该车进行桥梁检算、整车结构受力分析、各级底架结构强度及刚度有限 元分析计算、整车动力学性能分析计算、车体稳定性分析计算等，表明了设计方案的可 行性。 最后，论文详细介绍了车体静强度试验及车辆动力试验的方法、试验过程及试验结 果。从计算和试验两个方面保证了该车的设计科学、合理，从而提高车辆性能和运用可 靠性，上述研究对满足我国铁路货运对钳夹车的发展要求有显著的推动作用。 关键词：3 5 0 t 钳夹车；设计；分析计算与试验 大连交通人学1 ：稗硕十学位论文 a b s t r a c t t h es c h n a b e lw a g o ni sm a i n l yu s e df o rt r a n s p o r t i n gt h eo v e r s i z ea n do v e r w e i g h tc a r g o s w h i c hi ss h o r t ，t h i c ka n dh e a v y ，s u c ha st r a n s f o r m e r , g e n e r a t o rs t a t o r ，r o l l i n gm a c h i n e ，a n d n u c l e a rp o w e rs t a t i o np r e s s u r es h e l l ，e t c w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le l e c t r i ci n d u s t r y ， m o r ea n dm o r e6 0 0 m w g e n e r a t o rs t a t o r sa r ep r o d u c e da n dn e e dm o r et r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y ， b u tt h ec u r r e n tr a i l w a yw a g o n sc o n d i t i o nc a nn o ts a t i s f yt h en e e d i no r d e rt oi n c r e a s et h e r a i l w a yt r a n s p o r t i n gc a p a c i t yi nt r a n s p o r t i n gt h el a r g ep i e c ec a r g o ，t h es c h n a b e lw a g o n s p e c i a l l yf o rt r a n s p o r t i n gt h e6 0 0 m wg e n e r a t o rs t a t o ri si ng r e a tn e e d t h i sw a g o nf e a t u r e sl e s sn u m b e ro fa x l e s ，l i g h tt a r ew e i g h t ，s h o r tl e n g t ho fw a g o na n d w i d es c o p eo fu s e t h i st h e s i si sm a i n l yo ns o m en e ws t u d i e so fs c h n a b e lw a g o no nt h eb a s i s o fd q 35 35 0 ts c h n a b e lw a g o nw h i c hi st h em o s ta d v a n c e di nc h i n an o w a tf i r s t ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h ec u r r e n tc o n d i t i o n sa n dd e v e l o p m e n to fl o n ga n dh e a v y w a g o n si nc h i n aa n da b r o a da n dt h er e l e v a n tk e yt e c h n i q u e si nd e v e l o p m e n t b yt h e i n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so nt h et r a n s p o r t a t i o no f6 0 0 m wg e n e r a t o rs t a t o r , a n do nt h eb a s i s o fp r e v i o u sd e s i g n , m a n u f a c t u r e ，a n du s eo fd 3 8s c h n a b e lw a g o n ，t h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m e o fn e w t y p e3 5 0 ts c h n a b e lw a g o ni sf i n a l i z e db yo p t i m i z i n gp a r a m e t e r s i ti sp r o v e dt h a tt h ed e s i g nc a nb er e a l i z e db yd o i n gt h ef o l l o w i n gc a l c u l a t i o n st ot h e w a g o n ：b r i d g ec o n d i t i o n , s t r e s ss t r u c t u r eo ft h ew h o l es t r u c t u r e ，f e ao ns t r e n g t ha n dr i g i d i t y o fu n d e r f r a m e s ，d y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h ew h o l ew a g o n ，a n ds t a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，e t c a tl a s t ，t h et h e s i sg i v e sad e t a i l e di n t r o d u c t i o no fw a g o nb o d ys t a t i c s t r e n g t ha n d d y n a m i ct e s tm e t h o d s ，t e s tp r o c e d u r ea n dr e s u l t sa n dm a k e se v a l u a t i o nt ot h et e s tr e s u l t s t h e d e s i g no ft h ew a g o n i sp r o v e dt ob es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l eb yb o t hc a l c u l a t i o na n dt e s t ，a n d t h er e l i a b i l i t yo ft h ew a g o np e r f o r m a n c ea n du s a g ei si m p r o v e d t h es t u d yw o r km e n t i o n e di n t h et h e s i si sg o o df o rt h ed e v e l o p m e n to fs c h n a b e lw a g o n k e yw o r d s ：3 5 0 ts c h n a b e lw a g o n ；d e s i g n ；a n a l y s i sc a l c u l a t i o na n dt e s t i i 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解大连交通大堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太整銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太蓬交通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太董塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 、 又。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 靴敝名翻垆 日期：2 0 0 8 年1 2 月2 1 日 导师签名： 日期：2 0 0 8 年1 2 月2 1 日 学位论文作者毕业后去向：铁道部沈阳机车车辆验收办事处 工作单位：铁道部沈阳机车车辆验收办事处电话：0 2 4 6 2 0 2 4 6 6 1 通讯地址：沈阳市和平区总站路路1 0 0 号邮编：11 0 0 0 2 电子信箱：l d j l 9 0 3 0 3 3 0 1 6 3 c o m 大连交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太蓬塞通太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 湫黼张讲缈 日期： 20 0 8 年1 2 月2 1 日 第一章绪论 第一章绪论 随着我国国民经济的迅速发展，特别是改革开放以来，冶金、电力、石油化工及军 事装备等事业呈现了高速发展的局面。一些大型的机械设备和军事装备在铁路运输中运 量不断增长，这些设备及装备外型复杂、体积庞大、重量达几百吨。这些货物在铁路运 输中统称为长大货物。而运输长大货物的车辆被称为长大货物车。 铁路长大货物车是货车家族中的一个分支，是种类繁多、技术含量高、制造工艺复 杂、运用风险大、经济和社会效益好的车种。 长大货物车是在铁路运输中供装运通用货车不能装运的长、大、重货物的一种特种 车辆。按照车体结构型式的不同，我国现有的长大货物车又可分为五类，即长大平车、 凹底平车、落下孔车、双联平车、钳夹车。 ( 1 ) 长大平车 长大平车主要用于装运高度不是很高而长度较长的货物，如长钢轨、长型钢、桥式 起重机构架、锅筒、以及化工反应器等。目前我国有d 2 1 型载重6 0 t ，d 2 2 型载重1 2 0 t ， d 2 7 型载重l5 0 t ，d 2 3 型载重2 3 5 t ，d 2 5 型载重2 5 0 t ，d 2 3 g 型载重2 6 5 t 、d 2 6 a 型载 重2 6 0 t 等各型长大平车。其中，d 2 1 型为5 0 年代制造；d 2 2 型为1 9 5 9 1 9 7 3 年间设计 制造；d 2 7 型为1 9 7 5 年制造；d 2 3 型为1 9 7 4 年设计制造；而d 2 5 型及d 2 3 g 型则分别 为1 9 9 6 和1 9 9 7 年的产品，d 2 6 a 型则为2 0 0 0 年的新产品。 长大平车的地板上平面原则上是平整的，因此货物的装卸比较方便，适应性也较好。 但不同型号的长大平车仍各具有特点，在具体使用时必须根据各车的标记载重的规定执 行。如d 2 2 型载重1 2 0 t ，d 2 7 型载重1 5 0 t 长大平车，当沿底架全长、全宽范围内均载 时，两车载重均为1 2 优；当为集中载重时，按车辆上的集重标记执行，该两车也是相同 的。对于d 2 7 型长大平车，当限定货物的支承点必须在车辆的底架心盘中心处时，方能 达到其所称载重1 5 0 t 的能力。又如d 2 3 型及d 2 3 g 型地板亦为一平面。该两型车的标 记载重均为货物双支承承载，意即支承点必须在底架心盘中心处时的能力，特别适用于 化工反应器等货物的运输。但对于长度小于车辆底架长度，重量小于标记载重的一些其 他货物，可以考虑采用多支点方式运输，具体承载能力要在运输之前对车辆大底架的强 度、刚度进行换算或实验。d 2 5 型长大平车基本上可算是一种特种车，是专为解决锅筒 的运输而设计制造的，其底架两侧承梁承载中部有凹下部分，因此，底架上平面并非一 个平整面。该车可运输长9 m 一- - 3 2 m 的锅筒。d 2 6 a 型长大平车是一种新型组合式平车， 该车适用范围和使用性能大大优于d 2 5 型长大平车。 ( 2 ) 凹底平车 火连交通大学i ：程硕十学何论文 底架沿车辆纵向呈凹形面的这类长大货物车称为凹底平车。该类车辆具有结构简 单、使用方便、运行安全可靠、适运货物范围广等优点。可供装运拖拉机、履带起重机、 挖掘机、变压器、发电机转子或定子以及其它长大重机械设备。 目前，我国有凹底平车2 0 多种3 0 0 多辆。1 9 5 6 年前从原民主德国进口了少量的凹 底平车，因它们存在自重大、承载面距轨面高等弱点，故适用范围小，使用频率很低， 有的甚至已长期闲置不用了。为了适应长大货物铁路运输的需要，自1 9 5 9 年以来至7 0 年代间，我国已自行设计制造了l o 多种型号的凹底平车。它们有：d 5 0 型载重5 0 t 、d 5 型载重6 0 t 、d 1 0 型载重9 0 t 、d 2 型载重2 l o t 等。间隔十多年后，自1 9 9 1 年起，凹底 平车的设计制造随着国民经济的发展又重拾升势，计有d 1 2 型载重1 2 0 t 、d 1 5 型载重 1 5 0 t 、d 1 8 a 型载重1 8 0 t 、d 2 a 型载重2 1 0 t 、d 2 5 a 型载重2 5 0 t 、d 2 6 型载重2 6 0 t 凹底平车相继问世。同时，设计改造了d 2 g 型载重2 l 仇：d 1 6 g 型载重1 1 0 t 、d 1 8 g 型载重1 8 0 t 、d 9 g 型载重2 3 0 t 、d 3 2 型载重3 2 0 t 等各型凹底平车。所以凹底平车在长 大货物车中占比重最大，并已形成系列，以3 0 t 4 0 t 为级差，可以运输5 0 t - - - 一3 2 0 t 的大型 货物。 凹底平车的大底架中部为沿车辆纵向向下呈现凹形，该凹底部分的长度以及凹底面 距轨面的高度是凹底平车重要的技术指标。在保证结构强度、刚度及稳定性的条件下， 凹底长度愈大、凹底面距轨面高度愈小，则车辆的使用性能愈好。大底架凹形弯角处是 大底架的关键部位，影响大底架强度、刚度及凹底长度尺寸等。过去的设计均采用圆弧 形弯角，此种结构无论从设计强度和制造工艺角度上看，均有一定的弱点。自1 9 9 7 年 以来在借鉴国外先进经验的基础上，我国已开始设计制造了大底架弯角处采用折角式全 封闭底架结构的凹底平车，如d 2 6 型载重2 6 0 t 及d 1 5 型载重1 5 0 t 均属于此种结构。 ( 3 ) 落下孔车 在车辆底架中部开有一定长度和宽度的落下孔，装载时，货物落入此孔内。这类长 大货物车称之为落下孔车。可供运输冶金、电力、重型机械等大型货物。特别适用于那 些厚度较小而宽度较大，有一定长度的超限货物，如大型轧钢机牌坊一类的货物。 1 9 5 6 年，我国从原民主德国进口了一批落下孔车，计有d 1 6 型载重ll o t 、d 1 7 型 载重1 5 0 t 、d 1 8 型载重1 8 0 t 、d 1 9 型载重2 3 0 t 等四种共计1 8 辆。这批车最大的缺点是 落下孔长度太小，仅为4 6 0 0 m m ，与其载重量很不匹配，故好多货物无法运输。因此其 中有些车已被陆续改制为其它车型或进行了改造。1 9 6 9 年设计制造的d 1 7 型载重1 5 0 t 落下孔车是目前我国仅有的自行设计制造的一种落下孔车。落下孔尺寸为1 0 2 0 0 m m 2 3 0 0 m m ，共生产2 5 辆。但该车的设计结构并不太理想，当用该车运送较轻的货物时， 2 第一章绪论 不但载重得不到充分利用，而且运行稳定性也欠佳。因此我国落下孔车还有待于发展研 制一批不同载重系列的新型车，以适应铁路大型货物运输的需要。 ( 4 ) 双联平车 双联平车系由两辆结构相同的凹形平车连挂而成，在凹形底架中央设有转动鞍座和 卡带。使用时，货物跨装于这两辆车的鞍座上，适用于装运长大重的圆筒形货物。 为解决进口大型化肥设备中氨合成塔和尿素合成塔及其它重型设备的运输问题， 1 9 7 4 年设计制造了2 辆d 3 0 型载重3 7 0 t 的双联平车。全车由两组完全相同的凹形平车 组成一体，为使货物在运输中免受过大的纵向冲击，在两组车联成一体的中间两车钩之 间，须装上车钩缓冲停止器。鞍座和卡带的圆弧半径根据所运货物的实际尺寸来确定。 如果鞍座的宽度超出机车车辆限界，则可以在空车时将其旋转9 0 。，沿车辆纵向中心安 放并固定，以免空车回送超限。因为双联平车运输的特点是货物两端必须支承于鞍座上， 如所运货物长度较短，可采用装设临时接长支架的方法来使货物的支承点达到两鞍座中 心。所运货物本身必须能承受自身的强度与刚度。如确有必要，双联平车也可拆成单节 车运货，但实施之前须报铁道部批准。 ( 5 ) 钳夹车 车体分为两个可分离的部分，货物被夹持和悬挂在其间运输的长大货物车称为钳夹 车。钳夹车具有独特的超限运输能力，它可装有多导向、侧移机构，以解决车辆在宽度 方向的极度超限；可装有液压起升、下降机构，且为无承货地板面限制，可充分利用限 界高度。钳夹车特别适合于装运短、粗、重货物，如宽度、高度均很大的发电机定子、 变压器、轧钢机牌坊等。 我国目前拥有5 种型号的钳夹车共5 辆，虽为数不多，却已完成几十次重大货物运 输任务，为国民经济的发展作出了重大的贡献。 1 9 5 9 年我国设计制造了第一台d 2 0 型载重2 8 0 t 钳央车，钳夹宽度( 两车耳中心距) 2 6 0 0 m m ，钳夹高度1 9 1 2 m m ，均为定数，不能调整。该车在试验及运用过程中，曾发 现过一些结构强度上的问题，已经过补强或局部改造，完成了多次大型货物运输工作， 但毕竟因为是4 0 多年前的产品，在性能方面仍存在许多不足之处。1 9 7 5 1 9 7 8 年间，研 制新的钳夹车列入了铁道部的重点科研项目，由科研部门与工厂合作，我国设计制造了 d 3 5 型3 2 轴载重3 5 0 t 及d 3 5 型2 4 轴载重2 8 0 t 钳央车各l 辆。d 3 5 型载重3 5 0 t 钳央车 采用了内、中、外三种导向机构，利用不同的导向销距，可以减少通过曲线时的偏移量， 提高了曲线通过能力；利用起重装置装卸货物时，可以不用大型起重机即可装卸；在厂 矿及车站较小的曲线半径的线路上，可利用侧移装置将货物避开障碍物，低速通过。车 辆钢结构采用了1 5 m n v n 低合金结构纲。车辆的主要性能参数有：侧向位移5 0 0 m m ； 大连交通人学t 拌硕十学何论文 钳形梁起重高度4 0 0 m m ；钳夹宽度2 6 0 0 m m 一- , 3 6 0 0 m m ；钳夹高度2 0 0 0 m m 2 3 0 0 m m 。 此外，d 3 5 型载重3 5 0 t 钳央车还配有加高的4 组钳形梁，可以用来运输6 0 0 m w 发电机 定子。d 3 5 型载重2 8 0 t 钳夹车采用了内外导向、内外导向串联、液压起升、液压侧移和 液压均载式旁承等新技术，其中内外导向串联能自动转换导向位。该车钳央宽度2 5 0 0 m m ， 钳夹高度2 1 0 0 m m ，不可调整，因此，使用条件会受一定约束。 针对国内钳夹车仍存在着自重大、载重小、数量少、运行速度低、过桥需限制、满 足不了大件运输的需要的问题，进入9 0 年代以来，车辆工作者又开始了新型钳夹车的 研制。1 9 9 5 年设计制造了d 3 0 a 型载重3 0 0 t 的钳夹车，该车系针对d 2 0 型载重2 8 0 t 钳 夹车自重大及重车运行速度低的主要问题进行改型设计的。1 9 9 6 年齐厂与四方所、铁科 院合作研制了d 3 8 型钳央车，该车载重3 8 0 t ，自重2 2 6 t ，是我国目前载重吨位最大的钳 夹车。它借鉴了德国5 0 0 t 钳央车的先进技术，采用了高强度钢材，具有内、中、外三种 导向，液压侧移，压柱油缸可提升、下降货物，纵向连通的液压旁承，车耳镶球套，半 球形心盘及自润滑聚四氟乙稀心盘衬垫等新技术，钳夹宽度和高度均可调整。该车还配 有4 组高钳形梁，用以运输国产6 0 0 m w 定子。d 3 8 型钳央车可限速通过国内各种跨度 的混凝土桥梁，提高了运行速度，扩大了使用范围和使用频率，提高了利用率。 1 1 国内外钳夹车现状 1 1 1 国外钳夹车现状 德国早在7 0 年代就已开发了载重4 5 0 - - 一5 0 0 t 的大型钳夹车，并向前苏联及部分欧洲 国家出口多辆。8 0 年代初德国为美国制造了l 辆3 6 轴、载重8 0 7 t 的特大吨位钳夹车， 8 0 年代末德国又为奥地利制造了1 辆3 2 轴、载重5 0 0 t 钳夹车。前者是目前世界上载重 量最大的钳夹车，后者是目前世界上功能最全、性能最先进的钳央车。美国、法国、瑞 典及前苏联等国家，也在7 0 - - 一8 0 年代研制了载重4 0 0 5 0 0 t 的钳夹车。总之，国外这些 大型钳夹车的共同特点是载重大、自重轻、速度高、功能全。 1 1 2 国内钳夹车现状 截止到2 0 0 6 年年末，我国铁路先后制造的钳央车共5 辆，1 辆d 2 0 型2 0 轴载重2 8 0 t 钳夹车、l 辆d 3 5 型2 4 轴载重2 8 0 t 钳夹车、l 辆d 3 0 a 型2 0 轴载重3 0 0 t 钳夹车、1 辆 d 3 5 型3 2 轴载重3 5 0 t 钳夹车和l 辆d 3 8 型3 2 轴载重3 8 0 t 钳夹车。现目前能够上线运 行的有d 3 5 型3 2 轴载重3 5 0 t 钳夹车、d 3 0 a 型2 0 轴载重3 0 0 t 钳央车和d 3 8 型3 2 轴载 重3 8 0 t 钳夹车共3 辆。由于载重吨位的原因，能够运输6 0 0 m w 发电机定子的车辆是 d 3 5 型钳夹车和d 3 8 型钳夹车。d 3 5 型钳夹车是7 0 年代末研制的产品，该车由于制造 4 第一章绪论 年代早、自重大、速度低、满载后对桥梁的影响不能适应现有桥梁标准等原因。目前 6 0 0 m w 发电机定子等货物的运输大部分依靠d 3 8 型钳夹车完成。 近年来，尽管我国钳夹车有了一定的发展，但也存在着大吨位车数量少、空车超限、 载重超限等问题，其性能难以适应国民经济发展的要求。 1 26 0 0 m w 发电机定子的运输现状 目前，中铁特货公司承运的6 0 0 m w 发电机定子主要是由哈尔滨电机厂和上海电机 厂生产。定子的重量分别为：哈尔滨电机厂生产的定子重达2 9 8 t ，上海电机厂生产的定 子重达2 8 8 t 。目前铁路能够运输6 0 0 m w 发电机定子方式主要是采用钳夹车和凹底平车。 钳夹车运输定子时是将货物夹在车辆中间的形式，从而可以充分利用限界空间。凹底平 车具有装卸方便的特点，但由于受地板面的限制，货物装车后距轨面相对较高，一些路 段受到限制。因此，钳夹车是运输6 0 0 m w 发电机定子的较合适车型。但目前能够满足 运用要求的车辆只有1 辆d 3 8 型钳夹车。 1 3 运输6 0 0 m w 发电机定子发展趋势分析 随着电力工业的发展，6 0 0 m w 发电机定子近几年有增多的趋势。d 3 8 型钳夹车在 2 0 0 5 年运输了1 1 次、2 0 0 6 年预计达到1 2 次，2 0 0 7 年和2 0 0 8 年预计有同等数量定子需 要运输。而在今明两年如此运输繁忙情况下，d 3 8 型钳夹车又面临厂修到期问题。 因此，有必要研制自重轻、载重适中、空车不超限、尽量与我国铁路桥梁实际承载 能力及限界等相适应、运输6 0 0 m w 发电机定子不超重的专用钳夹车来满足6 0 0 m w 发 电机定子的运输要求。 1 4 本文完成的主要内容 通过对长大货车的国内外研究现状、发展趋势的分析，结合运输6 0 0 m w 发电机定 子的现状，在d 3 8 型钳夹车设计、制造、运用的成熟经验基础上，确定新型3 5 0 吨钳夹 式货车总体设计方案。 通过对该车进行桥梁检算、整车结构受力分析、各级底架结构强度及刚度有限元分 析计算、整车动力学性能分析计算、车体稳定性分析计算等，证明设计方案的可行性。 通过车体静强度试验及车辆动力试验，从计算和试验两个方面保证了该车设计的科 学、合理性。 本章小结 本章介绍了国内外钳夹车发展现状，讲述了本文将要研究的主要内容。 5 大连交通大学t 稗硕十学传论文 第二章d 0 3 5 型3 5 0 t 钳夹式货车的设计研究 2 1 主要性能参数及尺寸 2 1 1 主要性能参数 载重( t ) 自重( t ) 总重( t ) ( 不包括短连挂装置3 t ) 轴数( 根) 轴重( 实际，t ) 钳夹宽度( 可调，m m ) 钳夹高度( m m ) 通过最小曲线半径( m ) 空车短连挂内导向 重车长连挂外导向 重车长连挂内导向 最高运行速度( k m h ) 空车 1 0 0 重车 6 0 半节车 1 0 限界：空车符合g b l 4 6 1 1 9 8 3 标准轨距铁路机车车辆限界的要求，但禁止通过 驼峰、禁止溜放与冲击。 2 1 2 主要尺寸 车辆长度( i 姗) 空车(短连挂)45556 重车( 悬挂长1 1 8 3 0 m ) 5 6 6 9 6 车辆宽度( i 姗) 3 0 0 0 车辆高度( m m ) 4 6 6 2 内导向距( i 砌) 空车( 短连挂) 1 2 8 9 0 重车( 悬挂长1 1 8 3 0 m ) 2 4 0 3 0 外导向距( i 姗) 6 姗m勉m胛藿；|萎 m 挖2 o 。 r r r 第二：章新型3 5 0 t 钳夹式货车的设计研究 空车( 短连挂) 重车( 悬挂长1 1 8 3 0 m ) 2 2 主要材料及结构 2 2 8 9 0 3 4 0 3 0 2 2 1 主要材料 该车车体主要承载部件：钳形梁、导向梁、大底架、小底架采用屈服强度为6 8 5 m p a 的国产h g 7 8 5 e 高强度可焊结构钢；转向架构架采用屈服强度为3 5 0 m p a 的国产 q 3 4 5 e ( 原1 6 m n q 桥梁钢) 低合金结构钢。 2 2 2 主要结构 该车主要由车体、转向架、车钩缓冲装置、风手制动装置、液压系统、电气系统及 操纵室等部分组成。 ( 1 ) 车体 车体主要由钳形梁、导向梁、大底架、小底架、调宽装置、侧移装置、起升装置、 导向装置、支撑装置和空车连结装置等组成o 钳形梁组成主要由变断面的箱型组焊结构梁、车耳、压柱等部分组成。车耳厚度 1 5 0 m m ，外圆半径r 4 0 0 m m ，由3 块5 0 m m 厚的钢板组焊成。压柱为液压油缸。 导向梁组成主要是由上下盖板及侧板、导向销套管等组焊而成的t 型梁。 大底架组成主要由两根侧梁、小枕梁、大枕梁、大横梁及上下封板组焊而成。侧 梁为箱型变断面的鱼腹梁。大、小枕梁均为箱型组焊结构梁；大横梁为工字型组焊结构 梁。 小底架组成主要由两根侧梁、小枕梁及大枕梁组焊而成。侧梁、大、小枕梁均 为箱型组焊结构。2 、3 位小底架设有钳形梁支撑座。 调宽装置主要由上拉杆、下压杆、等分撑杆及连结销等组成。 侧移装置主要由移动心盘、滚子排、可横移的内导向座及侧移油缸等组成。在直 线上可利用侧移油缸左右横向移位各5 0 0 m m ； 起升装置主要由压柱油缸、锁紧螺母及调整机构组成。压柱油缸为双作用式，安 装在钳形梁大端的车耳上方，压柱在垂直方向的调节，是通过调位油缸进行的；而在水 平方向上的调节，则是通过手动螺杆进行的。压柱工作行程调定后，可通过锁紧螺母予 以锁闭，以确保安全。 导向装置该车具有内、外两种导向机构。内导向装置主要由导向销( 油缸) 及导 向销座等组成。将导向油缸垂直插入导向销座时，该车处于内导向工况。外导向装置由 大连交通大学1 ：稃硕十学位论文 侧移油缸、移动心盘和滚子排组成。当拨出内导向销座内的导向油缸，将移动心盘锁定 后，车辆就成为外导向工况。 支撑装置主要由支撑油缸、支承小车及支座等组成。当整车分成两半节车时用来 支撑钳形梁，同时也可用于调整钳梁大端高度。支撑油缸安装在钳形梁大端内侧。 空车连结装置主要由连结销、连接板及支撑装置等组成。 各级心盘结构：各级心盘均为半球型式，上下心盘间衬有自润滑增强型聚四氟乙稀 心盘衬垫或含油尼龙衬垫。三级球型心盘的球半径为s r l 6 5 m m 、s r 2 5 0 m m 、s r 3 0 0 m m 。 各级旁承装置：转向架与小底架、小底架与大底架间为滚子旁承，主要由滚柱、支 架及滚子轴组成。导向梁与移动心盘间装有沿车体同侧纵向连通的液压旁承，主要由四 组柱塞式油缸组成。 ( 2 ) 转向架 全车采用8 组3 轴转向架。主要由构架、减振装置、轴箱弹簧装置、基础制动装置、 轮对装置等组成。其中，端部的两组转向架装有车钩缓冲装置。 构架采用整体焊接结构，主要由枕梁和侧梁组焊而成。弹簧采用两级刚度弹簧；轮 对组成采用通用的h e s a 型全加工车轮，轮径为e 8 4 0 m m ：采用加强型e 型车轴，轴承 座部采用与f 型滚动轴承配套结构，配a a r f 型轴承。轴箱定位方式为导框定位，为提 高车辆曲线通过能力，轴箱与轴承之间加装承载鞍。在1 、3 位轮对处设置斜楔减振系 统，斜楔主摩擦面采用高分子复合材料，改善摩擦减振器的摩擦减振性能，副摩擦面采 用含油尼龙磨耗板，提高曲线通过能力。中间轮对采用减薄轮缘车轮，不设置减振器。 下心盘上加装含油尼龙心盘磨耗盘。 ( 3 ) 车钩缓冲装置 采用e 级钢材质的1 3 a 号下作用车钩，配套使用e 级钢材质钩尾框，合金钢钩尾 销，m t 一2 型缓冲器。 ( 4 ) 风手制动装置 全车采用4 套空气制动装置，每套空气制动装置控制车辆2 组转向架。制动装置满 足制动主管压力5 0 0 k p a 和6 0 0 k p a 的要求。每套制动装置主要由1 个1 2 0 型控制阀、4 个直径为2 0 3 m m 的整体旋压密封式制动缸等组成，采用球芯折角塞门、组合式集尘器、 编织制动软管总成、法兰接头、奥贝球铁衬套及配套圆销等。 全车采用2 套手制动装置，分别安装在车辆两端。手制动机型式为n s w 型。 ( 5 ) 液压装置 d 3 5 型货车液压系统由l 、2 位两个泵站、2 0 个油缸( 旁承油缸、压柱油缸、调位油 缸、侧移油缸、导向油缸、支撑油缸) 及管系三大部分组成。具有货物起升、偏转、侧 8 第二章新础3 5 0 t 钳夹式货车的设计研究 移以及纵向补偿、称重等功能。采用手动比例、电比例及遥控比例三种控制方式，系统 额定额定工作压力为为3 1 5 m p a 。 泵站采用封闭式结构，外露元件具有防盗、防雨功能。液压系统的动力泵源为 d c 3 8 0 v 电动机，由随车发电机组提供电源，也可利用地面电源工作。采用电比例、手 动比例、遥控比例三种控制方式。通过比例操纵，控制液压油缸伸缩的速度，也可实现 微动，避免液压系统在工作中产生冲击现象。在整机的初始调试阶段利用手动控制方式， 在装载、卸载时，既可在操纵室内进行电比例控制，也可采用无线遥控。液压泵额定流 量为2 5 l m i n ，额定工作压力为31 5 m p a 。液压油箱采用不锈钢材质，采用耐低温15 号 航空液压油。 采用适应- 4 0 5 0 环境温度的密封件，耐压等级不小于4 0 m p a 。 管系采用国产高精度白亮无缝钢管及美国p a r k e r 公司生产的无焊接管接头、液压软 管。各油路均设有具有排气、测压功能的测压点接头。所有管系的耐压等级均不小于 4 0 m p a 。 ( 6 ) 电气装置 3 5 0 t 钳夹式货车电气系统有两套完全对称的电气系统组成，即每半节车具有一套独 立的电气系统。每套独立的电气系统采用自备电源与外接电源相结合的形式供电，电源 制式为三相四线制( 3 a c 3 8 0 v ) 。 每套电气系统由电源、液压站动力控制与保护、电液比例控制、车辆状态监控、摄 像监控系统、操纵室供电与室内外照明、通讯装置等部分组成。 电源主要由本机自配的风冷柴油发电机组提供，制式为三相四线制( 3 a c 3 8 0 v ) 及机组蓄电池单线制负极搭铁( d c 2 4 v ) 两种。设有电源输入输出插座，外接电源与机 组电源可进行自动或手动切换。该风冷柴油发电机组安装在小底架上部，功率为2 8 k w ， 机组控制盘安装于操纵室前部，其自带油箱可满足2 0 小时不加油满负荷运行。 液压站动力控制与保护：液压站供电制式为三相四线制( 3 a c 3 8 0 v ) ，并通过操 纵室前部的电气开关对液压站的正常工作进行控制及保护。 电液比例控制：电液比例控制及车辆状态监控系统由主机、显示器、遥控器接收 器、遥控器发射器、电控手柄、传感器等部分组成。 在操纵室内，司乘人员可通过电控手柄对液压系统的比例电磁铁进行控制，进而控 制液压系统精确可靠地工作。 司乘人员也可在车下操纵发射器以无线遥控的方式控制比例电磁铁。本地控与遥控 两种控制方式的控制权采用互锁方式。发射器除配有双轴十字锁比例手柄外，还具有频 9 大连交通大学t 稗硕十学何论文 率切换开关、急停开关、启动钥匙开关三个开关。发射器可通过频率( 双频) 切换开关 控制另外一个接受器。 车辆状态监控：车辆状态监控可以动态的对车辆的预设状态进行精确的检测、控 制与显示。系统检测并在显示器上动态显示的项目如下：压柱油缸压力信号( 2 路) 转 换成压力与重量，并比较大小，如数值大小相差3 0 则以数字频闪的方式报警；旁承油 缸压力信号( 2 路) 转换成压力与重量，计算两路重量之和并实时显示；旁承油缸行程 信号( 2 路) 转换成长度并实时显示；侧移油缸行程信号( 1 路) 转换成长度并实时显 示；各动作手柄开度位置显示；工作模式显示( 遥控器控制或操纵室控制) ；报警提示 显示。 摄像监控系统：摄像监控系统由主机、硬盘录像机、显示器及外置摄像机( 四个) 等部分组成。司乘人员在操纵室内就可监视车辆整体视频状态( 显示器为单屏或四分 屏) ，并实时录制到硬盘录像机中长期储存。 操纵室供电与室内外照明：操纵室内设有专用供电插座( a c 2 2 0 v ) 、照明灯具 ( a c 2 2 0 v ) 及控制开关；同时在车体两侧、中部及操纵室外顶部设有专用照明灯具 ( d c 2 4 v ) 。 ，通讯装置：由专业型手持机组成无线通讯网络，其特点是信号好、外形小巧、待 机时间长、话音清晰及具有语音识别功能( v o x ) 。 操纵室：每半节车在大底架上设有1 个操纵室。室内除装有电气总控制台外，还 设有1 把转椅、1 个软卧下铺和工具箱、灭火器及空调、照明装置等。该车还配有便携 式无线对讲机6 台及便携式工作灯4 个，作为操纵时的通讯联络及现场应急照明使用。 2 3 主要功能 2 3 1 内外导向功能 该车设有内、外两种导向功能。通过该功能，实现车体迥转中心的变化，从而扩大 货物运输断面。 2 3 2 货物起升功能 利用压柱油缸勾贝的伸缩，可使货物向上起升5 0 0 m m 、向下降低1 5 0 m m 。主要用 于装卸货物，也可用于避开线路上、下方的障碍物。 2 3 3 侧移功能 该功能是将货物分别向两侧移位一定距离，以避开工矿企业、港口码头等线路两侧 的障碍物。 l o 第二章新型3 5 0 t 钳夹式货下的设计研究 2 3 4 称重功能 利用液压旁承及传感器可实现货物称重。以监测货物的实际重量，确保大件运输的 安全。 2 3 5 监测功能 监测功能包括压柱载荷监测、液压旁承载荷监测、货物升降高度监测、液压旁承行 程监测、滑动心盘行程监测、货物运输及线路环境监测等。通过监测数字和摄像显示， 使监测更加便捷、准确。 2 3 6 钳形梁调整功能 可调整钳形梁耳孔距轨面高度及横向位置。 2 3 7 压柱调整功能 保证压柱油缸调整j 下位。 2 3 8 遥控操作功能 通过采用遥控操作，可分别控制每个油缸动作。工作人员可实现近距离无线操作调 整车辆的目的。从而使操作更加可视、方便。 2 4 车辆计算情况 为保证载重3 5 0 t 钳夹车的性能，齐车公司对该车先后进行了过桥检算、主要钢结构 受力分析计算、主要承载部件有限元结构计算、整车动力学分析计算、整车模态分析计 算等工作。 2 4 1 过桥检算 按照铁路桥梁检定规范和铁路桥涵设计规范的规定，载重3 5 0 t 钳夹车前后 加挂隔离空车( 即2 t m ) 情况下，对该车进行了过桥检算，结果表明： 该车在满载3 5 0 t 时，为一级超重，可限速4 2 k m h 通过最不利桥梁；在载重3 2 8 t 即运输6 0 0 m w 发电机定子时，车辆可不限速通过所有桥梁。 人连交通大学- r ：1 ：1 7 硕十学位论文 2 4 2 主要钢结构强度、刚度计算情况 对该车的钳形梁、导向梁、大底架、小底架结构强度、刚度进行了有限元分析计算。 在计算过程中，钳形梁、导向梁、大底架、小底架的动荷系数分别取为0 1 5 、0 1 5 、0 2 和0 4 。另外，根据d 3 8 钳夹车试验测得的综合动荷系数对各底架分别进行核算，动荷 系数取为0 3 2 、o 3 2 、0 5 9 和o 8 4 。 ( 1 ) 钳形梁计算结果 钳形梁在垂直静载荷作用下，车耳孔相对于销轴的垂向位移是4 0 m m ，挠跨比是 0 6 4 9 18 0 1 18 0 ，满足刚度要求。 钳形梁最大应力发生在车耳孔处，最大合成应力为3 2 5 m p a ；其中，钳形梁下盖板 大弯角处最大合成应力为2 7 5 m p a ，均小于材料的许用应力，强度满足要求。 ( 2 ) 大底架计算结果 大底架在垂直静载荷作用下，中央断面相对于心盘的垂向位移是2 0 6 m m ，挠跨比 是0 51 3 0 0 1 3 0 0 ，满足刚度要求。 大底架最大应力发生在上盖板封板处，最大合成应力为3 3 6 m p a ，小于材料的许用 应力，强度满足要求。 ( 3 ) 导向梁计算结果 导向梁最大应力发生在端部下腹板孔边处，最大合成应力为4 0 6 m p a ，小于材料的 许用应力，强度满足要求。 ( 4 ) 小底架计算结果 小底架在垂直静载荷作用下，中央断面相对于心盘的垂向位移是7 0 9 m m ，挠跨比 是0 4 7 3 0 0 1 3 0 0 ，满足刚度要求。 ， 小底架最大应力发生在侧梁下盖板端部圆弧处，最大合成应力为3 9 4 m p a ，小于材 料的许用应力，强度满足要求。 2 4 3 整车动力学性能分析计算 对该车进行了整车动力学性能分析计算，结果表明： ( 1 ) 3 5 0 t 钳夹车的临界速度为：空车1 3 6 k m h ，重车1 5 1 k m h 。该车能够满足空车 1 0 0 k m h 、重车6 0 k m h 的速度运行要求。 ( 2 ) 3 5 0 t 钳夹车空车通过大于等于r 3 0 0 m 各种曲线时轮轨横向力、脱轨系数、轮重 减载率在限制值内。 1 2 第二章新型3 5 0 t 钳夹式货下的设计研究 空、重车通过1 8 0 m 半径曲线时应限速5 0 k m h 以下，重车侧线通过n 0 1 2 号道俞时 限速4 5 k m h 。空、重车通过各种曲线和道岔时在限速内轮轨横向力脱轨系数、轮重减 载率均在限制值内。 ( 3 ) 3 5 0 t 钳夹车空车在1 0 0 k m h 范围内，重车在6 0 k m h 范围内其运行平稳性各项指 标都满足g b t 17 4 2 6 1 9 9 8 的要求，能满足车辆正常运行要求。具体详见3 5 0 t 钳夹车 动力学性能分析计算报告。 ( 4 ) 不同整车重心高对动力学的影响 为研究整车重心高度对整车动力学的影响，该车整车重心高度分别取为2 4 0 0 m m 、 2 5 0 0 m m 、2 6 0 0 m m 、2 7 0 0 m m 、2 8 0 0 m m 和3 0 0 0 m m 几种工况。分别计算对轮重减载率 的影响情况。 通过计算可表明：整车重心越高，车辆运行在线路上时轮重减载率越大，特别在小 曲线上更为明显，因此当货物车辆重心较高时应适当限速运行。 ( 5 ) 货物重心横移对动力学的影响 为研究货物重心偏移对整车动力学的影响，该车货物横向偏心量分别取为3 0 m m 、 6 0 m m 、1 0 0 m m 、1 5 0 m m 和2 0 0 m m 。通过计算表明：应尽量减小货物重心横向偏移量， 货物重心横向偏移量应在1 5 0 m m 以内。 2 4 4 制动计算 该车装有4 套1 2 0 型货车空气制动机，每套1 2 0 型制动机配置2 个2 0 3 x 2 5 4 旋压密 封式制动缸( 总计8 个制动缸) ，每个制动缸作用于2 个轮对。制动管定压：5 0 0 k p a ； 重车制动缸压力：3 5 0 k p a 。 通过计算表明：该车在空车1 0