（机械工程专业论文）载重450t落下孔车结构设计中关键技术的研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济不断发展，国内装备制造业的迅速崛起，越来越多的大型机械设备和 军事装备在铁路上运输。而落下孔车适用于运输超限超重型货物，如变压器、发电机、 轧机牌坊、反应器、高压锅炉等，研制大吨位的落下孔车是国民经济发展的急需。该车 型具有自重轻、载重大、速度高、功能多、便于装卸的特点。在长大货车多年研制的基 础上，论文围绕我国目前载重吨位最大的4 5 0 t 落下孔车的研制，开展了一系列新的研究 工作。 论文就长大货车发展背景、趋势及意义论述，并通过对比国内、外研究现状和特点， 归纳出落下孔车研制中的关键技术的特殊性。针对4 5 0 t 落下孔车转向架、侧承梁等结构 的特殊性，对整车的车体稳定性、静强度和刚度进行了理论分析计算，通过有限元计算 对整车结构受力方案进行了优选。针对该车工艺结构进行分析，重点对4 5 0 t 落下孔车侧 承梁、转向架等结构的制造工艺进行分析，找出制造难点，提出解决措施；针对工艺分 析过程中提出的制造难点和解决措施进行制造过程中的重点控制，使产品制造质量达到 设计要求。 关键词：落下孔车；制造工艺；关键技术；有限元分析 人连交通人学l 。样硕十学何论文 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p i n go fo u rc o u n t r ye c o n o m y ，t h ei n t e r n a le q u i p m e n t m a n u f a c t u r eg r o w su pr a p i d l y ，m o r ea n dm o r el a r g e - s c a l em e c h a n i c a le q u i p m e n ta n dt h e m i l i t a r yd e v i c e st r a n s p o r to nt h er a i l r o a d b u tw e l l h o l ew a g o n i sa p p l i c a b l ef o rt h et r a n s p o r t o fo u t o f - g a u g ea n do v e r w e i g h tc a r g o s ，s u c ha st h et r a n s f o r m e r s ，g e n e r a t o r s ，r o l l i n gm i l l s ， r e a c t o r s ，a n dh i g h - p r e s s u r eb o i l e r s ，e t c d e v e l o p i n gh e a v y - d u t yw e l l - h o l ew a g o ni so n eo ft h e u r g e n tn e e d so fn a t i o n a le c o n o m yd e v e l o p m e n t aw e l l h o l ew a g o nh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so f l o wt a r ew e i g h t ，h i g ht r a n s p o r tc a p a c i t y ，h i g hs p e e d ，m u l t i f u n c t i o n a l ，a n de a s yt oa s s e m b l e a n dd i s a s s e m b l e b a s e do nm a n yy e a r se x p e r i e n c eo fd e v e l o p i n ga n dr e s e a r c h i n go n l o n g - l a r g ew a g o n s ，t h i sp a p e rp r e s e n t s as e r i e so fd e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hw o r ko fa w e l l - h o l ew a g o nw i t hm a x i m u mt r a n s p o r tc a p a c i t yo f4 5 0 t i nt h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e r ，ab r i e fr e v i e wo ft h er e s e a r c hs t a t u so fw e l l - h o l ew a g o n b o t hd o m e s t i c a l l ya n da b r o a di sf i r s ti n t r o d u c e d t oc o n t r a p o s et h ep a r t i c u l a r i t yo f4 5 0 t w e l l h o l ew a g o n ，t h i sp a p e rh a sr e a s o n i n g l ya n a l y s i s e da n dc o m p u t e ds t a b i l i t y ，s t a t i cs t r e n g t h a n dr i g i d i t yo ft h ew h c r l ew e l l - h o l ew a g o n ，a c c o r d i n gt oi t sp a r t i c u l a rc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e o p t i m i z a t i o n o f t h i sm o d e l a f t e ra n a l y z i n ga n dp i n p o i n t i n gt h ek e yi s s u e si nt h e m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g i e sa n da s s e m b l i n gp r o c e s s e so ft h es i d el o a db e a r i n ga s s e m b l e ，i t p r e s e n t ss o l u t i o n s ，w h i c hi n c l u d e st h ec o n t r o l l i n go fk e yp r o c e s s e sd u r i n gm a n u f a c t u r i n ga n d a s s e m b l i n g ，t ob r i n gt h ep r o d u c tq u a l i t yt ot h el e v e ld e f i n e di nt h ed e s i g ns p e c i f i c a t i o n k e yw o r d s ：w e l l h o l ew a g o n ；m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ；k e yt e c h n i q u e y ；f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s i j 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，也不包含为获得太整銮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。 学雠文储鲐衫易 日期：2 0 0 9 年0 6 月1 0 日 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太整銮通太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整銮通太堂。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。 本人授权太整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) 学位论文作者张秘防 日期：2 0 0 9 年0 6 月1 0 日 导师签名： 嘲呼 龟墨金巍 月 厂。日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：铁道部驻齐齐哈尔机车车辆验收室电话：0 4 5 2 2 9 3 8 5 6 0 通讯地址：齐齐哈尔室中华东路1 0 号邮编：1 6 1 0 0 2 电子信箱：j a u n t y c a t 1 6 3 c o m 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景 我国改革开放以来，国民经济不断增长，电力、冶金、军事装备、石油化工等行业高 速发展。一些外型复杂、体积庞大、重量达几百吨大型设备的在铁路上运输。这些运输 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【1 】。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。 长大货物车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，即落 下孔车、钳夹车、双联平车、长大平车、凹底平车。 ( 1 ) 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。1 2 】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，我国从德国进口了四种类型的落下孔车，包括d 1 6 型载重1 1 0 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 。这些车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 3 1 1 9 6 9 年我过自行设计制造的d 1 7 型载重1 5 0 t 落下孔车， 落下孔尺寸为1 0 2 0 0 m m 2 3 0 0 m m ，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，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。 ( 2 ) 钳夹车 钳夹车是可将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。1 4 】其特点是具有独特的超限运输能力，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。钳央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。我围目前拥有5 种型号的钳央车共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 5 j 我国先后于1 9 5 9 年设计制造了第一台d 2 0 型载重2 8 0 t 钳夹车，钳央宽度( 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；1 9 7 5 1 9 7 8 年f u j 设计制造 了d 3 5 型3 2 轴载重3 5 0 t 、d 3 5 型2 4 轴载重2 8 0 t 钳央车各1 辆。该车采用了内、中、 人造交通人学i ：稃硕十学何论文 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。由于国内钳夹车 仍存在着自重大、载重小、数量少、运行速度低、过桥需限制等问题，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。1 9 9 6 年齐厂与四方所、铁科院合作研制了d 3 8 型钳夹 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。【6 】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 乙稀心盘衬挚等新技术，钳央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。 ( 3 ) 双联平车 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0 3 0 型载重3 7 0 t 的双联平车。1 7 1 其特点是使用时，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。该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。【8 】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。 ( 4 ) 长大平车 为解决长钢轨、长型钢、桥式起重机构架、锅筒、以及化工反应器等部件的运输问 题，我国自主设计了一系列长大平车。1 9 j 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1 5 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 等各型长大平牟。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 年问设计 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。l l o 】长大平车主要用于装运 高度不是很高而长度较长的货物。 ( 5 ) 凹底平车 底架沿车辆纵向旱凹形面的这类长大货物车称为凹底平车。【1 1 】该类车辆具有结构简 单、使用方便、运行安全可靠、适运货物范罔广等优点。可供装运拖拉机、履带起重机、 2 第一章绪论 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 9 年以来至7 0 年代间，我国已白行设计制造了1 0 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 1 0 t 等。 问隔十多年后，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 、d 3 2 型载重3 2 0 t 凹底平车相继问世。【1 2 l 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 3 2 0 t 的大型 货物。 1 2 国内外落下孑l 车现状 ( 1 ) 国内落下孔车现状 改革开放以来，为解决大型电站设备，大型轧机设备，以及引进大型化肥设备的要 求，铁路长大货物车有了长足的发展。尤其是近十年来，随着经济体制改革的深化， 市场经济的发展，车辆设计、制造人员在长大货物车设计、工艺方面水平的不断提高， 以及各种新技术、新材料、新结构的引进，铁路长大货物车的发展进入了一个新阶段。 【1 2 】近年来，尽管我国落下孔车有了一定的发展，但也存在着大吨位车数量少、载重不足 等问题，其性能难以适应国民经济发展的要求，有必要研制自重轻、载重大、速度高、 功能多、落下孔长度大、便于装卸，尽量与我国铁路桥梁实际承载能力及限界等相适应 的新型大吨位落下孔车。 ( 2 ) 国外落下孔车现状 在近2 0 年来，发达国家的基础工业特别是冶金、电力等行业已经发展到相对稳定 期，企业改建或扩建项目较少，使得货源及运输这类货物的车辆数量相对较少，特别是 运输轧机机架类的落下孔车数量更是很少，载重吨位也不是很大。1 1 3 j 大吨位机架通过公 路运输，也是导致铁路落下孔车数量少的原因。德国制造的载重1 4 0 t + 落下孔车，自重 5 5 5 t 、轴数1 0 轴；前苏联落下孔车轴数一般为4 轴8 轴，载重为3 0 - - 一1 2 0 t 。其中， 载重1 2 0 t 车的落下孔车轴数为8 轴，落下孔宽度为2 4 2 0 m m ，长度为1 0 8 0 0 m m ；美国 铁路有8 轴载莺1 1 4 t 的落下孔车等。【1 4 j 另外，其它车型如钳央车也可通过侧承梁方式 运输一些轧机机架，这也是国外专用落下孔车数量少的原因。国外这些落下孔车由于载 重吨位较小，因此，在材料上基本选用了普通钢材，车辆的构造速度是：空车8 0 1 0 0 k m h ，重车6 0 k m h 以e 。 3 人连交通人学1 ：袢硕十学付论文 1 3 国外铁路长大货车发展特点 ( 1 ) 以市场需求为导向 德国非常愿意为用户提供各类符合用户愿望和市场需要的长大货物车。【1 5 l 例如：德 国铁路在大功率变压器的运输领域始终占据主导地位，在德国铁路决定研制和制造载重 5 0 0 吨的钳夹车后，德国机电部门才决定开发最大功率变压器，并取得在这一领域的世 界主导地位。许多产品可以证实生产可能性与运输可能性之间的相互作用。也就是说， 只有解决了产品能够运往安装和使用地的运输问题之后，才能设计和生产投资货物， 才能使货物朝更大的方向发展。 ( 2 ) 开发长大货车的各种承载方式 对于用钳央车运输的货物可以选择不同的承载方式。通常采用“端盖”方式、贯通 梁方式、“托钩 方式、侧承梁等运输方式以满足各种大型和超大型设备的运输要求。 ( 3 ) 设计制造技术先进 德国铁路的长大货物车设计与制造表明：其长大货物车技术居世界领先地位。德国 所拥有的各型长大货物车完成了许多重型设备运输，保证了国家重点建设的顺利实 施。其技术特性，如结构形式、液压均衡装置、地板面高度、装货宽度、内导向及侧移 装置、提升装置，对各国长大货物车的技术发展有重大影响。i l 6 】 ( 4 ) 提高长大货车载重能力 1 9 7 9 年，克虏伯公司为美国某公司提供了1 辆载重8 0 0 吨的钳夹车，用于笨重压力 容器的运输。它是目前世界上最大的铁路货车，车辆长度达到1 0 7 米，经过试验证明， 该车在现有线路上运行是安全的，并且基本达到了设计要求。i l r l 法国的长大货物车研制水平也较高。1 9 6 7 年法国工业专用公司为了运输6 0 万千瓦发 电机定子，研制了载重3 7 7 t 车，同时又研制载重5 1 0 t ( 不包括钳形梁重量) 钳夹 车；1 9 7 1 年又为原东德制造了载重5 0 0 t 运输变压器的钳夹车。 ( 5 ) 卜断完善长大货车车种 俄罗斯的长大货物车按结构可分为6 种，即长大平车、凹底平车、落下孔车、半 落下孔车、跨装平车和嵌夹车。所谓半落下孔车，是指侧梁上平面中部做成下凹的一种 落下孔车，以便于货物在横向和纵向的加固。长大货物车的轴数为4 轴 - 3 2 轴，载 苇为5 5 t 5 0 0 t 。1 1 8 j ( 6 ) 提高运行速度 在大件运输发展中，各国都认识到提高车辆的运行速度是降低大件货物运输成本， 提高运输效率的有效手段。目d 仃，俄罗斯、德国、奥地利等国都进行了这方面的尝试。 4 第一章绪论 俄罗斯计划将超限重车的运行速度由8 0 k m h ，提高到9 0 k m h ，德国、奥地利5 0 0 t 钳夹 车的空车构造速度为9 0 1 0 0 k m h ，重车最高速度已达到6 5 9 0 k m h 。 1 4 国家重点工程建设市场需求 目前，全球化工行业j 下处在历史上的第三个盈利周期中，由2 0 0 1 年见底回升，国内 化工行业继2 0 0 3 年一2 0 0 4 年经济效益创出历史新高后，2 0 0 6 年中国化工行业将继续快 速发展，一批大型化工项目如神华集团煤制油项目( 总规模为年产油品3 0 0 万吨，计划 2 0 0 7 年1 0 月投产) 、宁东能源重化工基地( 位于宁夏东部) 等项目已经或开始建设：冶金 工业“十五”规划中明确上海宝钢集团公司、鞍山钢铁集团公司、武汉钢铁( 集团) 公司、 首钢集团等企业，必须通过联合重组和技术改造，形成完整的、具有低成本、高效率并 能达到国际同类产品质量水平的现代化生产线，生产高技术含量、高附加值产品，在国 内市场上有较强的竞争力。i l 州 国家统计局发布，中国g d p 总量排名已连续多年稳居世界第六或第七。同时中国人 均g d p 已达1 2 6 9 美元，步入人均g d p 超过1 0 0 0 美元的重要发展阶段。但是我国 g d p 的绝对量和人均量与发达国家仍有很大差距。我国2 0 0 4 年g d p 总量只相当于美国 0 3 年的1 5 ；日本0 3 年的3 8 5 ；中国人均g d p 更是无法与发达国家相比，就算与已 经经历了二十多年衰退的同本相比，我国人均g d p 只相当于日本0 3 年人均值的约1 2 6 而已，g d p 的增长的绝对量来说，也是差距甚远。如我国的年均增长量只相当于美国的 十分之一，即我们所迈出一步的长度只相当于美国的十分之一。 2 0 j 未来若干年内中国仍 是世界公认的最具活力和发展希望的经济体。2 0 0 6 年至2 0 1 0 年，我国年平均潜在经 济增长能力在也8 左右。按照我国的发展目标，国内生产总值到2 0 1 0 年将比2 0 0 0 年翻一番，即年均增长7 2 。 改革开放日益加深，国民经济的快速发展，特别是近几年电力市场火爆，大型发电 设备产量剧增，大件货物运输的市场需求旺盛。随着我国东北老工业基地改造和西部大 开发等发展战略的实施，国家加大基础设施建设的力度，使得电力、机械、化工大型装 备运输需求旺盛。从国家发改委、刚家电网公司得到信息：今后全国的发电设备生仍然 是平稳增长的趋势。以电力行、i k 为例，为缓解同益紧张的电力供需矛盾，根据新编制的 电力工业巾、长期发展规划，调整电力结构，大力发展核电，大力发展水电。目前国 内装机容量已达到4 4 亿千瓦。预汁2 0 1 0 年全国发电装机容量将达到6 6 6 亿千瓦左右， 其中水电1 6 4 亿千瓦( 含抽水蓄能1 5 4 0 万千瓦) 、占2 4 6 ，煤电4 4 5 亿千瓦、占6 6 8 ， 核电1 2 8 2 万千瓦、占1 9 ，气电3 3 8 0 力千瓦，新能源发电1 0 0 0 力千瓦。2 0 0 4 年到2 0 1 0 年的7 年问，平均每年投产发电设备的装机容量为3 7 0 0 万千瓦，年平均增长7 8 ；到 5 人连交通人学f ：种硕十学位论文 2 0 2 0 年将达到旷9 6 亿千瓦，平均每年新增2 5 0 0 - - - 3 0 0 0 万千瓦。此外，我国计划在1 5 年内建设约4 0 座核电站，核电装机容量将达到4 0 0 0 万千瓦，占全国电力装机总量的4 左右。输配电方面，目前国家电网公司和南方电网公司正在抓紧建设长江过江输电渠道； 东北至华北、川渝至华中二通道、云贵至广东、三峡至广东和蒙西至京津唐等地的5 0 0 千伏交直流输变电工程。目前，国家电网公司将以超前发展特高压电网为核心的输变电 系统建设，解决电源电网投资失衡的矛盾。2 0 0 5 年国家电网公司对电网建设投资为 1 0 7 0 亿元。有关资料显示：2 0 0 5 年至2 0 2 0 年前后，国家电网公司将以8 0 0 千伏直流、 1 0 0 0 干伏交流特高压电网为核心，以晋、陕、蒙、宁煤电基地和西南水电基地开发为前 提，构建华中、华北同步的核心电网，最终形成交流特高压“四横六纵”多受端的环网 结构。【2 1 】与此同时，南方电网公司也正在全力以赴加快特高压工程的前期准备工作。2 0 0 5 年以后，将以三峡工程为核心，以华中电网为依托，向东西南北四个方向辐射，建 设东西南北四个方向的联网和输电线路，同时不断扩大北中南三个主要西电东送通道 规模。仅电力行业一家，每年即可增加大件装车3 0 0 多车。再考虑到钢铁、机械、石油 化工等行业相应发展，必将带动的大件货物运量的增长。 对大件运输市场的把握和判断，是基于大量较为详尽的调查研究，经过认真分析， 并且剔除一些可变因素所作出的。因此，我们认为除了战争或重大自然灾害等不可抗力 的影响之外，国家经济建设的发展是必然的，大件运输市场的平稳增长也是国家基础设 施建设的大势所趋。应该说今后几年是我国大件运输市场货源充足、运量饱满，经营空 i 日j 非常广阔的重要发展期，所以，迅速发展铁路长大货车装备是当务之急。 1 5 新型铁路长大货车研制的必要性 ( 1 ) 从我国铁路大车的现状和存在的问题看其必要性 在1 9 9 4 年以前，我国铁路共有d 型车3 8 8 辆，资产不足1 个亿。经过十几年发展， 新造长大货车1 2 7 辆，改造5 7 辆，使长大货车资产不断得到优化，发展到今天固定资 产已达到3 、2 亿元。现拥有长大货车3 9 5 辆，从6 0 吨至3 8 0 吨。总载重能力己近6 万吨。 有钳夹车、凹底平车、落下孔车、长大平车、双联平车5 个车种，3 2 个车型。其中d 2 6 a 2 6 0 吨组合式平车，还可拆开为两个1 3 8 吨平车。还有d 3 2 型车实现了一车两用，既可作 3 2 0 吨凹底平车使用，又可作3 5 0 吨落下孔车使用。落下孔车的孔长已由老d 1 7 型车的 4 6 米增至d 1 7 a 的1 2 5 米和3 5 0 吨落下孔的1 4 米。这些车辆承担着国内大型和超大型 设备繁重的运输任务。 ( 2 ) 从铁路大件运输重要意义看其必要性 6 第一章绪论 大件货物运量虽然在铁路总运量中占的比例很小，但在铁路运输系统中占有重要位 置。他们中的大部分是国家重点工程项目建设的关键设备，这些货物能否安全、迅速的 运到目的地，不仅对整个国民经济的发展将产生重大影响，而且具有非常重要的政治意 义。【2 2 】要保证国家重点工程项目运输，铁路长大货车装备是重要基础。铁路长大货车是 完成大型设备运输，保证国家重点工程建设的重要运输工具。 铁道部十分重视长大货车的新造、改造工作，把提高长大货车装备水平，保证市场 用车，保证大件运输安全当作一件大事来抓。近年来，铁路长大货车存在的相对落后、 老化、运行速度低的问题，与市场需求的矛盾日益突出，加之各种运输方式之间的竞争 日趋激烈，尤其是高速公路的快速发展，铁路在大件货物运输市场中的地位面临严峻挑 战。1 2 3 j 原因是： 老型车构造落后，检修困难。现还有滑动轴承车8 0 多辆，占车辆总数的2 0 多， 这些车在运用检修中受到限制。轴承、油润等配件缺少，损坏无法更换，严重地影响了 车辆的运用率。 车辆构造速度低。现有的车型中，只有少数车型的构造速度达到1 0 0 k m h ；其余 构造速度仅为8 0 k m h ；而构造速度在8 0 k m 以下的车型还存在，严重影响货物运输和空 车周转。 部分车型过于陈旧，早己超过使用年限。目前超过使用年限的车占车辆总数3 0 多，亟待更新。 个别车种系列化程度差随着国民经济飞速发展，产品种类不断增加，现落下孔 车只有1 5 0 t 、1 5 5 t 、2 5 0 t 和3 5 0 四种车型，不能形成系列。其中1 5 0 吨与2 5 0 吨车过于 陈旧，均为滑动轴承，难以满足不同吨位产品的运输需要。 部分车辆过桥性能差。例女1 ：i ：d 2 型大车因自重较大，过桥受到限制，只好减载使 用，不能充分发挥作用；d 3 5 型钳夹车，自重大，运行速度低，过桥受到限制，因此该 车长期闲置，造成车辆资源的浪费。 车辆配件的通用性差。d 型车“台、连、制”等配件繁杂，几乎一车一样，有的 车型相同，配件也不能互换使用，不利于车辆检修，影响车辆运用。 针对上述问题，结合市场的需求，就要求我们抓紧改善长大货车装备现状，加快新 造、改造车步伐，多研制和改造适应市场需求的新车，替代老型车。借助幽外铁路长大 货车研制方面的经验，使长大货车装备水平和能力上一个新的台阶。 7 人近交通人学i ：科硕+ 学何论文 1 6 本文主要研究内容 载重4 5 0 t 落下孔车是国内外载重吨位最重、落下孔尺寸最大的落下孔车。该车载重 4 5 0 t 、自重2 0 2 t 、落下孔长尺寸1 6 1 m ，车辆长度近7 0 m 。主要由侧承梁、导向梁、大、 中、小底架、转向架等共3 0 个刚体元件组成。由于结构的特殊性，该车侧承梁的研制 开发和制造的关键技术是本文研究的重点问题。主要研究内容如下： ( 1 ) 4 5 0 t 落下孔车整车结构受力分析。 ( 2 ) 4 5 0 t 落下孔车整车稳定性分析。 ( 3 ) 4 5 0 t 落下孔车整车静强度、刚度有限元分析。 ( 4 ) 4 5 0 t 落下孔车侧承梁的关键制造技术。 由于钢结构主要板材件采用德国进口的d i l l i m a x 6 9 0 t 、日本进口的w e l t e n 7 8 0 a 和国产h g 7 8 5 e 可焊高强钢，这三种高强钢的焊接质量是影响该车承载性能结构强度的 关键坏节，特别是德国d i l l i m a x 6 9 0 t 高强钢、国产h g 7 8 5 e 高强钢是在特种货车上首次 应用，为保证钢结构的制造质量带来很大的难度。 组装工艺难度大。该侧承梁外形尺寸达4 1 6 0 0 x 2 9 6 0 x 3 3 0 ( m m ) ，其中弯角处处 隔板集中，封闭处要求全部施焊。所有板材拼接焊缝全部要求超声波探伤检查，面临着 近4 2 米板材件组装的恶劣工况，如何确定合理的组装方式，确保侧承梁组成后的质量， 避免产生扭曲等其它变形，做到万无一失至为关键。 钢结构组件设计要求高。侧承梁：两侧承梁销孔中心距之差2m m ；两侧承梁 中部上平面高度差5m m ；侧承梁端部下平面7 0 0 m m 范围内平面度小于1 m m 。 ( 5 ) 2 e 轴转向架构架制造 部件质量要求高。侧梁、枕梁要求所有隔板与上盖板的间隙不大于0 5 m m ，与 下盖板密贴。腹板与上、下盖板的垂直度不大于l m m ，枕梁心盘面与旁承座面间平面 度为0 5 m m ，侧梁轮对处平面度为l m m 。而且两个部件的上、下盖板为多折点压型件， 即要控制其压型角度，又要控制其装配空i 日j 尺寸。如此要求在车辆制造行业并不多见， 给零部件的制造带来较大的困难 导框组焊后整体尺寸要求精。导框与枕、侧梁形成的钢构架组焊后，要求其固 定轴距对角线之筹不大于l m m ，两侧同轴位轴箱导框这中心偏差不超过l m m 。如此相 互制约、高精度的制造要求，如何与其进行匹配制造，确定合理的制造工艺至为关键。 本章小结 介绍了课题的研究背景及落下孔车的发展历程，论述了课题的研究意义，在对比分 析了国内外落下孔车现状、特点的基础上，提出了本文的主要研究内容。 8 第+ ：章4 5 0 t 落_ 卜孔车整下结构受力分析 第二章4 5 0 t 落下孑l 车整车结构受力分析 2 1 载重4 5 0 t 落下孔车的方案研究 为满足国民经济的发展，提高铁路在大件货物运输的竞争力，解决现有载重3 8 0 t 钳央车不能运输重量为4 0 0 t 左右的5 m 、5 5 m 轧机机架的货物问题。根据铁道部科技研 究开发计划课题合同的安排，进行了充分的市场调研，并借鉴了国外长大货车的设计理 论，提出了载重4 5 0 t 落下孔车设计方案。 ( 1 ) 载重4 5 0 t 落下孔车主要参数选取 载重 5 m 轧机机架单片重量在3 9 7 t - , 4 0 7 t 之间，5 5 m 轧机机架单片重量在4 2 0 t 左右。5 m 、 5 5 m 轧机机架外型尺寸及重量见表2 1 所示。考虑到各机架装载加固装置重量约为5 t ， 新型落下孔车载重吨位最小应达到4 2 5 t ，方能满足目前5 m 、5 5 m 轧机机架的运输需要。 同时考虑到车辆载重应留有一定的储备，给未来货物运输留有一定的空间，该车载重定 为4 5 0 t 。 表2 1 轧机机架重量及长度 t a b l e2 1w e i g h ta n dl e n g t ho fr o l l i n gm i l l 生产厂家 重量( t )长度宽度高度( m ) 数量备注 第一重型机械厂4 1 31 5 9 1 0 x 2 3 x 4 6 72 片5 m 轧机机架 第一重型机械厂 4 2 01 5 9 1 0 x 2 3 x 4 6 72 片5 5 m 轧机机架 第二重型机械厂3 9 71 5 x 2 3 x 4 92 片5 m 轧机机架 轴数及轴重 根据现行中- - 2 2 桥梁活载标准及目的铁道部发展7 0 t 级通用车的技术政策，车辆轴 重以不超过2 5 t 为宜o 通过方案设计及车辆结构优化，该车载重4 5 0 t 时，采用2 8 轴结 构型式，实际轴重2 3 3 t ，采用1 4 组成熟的2 e 轴构架式转向架。 落下孔尺寸 落f 4 l 尺寸是落下孔车运输能力的一个重要指标，落下孔尺寸越大，适应性越强。 而落下孔尺、j 过大，车辆超限运输的能力也随之下降。由表2 1 看出，5 m 、5 5 m 轧机 机架长度在1 6 m 以内，最大宽度为2 3 m 。综合考虑车辆的运输能力、曲线通过能力、 过桥速度及运输货物的实际情况，落下孔尺寸长度为1 6 1 m 、宽度2 3 5 m ，可以满足5 m 、 5 5 m 辱：l s j l 机架及一些重型机械的运输需要。 9 人连交通人学i ：利硕十学何论文 商业运营速度 我国现阶段新型长大货物车的空车最高商业运营速度是9 0 - - - 1 0 0 k m h 。其中，d 3 8 型钳夹车速度空车为9 0 k m h 、重车5 0 k m h ；d 3 2 型凹底车及其组合后的载重3 5 0 t 落下 孔车空车速度均为1 0 0 k m h 、重车5 0 m h ；为适应当前铁路客运高速，货运提速的发展 趋势，减少大件运输时对线路的干扰时间，提高运输效率，该车商业运营速度确定为空 车1 0 0 k m h 、重车5 0 m h 。 过桥速度和车辆长度 该车的设计原则：以目前5 5 m 轧机机架运输为主，兼顾满载4 5 0 t 时能够限速通过 最不利桥梁。通过优化轴距、轴群距及主要钢结构，在车辆长度约为6 9 5 8 m 、自重2 0 2 t 情况下，进行通过桥梁的检算。结果表明：该车通过最不利的桥梁是3 2 m 桥跨的混凝土 桥梁；在载重4 1 2 t 即运输5 m 轧机机架时，车辆最高过桥速度为3 1 k m h ；在载重4 2 5 t 即运输5 5 m 轧机机架时，车辆最高过桥速度为2 1 k m h ；在满载重4 5 0 t 时，车辆最高过 桥速度为6 k m h 。 ( 2 ) 主要性能参数及尺寸 主要性能参数 载重(t)450 自重( t ) 2 0 2 总重( t ) 6 5 2 自重系数 o 4 5 轴数( 根) 2 8 轴重( 实际，t ) 2 3 2 9 每延米重( t m ) 空车 2 9 重车 9 3 7 转向架群 1 2 5 。 车钩中心线高(mm)880 通过最小曲线半径( m ) 1 8 0 商业运营速度( 按超规办理，k m h ) 空车 1 0 0 重车 5 0 限界：空车均符合g b l 4 6 1 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。 1 0 第：章4 5 0 t 落卜孔车整下结构受力分析 主要尺寸 车辆长度( m m ) 车辆宽度( r a m ) 车辆高度( m m ) 侧承梁心盘足e ( m m ) 大底架心盘距( m m ) 端部中底架心盘距( m m ) 中部中底架心盘距( m m ) 小底架心盘足e ( m m 、 内导向距( m m ) 落下孔长度( m m ) 落下孔宽度( m m ，可调) 转向架 轨距( r a m ) 固定轴距( m m ) 轮径( m m ) 轴颈中心距( m m ) 下心盘直径( m m ) 心盘面高( m m ) 空车 重车 弹簧刚度( m n m ) 空车 重车 弹簧静挠度( m m ) 窄车 重车 当量 ( 3 ) 主要结构及材料 6 9 5 8 0 3 0 0 0 4 3 9 0 4 0 9 0 0 1 4 2 5 0 4 8 2 5 6 6 0 0 3 2 5 0 3 2 5 0 0 1 6 1 0 0 1 4 5 0 2 3 5 0 1 4 3 5 1 7 5 0 8 0 0 1 9 8 1 d 3 7 5 载重4 5 0 t 落下孔车主要由侧承梁、导向梁、大底架、中底架、小底架、1 4 组2 e 轴 转向架、侧移及导向装置、液压旁承装置、调宽装置、空气制动装置、手制动装置、车 钩缓冲装置、称重装置及全球卫星定位系统等部分组成。 5 9 9 您 6 6 9 工1 o 6 5 6 6 8 1 2 4 3 人连交通人学l ：程硕十学位论文 侧承梁、导向梁、大底架、中底架、小底架主要承载部件采用屈服强度为6 8 5 m p a 的国产高强度可焊结构钢或进口w e l - t e n 7 8 0 a 高强度可焊结构钢。转向架构架采用屈 服强度为3 4 5 m p a 的国产q 3 4 5 e 低合金结构钢。 侧承梁由上、下盖板、腹板、隔板等组焊成变断面箱形梁。中部上、下盖板厚 6 5 m m ，两端厚3 0 m m ，腹板厚1 6 m m 。 导向梁主要是由导向梁腹板及侧板、端部上下盖板及腹板、等分撑杆座、导向 销套管等组焊而成的t 型梁。 大底架为全封闭不对称组焊结构。主要由侧梁、小枕梁、大枕梁、大横梁、辅 助梁、导向销座及上下封板组焊而成。侧梁、大枕梁、小枕梁均为箱型组焊结构，大横 梁由上、下盖板、腹板组焊成工字型结构，辅助梁为工字型组焊结构。 中底架包括端部中底架和中部中底架。端部中底架主要由中梁、小枕梁及大枕 梁组焊而成；中梁由上、下盖板、2 块纵向腹板及隔板组焊成变断面箱形结构。大、小 枕梁均由上、下盖板、腹板组焊为变断面箱型结构；中部中底架主要由侧梁、小枕梁及 大枕梁组焊而成；侧梁由上、下盖板、腹板及隔板组焊成变断面箱形结构；大、小枕梁 均由上、下盖板、腹板及若干隔板组焊成箱型组焊结构。 小底架包括端部小底架和中部小底架。中部小底架主要由中梁、小枕梁及大枕 梁组焊而成。中梁由上、下盖板、纵向腹板及隔板组焊成变断面箱形结构，大、小枕梁 均由上、下盖板组焊为变断面箱型结构；端部小底架主要由牵引梁、中梁j 小枕梁及大 枕梁组成而成。其中牵引梁部位由上下盖板、腹板组焊成箱形结构，其余与中部小底架 相州。 全车采用1 4 组焊接构架式2 e 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。构架采用整体焊接结构，主要由枕梁和侧梁组焊 而成。采用5 0 钢车轴，车轴中部采用e 型轴轴身，轴承座部采用与f 型滚动轴承配套 结构，车轮为e 型轮，轮径为谚8 0 0 m m 。轴承为f 型6 秽x 1 2 ”滚动轴承，下心盘上加装 含油尼龙心盘磨耗盘，基础制动采用滑槽式弓形制动梁及新型高摩闸瓦。 起升装置由作用在人心盘上的二组柱塞式油缸及油泵等组成。油缸内径为 0 3 6 0 m m ，油缸的额定压力为2 5 m p a ，升降幅度为3 5 0 m m 。该起升装置动力采用外接电 源驱动油泵对起升装置提供动力。 空气制动装置采用2 套空气制动装置。每套空气制动装置控制车辆一端的转向 架群。采用制动主管压力满足5 0 0 k p a 和6 0 0 k p a 的制动装置，主要由1 2 0 型控制阀、直 径为2 0 3 m m 的整体旋压密封式制动缸、s t 2 2 5 0 型双向闸瓦问隙自动调整器等组成， 1 2 第二章4 5 0 t 落i - - 孑l 车整下结构受力分析 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。 车钩缓冲装置采用e 级钢材质的1 3 a 型上作用车钩，配套使用e 级钢材质钩尾 框，合金钢钩尾销，m t - 2 型缓冲器。 调宽装置主要由上拉杆、下压杆、端部调整杆、等分撑杆及连结销等组成。各 杆均为梯形螺纹，手动操纵无级调整落下孔宽度。 ( 4 ) 新材料、新结构、新技术的采用 为减轻车辆自重，该车车体主要承载部件：侧承梁、导向梁、大底架、中底架 及小底架均采用屈服强度为6 8 5 m p a 的高强度可焊结构钢；转向架构架采用屈服强度为 3 4 5 m p a 的国产q 3 4 5 e ( 1 6 m n 桥梁钢) 低合金结构钢。 该车采用纵向补偿装置即液压纵向连通旁承，其结构主要由安装在导向梁大梁 的液压油缸及纵向连通的管路组成。其主要作用是：当车辆在缓和曲线上行