（车辆工程专业论文）新型家畜车设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 现用的j 5 、j 6 型家畜车，存在速度低、轴重利用率低、技术指标落后、 无粪便收集装置等问题。其中商业运营速度低不适应铁路货运进一步的大面 积提速，与新造货车商业运营速度1 2 0 k m h 不匹配；无粪便收集装置不符合 国家不断加强环保、防疫工作的发展趋势。 本文结合国内外家畜车的现状，以及客户对家畜车提出的新要求，在四 种新型家畜车设计方案中确定了一种相对优化的设计方案，该方案在功能上 着重满足提高运行速度、加装粪便收集装置、改善押运间条件、采用封闭钢 地板、减少粪便污物对车体的腐蚀的要求；并预留了将来加装发电装置以及 粪便处理装置的空间。 本文对确定的设计方案进行了工程设计，对该方案的技术参数进行了详 细的分析。整体钢结构基本参照既有家畜车结构，改善了车体局部钢结构设 计：通过采用经过抽簧处理的转k 2 转向架、1 2 0 型货车空气控制阀等空气制 动装置等提高了家畜车的运行速度；通过增加车辆长度，提高了载重量、轴 重利用率和每延米载猪的头数；通过加装粪便收集装置，实现了全程粪便污 物的收集；通过在押运间加装便器、增加排风扇、日光灯、增加押运间保温 层厚度等设计，改善了押运人员的生活条件；通过增加货运间项保温层的厚 度，以及增加水箱容积，使降温用水储存量增加等改善了货运间家畜的生活 环境；在材料的选用方面也采用了耐腐蚀性材料，提高了家畜车的使用年限。 本文对所设计的新型家畜车进行了有限元结构强度分析计算，计算使用 的软件是著名的美国s d r c 公司的i d e a s ( 1 0 1 ) 。计算分别建立了两个计算模 型：模态分析建立了整体结构分析模型；其它载荷工况建立了i 2 结构分析 模型。计算结果在垂直静载荷作用下，家畜车车体侧梁中央的最大垂向变形 为8 9 3 m m ，中梁中央的最大垂向变形为9 6 4 m m ，即家畜车车体整体刚度满足 t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 的要求。在四种计算工况作用下，各工况的最大y o nm i s e s 应力均未超出0 9 v 和0 9 c u p t i r e b 的许用应力，车体能够满足运行的强度需 要。计算结果表明，该车车体的强度和刚度均满足设计要求。在文中对该设 计还进行了制动初速度为1 2 0 k m h 的制动距离、通过驼峰能力等参数的计算。 关键词：家畜车；结构设计；结构强度分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 f 页 a b s t r a c t v a r i e t yo fp r o b l e m sl i e si nt h ee x i s t i n gj 5o rj 6t y p eo fl i v e s t o c k c a r s s u c ha s ，l o ws p e e d ，l o wu t i l i z i n gr a t eo fa x i sw e i g h t ，b a c k w a r d t e c h n i c a li n d e x e s ，w i t h o u te x c r e m e n tc o l l e c t i n gd e v i c e ，e t c t h e t r a v e ls p e e di st o ol o wt oa d a p tt ot h el a r g es c a l es p e e d u po fr a i l r o a d f r e i g h t t r a n s p o r t a t i o no rm a t c ht h et r a v e ls p e e do f 1 2 0k m ho f n e w - m a d ec a r ：w i t h o u te x c r e m e n tc o l l e c t i n gd e v i c e ，i td o e sn o ta d a p t t h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft h a tt h ec o u n t r yi s i n c r e a s i n g l y s t r e n g t h e n i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n de p i d e m i cp r e v e n t i o n b a s e do nt h ep r e s e n ts t a t eo f1i v e s t o c kc a rh o m ea n da b r o a d ，a n d r e q u i r e m e n t so fn e w t y p e1 i v e s t o c kc a rr a i s e db yc l i e n t s o n et h a t i sb e t t e ro p t i m i z e di ss e l e c t e df r o mt h ef o u rd e s i g np r o p o s a l s i n s e l e c t e dd e s i g n ，t h et r a v e ls p e e di si n c r e a s e d ，e x c r e m e n tc o l l e c t i n g d e v i c ei se q u i p p e d ，t h ec o n d i t i o no fs u p e r v i s i n gr o o mi si m p r o v e d ， a n da i r t i g h ts t e e lf l o o ri sa d o p t e dt od e c r e a s et h ec o r r o s i o nt ot h e c a rb o d y ，a sw e l la s ，s p a c ei sl e f tf o re q u i p p i n ge l e c t r i c i t yg e n e r a t o r a n de x c r e m e n tc o ll e c t i n gd e v i c ei nf u t u r e i nt h i sp a p e r ，d e s i g nw o r ki sm a d eo nt h es e l e c t e dp r o p o s a l a n d d e t a i la n a l y s i si sm a d eo nt h et e c h n i c a lp a r a m e t e r s i n t e g r a t e ds t e e l s t r u c t u r ei sd e s i g n e db a s e do nt h ee x i s t i n g1 i v e s t o c k c a r s ，a n dl o c a l s t e e ls t r u c t u r eo fc a rb o d yi sp r o v e d t h et r a v e ls p e e di si m p r o v e d b ya d o p t i n gk 2t y p eb o g i ew h o s es p r i n gi sp a r t l yt a k e no u t ，a n dm a k i n g u s eo fa i r b r a k i n gd e v i c e ，e g a i r c o n t r o lv a l v eo f1 2 0 t y p eo f r o l l i n gs t o c ke t c t h el o a dc a p a c i t y ，u t i l i z i n gr a t eo fa x i sw e i g h t a n dt h en u m b e ro fl o a d e dp i g sp e rm e t e ri si m p r o v e db yi n c r e a s i n gt h e l e n g t ho fc a r c o l l e c t i n ga 1 1t h ew a s t ei sr e a l i z e db ye q u i p p i n gt h e e x c r e m e n tc o l l e c t i n gd e v i c e l i v i n gc o n d i t i o n so fs u p e r c a r g oi s i m p r o v e db ye q u i p p i n gt o i l e t ，v e n t i l a t o r ，a n df l u o r e s c e n tl a m p ，a s w e l la si n c r e a s i n gt h et h i c k n e s so fi n s u l a t o rl a y e ri ns u p e r v i s i n g r o o m c o n d i t i o no f1 i v e s t o c kv a ni s i m p r o v e db yi n c r e a s i n g t h e t h i c k n e s so fi n s u l a t o rl a y e ri n1 i v e s t o c kv a na n de n l a r g i n gt h e c a p a c i t yo fw a t e rt a n kt oi n c r e a s et h ew a t e rc o n s u m p t i o nf o rc o o l i n g t h ev a n a n t i c o r r o s i o nm a t e r i a li sa d o p t e dt op r o l o n gt h eu s e1 i f e o ft h ec a r h e r ef i n i t ee l e m e n ts t r u c t u r a la n a l y s i si sm a d eo nt h en e wt y p e 1 i v e s t o c kc a r t h ea d o p t e da n a l y s i ss o f t w a r ei si d e a s ( 1 0 1 ) o ft h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 f a m o u ss d r cc o m p a n yi na m e r i c a t w oc a l c u l a t i o nm o d a l sa r ec r e a t e d ： f o rm o d a la n a l y s i s ，i n t e g r a t e ds t r u c t u r e a n a l y s i sm o d a li sc r e a t e d ； f o ro t h e rl o a dc o n d i t i o n s ，1 2 s t r u c t u r e a n a l y s i sm o d a li sc r e a t e d t h er e s u l t sa r e ：u n d e rt h ev e r t i c a ls t a t i cl o a d ，t h em a xv e r t i c a l d i s t o r t i o na tt h em i do fs i d eg i r d e ro ft h ec a rb o d yi s8 9 3 m ma n d 9 6 4 m ma tm i do fm i d g i r d e r i tm e a n st h a tt h er i g i d i t yo ft h ec a r b o d ym e e tt h er e q u i r e m e n t so ft b t 1 3 3 5 1 9 9 6 f o rt h em a xy o n m i s e s s t r e s su n d e rt h ef o u rk i n d so fl o a dc o n d i t i o n ，n o n eo ft h e mi so v e r t h ea l l o w a b l es t r e s so f0 9 va n d0 9 c u p t i r e b ，a n dt h ec a rb o d yc a nm e e t t h es t r e n g t hr e q u i r e m e n ti nt r a v e l t h er e s u l t ss a yb o t ht h es t r e n g t h a n dr i g i d i t yo ft h ec a rb o d ya r ei na c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g n r e a u i r e m e n t s p a r a m e t e rc a l c u l a t i o n so ft h ed e s i g na r em a d ei nt h i s p a p e r ，s u c ha s ，b r a k ed is t a n c ea taf i r s tb r a k i n gs p e e do f1 2 0 k m h ， a b i l i t yo ft r a v e l i n gt h r o u g hh u m ps e c t i o n a n ds oo n k e yw o r d s ：l i v e s t o c kc a r ：s t r u c t u r a ld e s i g n ；s t r u c t u r a ls t r e n g t h a n a l y s i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题意义 目前国内的采用铁路家畜车进行活口家畜运输的主要是“三趟快车”，所 谓“三趟快车”是指1 9 6 2 年开始，我国先后开行的供应港一澳鲜活、冷冻商 品的三趟快运货物列车，分别从武汉( 单日) 长沙( 双日) 、上海、郑州始 发，终点是深圳北站，之后开往香港。 1 9 9 7 年前的三十余年间，铁路家畜车几乎承担全部的活口家畜运输，其 运量基本稳定且略有增长。1 9 9 7 年后由于受香港活口家畜需求总量减少、大 陆供港活口家畜份额下降、家畜养殖场部分南移、公路运输发展迅速、现有 铁路运营速度低和价位高等多种因素影响，铁路家畜车运量受到很大影响， 呈下降趋势。 大的经济环境无法轻易改变，但是与公路运输方式相比，铁路运输之装 车、上水、粪便处理、冲洗消毒等设施齐全，系统管理模式成熟，具有安全、 稳定、运抵香港后家畜状态良好、综合效益好的特点，深受香港代理商一五 丰行的欢迎。现有家畜车均为8 0 年代研制、9 0 年代后期改进设计和生产的 j 5 、j 6 型家畜车，其技术状态基本能满足目前活口家畜的运输需要。但由于 此两种车原设计均采用转9 a 型转向架( 轴重1 2 t ) ，现己全部改装转8 a 型转 向架( 抽簧) ，其本身存在诸如速度低、轴重利用率低等技术指标落后、粪便 污物等严重腐蚀车体部件造成使用维护费用高等问题造成目前“三趟快车” 的家畜车在运营运用方面存在着运行时间长、运费高等问题。如果通过分析 和改进现有家畜车或开发新型家畜车，提高铁路家畜车的竞争能力，是能够 在保持现有的市场份额基础上争取更大的市场比例的。 从铁路货运发展的高速、重载的趋势来看，应开发新型的家畜车以适应 铁路运输发展的需要。通过提高车速和载重量，降低制造和维护成本，会取 得良好的经济效益，另外目前家畜车无粪便收集装置不符合改善铁路沿线环 境卫生的铁路技术政策，以及国家不断加强环保、防疫工作的发展趋势，因 此从环境效益和社会效益的角度来讲也应开发新型家畜车。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内、外家畜车发展概况 1 2 1 国内发展 1 2 ，1 三趟快车及家畜车简介 从1 9 6 2 年开始，我国先后开行了供应港一澳鲜活、冷冻商品的三趟快运 货物列车( 简称三趟快车) ，分别从武汉( 单日) 长沙( 双日) 、上海、郑州 始发，途经1 0 个服务站，终点是深圳北站( 之后开往香港) ，上述各站均设 有上水设施，深圳北站还设有家畜粪便处理、家畜车冲洗和消毒等设施。 开行三趟快车的初期，供应香港的家畜( 含家禽) 主要由棚车和敞车装 运。从1 9 6 3 年开始，为解决家畜运输中的掉膘、伤残、死亡等问题，先后设 计制造了j 1 j 6 型运输家畜的专用车，其中j l j 4 型家畜车均属6 0 年代设 计，现已基本淘汰。j 5 、j 6 型家畜车为8 0 年代设计、制造的产品，此两种车 原设计、制造均装用转9 a 型转向架( 轴重1 2 t 、自重3 2 t 、构造速度l o o k m h ) 。 为提高家畜车的运行平稳性和安全稳定性，1 9 9 6 年以后制造和厂修改造的家 畜车均装用转8 a 型转向架( 从标准转8 a 型转向架每侧的7 组枕簧中抽去中 间i 组枕簧和其余6 组枕簧的内圆簧，即仅保留6 个外圆弹簧) ，同时进行了 部分改进。 j 5 型家畜车供长途运输活猪、羊、鸡、鸭等家畜家禽用。j 6 型家畜车供 长途运输活牛用。两车车体均由装货间及生活室两大部分组成，j 5 型家畜车 装货间为双层结构型式，j 6 型家畜车装货间为单层结构型式；两车均装用转 8 a 型转向架( 抽簧) 、1 2 0 型空气分配阀、1 3 号车钩及钩尾框和2 号缓冲器、 摇臂链式手制动机。 家畜车主要用于供港( 三趟快车) 活口家畜运输。内地活口家畜运输几 乎不用铁路家畜车。 目前国内家畜车保有量为7 2 2 辆( 其中运猪车5 3 2 辆，运牛车1 9 0 辆) ， 主要为8 0 年代后期至9 0 年代后期制造的j 5 型和j 6 型。9 0 年代后期制造的 j 5 型和j 6 型家畜车技术状态基本良好，但由于其技术指标落后，虽基本能满 足各类家畜的铁路运输需要，但造成铁路活口家畜运输的竞争力较弱。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 1 2 家畜车运营状况 家畜车的产权现归中铁特种货物运输有限责任公司。内地供港澳的活口 家畜由商务部向各省市粮油食品进出口公司分配定额，各省市进出口公司负 责组织家畜生产厂家供货、并负责联系租用家畜车。装有家畜的家畜车在三 趟快车的始发站或服务站进行编挂，到达深圳北站后，须先清扫粪便并进行 检疫、办理过关手续等工作，之后驶入香港；在香港卸空回送深圳北站后， 须进行冲洗消毒，之后空车回送之各始发站。 三趟快车开行的前3 5 年间，家畜车运量基本稳定并略有增长，9 7 年后( 尤 其是近几年) ，家畜车运量有所下降，具体情况如下： ( 1 ) 香港活口家畜需求量下降：6 0 年代初9 7 年间，需求总量基本是 逐年增加；由于受饮食结构变化( 如禽类需求量增加、冰鲜猪牛肉需求量增 加) 等因素的影响，9 0 年代后期需求总量呈稳中有降的趋势。6 2 年9 6 年的 3 5 年间平均每天食用的活猪约6 8 0 0 头，9 9 年每天食用的活猪约6 2 0 0 头，现 阶段平均每天食用的活猪约4 5 0 0 头。 ( 2 ) 大陆供港活口家畜份额下降：9 7 年前香港活口家畜几乎均由大陆供 应；9 7 年后由于香港本地新建部分养殖场，再加之泰国、马来西亚、台湾等 国家和地区也有部分活口家畜出口香港，大陆供港活口家畜量呈下降趋势； 现阶段大陆供港活口家畜约占需求总量的8 0 。 ( 3 ) 公路运输所占份额有所增加，家畜车运量下降：9 7 年前，大陆供港 活口家畜几乎均由( 三趟快车) 家畜车运输。9 7 年后，供港活口家畜汽车运 输所占份额呈增长趋势。 1 2 2 国外发展 在美国由于冷藏运输的快速发展( 已经由最初使用冷藏车过度到基本使 用冷藏拖车的阶段) ，基本替代了( 铁路) 家畜车运输活口家畜的运输方式， 家畜车数量大幅度地减少。在美国家畜车主要有两种形式：一种为双层，用 以装运猪、羊和小牛，一种为单层，用以装运牛、骡、马。在一个时期，美 洲铁路协会曾为此种车制订设计标准，绝大多数车长为1 21 9 2 m ，由于车辆 向大t 位发展的趋势，又生产了2 62 1 3 m 长的双层车和较短的三层车。其中 1 8 米和2 6 米长的双层车，车内高度可以装运牛马。材料也随着车体结构的变 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 革而变化，过去车墙条板均用木材，后来已改用钢材，内表面加以特殊的涂 层。地板仍用木料。条板墙装有百叶窗，在寒冷季节可用人工推动将条板缝 关闭。后期家畜车上应用自动供食和供水系统。其中一种双层牲畜车，有8 个门，装有金属百叶窗，可装猪3 2 5 头，内长2 60 6 0 r a m 、宽27 6 9 m 、高30 4 8 哪， 容积2 1 65 立方米，自重4 1 5 t ，最大载重5 8 2 t 。 前苏联在5 0 6 0 年代曾制造一大批车辆长度为1 7 4 6 米的单层四轴式家 畜车。此后又在车辆长度为1 4 7 3 米的系列棚车的基础上制造出了一种效果 更好的双层式结构。8 0 年代后期，根据需要设计了两种车型的单层家畜车： 一种是具有管理间的1 1 - - 2 6 8 型，能够在途中照看和喂养牲畜；一种是没有 管理间的1 1 - - 2 6 7 型。车体结构仍保留其传统性，在侧墙的中间开有小门， 侧壁具有斜支柱承重构架，侧壁和端壁具有木质面板。两种车型具有同样的 车辆长度和宽度，其长度是2 4 7 3 0 咖，外侧宽度是3 2 5 6 m ，内侧宽度是2 7 2 0 m m ， 距离轨项的高度是4 6 4 0 j m ，门口宽度是1 9 8 0 m ，高度是1 9 0 0 m 。车内装设有 存放5 天用的钢骨架饲料面板；有供水设备和四个总容量为2 5 0 0 l 的水箱。 工作间有隔热设施等。采用具有较低弹簧刚度的二轴转向架，设计速度是 1 2 0 k m h 。 从资料看，日本、德国、法国均有二轴家畜车，侧墙均为栅栏式结构， 端墙为栅栏式或封闭式两种形式。栅栏式端侧墙均设有调节窗，运猪车为双 层，运牛车为单层。 1 3 本文的主要研究工作 1 3 1 明确设计要求 通过资料收集，走访国内家畜车使用运营单位以及维护单位，了解了国 内外家畜车的目前技术状况、国内家畜车的市场情况、以及国内在用家畜车 运用存在的问题，通过对上述情况和资料分析整理，提出了明确的设计要求。 1 3 2 新型家畜车的方案设计 根据提出的设计要求，参照国内外家畜车的设计，提出了四种设计方案， 并根据目前国内市场实际情况以及工厂的技术及生产制造能力，最终确定的 一种设计方案，并对最终确定的设计方案进行了较为详细的技术可行性分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 3 3 新型家畜车的设计实施 在确定的新型家畜车的设计方案基础上，进行家畜车的工程设计，设计 着重考虑了高速重载对结构及部件的要求、耐腐蚀性对部件的要求，同时结 构设计充分考虑了满足车内通风，粪便污物收集和押运人员间舒适性的要求。 1 3 4 新型家畜车的分析计算 在设计完成总体结构以及主要部件结构设计时，对设计进行了车体结构 强度、刚度及模态进行了分析计算。在设计全部完成之后，又对最终设计进 行了车体结构强度、刚度及模态分析计算，计算结果表明了设计结构能满足 设计要求。 1 3 5 新型家畜车的鉴定及存在问题分析 新型家畜车设计顺利通过了济南机车车辆厂的厂级技术鉴定。由于工厂 原因该新型家畜车未投入试制，从而未能对设计进行生产验证。本文最后对 该设计进行了总结分析：虽达到了设计要求，仍存在一些课题需要进一步研 究和改进。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章家畜车方案设计 2 1 家畜车运用存在问题及分析 为开发设计新型家畜车，我们对目前实际在用的家畜车的运用情况进行 了调研。 目前实际运用的家畜车均为9 0 年代后期生产，其技术状态良好，基本 能满足各类活口家畜铁路运输的需要。但存在如下问题： ( 1 ) 构造速度低：现有家畜车构造速度均为l o o k m h ，实际最高运行速 度为空车7 0k m h 、重车8 0k m h ，与铁路货运“快速重载”技术政策不符， 与现有货车提速改造、新造货车速度1 2 0 k m h 不匹配。 ( 2 ) 轴重利用率低：现有家畜车原设计采用转9 a 型转向架( 轴重1 2 t ) ， 后改为装用转8 a 型转向架( 轴重2 1 t ) ，j 6 型家畜车设计载重仅为1 6 6 t ，故 轴重利用率低。 ( 3 ) 排粪设施不够合理。一是粪便随处排放，污染环境；二是牲畜排出 的尿、粪透过木质地板、墙板缝隙，洒落于车辆底架、轮对轴承上，不便于 沿线列检人员检查和发现车辆故障，特别对红外轴温探测器，车辆标签识别 装置的影响更大，形成了行车安全隐患；三是增加了车辆定检部门的检修难 度和工作量，以车辆段修为例，j 系列家畜车转向架基本上均被牲畜粪便覆盖， 通用的转向架冲洗方式无法清除，必须人工铲除，或全部进行机械抛丸除锈， 劳动强度大。家畜粪便沿木地板缝隙渗漏，既污染了车辆下部设施，又污染 了铁路沿线环境。 ( 4 ) 隔热，通风效果差。夏天货物间温度过高，易造成家畜因高温而 瘁死的现象。现有的车辆顶棚隔热层薄，隔热效果差，实测货物间温度夏季 最高可达5 5 。 ( 5 ) 运行平稳性差：j 5 、j 6 型家畜车运行平稳性差，特别是在空车运行 时晃动更大。振动剧烈时，押运员需将自己捆绑固定在押运间的床铺上才能 休息。安置在上部的水箱及草料架使车辆设计重心较一般货车高，水箱内有 未设防波板，车辆运行中，水箱内的水来回晃动，加剧了车辆的振动。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 6 ) 存在水箱漏水、木地板腐朽、个别钢质梁柱腐蚀严重等现象。 ( 7 ) 供水问题：储水箱过小造成列车在站场( 非正常) 长时间停靠、服 务站不能及时上水时，车辆缺水而不能洒水降温导致车内温度过高、家畜掉 膘、甚至死亡现象。 2 2 用户对新型家畜车的功能需求 在调研过程中，就下一步新型家畜车需增加的新功能与有关人员进行了 初步探讨，其对功能的需求主要集中以下几点： ( 1 ) 车体加长：适当增加车体长度可提高轴重利用率，综合经济效益 好。该项用户比较乐意接受。 ( 2 ) 粪便收集处理装置：增加粪便收集功能需配套装用封闭地板，可 避免污染车辆下部设施和铁路沿线环境、防止家畜病毒传播；因深圳北站设 有地面粪便收集处理设施，可不设粪便处理装置，相应需配备大容积的集污 箱。此项满足国家有关环保和检疫政策，符合国家在环境保护和防疫检疫方 面的新要求。 ( 3 ) 供电、通风、照明装置：增加通风照明等功能可有效控制车内温度、 降低家畜运输中的掉膘率、改善押运人员的工作和生活条件。 2 3 新型家畜车的主要设计目标 针对以前家畜车运用存在的问题，以及客户的实际需求，特提出以下设 计目标： ( 1 ) 商业运行速度1 2 0 k m h ，符合铁路货运快捷化的要求。 ( 2 ) 增加车辆长度，车辆长度初步确定为：2 6 4 3 0 m m 。 ( 3 ) 提高载重量：载重量比既有车辆至少增加1 3 ，到3 0 t 左右。 ( 4 ) 轴重利用率：轴重利用率也应比既有车辆提高1 3 ，大于0 8 。 ( 5 ) 每延米载重：应大于2 5 t m 。 ( 6 ) 押运间装设通风、照明装置，改善押运人员工作、生活条件。 ( 7 ) 装设粪便收集装置，同时预留装设小型粪便处理装置的空间，减少 铁路沿线环境污染和家畜病毒传播，满足国家环保、防疫政策。 ( 8 ) 合理选用材料、改进局部结构，如防盗、水箱漏水、木地板腐朽、 个别钢质梁柱腐蚀严重等。 ( 9 ) 改善运行平稳性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 4 新型家畜车功能方案比选 通过上述分析和功能需求，考虑四种满足不同功能要求的方案( 见表2 - 1 ) ， 通过分析对比，最终确定了设计按方案四进行： 表2 - 1 新型家畜车功能分析及方案比选表 序 项目功能 形式 特点 需求 方案 号 分析l23 4 1 押运改善押一般 问通运人员 电风扇 简单，成本低， 风工作， 用电量少。可 2 生活条一般 押运日光灯 件由蓄电池组供 间照 电 明 3 改善家 装货电风扇简单，成本低，一般。装设发 畜生活 问通 条件 用电量较少电机时可考 风虑 强制通风一全室系统复杂，成一般。现 换风本高，用电量有栅栏式结 大构基本能满 足使用要求。 不考虑 4 装货改善押 日光灯 简单，成本低， 一般。装设发彳 间照运人员用电量较少电机时可考 明工作条虑 件 5 粪便减少污收集固体污染物简单，成本低。直接用户无 收集染物排 可采用木地需求，社会有 放板。需设多个需求。大大减 小容积集污少污染物捧 箱。到达终点放。有一定社 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 站( 深圳北)会( 环保) 效 卸污，集中处 益。 理。 避收集所有粪 复杂，成直接用 4 免污染便污水本高。需采用户无需求，社 物捧放封闭地板。因会有需求。污 或污染运牛车( 郑州染物捧放能 物排放一深圳) 产生达到捧放标 达到捧污染物1 4 m ，准。有较好社 放标准 车下难以布置会( 环保) 效 1 4 f 集污箱；益。 故需装设小型 粪便处理装 置。到达终点 站( 深g l l ；i k ) 卸污。 6 地板承载家木地板简单，成本低，仅收集固体 畜成熟 污物时采用 收集污封 花简单，成本低，收集所 物闭地板纹钢板无先例，需做 有粪便污水 适应性试验时需要 花纹钢较复杂，成本 板+ 塑较高，无先例， 胶面 需傲耐久性试 验 7 供电电力蓄电池组简单，成本低，无发电机时， 装置供应 技术成熟 押运问通风 照明需要 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 轴端发电机较复杂。成本装设小型粪 较高，技术不便处理装置 成熟，需试验时需要 独立发电机组复杂，成本高， 4 技术成熟 8 粪便避免污小型粪便处理装系统复杂，成收集所有粪 4 处理染置 本高，技术不便污水时需 成熟，需研究、要 设计、试验。 同时需配套装 设供电装置、 封闭地板、多 个小容积集污 箱等。 方案特点 方案1 简单，成本低，用户易接受，改善押运人员工作、生活条件。家畜粪便直捧未得到改善 或解决。 方 方案2简单，成本较低，用户易接受。改善押运人员工作、生活条件。大大减少污染物排放。 案液体污染物仍直捧。 比 方案3复杂，成本高，用户难以接受。改善押运人员工作、生活条件。改善家畜生活条件。污 选 染物捧放能达到排放标准。采用花纹钢板地板需做适应性试验，采用花纹钢板+ 塑胶面 地板需做耐久性试验。小型粪便处理装置技术复杂且不成熟、成本高，需研究、设计， 试验。 方案4在方案2 基础上，采用花纹钢板地板。设计时在底架下部预留装设小型粪便处理装置和 独立发电机组的空间，车体强度计算时考虑处理和发电装置的载荷。待粪便处理技术成 熟、成本降低、用户基本能接受后，加装处理和发电装置。 结论采用方案4 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 5 新型家畜车主要结构方案 新型家畜车分双层运猪车( 含羊、鸡、鸭等) 和单层运牛车两种。为简 化设计和制造工艺，缩短设计、试制、生产周期，便于使用和维修，两车除 地板层数、水箱容积等有差异外，其他主要结构及配件尽量相同。 ( 1 ) 车体：车体为钢木混合、整体承载结构，按功能分为押运问及装货 间。押运间内设上、下两个卧铺，地板下部设有便器，两侧设有侧门，以及 蓄电池组、电风扇、日光灯。运猪车的装货间为上、下两层结构型式，运牛 车的装货间为单层结构型式。车体由底架，侧墙、端墙、隔墙、车顶、车门、 调节窗等组成。 ( 2 ) 空气制动装置：采用1 2 0 型货车空气控制阀、直径为2 5 4 m m 的整体 旋压密封式制动缸、s t 2 2 5 0 型双向闸瓦间隙自动调整器。 ( 3 ) 手制动装置：采用n s w 型手制动机。 ( 4 ) 转向架：采用转k 2 型转向架( 调整弹簧) 。 ( 5 ) 车钩缓冲装置：采用1 3 h 号上作用式车钩、1 3 a 型钩尾框、m t - 3 型 缓冲器。 ( 6 ) 上水及粪便收集装置：采用上置储水箱、下置集污箱。 2 6 新型家畜车方案主要技术参数的确定 2 6 1 底架长度2 5 5 m 为解决技术指标( 轴重利用率、每延米有效装载面积) 落后问题，在车 辆总重不大于8 4 t 前提下应尽量增加底架长度，鉴于国内j 5 、j 6 型家畜车的 车体内宽为2 8 4 0 m m ，装载活牛较适宜，如在2 5 5 m 基础上再增加底架长度， 势必增加车体宽度的缩减量，车体内宽2 8 4 0 m 难以保证，同时考虑到目前国 内客货普通车辆的最大底架长度为2 5 5 m ，故确定底架长度为2 5 5 m 。 2 6 2 车体宽度3 1 0 0 r a m 根据g b t 1 6 9 0 4 卜1 9 9 7 标准轨距铁路机车车辆限界规一般规定及机 车车辆限界检查方法附录b 的计算，底架长度2 5 5 m 的车辆( 车体) 最大容 许制造宽度为3 1 0 5 m m ，综合考虑车体内宽尽量保证2 8 4 0 m m 、侧墙结构、存在 制造误差的车辆能够通过符合g b t 1 6 9 0 4 1 - 1 9 9 7 的限界规等因素，确定车体 宽度为3 1 0 0 m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 其车体宽度计算如下： i ) 车辆中、端部偏移量w - 、w 。( 咖) ： w - - ( ，+ 9 ) 1 0 0 0 8 ? = - ( 1 8 2 + 1 7 5 2 ) 1 0 0 0 ( 8 3 0 0 ) = 1 3 6 3 m 巩= ( r 一，一曲l o o o 8 尼= ( 2 5 5 2 - 1 8 2 - 1 7 5 2 ) l o o o ( 8 3 0 0 ) = 1 3 4 7 m , 式中：l = 2 5 5 i n 一车体长度； j = 1 8 m 一车辆定距； $ 1 7 5 m 一转k 2 转向架轴距； 庐3 0 0 m 一计算曲线半径。 2 ) 车辆中、端部理论缩减量c 、c 。( 咖) ： g = w 一d = 1 3 6 3 - 3 6 = 1 0 0 3 c o = w 。一d 。= 1 3 4 7 - 3 6 = 9 8 7 式中：d - = 3 6 叫短计算车辆中部最大偏移量； d 。= 3 6 m m 一短计算车辆端部最大偏移量。 3 ) 车辆中、端部实际缩减量c 、c 。( 咖) ： c - = a i c i _ 0 4 7 4 7 1 0 0 3 = 4 7 6m m c 。= a e c 。= 0 4 2 3 4 9 8 7 = 4 1 8 岫 式中：a i = o 4 7 4 7 一中部实际和理论缩减量的比例系数； a e = o 4 2 3 4 端部实际和理论缩减量的比例系数。 4 ) 车辆最大容许制造宽度2 b ： 2 b = 2 ( b - c ) = 2 ( 1 6 0 0 4 7 6 ) = 3 1 0 4 8 帅3 1 0 5 哪 式中：b 机车车辆距轨面3 5 0 m 1 2 5 0 m 处最大容许制造半宽，咖； b = 1 6 0 0 姗； c = m a x ( c 。、c 。) 机车车辆限界在同一高度处最大半宽。 新型家畜车方案设计中车体最大宽度为3 1 0 0 衄，根据以上计算结果可以 看出本车能够满足科技监 1 9 9 8 1 6 号“关于实施标准轨距铁路机车车辆限 界规及机车车辆限界检查方法的通知”、g b t 1 6 9 0 4 1 - 1 9 9 7 标准轨距铁 路机车车辆限界规一般规定及机车车辆限界检查方法、g b l 4 6 卜1 9 8 3 标 准轨距机车车辆限界的要求。 另外根据g b t 1 6 9 0 4 卜1 9 9 7 标准轨距铁路机车车辆限界规一般规定 及机车车辆限界检查方法附录b 机车车辆上部限界规距轨面某一高度处的 宽度计算及计算示例，新型家畜车上部限界规距轨面3 5 0 衄1 2 5 0 咖处的 宽度计算： a 6 = 2 b b = 2 ( b 一c + z ) + 6 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 = 2 ( 1 6 0 0 4 7 6 + 1 3 ) - 3 = 3 1 3 0 8 - 3m m 式中：a c - 一上部限界规距轨面某一高度处的宽度，m m ； b 。上部限界规距在某一高度处的半宽，雌； b 机车车辆限界在同一高度处最大半宽，珊；b = 1 6 0 0 m m ： c 机车车辆限界规半宽的实际缩减量，咖；c = 4 7 6 m m ： z - - 机车车辆限界规半宽间隙常量，1 3 r a m ； 00 6 限界规横向长度公差每米- lm m ，6 = - 3 m m 。 2 6 3 车辆高度4 5 5 3 m m 参照现有家畜车，高度不变，运牛车和运猪车高度保持一致，为4 5 5 3 m m 。 2 6 4 装载家畜数量2 2 8 头猪3 1 头牛 根据每头家畜占用最小有效装载面积( 猪0 5 4 5 m 2 头、牛2 1 4 3m 2 头) 确定，运猪车为2 2 8 头、运牛车为3 l 头。 2 6 5 载重3 1 t 3 0t 根据冬季最大装载家畜重量、整备重量( 含上水量、押运人员及其物品、 饲料量) 、粪便污水量等确定，运猪车为3 1 t 、运牛车为3 0 t 。 2 6 6 商业运营速度1 2 0 k m h 根据铁路主要技术政策( 2 0 0 4 年版) 的规定一普通货物列车运行速度 兰1 2 0 k m h ，装用转k 2 型转向架，能满足铁路大面积提速要求。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 7 新型家畜车同在用家畜车技术参数比较 表2 2 新型家畜车同在用家畜车主要技术参数对照表 j 5 型家畜 新型家畜车 j 6 型家畜车 新型家畜车 项目 车( 运猪)( 运猪)( 运牛)( 运牛) 车辆长度( m ) 1 79 3 82 64 3 01 79 3 82 64 3 0 车辆定距( m ) 1 30 0 01 80 0 01 30 0 01 80 0 0 车辆高度( m ) 4 5 5 34 5 5 34 5 5 34 5 5 3 底架长度( m m ) 1 70 0 02 55 0 01 70 0 02 55 0 0 车体宽度( m ) 3 1 1 83 1 0 03 1 1 83 1 0 0 载重( t ) 2 03 l1 6 63 0 自重( t ) 2 7 64 12 6 63 9 装载家畜数量( 头) 1 4 0 2 2 8 2 03 1 总装载面积( m 2 ) 8 5 71 3 44 2 8 56 7 自重系数0 5 8 00 5 6 9 0 6 1 60 5 6 2 轴重利用率 0 5 6o 8 50 5 l0 8 4 每头家畜占用有效装载面积( 7 头) 0 5 4 50 5 4 62 1 4 32 1 6 l 每延米装载家畜数量( 头m ) 7 8 0 58 6 2 71 1 1 51 1 7 3 每延米总装载面积( m 2 m ) 4 7 7 85 0 7 02 3 8 92 5 3 5 最高运行速度( k h ) 1 0 01 2 01 0 01 2 0 通过最小曲线半径( m ) 1 4 51 4 51 4 51 4 5 2 8 新型家畜车社会经济效益分析 该新型家畜车通过增加车辆长度可降低( 相同装运量) 制造、维修成本， 每辆运猪车提高装运量6 3 、运牛车提高装运量5 5 。而其( 同等配置) 制造 成本和维修成本增加不会超过三分之一。 采用1 2 0 k m h 转向架可提高车辆运行速度，缩短车辆周转时间，满足铁 路大面积提速要求；通过提高轴重利用率，运猪车每延米装载量可提高1 0 5 、 运牛车每延米装载量可提高5 2 。铁路活口家畜运输的综合效益可有较大幅 度提高。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 装设粪便收集装置，可避免污染车辆下部设施、铁路沿线环境和家畜病 毒传播，具有较好的社会效益和环境效益。 新型家畜车可实现经济效益、社会效益、环境效益的相统一。 2 9 方案结论 通过分析表明：新型家畜车主要技术指标先进，具有较好的经济效益和 社会效益，符合铁路技术政策和国家环保、防疫政策，同时改善了押运人员 的生活条件，该方案能满足主要设计目标的要求，可按此方案进行工作图设 计、样车试制等后续工作。 鉴于新型家畜车分双层运猪( 含羊、鸡、鸭等) 车和单层运牛车两种， 且运猪车结构较复杂、需求量较大，故首先设计开发运猪车( 同时考虑运牛 车) ，以缩短开发周期。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 第3 章新型家畜车结构设计 3 1 总体设计思路 根据己确定的设计方案，具体设计时主要考虑了以下几方面： ( 1 ) 对于新型家畜车主要是解决原j 5 ，j 6 型家畜车车速低，载重量小， 轴重利用率低以及无粪便收集装置的问题，因此设计主要在于转向架的选用， 车体的加长，加装粪便收集装置等。由于j 5 ，j 6 型家畜车基本能满足活口家 畜运输的要求，其总体结构的设计是基本可行的，其结构也是经过实际检验的， 因此对于新型家畜车的总体结构设计基本参照j 5 ，j 6 型家畜车执行。 ( 2