（车辆工程专业论文）米轨货车强度设计准则及新型米轨棚车结构优化研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 贾 摘要 铁路运输是交通运输的主要方式，是国民经济的大动脉。昆明铁路局( 以 下简称昆明局) 米轨( 轨距1 0 0 0 m m ) 铁路有8 2 7 k m ，是我国铁路网中唯一的 米轨铁路。昆明一河口米轨线路与越南接轨，是重要的国际通道。我国目前 使用的货车由于设计时无米轨车辆标准而采用了准轨车辆的相关标准，存在 自重较大、强度和刚度富余量大的缺陷。随着铁路运向高速、重载发展，由 于系列米轨货车的缺陷，以及由此导致的车辆在使用中出现轮重减载率较大 而影响运行安全等问题，已经不能满足当前米轨货车的应用要求。因此有必 要对米轨货车的有关设计准则进行研究，并将研究结果应用到米轨货车的结 构设计中。 本文正是为了能够解决这些问题，开展对米轨货车强度设计与试验鉴定 规范的研究，并根据研究结果对1 4 t 轴重米轨棚车结构进行优化设计。 本文主要进行以下工作： 米轨货车强度设计与试验鉴定规范的研究 1 4 t 轴重米轨棚车结构设计 1 4 t 轴重米轨棚车车体结构有限元分析 1 4 t 轴重米轨棚车的结构优化设计 米轨货车强度设计与试验鉴定规范是集理论计算、长期试验、车辆运用 及检修数据累计分析的结果。本论文根据准轨货车强度设计标准，对准轨、 米轨差异较大部分，特别针对其纵向载荷进行了研究计算，编制了计算机仿 真程序，求解了米轨货物列车在牵引、制动等工况下车钩间的最大纵向作用 力，并结合昆明铁路局米轨线路的实际运用情况，制定出了米轨货车强度设 计与试验鉴定准则。 p 3 l 型棚车是目前米轨线路上运营的主型棚车，针对p 3 l 存在的问题，本 文根据新制定的米轨货车强度设计与试验鉴定准则，设计了轴重为1 4 t 的新 型米轨棚车，利用i d e a s 软件对结构进行了优化分析。试验结果表明，该 车结构设计合理，强度刚度满足要求，在车辆总重增加8 t 的情况下，自重 降低了近1 t ，自重系数由0 5 3 减小到0 3 8 8 ，使载重增加了9 t ，达到4 0 t ， 极大地提高了米轨货车的运输效率。此外，由于车体柔度的增大，也提高了 车辆的脱轨安全性。 关键词：米轨货车：棚车；强度；强度设计与试验鉴定规范；结构优化 西南交通大学硕士研究生学位论文 第| | 页 a b s t r a c t r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni s 也em a i nm e a n so ft r a n s p o r t a t i o na n dt h ea r t e r yo f t h e n a t i o n a le c o n o m v t h e r ei sam e t e rg a u g er a i l w a yl i n eo f8 2 7l d l o m e t e r si nk u n m i n g r a i l w a yb u r e a u w h i c hi s 也eo n l ym e t e r - g a u g el i n e i nc h i n a t h el i n el i n k st o v i e t n a mt h r o u g hh e k o ua n di sa ni m p o r t a n ti n t e r n a t i o n a lp a s s a g e w a y t h ee x i s t i n g f r e i g h tc a ra d o p t st h er e l a t i v es t a n d a r d so f s t a n d a r dg a u g ed u e t ow i t h o u ts t a n d a r d so f m e t e rg a u g ei nc h i n a ，a n dm a n ys h o r t a g e sa r ef o u n ds u c ha sh e a v yt a r ew e i g h t , r e d u n d a n ti n t e n s i t ya n dr i 西d i t y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n ar a i l w a yt o w a r d s h i g l ls p e e da n dh e a v yd u t y , t h o s es h o r t a g e sh a v en o tm e tt h es e r v i c er e q u i r e m e n to f t h ee x i s t i n gm e t e rg a u g ef r e i g h tc a r s t h e r e f o r , i ti sn e c e s s a r yt os t u d y 廿l er e l e v a n t d e s i g ns t a n d a r do f t h em e t e rg a u g ef r i g h tc a ra n da p p l yt h es t u d yc o n c l u s i o ni n t o t h es t r u c t u r a ld e s i g n t os o l v et h ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s ，s t u d i e sa r ec a r r i e do u tf o rt h ei n t e n s i t y d e s i g na n da c c r e d i t a t i o nt e s ti nt h i sd i s s e r t a t i o na n da p p l yt h er e s e a r c hr e s u l t st ot h e s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o no f m e t e r - g a u g ec o v e r e dc a ro f1 4 ta x l e l o a d t h ef o l l o w i n gw o r k sa r ec a r r i e do u ti nt h ed i s s e r t a t i o n ： t h es t u d yo f m e t e r - g a u g ef r e i g h tc a ri n t e n s i t yd e s i g na n da c c r e d i t a t i o nt e s t s p e c i f i c a t i o n s ； t h es t r u c t u r a ld e s i g no f m e t e r - g a u g ec o v e r e dc a ro f1 4 t a x l e - l o a d ； t h ef i n i t ee l e m e ma n a l y s i so fc a rb o d ys t r u c t u r eo fm e t e r - g a u g ec o v e r e dc a r o f1 4 ta x l e - i o a d ： t h es l a u c t u r eo p t i m i z a t i o no f m e t e r - g a u g ec o v e r e dc a ro f1 4 ta x l e 1 0 a d s p e c i f i c a t i o no fi n t e n s i t yd e s i g nf o rm e t e r - g a u g ef r e i g h tw a g o n s i sac o m b i n a t i o n o ft h et h e o r e t i c a tc a l c u l a t i o n s 1 0 n g - t e r mt e s t sa n dt h ed a t ao ft h ea p p l i c a t i o na n d m a i n t e n a n c eo ft h er o l l i n gs t o c k i nt h i st h e s i s a c c o r d i n gt or u l e so f n e n s i t yd e s i g n f o rs t a n d a r dg a u g e f r e i g h tw a g o n s ，t h em a j o r d i f f e r e n c eb e t w e e nt h es t a n d a r dg a u g e a n dt h em e t e r - g a u g ew a sa n a l y z e d e s p e c i a l l y , t h ei o n 窖i t u d i n a ll o a di sr e s e a r c h e d a n ds i m u l a t i o np r o g r a m sa r cd e s i g n e d ，t h em a x i m a li o n 西t u d i n a lf o r c eb e t w e e n c o u p l e r si s c a l c u l a t e di nt h es i t u a t i o n so ft r a c t i o na n db r a k e a n db a s e do nt h e a p p l i c a t i o ns i t u a t i o n so fk u n m i n gr a i l w a yb u r e a u t h es p e c i f i c a t i o nf o rt h ei n t e n s i t y d e s i g na n da c c r e d i r a t i o nt e s ta b o u tt h em e t e r - g a u g ef r e i g h tc a ri se s t a b l i s h e d 。t h et y p eo fp 3 1c o v e r e dw a g o n sa r et h em a i nm e t e r - g a u g ef r e i g h tw a g o n s r u n s i n ga tp r e s e n t b u tt h ec a rb o d v s t r u c t u r ei sn o tv e r yw e l la n dt h et a r ew e i g h ti s t o ow e i g h t y a i m i n ga ta b o v e - m e n t i o n e dp r o b l e m s ，t h es t r u c t u r ew a so p t i m i z e db y t h ei - d e a ss o f t w a r e ，an e w p a t t e r nm e t e r - g a n g ec o v e r e dw a g o nw a sp u tf o r w a r d ， w h i c hh a s i i g h t t a r e w e i g h t r e a s o n a b l e s t r u c t u r ea n dw e l lv e h i c l e d y n a m i c p e r f o r m a n c e t h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h eg r o s sw e i g h ti n c r e a s e s8t o i l sw h i l et h e t a r ew e i g h tr e d u c e sn e a r l ylt o n a n d 也et a r er a t i or e d u c e sf r o m0 5 2t oo 4 i t e n a b l e st h ec a r r yl o a di n c r e a s e s9t o n st o u p4 0 tw h i c hg r e a t l yi m p r o v e st h e t r a n s p o r t a t i o ne m c i e n c y a tt h es a n l et i m e s i n c et h es u p p l e n e s so f c a ri n c r e a s e s ，t h e d e r a i l m e n ts t a b i l i t yi si m p r o v e d k e y w o r d s ：m e t e r - g a u g ef r e i g h tc a r ；c o v e r e dc a r ；i n t e n s i t y ：s p e c i f i c a t i o n f o rt h e i n t e n s i t yd e s i g na n da c c r e d i t a t i o nt e s t ；s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题背景 第1 章绪论 铁路运输是我国国民经济的大动脉，也是国家安全的保障之一。昆明铁 路局( 以下简称昆明局) 米轨( 轨距1 0 0 0 m m ) 铁路8 2 7 k m ，其中正线昆河 线4 6 5 k m 、蒙宝线1 4 3 k m 。是我国铁路网中唯一的米轨铁路。昆河线与越南 接轨，是我国通往东南亚的重要国际通道。我国加入w t o 后，对外贸易的 不断扩大，昆( 昆明) 一河( 河口) 米轨线上中越铁路国际联运日益繁忙。 现今在昆一河米轨线路上运行的敞、平、棚车大部分是眉山车辆厂在二十世 纪九十年代开发的产品。随着国民经济迅猛发展和时代的进步，系列米轨货 车暴露出了自重大、强度及刚度富余量大、浪费机车燃油和轮重减载率过大 而影响安全等问题。分析其原因，主要有两个方面：一是米轨线路本身特点 造成的。一是米轨货车自身原因造成的。 昆明铁路局管辖内的昆一河米轨铁路修建年代早，线路技术标准落后， 特别是曲线多、曲线半径小、缓和曲线短，线路条件很差。昆河线由北向 南，沿南盘江蜿蜒、依南溪河延伸，沿途坡陡、弯急、隧道密，是典型的山 区铁路。 昆河线有关参数如下： 昆明北海拔( 海防高程)1 8 9 8 m 河口海拔9 0 m 最高水塘2 0 3 1 m 南北高差1 8 0 8 m 全线平均坡度4 最大坡道3 0 曲线占正线总长5 2 2 3 0 0 米以下曲线占全部曲线8 2 8 最小曲线半径87m r l o o 曲线的超高8 5 m m 缓和曲线长2 0 m 夹直线长2 0 m 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 钢轨轨重43kgm 钢轨长1 2 5 m 轨缝布置直线对接，曲线错接 枕木砼枕、木枕和钢枕。 因此，在这条铁路线上运行的货物列车( 特别是重心高、车体扭转刚度 大的棚车) 的运行安全性较差，严重时危及行车安全和正常运营【l 】 2 1 。 1 2 米轨货车现状 昆明局米轨铁路，绝大部分是上世纪法国人修的铁路，是国家铁路网中 唯一的米轨线路，并与越南接轨，是重要的国际通道。但由于技术、经济等 原因，在线路上运用的货车有其自身特点，其主型货车参数和运用现状如下： 1 2 1 米轨主型货车结构参数 昆明铁路局米轨货车的保有量在1 4 0 0 辆左右，主要由c 3 0 、c 3 1 、p 3 0 、 p 3 1 、n 3 0 、n 3 1 、g 3 0 等轴重为1 2 t 的车辆组成，其结构参数见表1 1 【1 【2 1 。 1 2 2 行车速度与运用特点 r 1 0 0 曲线为4 0 k m h ，其余最高速度为5 0 k m h 。无驼峰编组作业，调 车速度小，连挂限速3 k m h ，装载吨位小，一般不超过4 0 t ，列车编组吨位 也小，一般不超过8 0 0 t 【”。 1 2 3 米轨货车强度设计与试验 米轨货车强度设计与试验一直沿用准轨t b t 1 3 3 5 7 8 t3 】铁道车辆强 度设计及试验鉴定规范( 以下简称t b t 1 3 3 5 7 8 ) 和t b t 1 8 0 7 8 6 货车 车体静强度试验办法【4 】( 以下简称t b t 1 8 0 7 8 6 ) 标准。该标准加载工 况脱离米轨铁路的实际，致使米轨货车车体强度冗余量过大，除造成材料浪 费外，还使车体刚度过大，导致轮重减载率过大而影响安全。同时，还使自 重系数高达0 6 ，车辆载重减少，浪费机车燃油。这也是造成米轨铁路运输 成本高的主要因素之一。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 誓龠阜 葛 蒜 萁 蕞 誊- 妻i 暑 毫： 釜 ah 罱 a “ ；未 瓷胃 蹙蜀 圣错 2 翔 雎摹 者毒毒寡鑫 摹 懵霹一馘_ 啊一w掣*一懈掣*曩w_ m铽 矗 i 再霹i篮量丑詈尊口堇尊 ilil 萎矗 ll 蠢 矗茧萎矗 寮葛 萎蠢 l ! exe x e xexx 菖 l 量 llg 量 霉 x 一 e 量 晷善 萤 害毫量誉善罨 簟 巾 llll llllllll 高嚣 ll；l 羹g 警 霉 曼冕 拿盆暑8 鼠 基 8 二l u二uu l j =一 叠 8 o 鲁g oo 击o 盘 巴o 舀 堇 懂 曼 窖 睾寮 2 嚣毫 x * i ：ix： h x 篇 = x 、， 骞 星 萤 | 害 岳 l i 直 is ；鬻；鬻 xxx 量量 冒 _ 譬 晷器 量 曩 刖曩一旦 暑 善 嚣嚣童 誊 妻 墨嚣 宣2暑8宣霉宣2 鼻- 算簟重 著嚣毫i墓ll 董 = 蔷翟l 嚣j蓦 妻 暑 - 宝 n 冀嚣篙；2 靠 0 葬翟重 22 _ 盅 葛瘩署 li l 皇 量 毫 x 三 目 娑 婪 茸 * 耋 誊 曩 瑚 x x 苎 一 u 、一 墨 量 曼 8 矗 ； x 竺星 兰 基 景 量 = 单 h 钵鞋童皇口暑f曲量鬈高 一一霉；景 是寮宣景 拿j _ s _6 抖硎 基 8暑暑 世巾 馘鏖*怨舞蟮罨*1_i惴 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 综上所述，由于缺少米轨货车强度设计与试验标准，造成米轨货车设计 缺少依据，从而使车体结构上存在较多不合理的地方，再加上米轨线路本身 条件较差，因而进一步导致米轨货车线路运行安全性、经济性较差。 1 3 研究货车强度与鉴定准则的意义 l 虽然米轨铁路条件较差，但作为移动设备的米轨运用车辆必须适应固 有的铁路，因此很有必要开展米轨货车静强度设计与试验鉴定标准研究。 2 通过研究米轨货车的载荷情况，制定出米轨货车强度设计与试验鉴定 准则，在此准则的指导下，研制轻型车体结构，降低自重系数，再通过样车 试验和运行试验，确定米轨货车车体静强度设计和试验的标准。填补国内这 项空白，推动米轨货车技术的进一步发展，增加出口东南亚米轨货车的技术 含量，提高产品的竞争力。 1 4 研制新型米轨棚车的意义 p 3 1 型米轨棚车是眉山车辆厂1 9 9 2 年为昆明局“昆一河”线研制开发 的，替代了原米轨线上运行的p 3 0 型棚车。p 3 1 型米轨棚车自重1 6 4 t ，容 积6 5 8 m 3 ，载重3 l t hj 。由于眉山车辆厂设计的3 1 系列米轨货车具有良好的 动力学性能，所以成为了昆明局唯一允许进入越南境内进行国际联运的货 车，在中越铁路联运中扮演着重要角色。p 3 l 型米轨棚车为米轨运输和对越 贸易做出了重要贡献。但随着时代的发展，p 3 l 型棚车也暴露出了结构老化， 自重较大，车门安全性不足，车门锁闭装置易折损，车顶板变形大，容积较 小，再加上本身存在着工艺性较差，生产难度大等缺点。所以，开发出自重 小、容积大、工艺好的新型米轨棚车，以满足“昆一河”米轨铁路货运和中 越铁路联运的需要也就成为当务之急。 1 5 论文的主要内容 为了解决米轨货车存在的突出问题，进一步推动米轨货车技术的发展， 在东南亚米轨货车市场上占据主动地位，中国南车集团眉山车辆厂将该项目 定为2 0 0 2 2 0 0 3 年科技开发项目，本文就是结合该课题进行研究，制定米 轨货车强度设计准则，并研制1 4 t 轴重的米轨棚车。本论文的主要研究内容 有： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 1 根据米轨货车的运用情况，对米轨货车的纵向动力学性能进行分析。 在建立米轨货车纵向动力学模型的基础上，编制计算机程序分析米轨列车在 牵引、制动和编组工况下的纵向冲击力，求出车钩纵向冲击力的大小，为制 定米轨货车强度准则提供理论依据。 2 进行米轨货车的强度设计与试验鉴定准则的研究。该准则主要用于 我国昆河线米轨上运营的、新设计一般用途货车车体及主要零部件的结构 强度。完成详细的米轨货车强度设计准则，包含垂向静、动载荷，侧向力， 纵向力及载荷组合、修理时加于车辆上的载荷以及车辆结构、附件的强度要 求及试验鉴定依据等部分内容。 3 提出1 4 t 轴重、载重4 0 t 、自重小于1 6 t 的新型米轨棚车的技术条件， 对新型米轨棚车车体钢结构进行设计。 4 根据米轨货车强度设计和试验鉴定准则，对设计的车体钢结构用 l - d e a s 结构分析程序进行有限元分析，根据分析结果对车体结构进一步进行 优化设计，然后根据最终结构再一次对车体强度进行校核。 5 根据设计的新型米轨棚车的强度试验结果，对比并验证计算结果的 正确性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章米轨货车纵向动力学分析 2 1 列车纵向运动的力学和数学模型 列车纵向动力学的实质是解决多刚体系统非线性动力学问题。列车系统 中存在变化的牵引力或制动力。列车通过不同坡道和曲线时，坡道力和曲线 阻力由列车端部向尾部逐渐推移并激起列车内部的纵向运动。 由于机车和车辆本身结构刚度比连结装置的刚度大得多，可以把机车和 车辆的车体视作刚体，而车体结构的弹性可以归入车钩缓冲装置的弹性之 中。 设列车沿坡度有变化的线路上运行，列车由机车和行辆车辆组成，其质 量分别为m o ，m ，于是列车纵向动力学分析的模型有图2 一l 的形 式。 图2 - 1 列车纵向动力学模型 以线路上某点0 作固定纵向坐标系o z ，设在初始条件下f d 时，列车 为稳态运动；当f 0 时，列车的牵引力、制动力、坡道力和曲线阻力出现 变化，使列车产生纵向运动。 设在t = o 时，机车车辆质心在x 坐标轴上的初始位置分别为三。，三， 。若在t = t 时，列车中机车车辆的质心相对其初始位置分别为勘，石， 工，x 。于是在t 时列车中第i 辆车在z 坐标系中的瞬时坐标位置为： z ，= l 。+ t ( i = o ，j ，h ) ( 2 - 1 ) 式中上厂一列车中第i 辆车在非稳态过程开始时，其质心在z 轴上的坐标； 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 x i 一一列车中第i 辆车在非稳态过程开始后t 时其质心距其初始坐标位 置的位移量。 取第i 辆车为分离体，则由图2 2 可见，作用在第i 辆车上的外力有： oo 图2 2 正一一作用在第i 辆动车的轮周牵引力，若第i 辆为车辆，则乃= d ； 一一一作用在第扛1 辆与第i 辆车之间的连结装景间的作用力( 一般而 言，该力是两车的相对位移( 工t 吐) 和两车的相对速度( 毫一童。) 的函数) ： r + 厂一一第i 辆车和第i + 1 辆车之间连结装置间的作用力( 该力是两车 相对位移( x i 吖川) 和两车相对速度( j ；一童。) 的函数，列车中第一辆车的 前部和最后一辆车的后部无车钩力，故f o = d ，b + 产d ) ： 孵一一第i 辆车的运行阻力，孵= m m ； 瞄一一第i 辆车的质量 w 一一第i 辆车的单位质量阻力： = w o ，+ 比，+ ( 2 - 2 ) w 0 。一第i 辆车的基本阻力，包括轴承阻力，轮轨滚动摩擦阻力和空气 阻力等； w o ，= 4 + 6 v + c v 2 ( 2 3 ) w ，一一第i 辆车所在曲线上的阻力； w ，f = i 7 ( k n ) ( 2 4 ) 。一一第i 辆车所在坡道上的阻力；( 列车上坡时，为正，列车下坡时 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 峙，为负。我国测定的w 即w 。，w s ，值随机车车辆的结构而定，这些值在列 车运行中应根据车辆速度及车辆在某瞬时所处曲线及坡道具体情况丽定，因 此w r 是时间的函数) ； m ，= o 0 1 0 i ( k n t ) ( 2 - 5 ) b ；一一第i 辆车的制动力( 其值根据车辆在列车中的位置、制动波速、 制动机结构、制动机工况和车辆运行速度具体确定，也是时间的函数) 。 以列车中每一辆机车或车辆为分离体，根据动态平衡条件可以列出列车 的运动方程如下： m o x o = r o 一只一b o 一 m 薯= 五+ 鼻一e b 。一暇 m 量= 互+ f 只+ 。一b i 一彬 鸲曩= 不+ e 一只一形 ( 2 6 ) 上列方程可适用于单机牵引，多机牵引或组合列车不论机车配置于列车 中任何位置，只要在配置机车处加上牵引力乃，而在车辆处乃= d 。 若为制动工况，则露= d ( i = o ，j ， ) ，而在各辆车上加不同的制动 力尻。若列车在多段坡道上运行，则只需在职中加入相应的坡道力，若列 车在曲线上，则孵中加入相应的曲线阻力。由于米轨货车没有调车冲击， 所以其最大纵向力工况为顺坡紧急制动，下面就以p 3 l 型棚车为计算车型对 该工况进行求解【6 h 1 5 】【3 牛f 4 。 2 2 制动力计算 2 2 1 制动装置的特性曲线 世界各国铁路的多数车辆采用空气制动装置。制动时，司机在列车前部 操纵，使制动主管中的空气压力由列车头部逐渐向列车尾部减压，列车主管 降压到一定量时，所在部位的制动机作用并向制动缸充气，形成制动力。制 动力由列车头部向尾部传递时形成制动波 6 1 。 西南交道大学硕士研究生学位论文第9 页 根据制动缸的充气特点，机车车辆中的制动装置可分为三种类型，见图 2 3 。 - ，形缮 p r ， ，2 l 一 n 3 厶纪乡 矿 n ， 予z夕 ，警一 ， 一 ， “lr ；一 一 谚 j j l 一电空制动2 一m 1 3 5 制动机 3 3 2 0 制动机4 2 7 0 0 0 2 制动机 图2 3 制动缸充气特点 第一种类型的特点是，当列车中采用相同的制动机时，列车中全部车辆 的制动缸都以相同的速度进行充气，其中有一种是全部车辆同时以相同速度 充气，例如电空制动( 图2 3 中的线1 ) 。另一种是前后车辆制动充气特性仅 有一个时间差，例如列车中全部安装原苏联的m 1 3 5 空气制动机( 图2 - 3 中线2 为首车，线2 为尾车) ，这种制动机的充气特性称为等距型1 6 】。 第二种类型的特点是：列车制动时制动波也是由头部向尾部传递，尾部 车辆制动缸开始充气后，其充气速度后部比前部快，虽然后部车辆制动缸充 气开始较迟，但由于充气速度快，使列车中前后车辆制动缸压力达到最大值 的时间接近，如原苏联的2 7 0 0 0 2 型制动机( 图2 3 中线4 为首车，线4 为尾车) ，这种制动机充气特性称为非等距收敛型。 第三种类型的特点是：离机车越远制动缸充气速度越慢，如前苏联的 3 2 0 型制动机( 图2 3 中线3 为首车，线3 为尾车) ，这类充气特性称为非 等距发散型。 图2 4 为我国货车1 0 3 型制动机在编组7 2 辆的列车中常用制动、紧急 制动与缓解时的制动缸充气特性曲线。其中图2 - 4 ( a ) 为第一辆和第7 2 辆 车的常用制动时制动缸压力，图2 4 ( b ) 为第一辆和第7 2 辆车缓解时制动 缸压力，图2 4 ( g ) 为第一辆和第7 2 辆车在紧急制动时制动缸压力变化特 性。由图2 4 可见，1 0 3 型制动机的制动缸充气特性也属于非等距收敛型【6 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 ( d ) c m ) 乱 差 压 力o 2 c ” o 署o t 压n 力 o 常用稿时阿 | 0 0 ，摹) 对 t 量悯时 图2 - 41 0 3 型制动缸充气特点 图2 - 5 为我国1 0 4 、1 0 4 k 型空气制动机紧急制动时的压强一时间曲线 【1 6 】。 l _ 日风i r 1 尊j k 缸 、 、 r 碧 i 车瞥 一 蜘础缸l漓庶力 一一 嘲动缸 jk 一懈u 1 耪溪车静瘫力换黧公式麓： 吁口芦塑毒鬟产( 3 - 7 ， 。口厂1 藕溺添一 ) 对于一般贷罐车体的所有梁件允许按( 3 7 ) 换算。 h 缀逡杰镶瑙下瘦力换算 第一工况 口p _ f = ae l 勇1 羁0 0 筝幕( 3 - 8 ) 口，f 贾瓣 8 0 疗y y = 拶c 丽蕊 ( 3 - 9 i 应力的会戏 在鉴定强度时，将换算应力值按照“最大可能组裔”的原娜予以合成。 。第一工况 中梁、端粱、铙梁和横梁( 包括耩撵) 霸赞车车礤应力合成为： 。i = t 7 t i l k 姆) 七g y t ( 或。弹) 斗。喊 0 3 - 1 0 ) 衡墙( 包捶翎梁) 嵇棚车车臻应力合成受： oi = o q ( 1 七k 如+ k c ) + ow ( 或o ) + 。n x 3 - 1 、 西南交通大学硕士册究生学位论文第2 5 页 罐体皮力合成为 。 = o 时+ o y l ( 或d 卿j + o ( 1 + k a y ) t 3 - 1 2 ) 3 3 5 3 率体莉魔试验 试验内容： a 赞车车体仅徽熏嶷弯蘸鬻度试毅，焉撬发与车辆定藤之魄毽( 郄挠 跨比) 来评定。 垂壹弯莛剐发试验：在垂纛载蓠试猃嚣，潮定在臻粱、撬鬃嚣黎髑车体 中央处中梁和侧粱的挠度值，并换算成中粱中央相对于两心盘的挠度值 ( 磊，r a m ) ，测粱孛央矮薅于栋梁蠛部瓣挠疫馕 & ，m m ) 。然爱摄攥3 3 5 。2 中第g 项垂直静载重下戍力换算的假寇，换算为车体磁常运用情况下的挠度 镶( 不考虑动载菏翻侧内力豹影照) 。换算公式如下； 中梁中央挠腱 磊墨麴重霉懑掣唑。，( 3 - 1 3 ) j z c0 9 试骏载荷 侧粱中央挠发 r圭盟堂掣蕤掣螳峨(3-14)jc- 试骏载荷 ” 丘取、二位侧梁中央挠魔平均值。 垂妻弯韭剐发的评定标准 货车牟体的挠跨比评定标准推荐如下数值： 玉车辘定距 底架承载的敞、平率： 争赢 ( 3 1 5 ) 铡壤承载豹零体； 争一。1 5 0 0 ( 3 1 6 ) 专墙 受集中载重冉勺平车： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 粤 。= 7 0 0 ( 3 1 7 ) 长大货物车； 争南 ( 3 1 8 ) b 扭转刚度试验：扭转载荷试验时，测量加载后四个支撑点相对于剐性 基础垂直距离的变化值( 6 i m m ：i = 1 、2 、3 、4 ) 。 车体的相对扭转角用下式计算： 矿j 生垒年业( 3 - 1 9 ) 矿1 一 式中：。一相对扭转角，弧度 d 卜加载荷后点垂直距离的变化值，m i l l ； f _ 1 、2 、3 、4 ， 6 2 一一、二或三、四两测点之间的距离( 一、二位端应相等) ，r i l i l l 。 3 3 5 4 货车转向架静强度试验 本试验适用于无横向联系梁的铸钢摇枕与侧架。摇枕和侧架可以单独地 进行加载试验，亦可对组成的转向架进行试验。 试验内容和许用应力 摇枕的作用载荷有：垂直载荷p 和沿车体纵向作用的水平力o 2 5 p 均以 集中载荷形式作用在摇枕心盘位置，摇枕两端弹簧支承面处以刚性支承。p 为一个转向架承受的垂直静载重，其值等于转向架轴重减去转向架自重。 侧架的作用载荷有：垂直载荷1 5 c 和沿车体横向作用的水平力o 4 c ， 垂直载荷可模拟实际受力情况作用在弹簧支承面上；而横向水平力垂直于侧 架平面作用在两个立柱上。c 为轮对两轴颈的垂直静载重，其值等于轴重减 去轮对自重。 摇枕和侧架在垂直和水平两种载荷作用下，各测点的合成应力应不大于 以下许用应力值： 材质 z g 2 3 0 4 5 0 b 级钢 c 级钢 许用应力( m p a ) 1 0 3 1 1 7 1 5 l 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 摇枕还需作沿车体纵向单独作用的水平力0 8 p 载荷下的试验，此力以 集中形式作用在摇枕中央的腹板上，摇枕两端与侧架立柱接触面处以刚性支 承。其应力应不大于以下许用应力值： 材质许用应力( m p a ) z g 2 3 0 4 5 07 8 b 级钢8 9 c 级钢1 1 5 侧架轴箱导框内侧弯角处，其主要承受弯曲断面的许用应力，允许按 3 3 6 5 中( 2 ) 进行提高。 3 3 5 5 货车冲击试验 准则试行期间，本项试验仅按专门文件规定，对指定的车辆进行。 货车冲击试验是用一辆具有一定速度的车辆向一辆静止的车辆冲击，并 符合下列要求： a 受试车辆应处于非制动静止状态。 b 受试车辆应装有设计时所采用的缓冲装置。 c 冲击车和被冲击车的垂直静载重应相近。 d 冲击车冲击速度从3 公里d , 时开始，每次递增约1 公里d , 时，直 到车钩力不小于2 0 0 t 。 e 将车钩力为2 0 0 t 时的冲击试验应力与垂直静载重下的应力合成，其 值不大于表3 1 第二工况许用应力。 3 3 5 6 其他试验 除3 3 5 1 3 3 5 5 规定的车辆主要零部件在主载荷作用下的试验外，其 他如车钩缓冲装置的强度试验，货车车体在叉车轮载荷下的试验等，均应按 3 3 3 和3 3 4 所规定的载荷进行。 3 3 6 铁道车辆所用材料和许用应力 3 3 6 1 车辆焊接结构主要承载件，一般应采用平炉、电炉或质量不次 于平炉的纯氧顶吹转炉钢。用普通方法炼成的侧吹转炉钢仅可用于次要零 件，普通底吹转炉钢不得使用。热轧碳素结构钢的含碳量不得大于0 2 2 ， 含硫量不得大于o 0 5 5 ，含磷量不得大于o 0 4 5 。镍、铬和铜等杂质的含 量不得超过o 3 。底合金钢按专门规定办理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 3 3 6 2 车辆焊接结构主要承载件应当采用具有额定冲击韧性的镇静 钢。要求保证常温冲击值不小于6 k g m c m 2 ，在4 0 0 c 的低温冲击值不小于 3 k g m c m 2 。 3 3 6 3 在设计和试验时，材料机械性能一律采用相应标准的最低值。 当使用没有载明机械性能、化学成分和冶炼方法的金属材料时，应以国标或 冶标所规定的方法进行鉴定后，方可按相应钢号使用。对于经过鉴定不合格， 以及冶炼方法不能确定的钢材，均不得用于制造车辆的主要承载件。 3 3 6 4 钢制零部件采用下列材料机械性能： 弹性模量：轧制钢材e = 2 0 6 x 1 0 3 m p a ； 铸钢件e = 1 7 2 x l 矿m p a ： f 切变模量：g 气厂万 7 了- ； 波松比：= n 3 3 3 6 5 按本准则设计的钢质车辆零部件，除3 3 5 已载明的试验许用应 力外，零部件基本金属的测试应力均不得大于表3 1 所规定的数值。 ( 1 ) 若采用表3 1 中没有记载的其他金属材料，其许用应力可参考所用 材料的屈服极限与表列同类材料的屈服强度之比而决定。 ( 2 ) 对于主要承受弯曲的车辆杆件，允许按“极限荷重法”提高材料的 许用应力，即主要承受弯曲的断面，其断面全部纤维达到屈服强度时所能承 受的弯距比断面外侧纤维达到屈服强度时所承受的弯距 如要大，故弯 曲时许用应力可以比表列许用应力提高蚴, 1 4 2 的比例。 ( 3 ) 车辆各金属零件( 弹簧除外) 在承受剪切状态下的屈服极限及许用 应力取为拉伸屈服极限和许用应力0 6 倍。剪切极限强度取为拉伸强度极限 的0 7 5 倍。 嚣素交逶大学颂研究生学像论文繁2 9 茭 表3 - 1 金属零件的许用应力( m p a ) 车体及转两架零车俸及转囱架零裁动 材料及其牌号件( 轮对除外)件( 轮对除外)零件 第一工况第二正况 普通 q 2 3 5 - a( 6s = 2 3 5 ) 1 6 l2 1 21 3 6 碳素铜 q 2 7 5( 6s = 2 7 5 ) 1 8 82 4 81 5 9 0 9 c u p c r n i - a ( 6s = 3 4 5 ) 2 1 62 9 31 8 3 囊季谈镄 0 9 c u p t i r e * a ( 6s = 2 9 5 ) 1 8 52 4 51 5 6 不锈键1 c r l 7 m n 6 n i 5 n ( 6s = 2 7 5 )l s 82 4 81 5 9 低合金 1 6 m n ( 6s = 3 7 5 ) 2 1 62 9 3l s 3 镄 普通铸z g 2 0 0 - 4 0 0 f6s = 2 0 0 )1 1 51 5 49 8 锈z g 2 3 0 - 4 5 0 ( 6s = 2 3 0 ) 1 3 21 7 71 1 3 低合金b 级钢f6s = 2 8 0 )1 5 02 0 01 2 8 铸镧c 级钢 ( 6s = 4 2 0 ) 1 9 52 5 91 6 6 l f 6( 6s = 1 5 7 )l o o 铝含金 ( 6s = 3 1 4 )1 4 0 ( 转向架零部件除外) 撬压及驽鼗变形：9 8 1 弹簧诵6 0 s i 2 m n( 6s = 1 1 7 7 ) 剪切及搬_ 转变形：7 3 6 淀：1 苓锈镊l c f l 7 狱藏6 獠5 n 煞力学鬯糖鬏攘g b l 2 2 0 迷取。 2 铝合衾l f 6 的力学性能根据g b 3 1 9 3 选取。 3 4 本章小结 本章主要是在上一章对纵向力计算分析的基础上，对比准轨货车强度试 验标准，同时为了扩大适用丽，也参照了泰国、缁赶米孰货车强嶷要求，裁 定出了米轨鼹车强度设计与试验鎏定准刚。 嚣袁交遗大学颂士研究生学位论文第黉 第4 章新型米轨棚车结构设计 4 1 新型米轨棚车研制的必要性 p 3 1 型米轨棚率是眉山车辆厂1 9 9 2 年为昆明局“昆一河”线研制歼发 鲍，替代了溅米孰线上运霉戆p 3 0 塑米软轾事。p 3 l 墼米鞔攘擎鑫重1 6 。9 t ， 容积6 5 8 m 3 ，载重3 1 t 。由于眉山车辆厂设计的p 3 l 、c 3 l 、n 3 l 系列米轨货 车具蠢良好的动力学性能，黼以成必了昆鞠蜀难一允诲遂入越南壤内进缎国 际联运的贷率，在中越铁路联运中扮演着麓要角色。p 3 1 塑米轨棚车为米轨 运输枣对越贸易作出了重要贡献。健随着时代的发展，p 3 1 型棚率也暴鼗了 结构老亿，囱重较大，车门安全往不足，举门锁闭装置易折损，率项板变形 大，察积较小的缺点。同时，随着我国加入w t o 藤，对外贸易的不断扩大， “琵一污”米毓线上，串越铁路国际联运鞠益繁靛，加之越南萄肉已逐步开 始全丽使用1 4 t 轴熏米轨转向架，p 3 1 型棚车已经不适应阑际联运的需要。 孬热上其本囊存在慧工艺魏较差，囊产难度大等簸赢。为魏摄有妊要开笈出 自重小、载煎大、容积大、工艺性好的1 4 t 轴重的新型米轨棚车，以更好地 瀵是“昆一溪”线米软铁爨捷运霸审越铁鼹联运懿需要【鄞。 4 2p 3 1 戮米轨褫车 4 。2 1 主要用途 p 3 1 型米轨棚荤是根据隐明铁路局米轨线路需委而开发的新趔棚车。主 要熙予装运热受藤鹭、蜀晒侵袭鲍爨妨及较贵重、器丢失驰嫠赛，必要嚣童夯 可运送人员等f 2 ”。 4 。2 2 主要性能参数： 轨距 轴重 囱重 载重 舀重系数 凝大容积 1 0 0 0 r a m 1 2 t 1 6 4 t 3 l t 0 5 3 6 5 8 m 嚣南交遵大学硕士研究生学位论文 第3 1 页 商效容积 6 3 m 3 比容 2 。1 2 m t 焱高运行速度8 0 k m h 邋过最小曲线半径8 0 m 率辆长度 1 2 8 6 8 m m 车辆定距8400mm 底架长度 1 1 9 6 0 m m 燮车地板面距轨露高度约1 0 6 2 m m 窜辆最大高度 3 5 5 6 m m 率辆最大宽度 2 9 9 4 m m 限界符合铁路技术规程鼯明铁路局米轨补充规程1 1 附图二机车 车辆限界之要求。 4 2 3 主要结构 全车为全钢焊接结构，融底架、端墙、侧墙、牵顶、攀f 1 、攀塞、转向 架、制动装置、车钩缓冲装灌等部件组成。觅图4 - l 。 hi | 皇目一q | _ i- 礴o - i _ 璺昌昌l i 邕篁l日hm j i li i ffl 、_ 舞皇p 4 。目i i * r f e j 蜩_f _ 月二 i jl i 再蔺耐。铲一箨霜豳泸 f l l 1 棚lja ，l 1 撇1f 。 ，、“硝lf 1 一底架2 一侧墙 3 翎动装置 4 一车门5 一车窗 6 一米轨转向架7 一车钩缓冲装置8 一端墙 9 一车顶 图4 。lp 3 l 型米轨