（光学工程专业论文）u60w卧式散装水泥罐车120kmh提速改造方案研究.pdf

塞至适厶童童些亟堂垃迨塞虫塞堑璺 中文摘要 摘要：为加快铁路装备现代化进程，尽快缓解铁路运能不足的压力，铁道部提出 了对既有各型货车进行1 2 0 k m h 提速改造本文针对u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车提速 改造，进行了样车方案设计及试验 本文介绍了u 6 0 u 型卧式散装水泥罐车的结构特点，考虑到l 6 0 w 型卧式散装 水泥罐车重心偏高( 空车重心高1 3 9 1 m m ，重车重心高2 2 4 7 m r i i ) ，将可能影响到车 辆提速后的运行品质，并结合该车型多年来在实际运用过程中较为突出的问题， 研究拟定了罐体内滑坡结构改进制动系统改造和换装转k 2 型转向架等较全面的车 型提速改造设计方案通过对罐体内滑坡结构改进前后车体的重心高的对比分析计 算，和对提速改造方案进行制动距离校核计算，最终确定了u 6 0 w 型卧式散装水泥 罐车的提速改造方象完茂该车型的提速改造图样设计后，又制定了较为详细的试 改造工艺方案，样车试改造工作于2 0 0 5 年7 月中旬前顺利完成经线路动力学性能 试验，u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车的各项性能指标均为优级，达到了新造车标准要 求经卸灰性能试验，u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车的卸灰速度和剩灰量均达到改造设 计要求 试验结果证明，u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车提速改造方案设计合理，能够满足 既有u 6 0 w 型水泥罐车1 2 0 k m h 提速要求畸o w 型卧式散装水泥罐车改造方案于2 0 0 5 年8 月顺利通过铁道部认证，并可投入批量生彦 关键词：卧式；散装；水泥；罐车；提速改造 分类号： e 夏至适左望童、业亟：堂僮途奎旦s ! ! a b s t r a c t i no r d e rt oa c c e l e r a t et h ep r o c e s so fr a i l w a ye q u i p m e n tm o d e r n i z a t i o na n dr e l e a s e t h ep r e s s u r eo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nd e f i c i e n c y , m o rb r o u g h tf o r w a r dt h e1 2 0 k m h s p e e d u pm o d i f i c a t i o nf o ra l lk i n d so fe x i s t i n gw a g o n s i nt h i sp a p e r , t h ew a g o no f u 6 0 wh o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n ki sm o d i f i e dt os p e e d ，t h es p e c i m e nw a g o n ss o l u t i o n i sd e s i g n e da n dt h et e s ti sc a r r i e d i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co fu 6 0 wh o f i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n k w a g o nh a sb e e ni n t r o d u c e d c o n s i d e r i n gt h a t t h eg r a v i t a t i o n a lc e n t e ro fu 6 0 w h o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o ni sh i 曲e r ( t h eh e i 曲to fe m p t yw a g o ni s1 3 9 1 m m a n dt h eh e i g h to fl o a d e dw a g o ni s2 2 4 7 m m ) ，m a y b ei tw i l la f f e c tt h eo p e r a t i o n a lq u a l i t y a f t e rs p e e d i n gt h ev e h i c l ea n da s s o c i a t i n gt h ep r e d o m i n a n tp r o b l e m sa p p e a r e di na c t u a l o p e r a t i o no ft h i sw a g o n ，t h i sp a p e rs t u d yo u tt h eg e n e r a ls p e e d u pd e s i g ns o l u t i o nf o r i m p r o v i n gt h ec o a s ts t r u c t u r ei n s i d et h es h e l lo ft a n k ，m o d i f y i n gt h eb r a k es y s t e ma n d c h a n g i n gt h eb o g i ek 2 a f t e rc o m p a r i n g ，a n a l y z i n ga n dc a l c u l a t i n gt h eh e i 曲to ft h i s c a r b o d ya n dc h e c k i n gt h eb r a k i n gl e n g t ho fs p e e d u ps o l u t i o n ，t h i sp a p e rc o n f i r m st h e s p e e d u pm o d i f i c a t i o ns o l u t i o no f u 6 0 w h o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o na tl a s t t h e d e t a i l e ds o l u t i o no fs p e e d u pm o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi se s t a b l i s h e da f t e rf i n i s h i n gt h e d e s i g no fs p e c i m e nd r a w i n g t h ew o r ko fm o d i f y i n gs p e c i m e nw a g o ni sf i n i s h e d s m o o t h l yb e f o r et h em i d d l eo fm a y2 0 0 5 e v e r yp e r f o r m a n c ep a r a m e t e ro fu 6 0 w h o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o ni se x c e l l e n tb yl i n ed y n a m i cp e r f o r m a n c et e s ta n d m e e tt h es t a n d a r dr e q u i r e m e n to fn e ww a g o n b o t ht h es p e e do fa s hu n l o a da n dt h e q u a n t i t yo f l e f ta s ha r em e e tt h er e q u i r e m e n to f d e s i g nb ya s hu n l o a dp e r f o r m a n c et e s t t h et e s tr e s u l tp r o v e dt h a tt h es p e e d u pm o d i f i c a t i o nd e s i g ns o l u t i o no fu 6 0 w h o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o ni sr e a s o n a b l ea n di tc a nm e e tt h er e q u i r e m e n to f s p e e dt h eu 6 0 wh o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o nt o1 2 0 k m h t h em o d i f i c a t i o n s o l u t i o no fu 6 0 wh o r i z o n t a lb u l kc e m e n tt a n kw a g o nh a sb e e na p p r o v e db ym o ro n a u g 2 0 0 5a n di tc a na p p l yi nb a t c hp r o d u c t i o n k e y w o r d s ：h r i z o n t a lb u l k ：c e m e n tt a n kw a g o n ：s p e e dm o d i f i c a t i o n c i 。a s s n o ： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位敝作者躲挪娃托新虢牵l j 坼 签字日期：印年l ；月$ e t签字日期：乒功年z 月召日 e 壅窑重厶鲎：生些亟兰谴迨塞塾进 致谢 本论文是在我的导师宋永增教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。宋老师渊 博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的科研作风以及平易近人的处事态度， 给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅，并时时激励着我。从课题的选挥到项目 的最终完成，宋老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向宋老师致 以诚挚的谢意和崇高的敬意! 我还要感谢我的工厂指导老师王文峰高工，在该项目的研究和论文的写作过 程中一直给予我大力的支持和精心的指导，也感谢霍凯老师给予我的关心和支持。 同时，我要感谢工厂项目组的全体成员，正是大家的无私奉献和对我的鼎力支持 才确保了项目的顺利完成。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利 完成，工厂的各位领导、同事、朋友及家人均给予了我诸多的关心和帮助，在这 里请接受我诚挚的谢意! 谫 调f 你们! e立窒适 厶竺主些亟丝焦迨塞生 序 本论文是针对铁道部既有货车提速改造的要求，对我厂主导设计的u 6 0 w 型卧 式散装水泥罐车进行1 2 0 k m h 提速改造方案设计研究。考虑到该型罐车车体重心 偏高，如果直接对该车进行换装转k 2 型转向架改造，将可能对车辆的动力学性能 形成一定的不利影响。为确保铁路行车安全，因此研究制定了对罐体内滑坡结构 进行改进设计的1 2 0 k m h 换装转k 2 型转向架提速改造方案，在保证车辆安全运营 的前提下，同时较好解决了该型车辆在前期运用中存在的问题。经四方车辆研究 所等单位协作进行了线路动力学性能试验、卸灰性能试验等项试验，较好的验证 了该项改造方案，从而为该型车辆的批量改造提供了有力的技术支持。 北京交通大学专业硕士学位论文绪论 第一章绪论 前言： 随着国民经济的快速增长，铁路运能严重不足与社会需求急剧增长的矛盾 日益突出，并己严重制约了国民经济进一步的快速增长，为缓解运能不足的压 力，铁道部适时提出了跨越式发展战略构想，通过快速提升铁路客货车装备技术 水平，在确保铁路安全运营的前提下，大面积的实施铁路客货车提速。自1 9 9 7 年4 月1 日铁路第一次提速以来，铁路客运虽经多次提速，但仍难以满足快速增 长的运输需求。我国铁路客货车共线运输的客观实倩，以及铁路货车运营速度较 低的现状，铁路外轨超高的难题，严重制约了铁路客货车进一步提速的发展。因 此实施货车提速改造不仅意义重大，而且也迫在眉睫。 l1 项目背景 我国铁路的总里程约7 3 0 0 0 公里( 占世界1 2 0 万公里的6 ) ，而铁路运输 量却占世界铁路运输量的2 4 ，从挖潜提效这点来看基本上已达到极限，事实上 我国所有干线平均十分钟以内就发一趟车。我们国家货物运量的需求每天申请装 车就达到3 0 万辆车，而我国每天实际能达到的装车量仅为1 0 1 l 万辆，只能满 足国内需求的三分之一。 我国现有铁路货车约6 2 万辆，其中，企业自各车9 万辆，剩下的j 3 万辆 车全是国铁车。铁路货车原来设计速度为l o o k m h ，而实际运行速度基本上控制 在空车7 0 k m h 、重车8 0 k m h 以下。从2 0 0 2 年开始进行了货车提速工作，2 0 0 2 年以后，新造货车全部是商业运营速度为1 2 0 k m h 的货车，采用新型转k 2 、转 k 4 和转k 5 和转k 6 型转向架。 自2 0 0 2 年以后，虽然新造的铁路货车其技术水平较高，能够较好的满足 1 2 0 k m h 的商业运营的需要。但实际情况是，到目前为止，现有货车能达到 1 2 0 k m h 商业运营速度要求的约有1 5 万辆车左右，远远不能满足铁路大面积提 速发展的需要。 因此经反复的研究论证，铁道部确立了对既有货车进行1 2 0 k m h 提速改造 的基本政策，首先是从铁道部所属的5 3 万辆货车开始进行提速改造，把转向架 的主要部件进行更换，以适应货车的1 2 0 k m h 的商业运行速度的要求。铁道部计 划用三年的时间对铁道部所属的5 3 万辆货车中的2 5 万辆货车进行大规模的提速 改造，同时也要对9 万辆企业自备车中的相当一部分进行同步提速改造。从而 2 0 0 8 年以后，预计有4 0 万辆以上的货车能够达到1 2 0 k m h 的运行速度的要求 北京交通犬学专业硕士学位论文绪论 ( 其中已有1 5 万辆车是新造或通过小规模的改造已达到1 2 0 k m h 的运行速度的 要求) 。余下的十几万辆车将在西部地区、山区、支线、部分边远铁路局限制运 行。这样能够有效配合铁道部的第六次大提速，在主要干线上运行的货车的速度 将提升为1 2 0 k m h 。从而根本性的解决好铁路外轨超高的难题，顺利实现铁路客 货车再次大面积的提速需求。 2 0 0 3 年，铁道部开始实施对既有货车提速试改造。经过近一年时间的提速 改造和运营试验，在不断完善既有货车1 2 0 k m h 提速改造方案前提下，2 0 0 4 年2 月上旬铁道部在武汉江岸车辆厂隆重召开了既有货车1 2 0 k m h 提速改造现场 会，从此既有货车1 2 0 k m h 提速改造工程全面启动。铁道部运装货车 2 0 0 4 1 6 8 号文“关于安排既有货车1 2 0 k m h 提速改造工作安排的通知”成为既有货车提速 改造的纲领性文件。 通过近一年的大面积提速改造，取得了较为显著的成效。既有货车改造车 型不断扩大，改造范围也从路用车延伸到企业自各车。2 0 0 4 年底，铁道部运装 货车电 2 0 0 4 1 2 5 0 5 号文件“关于c 。等车型换装转k ：型转向架试改的通知”要 求江岸工厂负责u 6 0 u 型换装转k 2 型转向架改造方案设计、样车试改和动力学试 验任务。按照部电文的精神，工厂承担并迅速启动了u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车 的1 2 0 k m h 提速改造方案设计和样车试制改造工作。 1 2u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车结构简介 u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车是目前国内专供散装水泥运输的铁路专用车辆， 主要应用于国内各大水泥公司。该型车辆由武汉江岸车辆厂与四方车辆研究所共 同研制开发，该型车辆研制成功后，于1 9 8 6 年底通过铁道部生产质量认证。由 于该车型其卸灰性能较早期的立式水泥罐车有了明显的改进，因而该车型很快在 工厂投入了批量生产。目前全路投入实际运用的该型车辆约有二千多辆，该车型 的投产运用有力推动了散装水泥运输的进一步发展。新一代卧式散装水泥罐车研 制成功后，u 6 0 w 型散装水泥车于1 9 9 6 年停产。 u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车，首次设计选用了卧式圆筒罐体结构，采用椭圆 型封头，车体为无通长中侧梁小底架全钢焊接结构。罐体内设有5 0 。倾角的大 滑坡结构，罐体顶部设有内径为咖4 1 8 m m 的两个装料口( 兼作入孔) 供货物装 载，罐体底部设有两个锥斗和气室。该型结构考虑到散装货物安息角的特性，在 自重作用下，货物自动下卸到罐体底部的锥斗，卸料时通过向锥斗底部气室加入 高压空气将水泥流化输送到卸灰管路，实现物科的自动气卸。罐体两端直接和牵 2 北京交通大学专业硕七学位论文绪论 枕装置组焊，为整体承载结构，可以减轻自重。其次设计采用了无底架结构形 式，极大的方便了车辆的检修作业。罐体两侧设有进风口和卸料口。 该车主要配置为：装用转8 a 型转向架，风制动装置采用g k 型三通阀， 3 5 6 x 2 5 4 制动缸( 1 v ) ，螺纹管系、集尘器和手动空重车调整装置，未安装闸瓦 间隙自动调整装置。 u 6 0 w 型散装水泥罐车主要性能参数 载重( t ) 自重( t ) 装载客积( m ) 轴重( t ) 自重系数 每延米重( t m ) 通过最小曲线半径( m ) 卸货参数 工作压力( m p a ) 输送水平距离( m ) 输送高度( m ) 车辆限界 u 6 0 w 型散装水泥罐车主要尺寸： 车辆长度( m m ) 车辆定距( r i i m ) 罐体内径长度( mi i i ) 车辆最大宽度( m m ) 车辆最大高度( m m ) 装货口数量及尺寸( 衄) 转向架固定轴距( m m ) 车轮直径( m m ) 车钩中心线高( 空车) ( 啪) 5 9 2 4 3 4 8 2 l 0 4 l 6 9 4 1 4 5 0 3 5 1 0 0 3 0 符合6 8 1 4 6 1 - 1 9 8 3 标准 轨距铁道机车车辆限界的要求 0 o 0 o 8 8 o o o o 2 l l 5 4 0 o 6 0 0 5 4 7 瞎姗舢咖蚴渤踟 i 1 x o 2 looo3 北京交通大学专业硕十学位论文绪论 罐体内部滑坡结构示意图 1 3u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车提速改造存在的问题 1 3 1 重心偏高问题 铁道部要求工厂提出u 6 0 w 型罐车1 2 0 k m h 提速改造设计方案，进行样车试 改造，并且指定该车型试改造完成后必须进行线路动力学性能试验。 江岸工厂作为散装粉状货物罐车设计、制造主导厂家，有着十多年的罐车 设计、制造经历，在粉状货物罐车的动力学性能计算和样车线路动力学试验方面 积累了一定的经验和教训。考虑到u 6 0 w 型水泥车其车辆重心偏高，空车时车辆 重心高为1 3 9 1 m m ，重车时车辆重心高达到2 2 4 7 m m ；而卧式罐车因结构所限其车 辆定距又较小，与c 6 4 k 型敞车进行对比分析，c 6 4 k 型敞车车辆全长为 1 2 1 0 0 r a m ，车辆定距为8 7 0 0 r a m ：而u 6 0 w 型水泥车车辆全长为1 2 0 0 0 m m ，其车辆定 距为7 6 0 0 m m ，综合以上两方面的因素，提速改造后将会对车辆的提速运行品质 产生不利的影响。 因此在对该型罐车进行提速改造方案设计时，如果只是简单的对其风制动 系统及相应的底架附属件进行改造设计，不考虑车体结构的不利因素，如果简单 的换装转k 2 型转向架，则提速车辆的运行品质和营运安全将很难得到保障，即 使完成改造，能否顺利通过线路动力学试验仍将是一大考验，如不能顺利通过线 路动力学试验，则江岸工厂不仅失去u 6 0 w 型水泥车提速改造资质，而且对铁道 部提速改造计划也将造成一定的影响。 北京交通人学专业硕士学位论文绪论 u 6 0 w 型水泥车车体为全钢焊接结构，其车辆定距是不能进行调整的。因此 该车重心偏高的问题既是本次提速改造的重点，又是改造的一大难点。 1 3 2u 6 0 w 型水泥车使用中漏灰问题 现投入使用的u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车全部为企业自备车辆，投入运用十 多年来，其车辆运行性能基本稳定。但也暴露出不少的问题，较为突出的是该型 车辆在使用过程中存在较为普遍的漏灰问题，即罐体内料仓的水泥在卸料时向隔 仓中渗漏，从而造成车辆自重逐渐加大，罐内维修又比较困难，该问题己开始影 响到车辆的正常运营；其次因为水泥不断的渗漏而导致车体自重逐渐的增加，虽 然u 6 0 w 型水泥车，有效容积为4 8 m 3 ，标记载重为5 9 吨，而在实际运用中，用户 一般只能装载到5 5 5 7 吨，用户亏吨现象严重，用户抱怨大。 通过对u 6 0 w 型水泥车进行提速改造，既能满足铁路提速运行的需要，同时 又能较好的解决用户反映实出的漏灰和亏吨问题，是该型车辆提速改造的又一难 点。 1 4 本文研究的主要内容和方法 1 4 1 本文研究的主要内容 本论文主要研究分析了u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车在运用中存在的主要问 题，及进行1 2 0 k m h 提速改造的难点。通过研究分析寻求结构理论上的支撑，从 而提出合理的改造方案。 本文重点研究了u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车的结构特点及其卸灰机理，该 型水泥罐车在罐体内部采用了大滑坡结构，在卸灰作业时，主要依靠货物自重实 现物料下卸，在卸料口处，接入高压风管，通过高压气流对货物实现流化后，从 卸料管卸料。高压气流在卸料口处进入料仓，透过物料后在料仓上部通过上部的 透气层进入货物隔仓，在通气后进行卸灰作业时，隔仓与料仓问有一定的负压 差，将直接导致水泥向隔仓中渗漏，而对隔仓中的积灰又不便于清理，车辆长期 运用后，水泥在隔仓中大量积结，车辆自重相应增加，最终造成用户亏吨现象。 u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车大滑坡的结构特点决定了货物隔仓空间较大，料 仓为倒锥式结构形式，下部小上部大，满载物料后在重车状态下，整车重心偏 高，实施提速运营后，较高的重心将对车辆的运行品质造成一定的不良影响。 北京交通大学专业硕： ：学位论文绪论 本文研究制定了车辆罐体内滑坡结构改造方案、换装转k 2 型转向架的提 速改造方案，设计采用流化床结构形式替代大滑坡结构，尽量压缩隔仓空间，增 大装料容积，寻求以适当降低车辆重心来改善车辆的运行品质，同时基本解决用 户亏吨问题。 1 4 2 本文研究的主要方法 本文主要的研究方法是在工厂多年设计制造水泥罐车的实践经验基础上， 针对存在的问题较系统的进行结构分析，寻求理论上面的支撑：并在相关理论的 指导下，进行具体的改造实践。通过样车的型式和性能试验来检验和验证改造方 案。在此基础上进行系统的总结，提出正式的批量改造方案，为以后该车型的大 批量改造提供理论上面的支撑。 在进行提速改造方案设计前期，主要进行了搜集与提速改造车相关的技术 文件和相关的参考文献资料，广泛征集用户反馈意见，深入调研该型车辆的实际 运用情况等项工作。在充分调研的基础上，结合工厂多年的设计制造经验，形成 初步的改造设想，提出具体的设计方案。 方案设计完成后，通过进行车辆重心高计算和制动计算，对设计方案进行 校核验算，从结构上寻求理论方面的支撑，以进一步确认方案的可行性。 在完成所有的改造图样设计后，严格按照改造方案进行了样车改造并进行 线路动力学试验和卸灰性能试验，进一步对设计方案进行检验和验证。 样车改造和相关试验完成后，在进一步完善改造方案的基础上，本文对 u 6 0 w 型卧式散装水泥罐车的1 2 0 k m h 提速改造方案进行了理性的归纳总结，同 时还进行了技术经济性分析，以期为该车型批量进行提速改造并确保铁路安全运 营提供可行性依据和实践指导。 北京交通人学专业硕士学位论文车辆结构和技术方案分析 第二章车辆结构和技术方案分析 2 1 整车结构配置 u 6 0 w 型水泥车原车配置为装用转8 a 型转向架，配套采用高磷铸铁闸瓦，转 向架制动倍率为6 4 8 ；制动系统装用3 5 6 x 2 5 4 制动缸( i v ) ，全车制动倍率为 9 5 5 ，传动效率为o 8 5 ，空车制动率约为6 0 ，重车制动率约为3 0 。按部文要 求，该车型进行1 2 0 k m h 提速改造时必须配套装用转k 2 型转向架，配套采用高 摩合成闸瓦，转向架制动倍率为4 ，制动缸需装用3 5 6 x 2 5 4 ( i i ) 制动缸( 或旋 压式制动缸) 。 考虑到改造后装用的高摩合成闸瓦其摩擦系数较原车选用的高磷铸铁闸瓦摩 擦系数高出将近一倍，而制动缸尺寸未作更改，制动缸活塞的推力一样，因此该 车型改造后，要在闸瓦上获得相当的制动力，应对整车的基础制动系统进行重新 校核设计。整车改造设计时，按照铁道部指定的车辆配置，借鉴相对成熟的既有 敞、平车1 2 0 k m h 提速改造技术，合理选取车体制动杆杠传动倍率，并优化杆杠 结构尺寸，与转k 2 型转向架合理匹配。 2 2 罐体滑坡结构分析 u 6 0 w 型水泥车车体内部结构相对简单，该车型依据粉状货物安息角及物料 自卸原理，在卧式圆筒罐体内设置了约5 0 。的大滑坡，并将罐体内部分成料仓 和隔仓结构。卸料方式为上装下卸式，直接从罐体上部的人孔兼装料口装料；卸 料时，通过向罐体底部锥斗气室加入压力空气，使锥斗处水泥流化后将水泥气化 输出，车体上部的水泥依重力作用顺滑坡下卸。该型滑坡结构虽然设计原理简 单，制造维护相对容易，但是同时也存在隔仓过大，占用了大量的罐内空问，有 效容积利用率不高，特别是该型结构必然导致了车辆重心偏高，对车辆的提速运 行品质有一定的不利影响。 7 北京交通大学号业硕士学位论文车辆结构和技术方案分析 罐体内部结构示意图 因此在改造技术方案设计时，考虑改进罐体内现有滑坡结构，相应增加物料 装载有效容积，并同时适当的降低车辆重心。对罐体内部结构的局部改进后，罐 体及外部底架结构仍然保持不变，因而对车体的强度也没有影响。 2 3 卸料时漏灰原因分析 u 6 0 w 型水泥车满载水泥后，卸料时通过底部气室加入压力空气，罐内工作 压力设计为0 3 5 m p a ，为保持料仓与隔仓之间的压力平衡，在滑坡的上部设有中 4 1 8 m m 的透气层以连通料仓和隔仓。在实际卸料时，料仓和隔仓的压力是难以达 到平衡的。其原因为压力空气自锥斗底部透过水泥层到达上部空间时，压力已有 一定的损失，而透气层面积又较小，因而正常情况下，料仓与隔仓同间必然形成 一定的压力差，一般能达到0 0 5m p a 。其次罐内的滑坡板设计选用了64 m m 钢 板，在组装焊接过程中，存在着局部焊接不良甚至是漏焊等缺陷，投入运用十多 年以来，运用中也存在滑坡板受力变形后局部焊缝开裂的现象，从而造成罐体内 料仓和隔仓间特别是滑坡板下部密封不严的问题，卸料时在压力差的作用下最终 导致了水泥从料仓向隔仓中的渗漏。 虽然原车结构在隔仓底部设计有清灰孔，但用户在使用过程中并未严格按照 产品使用维护说明书的相关要求及时清理隔仓中的积灰，当渗漏的水泥在隔仓中 累积到一定程度后，又得不到及时的清理，因水泥其固有特性又极易吸潮结块， 结块后更是无法从底部的清灰孔清出。有的车辆最终积结的水泥多达到2 3 吨。如此最终导致用户装载时出现明显的亏吨现象。因此要解决好水泥渗漏和用 户亏吨问题有必要从滑坡结构上进行改进设计。 北京交通人学等业硕士学位论文车辆结构和技术方案分析 综合以上整车配置和罐体内部结构的分析，为满足提速改造的要求，同时为 较好的优化车体重心高参数，并根本性的解决好水泥漏灰和用户使用亏吨等问 题，可以基本确定u 6 0 w 型水泥车提速改造制动系统的参数配置和滑坡结构改造 方案。 2 4 车体及转向架改造方案 车体的牵枕装置改造较为简单，为与转k 2 转向架配套，将原车体上四个 上旁承切除，并将原车铸钢上心盘拆除，相应换装与转k 2 型转向架常接触弹性 旁承配套的上旁承和锻钢上心盘：因制动系统改造后各部件及组装尺寸差异较 大，相应的底架附属件也需进行重新设计和布局。除保留两个安全吊、手制动拉 杆吊之外，其余底架附属件几乎全部切除。按照重新设计的技术方案组焊车体底 架附属件。 转向架的改造严格按设计主导厂制定改造用转k 2 型转向架技术条件 规定的要求执行。 2 5 制动系统改造方案 u 6 0 w 水泥改造前车辆风制动系统基本配置为：装用g k 型三通阀，螺纹管 系，集尘器，手动空重调整装置，未配置闸瓦间隙调整器。 为满足车辆1 2 0 k m h 速度运行条件下制动的需要，对车辆的风制动系统进 行了重新设计和计算，对制动系统各部件进行了优化布置设计。制动系统配件中 除保留原车的制动软管和截断塞门外，其余配件全部折除。设计中加装了s t 2 2 5 0 型闸瓦问隙调整器，k z w 一4 g a 型空重车自动调整装置，配套采用新型高摩擦 系数合成闸瓦。应用改进型1 2 0 型控制阀替代g k 型三通阀，将3 5 6 x 2 5 4 制动缸 ( i v ) 更换为3 5 6 x 2 5 4 旋压密封式制动缸，换装了组合式集尘器。改造后，设 计选用的全车制动倍率为4 9 ，空车制动率为2 9 2 5 ，重车制动率为1 8 7 8 。 2 。6 罐体滑坡结构改造技术方案 考虑到u 6 0 w 型水泥车设计采用的大滑坡结构型式，虽然结构简单可靠， 但该结构同时存在重心偏高、透气层面积小、出现漏灰及用户亏吨等问题，特别 是该车型进行转k 2 提速改造后，必须接铁道部规定要求进行线路动力学试验。 北京交通大学专业硕：b 学位论文车辆结构和技术方案分析 因此为确保该车改造后能满足安全运输的可靠性要求，同时解决用户最为迫切的 使用要求，在方案设计时，我们提出了改造罐体内大滑坡结构的设计方案。 基本思路为：将罐体内约5 0 。的大滑坡结构全部切除，修磨平整后，重新 设计安装小角度的斜槽式流化床结构，以期达到适当降低车辆重心高度，进一步 增大流化透气面积，根本性的解决好漏灰问题。 在进行滑坡结构改造时，相应对进风管路系统进行了改造。在罐体侧部增 加两根3 寸进风管，在主进风管上相应增加两根3 寸进风管向罐内流化床送风， 并由蝶阀控制。 改造前，罐体斜仓的有效装载容积为4 8 m 3 ，改造后车辆强度没有变化，车 体自重减轻约3 0 0 坞，有效容积可增大到5 0 8 m ，车辆重心有所降低：改造前该 车流化透气面积约为0 5m 2 ，改造后流化床结构宽度约为7 0 0 r a m ，长度近l o m ， 总流化透气面积达到7 r ；改造后滑坡板上下最大压差内0 5k g c r a2 下降到 0 0 5k g c m2 ，可基本消除了漏灰现象。 斜槽式流化床结构示意图： 依据以上的结构分析和计算校核，工厂基本明确了u 6 0 w 型水泥车提速改 造设计方案，主要的改造设计图样和技术条件为： a c h l 6 一o i - 0 0 - 0 0 0 b e牵枕装配 a c h l 6 - 0 2 c 0 0 一0 0 0 b k底架附属件 a c h l 6 - 8 0 c 一0 0 0 0 0 b k风制动装置 a c h l 6 7 0 - 0 0 一0 0 0 c k 罐体组成 a c h l 3 6 j x j t既有卧式气卸散装水泥罐车转k 2 型转向架改造技 术条件 按以上技术方案对u 6 0 w 型水泥车进行12 0 k m h 提速改造后，滑坡部份重 量减轻约3 0 0 k g ，转向架部份重量增加约4 0 0 k g ，车体制动系统及底架附属件重量 增架约l o o k g 。改造前车辆自重约为2 4 3 吨，改造后车辆自重约为2 4 5 吨。 北京交通人学号业硕士学位论文设计计算 第三章设计计算 考虑到车体结构改造后，车体强度没有变化，因此本次试改造后样车不需 进行车体静强度试验，在上述分析中，与车辆性能密切相关的项点为动力学性能 指标，和车辆制动性能指标。虽然u 6 0 w 型水泥车车辆定距较小，但是车辆定距 在本次改造中无法更改，因此针对该型车辆重心偏高的问题，侧重进行了车辆重 心高的计算，和车辆制动性能计算。 3 1 车辆重心高概算 3 1 1 空车重心高计算 经计算车辆各零部件及其距轨面重心高如下： 零部件名称重量p i ( k 曲重心高h i ( 啪) p ix h i ( k g m m ) 转向架组成 8 4 0 04 2 03 5 2 8 0 0 0 钩缓组成 1 0 1 88 8 08 9 5 8 4 0 牵枕装配 2 2 5 89 0 02 0 3 2 2 0 0 风手制动装配 5 4 67 0 03 8 2 2 0 0 风灰管路装配 6 8 5 9 1 3 6 2 5 4 0 5 底加附属件 1 7 68 8 21 5 5 2 3 2 外梯装配 2 8 04 0 0 4 31 1 2 1 2 0 4 内梯装配 5 6 2 5 8 51 4 4 7 6 0 简体及端板 7 2 4 72 5 8 51 8 7 3 3 4 9 5 牵引梁上盖板 1 2 01 0 6 9 1 2 8 2 8 0 枕梁上盖板 2 2 01 3 4 92 9 6 7 8 0 端板加强板 5 81 1 4 96 6 6 4 2 锥斗 3 1 28 4 2 52 6 2 8 6 0 中侧隔板 8 71 5 3 81 3 3 8 0 6 锥斗补板 1 2 01 3 6 51 6 3 8 0 0 端滑坡组成 2 8 01 7 2 l4 8 1 8 8 0 中支架组成 2 3 51 4 5 l3 4 0 9 8 5 北京交通人学专业硕士学位论文设计计算 端支架组成 2 9 01 5 3 0 4 4 3 7 0 0 人孔 7 04 2 5 l2 9 7 5 7 0 人孔盖 5 74 4 3 0 2 5 2 5 1 0 连接体 3 2 45 6 01 8 1 4 4 0 气室 2 7 33 9 21 0 7 0 1 6 加强筋 7 1 1 2 8 39 1 0 9 3 端侧滑坡板及支 6 3 01 6 5 21 0 4 0 7 6 0 架 中侧滑坡板及支 6 0 81 6 3 4 9 9 3 4 7 2 架 流化床帆布及压7 91 4 9 11 1 7 7 8 9 铁 合计 2 4 5 0 03 3 0 1 8 7 1 9 则空车重嫡：n = 百z p i h i2 等= 1 3 4 7 7 m m 3 1 1 重车重心高计算 在s o l i d w o r k s 中通过以装载水泥为对象建立模型，从该软件计算得到罐 内装载容积为5 0 2 4m 3 ，再加上锥斗容积0 5 6 5m 3 ，故总装载容积为： 5 0 2 4 + 0 5 6 5 = 5 0 8 0 5m 5 。 i 毙l t 寸：，1 1 # 簟 r ， ，1 0 ：if ；。，：h l j ；j 北京交通人学专业硕士学位论文设计计算 u 6 0 w 水泥车改造后装载5 9 吨水泥时，振实后水泥上平面距罐顶的平均距 离约为5 8 0 m m ( 振实后的水泥比重约为1 4 8 t m 3 ) 。经计算罐体内水泥的重心 高比罐体中心线高4 8 8 r i m ，如图所示。 j 霉害- 一 。，夕= 一一 一一一二- 经计算，u 6 0 w 水泥车改造后装载5 9 吨水泥时与空车时进行对比，其转向 架心盘面高度下降为3 4 3 m m 。 则重车时( 5 9 吨) 车辆各零部件及其距轨面重心高为： 零部件名称 重量p i ( k g )重心高h i ( 硼) p ix h i ( k g l i l i n ) 转向架组成 8 4 0 04 2 03 5 2 8 0 0 0 钩缓组成 1 0 1 88 4 5 78 6 0 9 2 2 6 牵枕装配 2 2 5 88 6 5 7 1 9 5 4 7 5 0 6 风手制动装配 5 4 6 6 6 5 73 6 3 4 7 2 2 风灰管路装配 6 8 58 7 8 76 0 1 9 0 9 5 底加附属件 1 7 68 4 7 71 4 9 1 9 5 2 外梯装配 2 8 03 9 7 0 l l l l 6 0 0 内梯装配 5 62 5 5 0 71 4 2 8 3 9 2 筒体及端板 7 2 4 72 5 5 0 7 1 8 4 8 4 9 2 2 9 牵引梁上盖板 1 2 0 1 0 3 4 71 2 4 1 6 4 枕梁上盖板 2 2 01 3 1 4 72 8 9 2 3 4 端板加强板 5 81 1 1 4 7 6 4 6 5 2 6 锥斗3 1 28 0 8 22 5 2 1 5 8 4 中侧隔板 8 71 5 0 3 71 3 0 8 2 1 9 北京交通人- 乏专业硕士学位论文设计计算 锥斗补板 1 2 01 3 3 0 71 5 9 6 8 4 端滑坡组成 2 8 01 6 8 6 。7 4 7 2 2 7 6 中支架组成 2 3 51 4 1 6 7 3 3 2 9 2 4 5 端支架组成 2 9 01 4 9 5 74 3 3 7 5 3 人孔 7 04 2 1 6 7 2 9 5 1 6 9 人孔盖 5 74 3 9 5 72 5 0 5 5 4 9 连接体 3 2 45 2 5 71 7 0 3 2 6 8 气室 2 7 33 5 7 7 9 7 6 5 2 1 加强筋 7 l1 2 4 8 7 8 8 6 5 7 7 端侧滑坡板及支 6 3 01 6 1 7 71 0 1 9 1 5 1 架 中侧滑坡板及支 6 0 81 5 9 9 79 7 2 6 1 7 6 架 流化床帆布及压 7 91 4 5 6 71 1 5 0 7 9 3 铁 合计2 4 5 0 03 2 4 6 6 4 8 9 锥斗内水泥重为：0 5 6 5 x 1 4 8 0 = 8 3 6 2k g ； 罐体内的水泥重为：5 9 0 0 0 8 3 6 2 = 5 8 1 6 3 8k g ； 设重车重心高为h ，则有： ( 2 4 5 0 0 + 5 9 0 0 0 ) xh = 3 2 4 6 6 4 8 9 + 8 3 6 2 x 8 0 8 2 + 5 8 1 6 3 8 x ( 2 5 5 0 7 + 4 8 8 ) h = 2 2 0 7 7 m m 由以上计算可知：u 6 0 w 水泥车经过改造后，对降低车辆重心有一定的效 果，空车重心高由1 3 9 1 m m 下降至：1 3 4 8 m m ：重车重心高由2 2 4 7 下降至 2 2 0 8 m m 。 4 北京交通大学号业硕士学位论文设计计算 3 2 车辆制动性能校核计算 3 2 1 基本参数如下： 参数数值 制动缸 3 5 6 2 5 4 闸瓦类型高摩合成闸瓦 构造速度 1 2 0 k m h 转向架制动倍率 8 整车制动倍率 4 9 轴承滚动轴承 载重 5 9 t 自重 2 4 5 t 3 2 2 计算依据 根据列车牵引计算规程( t b t 1 4 0 7 1 9 9 8 ) 有： ( 1 ) 货车( 重车) 运行单位基本阻力 o = 0 9 2 + 0 0 0 4 8 v + 0 0 0 0 1 2 5 v 2n k n 式中：y 一运行速度( k m h ) ( 2 ) 车辆制动力 b = k 妒k k n 式中：髟一闸瓦压力，k n ； 妒。一闸瓦摩擦系数。 ( 3 ) 实算闸瓦压力 k：学zd 2 式中：蒯：2 4 一制动缸活塞面积，9 9 5 3 8 2 m m z ； p ：一制动缸压力( k p a ) ，在5 0 0 k p a 定压时，重车工况p z 煎= 3 6 0 k p a ，空 车时名义压力为1 4 0 k p a ，计算按最不利条件取定压6 0 0 k p a 时p ：空= 1 6 0 k p a ； 7 7 z 一基础制动装置传动效率，q z 重= 0 8 ，叩z 空= o 7 ； 北京交通人学专业硕士学位论文设计计算 y ：一制动倍率。 ( 4 ) 高摩合成闸瓦摩擦系数 重车工况时，按运装货车 2 0 0 2 1 1 号文件中公布的铁路货车高摩系数合 成闸瓦技术条件( 暂行) 的规定取各速度下瞬时摩擦系数的名义值。空车工况 时，按运装货车( 2 0 0 2 1 i 号文件中公布的瞬时摩擦系数的名义值加0 0 5 选 取。 ( 5 ) 车辆制动率 重车制动率 = 志 空车制动率 = 惫 式中：k 。、彪。一分别为重车和空车时的闸瓦压力，k n ； g 一重力加速度，9 8 1 m s 2 ( 6 ) 单位制动力 重车单位制动力 6 耍= 1 0 0 0 0 重妒踵 n k n 空车单位制动力 6 空= 1 0 0 0 0 m 妒脏n k n ( 7 ) 制动距离 s z = sk + s e = t i 3 6 + a s e = v 0 o 3 6 + 4 1 7 ( v i2 一也2 ) ( 1 0 0 0 0 妒t + ”) m 式中：一空走距离，m ； 一有效制动距离，m ； y o - $ 4 动初速度，k m h ； t t 一空走时间，“= ( 1 6 + 0 0 6 5 n ) ( i 一0 0 2 8 i ；) ，s ； y 。、吃一分别为速度分段计算时，速度间隔的初速和终速，k m h 。 ( 8 ) 粘着利用率 粘着利用率：