（光学工程专业论文）gj型水煤浆罐车设计开发.pdf

北京交通太学工程硕士专业学位论文 摘要 环境污染和世界石油资源危机是关系到中国2 1 世纪可持续发展的重 要战略问题，也是本世纪人类面临的主要问题之一。水煤浆的应用是缓解 石油危机、降低有害排放的有效措施之一。为适应水煤浆装卸及运输的发 展趋势，需要研究水煤浆铁路罐车的新技术。铁路罐车运输水煤浆是一种 经济合理、安全可靠的运输方式，目前还没有专门用于水煤浆的铁路罐车， 使用其它罐车又存在着诸多弊端，因此急需开发一种新型专用于水煤浆运 输的罐车。 本课题以提高水煤浆装卸及运输的合理性和经济性为目标，以开发并 试制一辆水煤浆罐车样车为对象，在对水煤浆生产、运输等具体情况进行 研究的基础上，提出了g j 型水煤浆罐车的总体设计方案，通过开发保温 套系统、卸料系统以及制动系统等进行设计。为了进一步改进各系统的特 性和经济性，又进行了多家调研、对比论证，并通过了铁道部组织的技术 审查。整个设计具有技术先进、性能可靠等特点。 根据设计方案对g j 型水煤浆罐车进行了车体静强度模拟计算、与相 关罐车对比的重心高计算等计算分析。通过计算，分析研究结构参数对整 车性能的影响，从而为进一步优化其工作过程提供理论依据。对g j 型水 煤浆罐车样车在静态、动态下的性能进行试验研究，进行了车体静强度试 验、线路动力学试验等相应的性能试验研究。 研究表明：所设计的g j 型水煤浆罐车采用的技术具有良好的性能、 先进性和市场前景；符合国家有关的各项标准；可以满足运用的要求；提 高了太原机车车辆厂的市场竞争力。 关键词：水煤浆罐车样机设计 北京交通大学工程硕士专业学位论文 a b s 仃a c t e n v i r o n m e n t a ip o l l u t i o na n dc r u d eo i lr e s o u r c e sc r i s i so ft h ew o r l da r e n o t o n l yi m p o r t a n ts t r a t e g i cp r o b l e m s c o n c e r n e da b o u tt h es u s t a i n e d d e v e l o p m e n ti n21 “c e n t u r yo fc h i n a ，b u ta l s oo n eo f t h em a j o rp r o b l e m so f w h i c hh u m a nb e i n g sm u s tf a c ei nt h i sc e n t u r y a p p l y i n go ft h ec o a l - w a t e r m i x t u r ei so n eo ft h ee f f e c t i v em e a s u r e st or e l e a s ec r u d eo i lc r i s i sa n dr e d u c e t h eh a r m f u le m i s s i o n f o rt h er e a s o no fm e e t i n gt h ed e m a n do f d e v e l o p m e n t i n t e n t i o na b o u tl o a d i n ga n du n l o a d i n go ft h ec o a l - w a t e rm i x t u r e ，w en e e dt o r e s e a r c ht h en e wt e c h n o l o g ya b o u tt h ec o a l w a t e rm i x t u r em i l w a yt a n k t h e c o a l w a t e rm i x t u r et r a n s p o r t e db yr a i l w a yt a n ki sa ne c o n o m i cr e a s o n a b l e a n ds a f e t ya n dr e l i a b l et r a n s p o r t a t i o nm e t h o d u pt on o w , t h e r ei ss t i l ln o ta n y s p e c i f i cr a i l w a yt a n ku s e di nt h ec o a l w a t e rm i x t u r et r a n s p o r t a t i o n ，a n dt h e r e a r el o t so f d i s a d v a n t a g e si f t h eo t h e r k i n d o f r a i l w a yt a n k si st a k e ni n t ou s e s o i ti se m e r g e n c yf o ru st od e v e l o pan e wk i n do f r a i l w a yt a n ks p e c i a l i z e di nt h e c o a l w a t e rm i x t u r et r a n s p o r t a t i o n t h eg o a lo ft h i sp r o j e c ti st oi m p r o v er a t i o n a la n de c o n o m i c a ll e v e lo f l o a d i n g & u n l o a d i n ga n dt r a n s p o r t a t i o no ft h ec o a l w a t e rm i x t u r e d e v e l o p a n dt r i a l p r o d u c eo n ec o a l - w a t e rm i x t u r er a i l w a yt a n k d e p e n d i n go nt h e b a s i so fr e s e a r c ho fd e t a i l e df a c ta b o u tt h ep r o d u c i n ga n dt r a n s p o r t i n go f c o a l w a t e rm i x t u r ee t c ，w ep r o p o s e dt h eg e n e r a ld e s i g nb l u ep r i n to fg l t y p e c o a l - w a t e rm i x t u r er a i l w a yt a n k w ec a r r i e do u tt h e d e s i g n i n gw o r kb y d e v e l o p i n g h e a t p r e s e r v a t i o n c o v e r s y s t e m ，u n l o a d i n gs y s t e m a n db r a k e s y s t e m i no r d e r t of u r t h e ri m p r o v et h eq u a l i t ya n de c o n o m i c a lo fs e v e r a lp a r t s w em a d es o m ei n v e s t i g a t i o n si ns e v e r a lp l a c e s ，a n dc o m p a r i s o nf o rc h e c k i n g a l ls y s t e m st h a th a v eb e e ni m p r o v e dh a v ep a s s e dt h et e c h n i c a le x a m i n a t i o n o r g a n i z e db yt h er a i l w a ym i n i s t r y t h ew h o l ed e s i g nh a sc h a r a c t e r i s t i c so f a d v a n c e da n dr e l i a b l e a c c o r d i n gt o t h ed e s i g nb l u ep r i n t ，w eh a v et a k e nt h es i m u l a t es t a t i c s t r e n g t hc a l c u l a t i o no f t h eb o d yo fg l t y p ec o a l w a t e rm i x t u r er a i l w a yt a n k ， m a d ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i so fg lw h i c hc o m p a r e dw i t ht h er e l e v a n tt a n k h e i g h t b yw a y o f c a l c u l a t i n g a n d a n a l y s i s t or e s e a r c ht h es t r u c t u r e p a r a m e t e r se f f e c to n t h ew h o l et a n k s ot h a ti tc a n p r o v i d e t h et h e o r yb a s ef o r 2 北京交通大学工程硕士专业学位论文 f u r t h e ro p t i m i z et h es t r u c t u r e w eh a v et e s t e dt h eq u a l i f i c a t i o ns t a t eu n d e rt h e s t a t i c & d y n a m i cc o n d i t i o no fg lt y p ec o a l w a t e rm i x t u r er a i l w a yt a n k c a r r i e do nt h es t a t i c s t r e n g t h a n dt h el i n e d y n a m i c s t e s to ft h eb o d ye t c r e l e v a n tq u a l i f i c a t i o ns t a t e t h er e s e a r c hs h o w st h a tt h eg l t y p ec o a l w a t e rm i x t u r er a i l w a yt a n k w h i c hw ed e s i g n e dh a sa d o p t e dt h et e c h n o l o g yt h a th a sn i c e ra n da d v a n c e d p e r f o r m a n c e ，a n dm a r k e ts h a r e ，m e e ta l lk i n do fr e l e v a n tn a t i o n a ls t a n d a r d s ， a n di tc a nf i tt h ed e m a n do ft h eo p e r a t i o n f u r t h e r m o r e ，i ta l s om a k e s t a i y u a n l o c o & r sw o r k sm a r k e tc a p a b i l i t ys h a r p e r k e yw o r d s ： c o a l - w a t e rm i x t u r et a n k p r o t o t y p ed e s i g n 3 北京交通大学工程硕士专业学位论文 第一章绪论 1 1选题背景 随着世界经济的不断发展，大气环境的污染越来越严重。在中国的 5 0 0 多座城市中，大气质量达到一级标准的不到1 ；在世界十大污染最严 重的城市中中国就占据了一半，包括北京、沈阳、西安、上海和广州等五 座城市。为了保护人们的生活环境，世界各国开始颁布越来越严格的排放 法规。另外，随着人们生活水平的不断提高，人均能源和资源的消耗量的 不断增加，石油能源供需矛盾日益加剧。自7 0 年代爆发世界性石油危机 以来，石油资源的短缺就成为各国政府十分关注的问题。因此，环境污染 和世界石油资源危机将是2 l 世纪人类顽临的主要问题。面对排放和节能 两个主要问题，从可持续发展战略出发，世界各国都在积极开发新能源， 寻找石油代用能源。 一、国外水煤浆技术发展简况 受7 0 年代石油危机的冲击，世界各国以当时广泛开展的水煤浆技术 研究为基础，对水煤浆的制备、存储和燃烧技术，进行了大量的理论研究 与实验室试验，现己达到了商业性示范和工业应用水平。水煤浆技术包括 水煤浆制备、贮运、燃烧等关键技术，属洁净煤技术范畴。世界主要发达 国家如美国、意大利、俄罗斯、瑞典、日本等根据世界上煤炭和石油的资 源量，从长远发展和战备角度相继组织开发研究水煤浆技术，建设了典型 的水煤浆生产和燃用工程，同时促进了我国水煤浆技术的发展。水煤浆制 备技术最先掌握的国家是瑞典与美国。水煤浆燃烧技术也是美国开发最 早，但燃烧规模最大、连续时间最长的则是日本。 瑞典是目前向国外输出成套水煤浆制备和燃烧技术最多的，同时也是 开发此技术最早、技术相对发达的国家。除进行一般的水煤浆技术研究外， 瑞典还从事超低灰、洁净煤浆的研究与开发，于1 9 8 4 年首次投产了 2 5 0 0 0 0 t 的商业性水煤浆厂。 日本水煤浆技术的应用主要针对大型电站锅炉，8 0 年代中、后期开 始，在小名滨建成5 0 0 千吨年水煤浆厂，通过9 千米管道供给世界应用 北京交通大学工程硕士专业学位论文 规模最大的东京勿来电站4 号机组( 7 5 兆瓦) 2 6 0 吨时锅炉和8 号机组 ( 6 0 0 兆瓦) 1 9 4 0 吨时锅炉燃用水煤浆。该锅炉原设计为油和煤粉混烧， 加入水煤浆后，为三种燃料混烧，比例为5 0 水煤浆、2 0 油、3 0 煤粉。 燃烧效率9 8 以上。采用脱氨脱硫装置，污染物排放水平为s o 。8 8 p p m ， n o 。6 0 p p m ，粉尘5 0 毫克立方米。 俄罗斯水煤浆技术起步较晚，但发展迅速，8 0 年代中期采用意大利 先进的水煤浆制备、长距离管道输送技术，与1 9 8 9 年在别洛沃建成了年 产5 兆吨的水煤浆制备厂，通过长达2 6 2 千米，管道直径为5 3 0 毫米的管 道输送线路，供新西伯利亚6 6 7 0 吨时( 6 2 0 0 兆瓦机组) 锅炉燃用。 该工程是目前世界上规模最大的集水煤浆制备、管道输送、锅炉燃烧三 位一体的技术。 美国从1 9 7 9 年起水煤浆技术的开发应用就已经列入政府发展计划， 其水煤浆燃烧技术居世界领先水平，如黑梅萨煤浆( 浓度为5 0 ) 管道，运 送距离长达4 3 9 千米，年运煤量4 5 兆吨，已经安全运行2 0 年。 意大利也曾在石油化工联合厂所属电热厂建成5 0 0 干吨年水煤浆制 备、管输和燃烧系统工程。 近年来，随着石油价格的持续上涨和波动，相当一部分国家对水煤浆 技术十分关注，从能源的安全、价格和环保角度迫切希望实施水煤浆项目。 甚至产油国伊朗也在调查和研究水煤浆代油技术，这都表明水煤浆技术 的代油、环保和实用价值及未来的市场需求趋势。 水煤浆将是最为现实和技术上比较成熟的石油代用能源。 二十世纪七十年代，人们逐渐认识到使用水煤浆与传统的石油燃料相 比具有经济、清洁、环保的突出优点后，水煤浆在全球范围内受到高度重 视。 二、国内水煤浆技术发展 中国煤炭资源丰富，但针对煤炭的二次开发利用相对较少，产品附加 值很少。目前，国际石油价格日趋升高，我国每年要进口石油近70 0 0 万吨，耗资20o 多亿美元，专家分析，到2020 年左右，石油缺口将 北京交通大学工程硕士专业学位论文 超过消费总量的50 ，能源安全问题日趋突出。国家经贸委制定了“十 五”发展规划，提出“十五”期间工业节油和替代石油能力1 5 0 兆吨目 标，其中相当大一部分都可以用水煤浆替代( 见附录i ) 。 节约和替代燃料油是解决我国石油资源短缺，缓解石油供需矛盾，保 障国家经济安全的重大战略措施。“九五”期间，中国石油开发和生产严 重滞后于消费增长，供需矛盾日益突出，进口量大幅度上升。随着工业化 进程的加快和汽车保有量的增加，中国未来石油需求将呈强劲增长态势， 供需缺口较大。如不采取积极有效的措施，中国对国际石油市场的依存度 将越来越高。目前，中国每年消费燃料油4 0 0 0 万吨左右，相当于原油产 量的l 4 。因此，节约和替代燃料油，是缓解石油供需矛盾的重大战略 措施之一。 节约和替代燃料油是提高企业经济效益，增强企业竞争力，应对加入 世界贸易组织( w t o ) 最现实的选择。去年以来，受国际市场石油价格大 幅度攀升的影响，用油企业经济效益受到不同程度的冲击。面对加入w t o 后严峻的市场竞争，以油为原料的化肥企业若不进行原料路线的改变，将 陷入严重亏损或被迫关闭。因此，追切需要采取措施，加大节约和替代燃 料油的力度，以降低生产成本，提高市场竞争能力。 节约和替代燃料油将加快中国能源结构的调整，促进能源结构优化。 煤炭是中国的基础能源，在能源消费结构中居主导地位，节约和替代燃料 油，将加快洁净煤技术的开发和推广，提高优质煤比重，有利于煤炭工业 结构调整和产业升级，促进煤炭企业扭亏脱困；节约和替代燃料油还可以 扩大天然气的消费市场，推动“西气东输”等西部大开发重大工程的顺利 实施，从而加快中国能源结构的调整和优化。 以市场为导向，以企业为主体，以技术进步为支撑，立足中国丰富的 煤炭资源和天然气资源，在发挥市场配置资源基础性作用的同时，加强宏 观调控，大力推广洁净煤技术和先进的节油技术。扩大天然气利用，大幅 度降低燃料油消耗，以缓解石油进口压力，保障国家经济安全，增强企业 竞争能力，促进经济社会可持续发展。 北京交通大学工程硕士专业学位论文 采用水煤浆技术替代燃料油，水煤浆作为新型煤基流体燃料，具有燃 烧稳定、污染物排放量少的优点。中国经过近2 0 年的科技攻关和工业化 示范，水煤浆制浆、储运和燃烧技术基本成熟。目前已建成水煤浆厂9 座， 年制浆能力1 7 0 万吨。山东白杨河电厂2 台2 3 0 吨时水煤浆锅炉、北京 燕山石化公司2 2 0 吨时脱硫型水煤浆锅炉代油燃烧，投产后均取得较好 的经济效益和环境效益。2 2 5 吨水煤浆替代1 吨重油，可降低燃料成 本5 0 0 i 0 0 0 元；炼化企业还可得到5 0 0 元的重油深加工效益。现阶段， 1 0 万千瓦以下燃油热电机组比较适宜采用水煤浆技术进行替代改造。 研究制定鼓励发展的节约和替代燃料油技术、工艺、设备和产品目录； 研究制定淘汰落后高耗油技术、工艺、设备、产品目录，加大监督检查力 度；研究制定节约和替代燃料油技术政策；研究制定电站锅炉实施代油改 造后享受同等条件下优先上网的政策；研究制定水煤浆等替代产品质量标 准等。 组织关键技术开发。主要包括等离子点火技术：水煤浆喷嘴耐磨技术、 高性能添加剂技术，精细水煤浆及脱硫型水煤浆制备和燃烧技术；大型煤 气化和大型循环流化床技术。 从1 9 9 3 年起，中国已经成为石油净进口国。作为最具有实用前景的 清洁燃料，水煤浆与其它代用燃料相比，具有良好的燃料可获得性、低污 染性和经济性。 有关专家指出：水煤浆将成为二十一世纪最具有实用前景的代用燃 料。 1 2 设计研制的依据 目前，世界上还没有专门用于水煤浆装卸、运输的铁路罐车。我国对 水煤浆的管道输送技术进行了大量的研究和小规模的试验，并在北京造纸 厂和桂林钢厂建成厂区短距离管线，但是缺乏前苏联及美国那样长距离管 道运输经验和技术。随着中国经济和社会的发展，开展对水煤浆铁路罐车 研究工作，完善水煤浆装卸、运输技术，赶超国内外先进水平，已经成为 中国水煤浆发展迫在眉睫的任务。 9 北京交通大学工程硕士专业学位论文 根据这种紧迫的形势，太原机车车辆工厂与大同车辆段签定了研制水 煤浆罐车技术协议。经过充分调研并向铁道部运输局装备部经过请示，得 到装备部的设计批文( 见附录i i ) 。 1 3 选题意义及主要研究内容 如前所述，环境和能源是关系到中国2 1 世纪可持续发展的重要战略 问题。因此，人们对水煤浆作为一种代用燃料的重视程度日益提高。随着 水煤浆技术的成熟与发展，人们针对其发展进程中存在的问题进行深入细 致的研究，寻求解决问题的有效措施和进一步发展和完善的方向。 为适应水煤浆装卸及运输的发展趋势，需要研究水煤浆铁路罐车新技 术，本课题以提高水煤浆装卸及运输的合理性和经济性为目标，以开发并 试制的一辆水煤浆罐车样车为对象，通过开发保温套系统、卸料系统以及 制动系统，对水煤浆罐车在静态、动态下的性能进行试验研究。同时对其 进行模拟计算，通过计算，分析研究结构参数对整车性能的影响，从而为 进步优化其工作过程提供理论依据。 主要研究内容如下： 1 确定水煤浆罐车的总体设计方案。 2 保温套系统及卸料系统等的设计开发。 3 建立工作过程模型，通过计算分析优化水煤浆罐车工作过程的途 径。 4 进行了线路动力学试验和车体静强度试验，并对试验结果进行了 对比分析。 北京交通大学工程硕士专业学位论文 第二章总体设计 本章主要介绍了水煤浆罐车的总体设计前的调研过程；各项设计参 数的确定以及主要部分的选型等。 2 1 水煤浆罐车调研过程 2 1 1 大同调研过程 一、水煤浆调研情况 水煤浆作为一种新型流体代油燃料，它既保持着原料煤炭的物理和化 学特性，又象石油具有较好的流动性和稳定性，广泛用于工业锅炉、工业 窑炉和电站锅炉。随着全国乃至世界环保发展要求，各地区都逐渐开始禁 止燃烧煤炭，取而代之的是燃油和燃烧水煤浆。水煤浆每吨的出厂价格约 2 5 0 元，重油每吨约1 5 0 0 元，燃烧两吨水煤浆所发热量相当于燃烧一吨 油，故燃烧水煤浆较燃油可节约1 0 0 0 元。为此，水煤浆存在着潜在的巨 大的市场，铁路现无适合于运输水煤浆的车辆，目前的运输主要以汽车运 输为主。随着水煤浆需求市场的不断扩大，山西省将水煤浆的生产列入其 支柱经济规划行列，按照规划山西将成为国内乃至世界最大的水煤浆生产 基地，故研制一种新型水煤浆铁路运输罐车，势在必行。 为了全面了解水煤浆的装车、运输、卸车及其物理和化学性能，太原 机车车辆厂开发中心人员会同经销人员于2 0 0 1 年1 1 月2 5 2 9 日，前往大 同汇海水煤浆厂和燕山三电厂进行较全面的调研，进行了相关的调研如 下： 一 现场参观汽车罐车装卸水煤浆的全过程，并向驾驶员及现场操作人员 询问运输过程的有关情况；汇海的负责人以及有关技术人员就水煤浆的物 理化学性能进行了详细的解说。 l 、水煤浆的比重1 2 2 一1 3 吨米3 、流动性较差、浓度6 3 9 4 、装 车温度4 5 左右、燃点6 0 0 以上，充分燃烧后有极少量的炉灰，是生产 水泥的良好添加剂。 2 、运输过程中，一般在一i o 。c 左右环境下可持续两到三天不结冰，其 主要原因有二：一是介质装车有温度( 4 5 左右) ：二是汽车沿途颠簸， 北京交通大学工程硕士专业学位论文 近似不断搅拌，但在卸料口位置会出现结冰现象。 3 、卸货场地无加热用供气设旖，只有卸料用管道，通过倾斜管道输 送到泵站，然后由泵站输送到储罐。露天斜管道和储罐均有保温套防冻。 4 、汽车罐车卸车时整车向卸料口方向倾斜，以提高水煤浆的流速， 保证卸货干净。所采用的方法是车停在斜坡上或前轮用硬物等垫起约5 6 度斜角。 二、水煤浆市场前景 1 、随着全国乃至世界环保发展要求，各地区都逐渐开始禁止燃烧煤 炭，取而代之的是燃油和燃烧水煤浆。如日本等经济发达国家，由中国进 口的煤炭均加工成水煤浆，然后作燃料使用。 2 、水煤浆每吨的出厂价格约2 5 0 元，重油每吨约1 5 0 0 元，燃烧两吨 水煤浆相当于一吨重油，故燃烧水煤浆较燃油节约1 0 0 0 元。同样，与液 化气相比节约6 0 0 元，且液化气燃烧温度较低，无法代替水煤浆。为此， 水煤浆作为新型代油燃料，其潜在市场是巨大的。 3 、山西省是全国的煤炭基地，随着水煤浆需求市场的不断扩大，水 煤浆的生产己被山西省经委列入其支柱经济规划行列，在不久的将来，煤 将不再以原煤形式出省，而是通过深加工的水煤浆出省，作为扶持政策， 不再征收资源费。 4 、“十五”期间，山西省计划建成3 0 0 0 万吨年的水煤浆生产基地， 大同基地则是山西基地的龙头。 5 、据悉，朔州也正在筹建水煤浆生产厂。 6 、现所知水煤浆使用单位及使用量：燕山石化电厂每天约需5 0 0 吨， 唐山陶瓷厂每天约需3 0 0 吨，广东茂名电厂1 0 0 吨天。还有国内部分陶 瓷企业正在加紧进行使用水煤浆炉的改造。 三、水煤浆运输市场现状 1 、2 0 0 1 年大同汇海水煤浆年产3 0 万吨，主要依靠汽车运输。每台 半挂拖车装5 0 6 0 吨，属严重超载。为保证运输的可靠性、安全性，用户 目光正转向铁路运输。 北京交通大学工程硕士专业学位论文 2 、2 0 0 2 年大同汇海水煤浆年产扩大到7 0 万吨，公路运输管理加强， 严格限制汽车超载，铁路运输势在必行。 3 、大同汇海水煤浆“1 5 1 工程”，即：2 0 0 2 年底实现i 0 0 万吨年， 2 0 0 3 年实现5 0 0 万吨年，2 0 0 5 年达到1 0 0 0 万吨年。目前工程正在紧张 进行中。如此产量，只有铁路运输方式才能满足运能。 4 、大同铁路分局下属某多经单位正计划改造2 5 辆g 1 7 型粘油罐车运 输水煤浆。 5 、大同地方铁路分局对铁路运输水煤浆项目早有市场调研，且有意 于购买水煤浆罐车，目前该地方铁路分局正与国铁大同分局下属某部门治 谈合作事宜，有利于其购买车辆运营中的运输管理。 四、水煤浆运输市场前景 综上所述，铁路目前没有运输水煤浆的专用车辆，铁路现有罐车不适 合于运输水煤浆，故研制一种新型水煤浆罐车，满足市场需求势在必行。 新研制的罐车需考虑铁路行业的特殊运输条件：设有保温设施防止冬季运 输上冻、罐体内部具有一定的倾斜度、底部多设卸料管以保证水煤浆流速 快、残留量小。 l 、按年产i 0 0 万吨计：每天3 0 0 0 吨的产量，采用铁路运输，则每天 需发一列5 0 辆编组的列车。按运输最近距离大同至北京计，则往返至少 需5 列车即2 5 0 辆才能满足运量要求。 2 、年产5 0 0 万吨每天需5 列车运输，南方考虑经济的运输价格，采 用铁路运输到塘沽装船，若年产i 0 0 0 万吨则需求车辆更多。 2 1 2 滕州调研过程 太原机车车辆工厂开发中心一行三人于2 0 0 2 年6 月3 0 日至7 月3 日， 到山东滕州对水煤浆铁路罐车进行了更深入的调研。 进行相关调研情况如下： 山东枣庄矿业集团八一煤矿燎原水煤浆公司是中国最早的水煤浆生 产基地之一，于1 9 8 3 年建厂，目前年产约2 5 万吨。 燎原水煤浆的负责人以及有关技术人员就水煤浆的物理化学性能及 北京交通大学工程硕士专业学位论文 运输的有关情况进行了详细地解说： l 、基本情况：燎原水煤浆公司主要依靠6 3 辆g 1 2 型和g 1 7 型粘油罐 车运输水煤浆到日照港，再装船至汕头。从2 0 0 1 年1 1 月起，由于港口繁 忙，不便于火车卸货，改用汽车队进行运输，平均2 万吨月。 2 、导流床：在长时间使用铁路运输的过程中，用户感到g 1 7 型罐车 罐体内部太长，下卸时速度较慢。应有5 6 。的导流床进行导流( 用户 一直有意自己改造，但铁路列检部门不允许) 。 3 、沉淀问题：铁路罐车运输水煤浆，沉淀问题不很严重，但每次运 输之后均需清理。( 据介绍水煤浆在3 个月内不发生硬沉淀，发生一定的 软沉淀，经搅拌后可恢复水煤浆特性。) 4 、上冻问题：滕州冬季温度一般为一5 6 ，最冷时一1 3 约1 至2 天。以前铁路运输冻过，卸货时加温处理后，不影响水煤浆性质。运输过 程中，一般在一i o 。c 左右环境下可持续两到三天不结冰，其主要原因有二： 一是介质装车有温度( 4 5 左右) ：二是沿途颠簸，近似不断搅拌，但在 卸料口位置会出现结冰现象。可采用风管路进风反顶，可保证卸料口畅通。 5 、腐蚀问题：在6 3 辆g 1 2 型和g 1 7 型粘油罐车中，有1 3 辆是于1 9 8 5 年从东北调过来的，已有4 个厂修期未换，现场看腐蚀问题不是很严重。 但是外表腐蚀较明显，建议重新考虑保温层的腐蚀问题。 6 、汽车运输与铁路运输的比较 汽车罐车卸车时整车向卸料口方向倾斜。以提高水煤浆的流速，保证 卸货干净。所采用的方法是车停在斜坡上或前轮用硬物等垫起约5 - 6 度斜 角，通过倾斜管道输送到泵站，然后由泵站输送到储罐。 汽车运输有利有弊，优点在于省去水煤浆公司管理上的麻烦，各种问 题均由车队自行解决。 缺点是汽车均为超载运输，长途疲劳驾驶，已经发生多起死亡事故， 国家有关部门必将限制汽车运输，汽车运输终究非长久之计。 从长远来看，铁路运输还是水煤浆中长远运输的主发展方向。 铁路运输卸货时间较长( 卸单辆车约3 小时) ，但可以同时卸1 5 - 1 9 1 4 北京交通大学工程硕士专业学位论文 辆罐车，相对时间却并不长：铁路适合长途运输( 5 0 0 1 0 0 0 公里) ，而 水煤浆一般客户均在这个范围内；铁路运输费用低廉( 3 4 元吨) ，只有 汽车运输( 7 5 元吨) 的一半。 7 、水煤浆特性 水煤浆的比重1 2 2 一1 3 吨米3 、流动性较差、浓度6 3 9 4 、装车 温度4 5 c 左右、燃点6 0 0 。c 以上，充分燃烧后有极少量的炉灰，是生产水 泥的良好添加剂。作为一种新型流体代油燃料，它既保持着原料煤炭的物 理和化学特性，又象石油具有较好的流动性和稳定性( 水煤浆加有稳定剂， 具有流变性，流动起来越流越快) ，广泛用于工业锅炉、工业窑炉和电站 锅炉。 随着全国乃至世界环保发展要求，各地区都逐渐开始禁止燃烧煤炭， 取而代之的是燃油和燃烧水煤浆。水煤浆每吨的出厂价格约2 5 0 元，重油 每吨约1 5 0 0 元，燃烧两吨水煤浆所发热量相当于燃烧吨油，故燃烧水 煤浆较燃油可节约i 0 0 0 元。为此，水煤浆存在着潜在的巨大的市场。 总之，铁路现无适合于运输水煤浆的车辆，目前的运输主要以汽车运 输为主。随着水煤浆需求市场的不断扩大，山西省将水煤浆的生产列入其 支柱经济规划行列，按照规划山西将成为国内乃至世界最大的水煤浆生产 基地，故研制种新型水煤浆铁路运输罐车，势在必行。 2 2 总体设计 一、用途、主要性能、基本尺寸及技术性能要求 g j 型水煤浆罐车，是根据水煤浆装车运卸的特点，开发设计的一种 专用铁道车辆，同时还可运输与其特性相近的浆类货物。 罐车底架部分为贯通中梁的全钢焊接结构，装卸货物采用上装下卸 式。 罐体内部设导流床，保证卸料干净，有效解决罐内积液问题：采用 四个斜下卸式卸料管路，较传统的一个直角卸料管路卸车速度提高一倍 多，大大节约卸车时间，提高车辆的运输效率。 外部设有保温套，满足货物在一定运输区间和时间内冬季不上冻以 北京交通大学工程硕士专业学位论文 及夏季隔热的需要，解决了许多卸货地无加温设施的难题。保温套由骨架、 6 0 m m 厚阻燃型隔热材料和1 5 r a m 厚耐候钢板防护层组成，隔热材料采用 导热系数小( o 0 6 5 ) ，容重轻，憎水性强的阻燃型高压聚乙烯闭孔泡沫 塑料，保温层骨架和罐体接触部位采用6 0 ( 1 1 0 ) 间隔方式，大大减少接 触面积，以降低了热传导率。防护层与骨架的连接采用铆接方式，铆钉间 距不得大于2 5 0 m m ，为防止防护层因铆钉失效而脱落，防护层接头处加 1 0 0 m m 的环形卡带。 采用专门的刀形浆阀，并安装在罐体底部，对于防止沉淀有良好作用； 设计了专用五角形活动式手轮，易装易卸，防止阀门在运输过程中被随意 打开；罐体设有出料口及检修内梯，方便进行检修；罐体设有呼吸式安全 阀：车体1 位端设有走板组成和栏杆组成，便于用户进行阀门的开关以及 n s w 型手制动机的操作。 设计中最大限度地采用了标准件、通用件及铁道部颁发的最新标准的 零部件。采用车钩缓冲装置采用1 3 号上作用车钩，s t 型缓冲器。制动装 置采用1 2 0 型空气制动机、3 5 6 x 2 5 4 旋压密封式制动缸、s t 2 - 2 5 0 型双向 闸瓦间隙调整器。手制动装置采用n s w 型手制动机。转向架采用转k 2 型 转向架。装用k z w - 4 g a b 型货车空重车自动调整装置。 二、主要性能及基本尺寸 主要性能 载重( t )6 0 自重( t )2 2 8 自重系数0 3 8 容积( m )5 2 5 有效容积( 酽)5 0 比容( t m 3 )1 2 轴重( t )2 l 每延米重( t m )6 9 车钩缓冲装置 1 6 北京交通大学工程硕士专业学位论文 车钩1 3 # ( 上作用) ( c 级钢) 钩尾框图1 3 a 型( c 级钢) 缓冲器具s t 型 制动装置 制动机1 2 0 型空气制动机 制动缸3 5 6 x 2 5 4 整体旋压密封式制动缸 闸瓦间隙调整器s t 2 2 5 0 型双向闸瓦间隙调整器 手制动装置n s w 型 全车制动倍率 9 8 1 全车制动率( 常用制动位)空车6 9 重车3 5 4 使用环境温度一2 5 4 0 转向架转k 2 型转向架 最高运行速度( k m h ) 1 2 0 通过半径8 0 l o o m 曲线时，限速5k m h 通过半径1 0 0 1 4 5 m 曲线时，限速2 0k m h 限界符合g b l 4 6 1 标准轨距铁路机车车辆限界 基本尺寸 车辆长度( m m ) 1 1 9 8 8 车辆定距( m m ) 7 3 0 0 晟大宽度( m m ) 3 0 7 2 最大高度( m i l l ) 4 5 8 0 罐体尺寸( 内径长) ( m m x m m )2 6 0 0 x1 0 6 1 0 技术性能要求 ( 1 ) 罐车应符合t b t 1 3 3 5 1 9 9 6 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范的 规定。 ( 2 ) 罐车应符合t b t 2 2 3 4 铁道罐车通用技术条件规定。 ( 3 ) 罐车制造应符合产品设计图样及有关技术文件的规定。 ( 4 ) 罐车装有呼吸式安全阀。 北京交通大学工程硕士专业学位论文 ( 5 ) 罐车装置应符合t b l 5 6 0 货车安全技术的一般规定的规定。 ( 6 ) 罐车应符合g b 5 5 9 9 铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范的规 定。 三、材料 ( _ ) 本车所使用的材料除符合有关标准外，其主要承载件，如牵引粱、枕 梁、均应使用镇静钢材。其钢材厚度大于或等于1 2m i l l 时，按t b t 1 3 3 5 之规定应保证常温冲击及一4 0 的低温冲击值：且牵引粱的材料应按 y b t 5 1 8 2 9 3 3 1 0 乙字型钢标准保证在- 4 0 。c 的低温冲击功a k 不小于 2 3 2 j 。 普通碳素钢机械性能、化学成分应符合g b 7 0 0 - 8 8 普通碳素结构钢技 术条件的规定。 低合金高强度结构钢机械性能、化学成分应符合g b t 1 5 9 1 - 9 4 低台金 高强度结构钢技术条件的规定。 铸件应符合g b l 3 4 8 、g b 9 4 3 9 、g b l l 3 5 2 和t b t 1 4 6 4 、t b t 1 4 6 6 之规定。 焊条和焊丝应分别符合g b t 5 1 1 7 、g b t 5 1 1 8 、g b t 1 2 4 7 0 、g b l 3 0 0 及 有关行业标准的规定。当两种不同钢材组焊在一起而图样无明确规定时， 可按其中低性能的基本金属选用焊条和焊丝。 四、主要结构简介 本车主要结构为贯通中梁的全钢焊接结构，主要组成部分为底架组成、 罐体装配、保温套装配、罐体与底架装配、卸料管路组成、外梯组成、内 梯组成、制动附属件、风手制动装置、钩缓装置、转向架等组成。 底架组成主要由中梁、枕梁、侧梁、端梁等组焊组成。中梁采用材质为 0 9 v 的3 1 0 乙字型钢；枕粱为双腹板箱型焊接结构；上心盘为锻造心盘。 罐体装配主要由简体、标准椭圆封头、人孔、导流床及罐体附属件等 组成。罐体内径为2 6 0 0 m m ，人孔直径为5 6 7 m m ；筒体由材质为 3 4 5 的8 m m 厚钢板组焊而成；罐体内设有导流床，保证罐体内货物卸干净，并设有 内梯；罐体外设有呼吸式安全阀。 保温套由骨架、6 0 m m 厚阻燃型隔热材料和1 5 m m 厚耐候钢板防护层组 北京交通大学工程硕士专业学位论文 成，隔热材料采用导热系数小( o 0 6 5 ) ，容重轻，憎水性强的阻燃型高压 聚乙烯闭孔泡沫塑料，保温层骨架和罐体接触部位采用6 0 ( 1 1 0 ) 间隔方 式，大大减少接触面积，降低了热传导率。防护层与骨架的连接采用铆接 方式，铆钉间距不得大于l o o m m ，为防止防护层因铆钉失效而脱落，防 护层接头处加i o o m m 宽的环形卡带。 卸料管路组成主要由由1 5 0 m m 倾斜管路和d n l 5 0 刀型浆阀组成。全车 共设有四个倾斜卸料口，车每侧各两个，每个都装有刀形浆阀和安全用的 法兰盖。 外梯组成主要由外梯、栏杆、走板组成。外梯设于车辆两侧。 罐体与底架装配采用单腹板焊接结构，该件与罐体连接采用焊接方式， 与底架连接采用采用螺栓联结，便于罐体和底架的分离检修。 ( 七) 制动装置采用主管压力满足5 0 0 k p a 和6 0 0 k p a 的空气制动装置。主要 由改进型1 2 0 型控制阀、直径为3 5 6 m m 的整体旋压密封式制动缸、编织 制动软管总成、球芯折角塞门、组合式集尘器、s t 2 2 5 0 型闸瓦间隙自动 调整器、风管法兰连接、舆一贝球铁衬套及配套圆销等制动新技术。手制 动装置采用n s w 型手制动机。装用k z w 一4 g a b 型货车空重车自动调整装置。 车钩缓冲装置采用c 级钢材质的1 3 # 上作用车钩和钩尾框、s t 型缓 冲器；钩尾框托板、钩托粱采用s t 2 型防松螺母，8 8 级螺栓紧固。 转向架采用转k 2 型转向架。 其中摇枕、侧架的材质符合运装货车( 1 9 9 9 ) 3 9 号文规定的b 级铸钢： 采用5 0 钢车轴；车轮采用符合t b t 2 8 1 7 标准的h d s a 型辗钢车轮，且经 过静平衡试验，最大静不平衡值为1 2 5 9 m ：采用适应提速货车要求并经 过铁道部认可的无轴箱滚动轴承：采用针状铸铁耐磨斜楔；基础制动装置 采用防脱制动梁和奥一贝球铁衬套及配套4 5 号钢圆销。 五、零部件制造要求及公差 ( 一) 当图样上无特殊规定时，按下列要求制造。 ( 1 ) 铆接件、锻件、金属冲压件和木制件须分别符合t b t 2 9 1 l 、t b l 4 6 7 、 t b t 2 5 7 1 、t b t 1 5 8 3 的规定。 北京交通大学工程硕士专业学位论文 ( 2 ) 各零部件焊接应符合t b t 1 5 8 0 、t b t 1 5 8 2 和其他有关规定。铸钢件的 补焊须符合t b t 1 5 8 3 的规定。 ( 3 ) 板材及型钢件应符合各有关标准的规定，中梁3 1 0 乙字钢应符合 y b t 5 1 8 2 1 9 9 3 3 1 0 乙字钢型钢的规定。 ( 4 ) 钢板的下料和焊缝坡口应尽量采用机械加工，如采用氧气等切割方式， 应达到图样要求的粗糙度等级；同时，应将切割面熔渣和氧化皮清理干净， 坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等。 零部件公差 ( 1 ) 铸、锻件毛坯，对图上未注明公差者，铸件按g b 6 4 1 4 中c l l 级、自由 锻制零件按q t y 0 6 0 0 4 91 之规定执行。 ( 2 ) 除图样上注明外，机械加工零件当表面粗糙度在r a 2 5 及以下者和 r a l 2 5 及以上者分别按g b t 1 8 0 4 中标准公差c 级和m 级精度制造。 六、组装要求及公差 底架组成制造公差 ( 1 ) 两侧梁外侧面间距离在2 8 5 0 5 m m 范围内，侧梁旁弯每米不大于3 m m 。 ( 2 ) 牵引梁和枕梁以外的侧梁上翘或下垂应不大5 m m ：牵引梁甩头不大于 5 m m 。 ( 3 ) 前后从板座间距离6 2 5i i l m ，同一断面从板座工作面之间的位置度不大 于l m m 。 ( 4 ) 中梁装配后在全长内旁弯不得超过8 m m ，局部波浪弯曲每米不得超过 2 m m 。 ( 5 ) 中梁装配后两乙字钢挠度之差不得超过3 m m 。 ( 6 ) 下鞍装配时应用样板检查，零件与样板的局部间隙不得超过2 m m ，且 四角不得扭曲与偏斜，下鞍纵横中心线与以两枕梁中心线为基准的中粱装 配纵横中心线偏差不得超过2 m m 。 ( 7 ) 中梁装配时在心盘处两乙字钢高度差不得超过1 5 m m ，否则应选配。 ( 8 ) 中梁隔板对于中梁腹板的不垂直度不大于3 m m 。 ( 9 ) 枕梁组成在同一横断面上上下盖板与腹板之不对称性偏差不得超过 北京交通大学工程硕士专业学位论文 3 m m 。 枕梁组成两腹板内侧距离与名义尺寸的偏差不得超过2 m m 。 0 1 ) 枕梁组装后上下盖板横断面之弯曲变形上盖板不得超过2 m m ，下盖板 不得超过4 m m 。 枕梁上下盖板与中粱上下翼板的焊缝在中梁边缘5 m m 内不焊。 罐体制造要求及公差 ( 1 ) 封头 封头应整体成型。 封头允许用钢板拼接，但拼接数不得超过3 块，其对接焊缝距中