活动侧墙棚车总体.doc

第一章 绪论1.1 引言铁路运输一直以其运量大、快捷、安全、节能等优势作为我国最重要的交通运输方式，在我国的经济发展中起着举足轻重的作用。在货物运输中，铁路运输完成的运量约占全国总量的45%。铁路货车的数量、品种及重量是保证铁路运输能力及运输品质的关键。据统计，在我国现有的约55万辆货车中，敞、平、棚及罐车等主型车约占95%，其中棚车约为15%左右，真正能提高装卸效率、降低劳动强度和劳动力成本的各型专用货车比重一直维持在1216之间。棚车的发展历史可以追溯到19世纪中期。随着工业化进程的加快,运输货物的种类和数量也开始急剧增加,运输工业产品和半成品、粮食、食品及牲畜等货物时通常要求车辆具有防盗、防雨雪及通风的功能,棚车由此开始问世。随着现代化的不断加强，工业化进程也越来越快也就有越来越多的新型物品需要运送。而从我国现有车辆的储备来看是不足以应对这些特殊货物的大规模运输的，而反观国外，美国专用货车占的比重大，其专用车在货车总量中的比重，1974年已达62，1995年已增至71.5；俄罗斯1992年专用货车的比重也占32。这就使得他们的特殊货物运输变得十分方便。方便快捷的专用棚车以其机械化程度高、车辆运转周期短等优势在发达国家的箱装货物和托盘货物运输中得到了广泛的应用。国外专用棚车的发展是在满足载重的前提下增大车体容积，采用新材料、新技术提高棚车的可靠性，采用全开侧门或活顶提高装载效率，采取有效措施保证运输货物的完好性。法国和德国是使用专用棚车最早的国家。为了满足快速装卸托盘货物，20世纪50年代，法国就在通用棚车的基础上开发了活顶棚车;60年代开发了Habis型全侧门棚车。为适应装卸机械化，原西德联邦铁路在20世纪60年代研制开发了全侧门棚车;70年代至80年代先后研制了2轴大容积全侧门棚车和4轴大容积滑墙棚车;80年代至90年代研制了Sins型侧墙连同车顶滑动式棚车。德国Niesky车辆制造有限公司1983年一1984年间，开发了Hbbinss型、Habbinss型、Linss型活墙式棚车和Hlirrss型组合活墙式棚车。这些车型在满足UIC相关要求的同时，解决并提高了棚车的效率、可靠性及质量问题。2000年，德国A Dtranz公司开发了SILENT型、Habis型、Hbbillns305型活墙棚车和Sins型、Sfins型活墙活顶棚车。A Dtranz公司在进行新车型的开发设计时，采用了新型的长承载结构、由少数结构部件组成的轻型结构车顶以及模块化设计方案的车体骨架结构。Hbbillns 305型棚车装卸量大，装卸迅速，适用于运输怕湿怕压的货物、托盘、小型集装箱、特别轻的货物及不能紧凑装运的货物。法国和德国新型专用棚车经过系统的发展，在技术水平上处于世界领先地位。此外，奥地利、瑞典、瑞士等国家，由于市场需要，也都研制开发了活动侧墙棚车。在我国，棚车作为铁路货车中的通用车辆，主要是用于运送怕日晒，雨淋、雪侵的货物，包括各种粮谷，日用工业品及贵重仪器设备等。一部分棚车还可以运送人员和马匹。我国自1953年开始制造P50型棚车以来，先后制造了P13型、P60型、P62型和P64型通用棚车，载重为50t和60t(P64型车为58 t) 2种。除P62型棚车只在车顶设有木内衬外，其余棚车在车顶、侧墙、端墙和地板均设有木内衬。1996年，原齐齐哈尔车辆厂在P64型通用棚车的基础上试制了P64A型大容积棚车。该车采用了圆弧顶结构，容积由116 m3增大至135 m3,采用了对开式车门。1997年，武昌车辆厂试制了TP9型军工特种棚车。为适应铁路货车提速和行包快运的需要，1998年齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司试制了P65型行包快运棚车，车体采用了圆弧顶结构，容积达135 m3，采用了新型对开式车门，上门框上安装导向轮，下门框内安装车门滑轮，滑轮内安装滚动轴承，提高了车门开闭的灵活性。其中，装用转K1型中交义支撑技术转向架的P65型棚车生产了50辆，装用美国侧架交义支撑技术转K2型转向架的P65型棚车生产了2 500辆。1999年，齐车公司开发了活顶棚车，现己试制5辆，用于军工产品的运输。2001年，眉山车辆厂试制了120 km/h快运活动侧墙棚车的样车，2002年在原有第一辆样车的基础上完成了第一方案样车的研制工作，车内打通了隔墙，采用了高强度钢和贯通结构，优化了结构，减轻了自重，使载重由原来的58t增加到60t。2002年，齐车公司在P64A型棚车的基础上，减轻减薄了部分梁件的板厚，使车辆自重减轻为23.8t,载重由58t增加到60t，试制了P64GT型和P64GK型减重棚车，分别装用转8G型转向架和转K2型转向架。到2002年底，中国铁路已拥有棚车91835辆，约占货车总数的15%，是我国货车的一个主要车型。我国加入WTO后,进出口贸易量在不断上升,进出口货物通过各种运输方式的中转量也相应增加。由于我国现有棚车的结构限制,对一些经港口、码头、铁路转运至内地或出口的货物无法直接采用机械化装卸,通常要经吊车、叉车与人工的配合才能完成装卸作业,造成装卸效率低、成本高及车辆周转期长。1.2活动侧墙棚车研制状况 作为我国货车的一个主要车型，通用棚车却有着一个致命的缺点，作为运送怕日晒，雨淋、雪侵的货物的车辆，棚车能运送的货物大小有着极大的限制。通用棚车是在早期加盖敞车基础上发展起来的,一般在车辆两侧的中部各装有宽2 m3 m的门,并设有通风装置。虽然能够在特殊时候运送牲口或人，但这给长大而又须防雨防晒防盗等货物的运输和装卸造成了极大的不便，也很大程度上的消弱了我国货车运输能力。这虽然能够在特殊时候运送牲口或人，而使用棚车却又面临着装卸困看的问题。为了适应铁路运输市场的需求，南车集团组织立项开始进行活动侧墙棚车的研制。活动侧墙棚车，顾名思义就是通过对侧墙的改进使得其能够在装卸货时能有一个较大的开口，这样长大而又惧怕风雨或是需要防盗的货物就能够更好的实现装卸和运输。在运输过程中，装卸活动是不断出现和反复进行的，它出现的频率高于其它各项物流活动，每次装卸活动都要花费很长时间，所以往往成为决定物流速度的关键。装卸活动所消耗的人力也很多，因此改善装卸将很大程度上提升货物运输的能力。而活动侧墙棚车由于其门孔宽度较大,对于装卸货物的效率有这很大的提升，尤其对于以前通用棚车无法进行装卸的长大货物的装卸有了很大的改善，且其任何部位的侧墙均能打开,故便于用叉车机械化装卸货物,减轻了装卸工人的劳动强度,提高了装车效率。活动侧墙棚车一般可分为双侧门活动侧墙棚车、三侧门活动侧墙棚车及四侧门活动侧墙棚车，其中双侧门活动侧墙棚车广泛运用于欧洲国家，而我国目前主流的活动侧墙棚车为四侧门活动侧墙棚车。活动侧墙棚车的铝合金车门在车顶和底架上分别沿不同的导轨移动,外侧导轨上的侧门可同内侧导轨上的侧门重合,使其门孔的最大宽度可达车体的一半。而车体主要以底架承载,为防止货物的纵向移动,车内通常还设有导轨式隔离墙。第二章 活动侧墙棚车的主要技术参数和主要结构2.1 设计参数1.构造速度：120km/h2.载重：不少于58吨3.轴重：21吨4.最小曲线半径：正线300m，出场线150m5.限界：符合国家标准GB146.1-832.2主要参数及结构的选取说明2.2.1主要技术参数载重/t 60自重/t 23.8制动距离/m 1 100轴重/t 21容积/m 135自重系数 0.40比体积/（m3 t-1 ） 2.3每延米载重/t 5.1全车制动率%空车 26.64重车 23.83车辆长度/ mm 16 438车辆定距/ mm 11 700车辆宽度/mm 3 134车辆高度/mm 4 435地板面积/m 43地板面距轨面高度/mm 1 125车钩自由高/mm 880底架尺寸/mm 2 80015 500固定轴距/mm 1 750车轮直径/mm 840限界 符合GB146.11983标准轨距铁路机车车辆限界能否通过机械化驼峰 能2.2.2 主要参数的选取说明(1)比体积确定棚车是铁路货车中的通用车辆，它主要是用来运输怕日晒、雨淋、风雪的货物，这些货物包括各种粮谷、食品、日用工业制成品及贵重仪器设备等。加上部分必要设备亦可运输人员和马匹等。因此棚车的实际载重量并不像敞车那般高，它的比体积可以设计的较大，在此，考虑到平常运输物体的重量和体积，将车辆设计为135m3，可计算其比体积为： ( m3 t-1)(2)自重系数的确定：棚车自重系数为0.37-0.43，可考虑将本车的自重系数设计为0.40。(3)车体尺寸的确定A宽度：车体内宽的确定主要考虑限界的问题，因车体限界符合国家标准GB146.1-83。有：计算车辆在计算曲线上的静偏移量：中部偏移量：端部偏移量：设计车辆在计算曲线上的偏移量：中部偏移量：端部偏移量：确定车辆宽度缩减量：车辆中部宽度的缩减量：车辆端部宽度的缩减量：B长度车体的内长根据所运货物的长度和既有站线长度内的车辆编组数量。车辆过长，在现有的站线长度内车辆编组数量将减少，不能有效提高列车的运输能力；同时将影响车辆的强度和刚度，降低集载能力，使载重利用率下降。车辆过短，则不能运输规定长度的货物。目前我国主流的棚车车体外长大致为16000-17000之间，这样的长度在较好的提升了货物的运输能力后又不至于使车身长度过长而产生刚度和强度的问题。因此，考虑到棚车车体外长和常运输的货物，车体内长采用15500，不但具有现有棚车的通用性，主要零部件能与现有棚车互换，同时还扩大了适运货物的范围，进一步提高了棚车的通用性。C高度由已经确定了的棚车容积、宽度和长度可大致确定其高度：2.3 车辆主要结构1 缓冲梁 2 枕梁 3小横梁 4大横梁 5 中梁 6侧梁 7 门柱 8 中间立柱 9 上侧架 10 角柱 11 车顶弯梁 12 顶墙弯梁 13 墙柱 14墙斜撑2.3.1 底架底架由中梁、侧梁、枕梁、端梁、大横梁、小横梁及地板组焊而成。中梁结构：中梁是地加重承受垂直载荷和纵向力的主要构件，必须具有足够的强度和刚度。枕梁结构：棚车的枕梁结构与敞车类似，承受着较大的垂直载荷、一定的纵向力和扭矩，因此要求它不仅在垂直平面而且在水平平面内都具有足够的弯曲刚度和强度，还要具有抵抗扭转力的能力。 小横梁和辅助纵向梁：主要是作为木地板的支承梁件，其截面尺寸和梁间距离，主要应考虑运用叉车作业的要求。中梁采用耐候钢组焊成箱形结构，并制成鱼腹形梁，最大截面高为800mm。为在保证强度和刚度的条件下尽可能降低车体钢结构的自重，而考虑到当棚车载重增加后，作用域侧梁的垂向载荷也必然加大，侧梁的静挠度也相应增加，故而可以考虑使用32a号槽钢作为侧梁的材料，这可以较好的改善车的性能。其腹板、下盖板的中部和端部分别采用不同厚度的耐候钢板组焊而成。枕梁为耐候钢板组焊成的双腹板箱形结构；端梁由厚6 mm的耐候钢板压成角形断面，并与厚6 mm的钢板焊接成倒F形断面梁，对于耐候钢，可以选着高强度耐候钢这样可以适当减小工件厚度，以减轻车体重量。大横梁采用由上盖板、下盖板及腹板组焊而成的工字形梁。小横梁采用 80x 43x 5. 3槽钢，地板为厚4.5mm的高强度耐候花纹钢板。底架侧梁外侧设有供中门、侧门移动的导轨。底架是杆件系统和某些板与壳结合的一个复杂的杆、板混合整体结构，计算复杂。要用力学方法手工计算底架的强度是很困难的。按照传统的方法，为了减小计算工作量，不得不采用具有一定精度，但比较简单的计算简图。在进行底架强度计算时，必须把底架承载结构简化为能够利用结构力学方法计算其应力和变形的简图。不过力法计算的模型本身建立在一种假设的基础之上，计算结果并不能准确反映底架的受力情况，而有一定的误差，直接作为判定底架能否满足强度和刚度要求的依据显然不合适，但这种分析计算基本上能够反映底架大致的受力情况，在初始方案的设计中可以作参考。以下为需要考虑的几个受力状况下的强度： 垂向载荷作用下底架受力情况 纵向力作用下底架受力情况 中梁强度估算a垂向载荷作用下中梁的受力情况b在纵向力作用下中梁的受力情况2.3.2 端墙端墙采用板柱式结构，由上端横梁、角柱、端柱、侧门框及端板等组成。端墙除了承受散粒货物侧压力外，还要承受货物的纵向冲击力，需要具有较好的强度和刚度。上端横梁由冷弯空心型钢制成。角柱和端柱均采用口160x 80x 4方管制成。侧门框用冷弯内卷边槽钢80x40x15x4制成，在下部有补强座。端板采用厚3 mm的钢板制成，并压成方筋结构。2.3.3 隔墙结构为了便于货物装卸，新型活动侧墙棚车保留由横梁、立柱及斜撑等组焊而成的中央框架，取消了隔墙的隔板，车内成贯通结构，在立柱上设有中门锁座。 取消了原隔墙结构中的隔板和立柱，车内形成贯通结构，方便了货物的装卸。隔墙由立柱、补强柱及斜撑等组成。隔墙上还作了以下的改进:在立柱两侧增设一个车门止铁，车门打开后利用止铁挡住车门，防止装载货物时车门滑动。因原型车上动锁座的拉杆不带拉环，而拉杆放在立柱的凹槽内，槽口较窄仅130mm，在拉锁座时操作很不方变，现在拉杆下方加装一个拉环。拉杆弹簧也在立柱凹槽内，拉杆弹簧一端挂在弹簧座上，另一端挂到上动锁座上，不好装配。因此在拉杆弹簧与上锁座之间增加一个链环，提高弹簧的装配工艺性。2.3.4 车顶钢结构 车顶采用圆弧结构，由车顶侧梁、车顶端墙、车顶隔墙、车顶弯梁、车顶板等组成，取消了车顶纵向梁。车顶侧梁由z形梁和方钢梁组成。车端墙由端弯梁和端板等组成。端弯梁采用L63x63x3角钢制成;端板采用厚3 mm的钢板。车顶弯梁采用厚3 mm的钢板压成帽形;车顶板采用厚1.5mm的钢板压型制成。车顶侧梁外侧有便于活动侧墙滑动的导轨。为了减轻自重，车顶板、侧墙板和端板的厚度都有不同程度的减小，为了保证这些部位的强度，其材料均由耐候钢09CuPTiRE改为高强度耐候钢09CuPCrNi-A。车顶弯梁是结构对称的压型件，因此将钢板的厚度由3 mm减小为2.3mm,对其刚度没有多大的影响，还可利用原有的压型模具。为了弥补厚度减小对零件强度的影响，车顶弯梁的材料改为屈服强度更高的耐候钢09CuPCrNi-A。2.3.5 车顶、端墙木结构原型车车顶内的PVC板用压条固定在纵向梁上，将纵向梁封闭起来，PVC板厚3mm。车顶取消纵向梁后，把车顶内的PVC板直接固定到车顶板上。这样车顶内PVC板的弯曲弧度自然会增大，为避免PVC板被折断，提高可靠性，将其厚度增加到8mm。2.3.6 活动侧墙 活动侧墙棚车一般可分为双侧门活动侧墙棚车、三侧门活动侧墙棚车及四侧门活动侧墙棚车目前我国的活动侧墙棚车全车由4对(8扇)全钢活动侧门组成侧墙。侧门采用板柱式结构。每扇侧门均由上门梁、下门梁、立柱及门板组)戊。上门梁不II下门梁均采用口80x60x3的方管制成;立柱采用口95x SOx 2的方竹制成;侧门板采用厚1.5mm的波纹钢板制成。 每侧侧墙由2扇塞拉中门和2扇推拉侧门组成。车门采用板柱式结构，每扇门由上门梁、下门梁、立柱、门框及门板组成，上下门梁及立柱均采用矩型钢竹，门板采用冷恋波纹钢板，中门上设有曲柄驱动机构及锁闭机构。侧门可实现中门全开、左室全开、右室全开3种常用开门状态。因此，活动侧墙棚车可实现从中门、左室和右室分别装卸，目侧门的最大开度可达半车体长，十分方便机械化装卸及大件货物装卸。侧门闭锁机构：锁钩座焊接在侧门框上，止铁座焊接在车体侧门框上。锁钩为锻件，用直径20mm的圆销铰接在锁钩座上。锁侧门时先拉起止铁，让锁钩插入止铁座的卡槽内，然后放下止铁。止铁下端有配重块，在重力作用下止铁始终处十竖直状态，止铁上端设计成凸轮状，凸轮卡住锁钩不让它脱开。锁钩的钩舌上还开有圆孔，止铁座上也有孔;锁钩锁闭后可用铁丝将锁钩和止铁座栓牢，防止有人在车辆中途停靠时打开锁钩。活动侧墙操控机构：活动侧墙基本原理图示：2.3.7 转向架通过动力学试验试车分别为一辆装有转K2型转向架和一辆装有转K4型转向架的活动侧墙棚车。试验结果表明:在空车状态下，2种转向架的垂向及横向平稳性指标在规定的最高运行速度范围内均小于3. 5的优级标准，运行平稳性属优级。在重车状态下，2种转向架的垂向及横向平稳性指标在规定的最高运行速度范围内均小于3.5的优级标准，故重车运行平稳性亦属优级。2种转向架的空车、重车状态下的垂向及横向加速度最大值，轮轨横向力，脱轨系数，轮重减载率，动力系数，倾覆系数等动力学性能指标均符合GB5599-1985中的相应规定，满足运用要求。转K2转向架的特点：转K2转向架有以下主要结构特点:(1)采用下交叉支撑装置，用以提高转向架的抗菱刚度，从而减少轮对与转向架蛇行运动，提高转向架的蛇行失稳临界速度，增大货车直线运行的稳定性。同时，交叉支撑装置可有效保持转向架的正位状态，从而减小了车辆在直线和曲线运行时轮对对钢轨的冲角，改善转向架的曲线通过性能，显著减少轮轨磨耗。交叉支撑装置的结构主要由1个交叉支撑组成、8个橡胶垫、4个锁紧板、4个端头螺栓、4个双耳垫圈组成，其中端头螺栓强度为10.9级。交叉支撑组成通过橡胶垫、螺栓等零部件与支撑座连接，使两侧架在水平面内实现弹性联结，实现控制两侧架之间的剪切和菱形变位的目的。交叉支撑组成由采用两交叉支撑杆中部固接结构。(2)采用双作用常接触弹性旁承 货车运行速度的提高，要求增大转向架与车体之间的回转阻尼，以有效抑制转向架与车体的摇头蛇行运动，同时约束车体侧滚振动，提高货车在较高速度运行时的平稳性和稳定性。双作用常接触弹性旁承，由橡胶钢簧复合弹性体和刚性滚子并列组成，装用这种旁承后，车体落车时，给予常接触旁承弹性体一定的预压缩量，在上下旁承之间产生一定的预压力，当转向架相对于车体回转或有回转趋势时，在上旁承金属面与下旁承由合成材料制成的磨耗板之间产生摩擦阻力，左右旁承之间形成了回转阻力矩，可有效阻止转向架或车体的摇头运动。当然，这种回转阻尼也不宜过大，以避免过度增大转向架曲线回转的阻力。对于普通货车而言，空车状态车体与转向架间的总回转阻力矩，通常以控制在6-9kNm为宜。 采用常接触弹性旁承，由于上下旁承之间无间隙而又有接触弹性，也增加了车体在转向架上的抗侧滚稳定性。为了保持货车具有良好的对扭曲线路的适应性，每个常接触旁承的垂向刚度不宜过大。同时，为了防止货车曲线运行时车体发生过大倾角，采用刚性滚子来限制弹性旁承的垂直位移和压缩量。一旦上旁承板压靠滚子，不仅车体侧倾角受到限制，而且由于滚子的滚动而不致增大回转阻力矩，影响曲线通过性能。双作用常接触弹性旁承将单滚子旁承与常接触弹性旁承结合起来，有效地解决以下问题:快速运行条件下轻载车辆或空车状态的车体摇头、滚摆造成的蛇行失稳和平稳性与脱轨安全性下降的问题;重载状态下车辆平稳性与转向架的曲线通过性能;快速运行条件下车辆在曲线上的运行安全性。(3)采用两级刚度弹簧提高弹簧静挠度不仅可以提高货车转向架的运行平稳性，而且还可以提高转向架对扭曲线路的适应性和脱轨安全性。现有货车空车运行性能和脱轨安全性不良，也与空车弹簧静挠度过小有关，因此有必要提高货车空车的弹簧静挠度。采用内、外枕簧不同高度的两级刚度弹簧是提高空车弹簧静挠度的有效措施，即在空车时弹簧具有较小的刚度，使空车弹簧静挠度提高到10-15mm，而在重车时弹簧具有较大的刚度，以承受重车的载荷，这样可使货车转向架的总的弹簧静挠度得到提高。K2转向架所采用的两级刚度弹簧为内、外圆弹簧不等高结构，空车时仅外圈弹簧承重，重车时由内、外圈弹簧共同承重。这样可使货车转向架的空、重车弹簧静挠度都在合理范围内。(4)采用耐磨心盘磨耗盘 货车上、下心盘的磨耗是货车运用中的惯性问题，其检修工作量较大，而检修质量的好坏直接威胁行车的安全。为了减少货车上、下心盘的磨损，在K2转向架中采用了经过长期运用考验证明耐磨性能优良的心盘磨耗盘，材质为铸造式特种含油尼龙。该心盘磨耗盘介于上、下心盘之间，上、下心盘的平面和圆周边部分都被含油尼龙心盘磨耗盘隔离，这就完全避免了上、下钢质心盘间直接磨损，也改善了上、下心盘面的承载匀衡性。经大秦线运煤敞车的运用试验，这种含油尼龙心盘磨耗盘运用5-6年后磨耗甚少，非常耐磨，深受现场欢迎。因此采用含油尼龙心盘磨耗盘可以有效提高上、下心盘的使用寿命。(5)采用耐磨销套 货车转向架在运用过程中，基础制动装置的销套磨损十分严重，货车提速后，销套磨损将更为剧烈。为了改善销套磨损，提高提速货车转向架销套的使用寿命，在交叉支撑转向架中全部采用耐磨销套，即采用奥贝体衬套和45号钢淬火圆销，提高圆销表面硬度，同时减小销套间的间隙，提高销套装配精度，以改善销套的受力状态等。转K4转向架的特点：(1)转K4具有摆式转向架的结构特点：1结构上属于铸钢三大件式转向架，具有结构简单、车轮均载性好等优点。2该转向架采用了类似于客车转向架的摇动台摆式机构，使转向架横向具有两级刚度特性，大大增加了车辆的横向柔性，提高了车辆的横向动力学性能，降低了轮轨间的磨耗，提高了车辆的运行品质。3提高了车辆脱轨安全性。由于摆动式转向架摇枕挡位置下移，使侧滚中心降低，对侧滚振动控制加强，有效地减小了爬轨和脱轨的可能性，尤其是对高重心的货车，大大提高了其脱轨安全性。4该转向架具有高的耐久性和可靠性。经美国和加拿大运用实践表明，该转向架运用寿命长，维修工作量小，可运营160万公里免检修。(2)保留了三大件转向架的许多优点：1在侧架结构中取消弹簧承台，而把摇动台的支撑承台设计成半圆柱，坐落于侧架半圆弧形的摇动台支撑座上。两侧架的摇动台用同一弹簧托板相联结，承载弹簧坐落于弹簧托板的两端，摇枕落在弹簧上，这种弹簧、托板与摆动台的联结，使两侧架可以相对于摇枕作同步的横向摆动，最大摆动角度可达到3，大大减小了转向架的横向刚度。2侧架导框处是一腔形结构，用以安装导框摇动座，导框摇动座与承载鞍之间弧面接触。导框摇动座两侧可用不同厚度的垫片塞紧，再将固定块焊固，使导框摇动座定位于侧架导框顶部腔顶部。导框摇动座底面为圆弧形，承载鞍顶面也是圆弧形，两圆弧形成滚动副，使侧架象吊杆一样，具有摆动的功能，提高车辆的横向性能。3摇枕下部铸出两块三角形挡，其与弹簧托板上的挡块配合，防止摇枕串出，起到安全挡的作用。4承载鞍的结构与转K4转向架承载鞍类似，鞍顶面为经硬化处理的弧面，与导框摇动座的组合成为摆动机构的上摆点，使侧架象吊杆一样，具有摆动的功能，提高车辆的横向性能。鞍面尺寸与进口轴承相匹配，其余按AAR标准设计制造，材质为C级钢。5弹性悬挂系统及减振装置:每侧弹性悬挂系统及减振装置由两个斜锲组成、两组减振内圆弹簧、两组减振外圆弹簧、四组承载内圆弹簧、四组承载外圆弹簧组成，减振弹簧、承载弹簧为两级刚度，这样使空车、重车分别对应不同的空、重两级刚度，空车和重车都有优良的动力性能。斜锲由材质为ADI的斜锲体及材质为高分子复合材料的磨擦板组成。6下旁承组成采用常接触橡胶弹性旁承，下旁承组成由旁承体组成、调整垫板、纵向锁紧斜铁组成。该弹性旁承与交叉支撑转向架弹性旁承有所不同，无旁 承滚子。2.3.8 制动装置 由于货车的空重车的载重相差较大，而且普遍载重较高。因此在制动的选择上要考虑到空重车调节和制动效率等多个方面的问题。(1)采用无级空重车自动调整装置。采用两级调整会有1个制动率发生突变的点，加大了车辆的纵向冲动，在车辆运行速度较高时尤其需要注意这个问题;采用无级调整，闸瓦压力会随载重的增大而自动连续地增大，制动率变化比较均匀，因而列车的纵向冲动也较小。对于无极空重车自动调整装置可采用在KZW-4G型和TWG-1型货车空重车自动调整装置基础上研制的KZW-A型空重车自动调整装置制动系统，该系统如下图所示：1-列车管；2-集尘器与断塞门组合体；3-制动缸；4-加速缓解风缸；5-副风缸；6-加速缓解阀；7-中间体；8-120阀；9-紧急阀；10-限压阀；11-阀管座；12-降压风缸；13-支架；14-传感阀；15-抑制盘组成；16-横跨梁基准板。(2)增设防滑器。为避免车轮踏面在制动时因制动力大于粘着力而擦伤以及充分利用制动时的轮轨粘着，快速货车应设置防滑器。由于货车自身一般不带电源，因此快速货车可以采用机械式防滑器。快速货车以120km/h在1400m制动距离内停车，能量吸收能力是一个关键的限制因数，能量转移率与列车速度的3次方成比例。快速货车制动时要求有更高的制动率，而随着速度的增加，可利用的粘着大大减少。在UIC范围内，一般采用盘形制动作为基础制动装置的车辆均安装防滑器。影响粘着系数的因素概括起来主要有两个:一个是车轮和钢轨的表面状况，另一个是车辆运行速度。防滑器虽然不能提高粘着系数，但可提高粘着利用率，防止因制动力大于粘着力而造成的车轮踏面擦伤。日前，己有的防滑器在判断“滑行”时，采用了许多判据，主要依据的是速度差、减速度、滑移率、减速度微分等，其中速度差和减速度采用的较为普遍。防滑器根据速度差、减速度等的变化，相应地控制制动力变化，既要能防止滑行，又要不致使制动力损失过大，以有效利用粘着。根据粘着条件，车辆在制动时平均减速度可由下式确定 Ag式中:轮轨间粘着系数。一般认为车辆平均减速度在1 m/以下时，即粘着系数大于0. 1时，制动力大于粘着力的概率极小，可以不设防滑器。大量的试验和统计数据表明，轮轨间的粘着系数在粘着条件较好的情况下可大于0.4,一般情况下为0.3，只有在钢轨上有油的情况下才有可能接近或小于0.1。在粘着条件较好的情况下，装用防滑器可在一定程度上缩短制动距离;反之，轮轨粘着系数较低时，制动距离则有可能延长。货车车辆在满载时其轴重通常都大于客车，故车轮踏面擦伤的概率也大于客车，因此，快速货车设置防滑器对保证行车安全是完全必要的。(3)盘形制动。随着我国货物列车的提速与重载，现有的踏面制动与合成闸瓦方式己不再满足要求，只能考虑采用盘形制动。盘形制动运用经济，维护简单，不仅能大大提高轴制动功率，而且由于制动盘与闸片间的摩擦因数比闸瓦与踏面间的摩擦因数稳定得多，故还可降低制动时的纵向冲动。国外己经开始研制含陶瓷铝合金的制动盘，我国也可以借鉴国外先进技术，在这方面展开研究，以更好地满足货物列车快速、重载的要求。2.3.9 车钩缓冲装置车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成一个整体， 安装于车底架构端的牵引梁内。为了保证车辆连挂安全可靠和车钩缓冲装置安装的互换性，我国铁路机车车辆有关规程规定：车钩缓冲器装车后，其车钩钩舌的水平 中心线距钢轨面在空车状态下的高度，其中货车为880mm（10mm）。两相邻车辆的车钩水平中心线最 大高度差不得大于75mm。车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。车钩各部分作用：（1）钩头部分：车钩连挂部分。钩腕：车钩连接时，相互包含钩舌。钩肩：车钩连结冲击时，钩肩可接触冲击座，限制车钩内移过大。钩耳：分上钩耳及下钩耳，在上下钩耳间装有钩舌，用钩舌销穿上。上锁销孔：在钩肩上方。下锁销孔：使用下作用的车钩安装下锁销处。钩舌：装在上下钩耳间，用钩舌销和钩耳连结，是直接承受列车牵引力的部件。钩舌销：连结钩舌和钩耳，使钩舌便于起回转作用。钩舌推铁：提钩时，其下部可踢开钩舌，使钩舌处于全开位置。钩锁：与钩舌尾部配合使用，保证车钩开锁、闭锁、全开三态作用准确。上下钩锁销：闭锁时起防跳作用，提起钩锁销能使车钩开锁。（2）钩身部分：在钩头和钩尾之间，主要传递列车水平牵引和冲击力的作用部分。（3）钩尾部分：是接触缓冲期器的部位，其上带有圆孔或扁孔，用螺栓或车钩扁销及其扁销螺栓组装连结车钩和缓冲器。车钩的基本要求：(1) 车钩的闭锁、开锁和全开三态作用要可靠，活动要灵活，不能因为正常的磨耗而影响其机能；(2)车钩的各个部分要有足够的强度，以防止因强度不够而出现的裂纹、变形和折断等事故。一般要求钩体的强度要比钩舌高些。一般规定，货车的自动车钩的拉伸破坏强度不得小于3000kN；(3)牵引、冲击载荷不应直接由钩舌销传递，且在钩舌销折断时应不影响车钩的闭锁状态；(4)车钩的防跳作用要可靠，不能因正常的磨耗和较大的冲击、振动而导致自行的脱钩现象；(5)不用强力的冲击就能实现联挂。在强大的冲击和振动下不妨碍其联挂，并容易从外表确认其联挂完成情况；(6)摘挂操作安全、组装拆卸和检修方便。参照车钩的相关要求，选取13号上作用车钩作为连接装置。13号车钩的参数性能如下：钩舍高： 300mm钩颈（宽高） 203106 mm钩尾至钩舍连接线距 845mm钩尾至钩头台肩距离 540mm钩身壁厚 垂直面22 mm 水平面19-22 mm钩耳孔形状 长圆孔4244 mm钩舍销直径 41 mm钩尾（宽X高） 平面135X166 mm尾销孔 长圆孔130X50 mm钩尾销 长圆100X40 mm材料 ZG230450/ZG25MnCrNiMo抗拉强度 24002600/3000KN以上质量 203kg开启方式 上下作用使用车辆 新造货车13号车钩的设计较合理地安排了钩头与钩舌及钩舌与钩舌销之间的间隙。在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少的分担作用力，从而更充分的发挥了车钩各部材料的承载能力。1 车钩 2 销轴 3 挡板（一） 4 连杆 5 缓冲弹簧 6 车钩架 7 挡板（二） 8 导套 9 压套13号车钩在水平面内的纵向及横向移动量分析缓冲器是用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动的。它有耗散车辆之间冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏的作用。其的工作原理是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。根据缓冲器的结构特征和工作原理，一般缓冲器可分为：摩擦式缓冲器、橡胶式缓冲器和液压缓冲器等。缓冲器的形成收到钩间间隙的限制。其容量主要由冲击车和被冲击车的重量和冲击时两车的相对运动速度，车辆重量越高、速度越大，则要求缓冲器的容量也就越大。不同冲击状况下缓冲器容量计算值如下表：工况(kN)(kN)(kN)E(kJ)5km/h6km/h7km/h8km/h9km/h10km/h184084042020.6629.7640.4452.8366.9082.59284070038218.7927.0636.7748.0360.8475.123100084045722.5032.3844.0757.5772.7989.864700100041220.7729.1939.7451.9065.6281.01570070036017.2524.8133.7644.0957.3470.7961000100050024.6435.4348.1462.8979.6498.32我国几种主型缓冲器的性能参数缓冲器型号1号2号3号MX-1型G1型G2型MX-2型MT-2型MT-3型类型摩擦式摩擦式摩擦式摩擦橡胶式摩擦式摩擦式摩擦式摩擦橡胶式摩擦式外形尺寸（mm）514x317x228514x317x228568x317x225568x318x226514x317x228514x317x228563x318x228555x320x227555x320x227最大作用力（KN）5801200900170080016301800200023002000行程(mm)616864685860657373768383容量（KJ)14232418204043184245546545吸收能量（KJ）1013141417354013.5374138465537能量吸收率（%）72577885907575858080质量（Kg）106116184133106116160175175为了提高安全连挂速度，可采用MX-1型橡胶缓冲器，橡胶缓冲器比传统缓冲器的优势在于可以借助橡胶分子内摩擦和弹性变形起到缓和冲击和消耗能量作用的。为了增大缓冲器容量，在头部装有金属摩擦部分，借助三个带有倾角的楔块，在受压时与箱体及压头间各接触斜面产生相对位移，因摩擦而消耗冲击能量。而MX-1缓冲器容量可以达到35kJ以上且性能良好，对能量的吸收率高达90%，加之其结构简单、零件少、重量轻、成本低、制造方便、检修容易，可以很好的完成车钩连挂。2.3.10 货物的装载加固装置 活动侧墙棚车的侧墙就是车门，车门是活动的。为保证车门在导轨上滑动灵活，车门设计得较为轻便，因此不能承受很大的横向载荷，运载货物时需要采取一定的保障措施，防止货物倾倒在车门上。 根据铁道部铁路货物装载加固规则的规定，运载货物时为避免货物在纵向或横向惯性力的作用下移动，应使用必要的加固装置。用加固线(镀锌铁线、钢丝绳、棕麻绳等)来固定货物是最常用，也是最容易实现的加固方式。车辆上应该配备相应的加固线栓结座。原型车在底架侧梁上布置了12个绳环、作为栓结座，绳环用直径10mm的圆钢锻造而成。 绳环栓结座有一个缺点，加固线必须从绳环的内孔中穿过去才能栓结，操作起来不太方便，对十不易弯曲的加固线如铁线、钢丝绳等操作困难，而这类加固线一般是由数根拧成一股来使用，加固和拆卸花费的时间长，不利十货物的快速装卸。 另外，绳环的直径偏小，当用镀锌铁线加固时，加固规则要求加固线端部形成的绳环直径不应小于20mm。参照敞车、平车对货物的加固方式，将侧梁上的绳环改成丁字型的绳栓，加固线套着绳栓的丁字部就可进行栓结，操作很方便。原型车的隔墙有阻挡货物纵向运动的作用，隔墙被打通后，车厢中部缺少防止货物移动的构件，故将在隔墙附近增加4个绳栓，底架绳栓的总数增加为16个，每侧8个绳栓，每个车门处布置2个。敞车、平车的绳栓铆接在车体的侧面。活动侧墙棚车是全封闭的，绳栓只能布置车体内部。鉴于底架结构比较强大，我们将底架侧梁上布置的16个绳栓作为主要的加固装置。受车体结构的限制，车顶和端墙处的栓结座仍然采用绳环、数量均为12个，作为辅助的加固装置。在重载情况下，对货物直接进行加固:加固线一端捆绑在货物上、另一端系在丁字形的绳栓上;对十轻浮货物，因货物的重量轻、惯性力不会很大，可利用侧梁上的绳栓、车顶和端墙上的绳环编织出绳网、防止货物倒塌，这样能够最大限度地利用车体的内部空间。第三章 车辆几何尺寸的校核3.1车辆几何曲线通过的校核3.1.1 基本假设a在直线区段，车辆的中心线与线路中心线重合。在曲线区段，车辆的心盘中心在线路的中心线上。b由定圆曲线过渡到直线或反向的定圆曲线，中间不夹有缓和曲线。c两相连车辆的车钩中心线在一条直线上。3.1.2 计算车辆一般情况下，需要确定曲线通过能力的车辆应连挂到辆计算车辆上。计算车辆的车辆定距为11700mm，车体长度为16438mm。3.1.3 水平曲线车辆位置：相邻的两车辆分别处在反向的定圆曲线（即S形曲线上）。计算公式：按下表来分别计算车钩相对于车辆纵向中心线偏移角Y、Y。Y角的计算公式Y角的计算公式式中：下角码 1、2 分别对应连挂于 S 形曲线的两辆车；RSS形曲线半径（m）；d车辆定距与f值之和（m）；f车辆心盘中心到车钩转动中心的长度（m）； p两连挂车钩中心线为一条直线时两车钩转动中心间的长度（m）。由上述表格中叙述和公式可以计算得：Y=7.13Y=6.54由于车钩的最大横向摆角为13，从结果来看，车钩相对于车辆纵向中心线偏移角Y、Y都满足小于13的要求。3.2 车体与转向架之间的转动角度 车辆运行于曲线上时，转向架相对于车体发生了转动，其最大转动角度产生在第一个转向架最大倾斜位置（即前轮对内轮轮缘碰内轨，后轮对外轮轮缘碰外轨），第二个转向架与内轨相切（即内侧两个车轮的轮缘均与内轨接触）的时候。如果不考虑转向架本身的各种游间，则其最大转动角度值为： 其中 式中：e车轮轮缘与钢轨之间的总游间，包括新车轮的轮缘与钢轨之间的间隙和轮缘及钢轨侧面的最大磨耗量（可根据下面几个表确定）； S转向架固定轴距； 车辆定距； R曲线半径，在计算时应取车辆可能缓行通过的最小半径。相关数据表：轮对两车轮的内侧距离（mm）轮辋宽度原型厂、段修限度127130以下130135以下135及以上1355213553车轮轮缘厚度（mm）原型厂修限度段修限度运用限度32302822线路曲线区段上轨距加宽曲线半径（m）轨距（mm）轨距公差（mm）651以上1433+6-265045114404503511445350以下1450正线及到发线钢轨磨耗量限值（mm）钢轨侧面磨耗50kg及以上125043kg104338kg938kg以下7从上面表中可以看出：最小曲线半径区段的最大轨距为1456mm，而车辆标准型轮对的最小内侧距离为1350mm，轮缘厚度最薄为22mm，轮辋厚为130mm。假定一侧轮缘紧贴钢轨，则另一侧车轮踏面的安全搭载量e1可由下式求的： e1=1350+22+130-1456=46mm从而可求得： =30.7第四章 车体钢结构刚度强度4.1 车体钢结构的要求车体设计的总方针是保证使用、方便检修、兼顾制造、在可能的条件下注意美观和舒适。在对棚车车体钢结构设计中所考虑的主要问题如下：通用性棚车设计既要考虑运送怕日晒雨淋的工农产品的要求，又要兼顾国防建设的需要。因此车体结构的密闭性一定要好，同时还要能够做到通风、采暖；装卸作业要方便；还要能够乘人和拴马；另外，强度工艺性要好。对于货车棚车车体钢结构强度的要求：4.1.1 端墙的强度要求A端墙墙板采用模板或平钢板时，端柱不少于两根，其中心线之间的距离应小于车辆内宽的0.25倍。全部端柱的截面模数总和除以车体内高应不小于120cm/m。B端墙墙板采用压筋钢板或平钢板