25t轴重新型铁路自翻车研制

北京交通大学硕士学位论文25T轴重新型铁路自翻车研制摘要本文研究了国内自动倾翻车的发展趋势与现状，介绍了新型自翻车的结构特点及主要技术性能参数，针对该车的主要结构及关键部件进行了方案优化设计，重点论述针对该项目所展开的结构方案设计、技术设计、设计评审、强度计算及刚度校核等工作的思想、理论依据、结论等。新型自翻车在技术设计过程中尽可能使用了通用件、标准件、成熟的零部件，并符合相关的国家标准、行业标准及企业标准，以提高产品的通用性和可检修性，提高标准化程度。在此基础上，提出工程实现的条件、方法以及执行的相关标准和必要的试验。本次设计使用了计算机辅助技术绘图。另外使用了IDEAS软件进行三维绘图造型，同时完成了新型自翻车车体有限元强度计算、车辆动力学性能分析、车辆倾翻卸货工况安全性校核、转向架弹簧参数计算、制动计算等，提出了该车的技术关键对自翻车的设计开发进行了技术可行性分析。本文介绍了新型自翻车进行的各类型式试验，计算、试验表明所设计的新型自翻车静强度完全满足TB13351996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范之要求；车辆的运行平稳性和脱轨安全性等动力学性能指标符合GB559985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范规定的要求。关键词自翻车、倾翻、有限元、强度、计算、校核ABSTRACTINTHISTHESIS,MAINLYSTUDIEDTHEDEVELOPINGTRENDANDSTATUSQUOOFINANDOVERSEASAUTOCAREENTURNOVERWAGON,INTRODUCEDTHESTRUCTURECHARACTERANDMAINTECHNOLOGYDEMONSTRATIONOFTHENEWKINDOFAUTOCAREENTURNOVERWAGON,CARRYOUTTHEPROJECTDESIGNILLUSTRATIONTOTHEGENERALSTRUCTUREANDKEYPARTS,PROPOSEDTHEKEYTECHNICALANDTECHNICALECONOMICBENEFITFOCUSEDONTHISPROJECTSSTRUCTURESCHEMEDESIGN,TECHNOLOGYDESIGN,DESIGNEVALUATION,STRENGTHCALCULATION，RIGIDITYVERIFYINGANDTHEIRSBASISOFTHOUGHTSANDTHEORIESASWELLASCONCLUSIONTHENEWSTRUCTUREAUTOCAREENTURNOVERWAGONUSEDASPOSSIBLEASGENERALPARTS、STANDARDIZEDPARTSMATUREPARTSINTHEDESIGNINGPROCESSINACCORDANCEWITHRELATIVENATIONALSTANDARDS,TRADESTANDARDSANDBUSINESSSTANDARDSTOIMPROVETHEPRODUCTABILITYTOBECOMMONUSEDANDEASILYREPAIREDANDIMPROVEITSSTANDARDIZEDLEVELSOTHECONDITIONSANDMETHODSTOACCOMPLISHTHISPROJECTANDRELATIVESTANDARDS、NECESSARYEXPERIMENTSCOULDBESUBMITTEDCADCOMPUTERAIDEDDESIGNISAPPLIEDINTHISDESIGNIDEASSOFTWAREISALSOUSEDTOSHAPE3DMODELS,ANDFINISHEDTHEFINITEELEMENTSTRENGTHCALCULATIONOFTHENEWKINDOFAUTOCAREENTURNOVERWAGON,DYNAMICCAPABILITYANALYSISOFWAGON,SECURITYCHECKINGTHETURNOVERUNLOADINGWORKINGCONDITIONOFWAGON，PARAMETERCALCULATIONOFBOGIESPRING,BRAKECALCULATION,GIVEOUTKEYTECHNOLOGYFORANALYZEDTECHNOLOGYFEASIBILITYTOWARDTHEDESIGNANDDEVELOPMENTOFTHISWAGONTHISTHESISINTRODUCEDALLKINDSOFTESTSOFAUTOCAREENTURNOVERWAGON,CALCULATIONSTUDYANDTESTSMEANSTHATTHESTATICSTRENGTHOFTHENEWKINDOFAUTOCAREENTURNOVERWAGONWHICHBEENDESIGNEDTOTALLYFITTHEDEMANDOFTB13351996RAILWAYWAGONSTRENGTHDESIGNANDTESTIDENTIFYCRITERIONRUNNINGPLACIDITYANDDIGRESSIONSECURITYETCOFTHEDYNAMICSCAPABILITYGUIDELINEOFTHEWAGONFITTHEDEMANDTHERULINGOFTHEGB559985RAILWAYWAGCM，SDYNAMICSCAPABILITYASSESSANDTESTINGAPPRAISALCRITERIONKEYWORDSAUTOCAREENTURNOVERWAGONTURNOVERFINITEELEMENTSTRENGTHCALCULATIONCHECK第一章绪论为了提高铁路运输能力和竞争力，实现铁路运输矿石等散装货物装备水平的提升，多年来，国家对铁路运输散装货物的专用车辆的研制发展十分重视，先后研制、生产K13系列石碴漏斗车及石灰石漏斗车、K18系列煤炭漏斗车、K14系列铁矿石漏斗车等铁路运输专用车近年來，随着我国铁路货车技术政策的快速推进，成熟的制动、牵引技术不断扩大装车使用以及新材料的应用，原有铁路自翻车已不能适应冶金、采矿等行业铁路运输发展的需要。研制25T轴重新型铁路自翻车势在必行，我厂在充分进行市场调研、用户访问基础上提出了研制25T轴重新型铁路自翻车研制方案。11铁路自翻车现状我国冶金、采矿行业使用的自翻车大部分是六、七十年代生产的KF60型自翻车，该型车制动系统采用的是GK型制动阀、制动管系螺纹连接、没有手制动机、各种板材采用Q235A材质、车钩缓冲装置采用2号车钩或普通材质13号车钩，三号或二号缓冲器、转向架采用H2E型滑动轴承等近年来，随着我国铁路货车技术政策的快速推进，新技术、新材料在其他各型货车上已经得到广泛应用，在运行速度、安全性和车辆使用寿命等方面发生了质的飞跃。而自翻车由于近年来没有进行过大的技术改进，技术水平落后，尤其是在走行部方面，一直没有一个定型、可靠的适应铁路重载政策的转向架。基本上不具备正线提速运营的条件，只能在企业内部和专用线路上使用。但随着冶金、采矿行业的发展壮大，矿石运输量的增加，运输路径点对点区间的延长，特别是跨省区间的国铁线路运输，供应途径在地区上的多样性差异，原有的矿石运输车辆制约企业发展的问题已显露出来。铁路自翻车运用特点及其背景1我国大型冶金、采矿企业大部分都是五、六十年代建立的其卸料坑都是单边料坑，现有的矿石漏斗车无法使用单边卸料势必偏载，造成安全隐患。如果改造卸料地面设施其改造费用比购置卸车设备要高的多。而且有的企业受空间和地域限制，地面设施无法进行改造。自翻车任何一边都可以卸料完全满足单边卸料的要求。2各大型企业虽然可以用敞车来单边卸料但对于没有机械化卸车设备的企业只能人工卸车。机械化翻车机的投入和维护费用都很高。人工卸车成本高，卸车效率低，而使用自翻车卸车1分钟就可以卸完，效率很高。3自翻车可以装用大块矿石，而其他矿石漏斗车有粒度限制。这就需要采矿单位购置矿石粉碎设备，增加成本。1225T轴重新型铁路自车方案设计思路25T轴重新型铁路自翻车是针对国内现有KF60型自翻车在曰常应用中存在的问题T在综合考虑了铁道车辆提速和重载发展趋势的基础上为充分满足用户要求而开发研制的一种新型自翻车该车在车体、底架设计、风手制动系统设计、车钩缓冲装置和走行部等各方面均采用了目前国内铁道车辆的先进技术和新型材料，具有车体强度高、耐腐蚀性强、检修周期长、维修保养费用低、运营成本低。并可满足在现有国铁正线运营等特点。121车体、底架钢结构方案确定考虑结构的继承性和配件的标准化、简统化及互换问题，同时根据个别结构件或配件的易损和修换的频繁程度，合理的采用了原KF60铆焊混合结构。车体、底架车体的高强度、轻量化和防2腐耐蚀方案设计是该车在设计中首要考虑的问题。车体的钢结构对车辆的自重和强度影响最大，因此该车的车体设计采用了新材料。全部板材采用耐侯钢，主要结构的板材厚度相应比原KF60釆用板材厚度减薄12RARTU车体自重降低07T。25吨轴重新型自翻车采用与转K6型转向架相配套的锻造上心盘和新型上旁承心盘加强板采用整体结构122风手制动装置方案确定原KF60自翻车采用GK型制动机、制动系统管系螺纹连接、制动缸为非密封式的普通制动缸。折角塞门为普通折角塞门。没有设置空、重车手动两级调整装置，运行过程中容易擦伤车轮。新的货车制动新技术没有得到应用。25T轴重新型铁路自翻车较好的采用了目前铁路制动新技术，风制动装置采用120改进型）制动机、254X254整体旋压密封式制动缸、组合式集尘器、球芯折角塞门、编织制动软管总成、高摩合成闸瓦、制动管系采用法兰连接、制动管系磷化处理等手制动机采用NSW型手制动机。123车钩、缓冲装置方案确定25T轴重新型铁路自翻车采用C级钢材质的13号上作用车钩、C级钢材质的13A型钩尾框、MT2型缓冲器或MT3缓冲器。钩尾框托板及钩托梁采用FS型防松螺母309级高强度螺栓紧固A124转向架方案确定装用符合运装货车2003326号文件批复的转K6型转向架。采用转K6转向架的25吨轴重新型自翻车可在国铁正线运行，其商业运营速度达I20KIN/H,满足铁路重载提速技术政策要求第二章新型自翻车技术性能分析21新型自翻车和KF60的比较25T轴重新型自翻车是针对国内现有的KP60型自翻车在曰常应用中存在的问题，在综合考虑了铁道车辆提速和重载发展趋势的基础上为充分满足用户要求而开发研制的一种新型自翻车。该车在载货厢体、底架设计、风手制动系统设计、车钩缓冲装置及走行部等各方面均采用了目前国内铁道车辆的先进技术和新型材料，具有车体强度高、而耐腐蚀性强、检修周期长、维修保养费用低，运用成本低，并可满足现有国铁E线运营等特点卩KF60型自翻车大多是六、七十年代生产的，该车型的制动系统采用GK型制动阀，制动管为螺纹连接，没有手制动机、各种板材采用Q235A材质，车钩缓冲器采用2号车钩或普通材质13号车钩，三号或二号缓冲器，转向架采用H2E滑动轴承。侧门折页下部超过了机车车辆限界，没有闸调器。基本上不具备正线提速运营条件，只能在企业内部和专用线路上使用。22新型自翻车技术性能分析该车总体设计的原则是兼顾提速、重载对车体强度的要求，降低应用成本、延长使用寿命。在具体的技术设计过程中重点考虑以下几方面1车体的钢结构对车辆自重和强度影响最大，因此车体的高强度、轻量化和防腐耐蚀设计是该车在设计中首要考虑的问题。2该车在结构设计上以运用为第一原则，尽量釆用标准化、通用化的零部件，以方便制造和检修工作。全车主要钢板均采用耐候钢材质，车体的强度、刚度能适应提速、重载的要求。车辆结构安全可靠，各构件的结构强度好、连接件之间的结合牢固。选用新的材料和新的结构以减轻车辆自重，增加车体强度，并提高耐腐防蚀性能，延长使用寿命。3车体主要由车体底架、两侧侧门及两端壁组成。车体底架由中梁、侧梁、主横梁等组成一体构架。中梁为1300X128X11的工字钢，两侧边梁采用高强度耐候钢150X90X8规格的冷弯1型钢，横梁为300X128X11槽钢，大横梁为1300X85X75工字钢。枕梁两端铆有转轴上座，该座在正常位置时把载货厢体的载荷传递到底架枕梁上，在倾翻卸货时作为载货厢体倾翻的转动轴心，在顶横梁上以螺栓组装有顶铁轴承，它是倾翻缸顶起载货厢体倾翻卸货时的支撑点。中梁下部焊有支座挡铁，以防止车厢纵向窜动。侧门采用以贯通的上檐梁为主要纵向承载梁它与折页、下檐梁、侧筋柱组成一体结构。侧门用折页销轴与车体底架相销，通过侧门开闭机构可随载货厢体的倾翻而开启卸货。端壁由上檐梁与端角柱组成构架，并与端壁板组焊成一体。角柱下部与端壁板间焊有角型加强筋，以防止压帮扫车时损坏。为便于上、下车和保证上、下车的安全，上檐板、端柱间焊有脚踏并铆有扶手。4底架用两根596X199X15X10、Q345B材质的H型钢与上、下盖板、隔板组成鱼腹形的底架中梁与端、枕梁组成主体构架。在底架中梁的两侧组焊有倾翻缸架、方支承、人字形支承和其它安装制动及倾翻管路的附件端梁两侧铆有脚蹬，为保护制动及倾翻管路的连接塞门，在端梁外侧焊有防护檐。端梁上安装扶手。采用锻造上心盘并加装心盘磨耗盘。枕梁上焊有转轴下座并装有转轴，以支撑车厢载核并作为载货厢体倾翻卸货时的转动轴。在底架中梁上安装铁路货车车号自动识别系统车辆标签。5倾翻装置主要由倾翻管路系统、倾翻缸、侧门开闭机构等部分组成。倾翻管路系统由管路、储风筒及各种阀类组成它是载货厢体倾翻卸货的操作系统。通过操纵阀使压缩空气进入倾翻缸，顶起载货厢体进行倾翻卸货。倾翻缸釆用两级活塞式结构，由内、外活塞、活塞杆、倾翻缸外套、顶铁等组成。铸铁的内、外活塞均以掾胶皮碗及压圈等密封倾翻缸通过轴承安装在底架的缸架上，活塞杆上端以顶铁与载货厢体相连接。侧门开闭机构由折页、支肘、滚子等组成。它是控制侧门幵闭的随动机构，直接决定车辆的倾翻性能。6转向架采用符合运装货车2003326号文件批复的K6型转向架。转K6转向架为铸钢三大件式货车转向架。一系悬挂采用改进型轴箱橡胶垫两侧架之间加装下交叉支撑装置二系悬挂采用带变摩擦减振装置的中央枕簧悬挂系统，摇枕弹簧为二级刚度；采用直径为375MRA的下心盘，下心盘内设有含油尼龙心盘磨耗盘；RE2A型50钢车轴及LM磨耗型踏面的新结构轻型铸钢车轮；采用双作用常接触弹性旁承基础制动装置采用高摩合成闸瓦、单侧闸瓦制动装置，LA或LB型组合式制动梁，采用奥贝球铁衬套；摇枕、侧架材质为B级铸钢，侧架采用宽导框式结构。7空气制动装置能满足500KPA和600KPA的制动主管压力，采用改进120型控制阀、直径为356MM的整体旋压密封式制动缸、ST2250型双向闸瓦间隙自动调整器、球芯折角塞门、组合式集尘器、编织制动软管总成、法兰接头、高磷铸铁闸瓦、奥一贝球铁衬套及配套圆销等。制动管系全部进行磷化处理A8车钩缓冲装置车钩缓冲装置釆用C级钢材质的13号上作用车钩、C级钢材质的13A型钩尾框MT3型缓冲器，钩尾框托板及钩托梁采用FS型防松螺母109级高强度螺栓紫固。23设计目标、性能、参数及基本尺寸载重（T60自重（T348自重系数058容积（M329每延米轨重（T/M703轴重（T25车辆最大宽度（侧门折页的外侧距离）（MM3229车辆最大高度（车厢顶部至轨面的距离）（MM2487车辆长度（MM13492车辆定距（MM8900车钩高（MM880底架长度（MM12562车厢倾翻角度45车厢侧门全开角度45倾翻缸工作压力（MPA049倾翻缸数4倾翻缸活塞推力（按049MPA风压计算）（T外活塞23内活塞171储风筒容积（M3076制动装置空气控制阀改进型120阀制动缸254X254整体旋压密封式手制动机NSW型转向架转K6型转向架或转K5型转向架固定轴距（MM1830轮径（MM4840商业运营速度（KM/H】201451435在1400车钩缓冲器钩尾框通过最小曲线半径（M轨距（MM制动距离（重车、紧急，RA120KTN/H制动初速度时车钩缓冲装置13A型上作用（C级钢）MT2型或MT3型缓冲器13A型钩尾框（C级钢）第三章车体设计与计算在机械产品设计中，经常有两类问题需要解决一类是强度问题，例如在车辆的结构设计中，对车体结构的应力强度、疲劳强度的计算。通常物体的强度是靠控制它内部的最大应力来保证的，即CR为材料的许用应力）另一类问题是刚度问题，例如车辆在重载时，车体最大垂向位移必须满足铁道车辆强度设计及试验鉴定规范（TB/T13351996的规定要求。弹性力学原则上可以提供关于应力和位移的计算方法，但实际上，由于结构的复杂性，特别是车体、转向架等大件的结构复杂性，长期以来主要应用经验类比设计对车体等的动、静、热特性只能作定性分析和经验类比估算。在决定实际结构时，取较大的安全系数，结果使产品“傻、大、粗”，材料的潜力不能充分发挥，产品性能也难以把握，只有等到样机制成进行各种性能试验时才能有所了解，对弱环节提出改进方案，这样必然导致设计、制造周期长，成本高。传统的设计方法已越来越不能适应科学技术及生产技术的发展，近20年来由于计算机的应用，正在设计领域中进行着一场深刻的革新，如用理论设计代替经验设计用优化设计代替一般设计，用动态分析代替静态分析等等，而有限元方法为在设计阶段掌握产品性能提供了强有力的工具。可以认为有限元计算是利用计算机对机械产品动、静、热特性进行了模拟试验。随着计算机及计算技术的发展，机械产品设计已进入计算机辅助设计及自动设计时代，目前它正以有限元优化设计为中心不断地向前发展。有限元方法是数值计算中的一种离散化方法，用数学术语来说，就是从变分原理出发，通过分区插值，把二次泛函（能量积分）的极值问题化为一组多元线性代数方程来求解31。人们知道，直接从一个微分方程推导出它的泛函，常常是很复杂的，有时甚至是不可能的，所以在求泛函时常借助于所研究问题的物理特性。从物理或几何概念来说，有限元方法是结构分析的一种计算方法，是矩阵方法在结构力学和弹性力学等领域中的发展和应用，其基本思想是将弹性连续体划分成有限个小单元体，它们在有限个节点上相互连结，如图31所示。在一定精度要求下，对每个单元用有限个参数来描述它的力学特性，而整个连续弹性体的力学特性，可认为是这些小单元体力学特性的总和，从而建立起连续体的力的平衡关系。AB图31有限元方法对于货车车体来说，由于其结构和受力情况比较复杂，应用有限单元法，在计算机上求解，是当前分析强度、刚度问题最为行之有效的方法。本章介绍新型自翻车采用有限元方法进行强度、刚度计算校核的思路，以及主要结论。31结构离散在新型自翻车结构分析模型中，结构进行了适当和必要的简化，忽略了对车体结构强度、刚度计算影响很小的一些因素。在单元选择时，考虑到该车结构对称，有限元网格采用了四边形单元，且有足够的网格密度。在该计算模型中，有限元离散结构的底架节点总数为54231,单元总数为55415车厢节点总数为39800,单元总数为40632。32约束处理在车厢与底架分开建模后，对车厢而言，在被支承处施加位移约束条件；对车体而言，支承车厢处施加由车厢传递的载荷，在心盘处施加相应的位移约束。33计算模型计算模型包括计算工况、边界条件、合适的单元选择及相关的技术处理。II/WS7力CSS根据设计资料，计算中将车厢与底架分别建模，因该车结构对称，除倾翻卸货工况沿纵向取二分之一结构建模外，其余计算工况取四分之一结构建模。用于划分网格的几何如图32所示B底架几何模型图32用于划分网格的几何模型A车厢几何模型四分之一结构的有限元模型（包括对称边界条件）如图33所示I觀B底架有限元模型图33四分之一结构的有限元模型A车厢有限元模型_北京交通大学工程硕士专业学位论文二分之一结构的有限元模型如图34所示B底架有限元模型单元54415节点5U31图34二分之一结构的有限元模型从图33与图34中可以看出，有限元网格均采用了四边形单元，且有足够的网格密度。34计算载荷根据铁道车辆强度设计及试验鉴定规范（TB/T13551996的规定，以及计算任务书，本次计算载荷如下。341车厢模型载荷工况1垂直总载荷车辆自重载重动载系数（134车厢自重1263T载重65T115雨雪增载）A车厢有限元模型单元39800节点406322第一工况散粒货物侧墙压力3第二工况散粒货物侧墙压力和端墙压力以上工况根据铁道车辆强度设计及试验鉴定规范TB/T13551996的规定计算。合成工况一第一工况散粒货物侧墙压力与垂直总载荷产生的应力相合成，其合成应力不得大于规范中第一工况的许用应力。合成工况二第二工况散粒货物侧墙压力和端墙压力与垂直总载荷产生的应力相合成，其合成应力不得大于规范中第二工况的许用应力。342底架模型载荷工况1垂直总载荷车辆自重载重动载系数（134车辆自重35482转向架重）载重65115雨雪增载）2拉伸工况第一工况纵向拉伸力1125KN3压缩工况第一工况纵向压缩力1400KN；4压缩工况第二工况纵向E缩力2250KN车厢材料的许用应力列于表31。表31车厢材料的许用应力低合金钢16MN普通碳素钢Q235A低合金铸钢B级钢）低合金铸钢C级钢）第一工况216MPA161MPA150MPA195MPA第二工况293MPA212MPA200MPA259MPA5扭转工况40KNM6倾翻卸货工况当卸载倾翻（45度角）时，由静力平衡关系，可以推导出底架所受之力。将此力作用于相应部位上即可计算倾翻工况的底架应力。合成工况一第一工况纵向拉伸/压缩力产生的应力与垂直总载荷、侧向力（取垂直静载荷的75、扭转载荷的应力相合成，其合成应力不得大于规范中第一工况的许用应力216MPA合成工况二第二工况纵向压缩力产生的应力与垂直静载荷产生的应力相合成，其合成应力不得大于规范中第二工况的许用应力（293MPA。底架材料的许用应力列于表32。35计算结果及分析351刚度计算结果及分析刚度由挠跨比评定，货车车体的挠跨比的规定值为式中久为中梁中央挠度（ML2为车辆定距（MH该车的车辆定距为89RA,计算的底架中梁中央挠度值为000157M,因此挠跨比Q0015700001764。89900352强度计算结果及分析根据强度规范要求，本次计算给出的应力均为当量应力，即冯米赛斯应力单位为MPA。表32底架材料的许用应力低合金钢Q345GNHL普通铸钢ZG230450第一工况216MPA132MPA第二工况293MPA177MPA计算结果表明各工况下结构的最大应力均不超过许用应力。表33和表34、35分别给出车厢与底架关键部位的应力值。表33车厢钢结构主要部位应力表单位MPA序应力垂直合成工况倾翻号部位静载第一工况第二工况工况1中梁1071441312边梁1321741383大横梁1与中梁相接处1141291554大横梁2与中梁相接处6791236565顺梁53,97055216小横梁5767756067大横梁与转轴上座相接处638446598地板5477346399上檐梁（中部）107814012310下檐梁（中部）14618B11211侧墙板（中部页96414218813折页安装座112614187714折页轴承81912116415端柱55756713216端板311317424_北京交通大学工程硕士专业学位论文_35底架钢结构合成与倾翻工况下主要部位应力表单位MPA34底架钢结构拉伸、压缩工况下主要部位应力表单位；MPA序号应力部位垂直静载第一工况拉伸1125KN第一工况压缩1400KN第二工况压缩2250KN1前从板座后腹扳处139,92后从板座后下翼缘枕梁加强板边沿1480174028003中梁心盘处上盖板40,44中梁心盘处下盖板41,85中梁中部上盖板15,843454110006中梁中部下盖板1303834777677心盘加强板孔边85013708枕梁上盖板（与中梁搭接处）9119枕梁腹板（孔边）87910枕梁腹板与转轴座连接处11枕梁下盖板（与中梁搭接处）72,212枕中隔板44,9717125,013转轴下座根部31214气缸架15枕梁与气缸架间中梁腹板序号应力部位第一拉伸工况其它第一压缩工况其它第二压缩工况其它倾翻45度倾翻0度I前从板座后腹板处14002后从扳座后下翼缘枕梁加强板边沿1470180,02843中梁心盘处上盖板4中梁心盘处下盖板5中梁中部上盖板33172411606中梁中部下盖板5602986357心盘加强板孔边837133,2678枕梁上盖板（与中梁搭接处）12610877591481879枕梁腹板（孔边）11692069423813610枕梁腹板与转轴座连接处26868211枕梁下盖板（与中梁搭接处）64,111311812715812枕中隔板53328213转轴下座根部19014气缸架22516915枕梁与气缸架间中梁腹板175注表中空格处因应力较小，未注出，细节可査看相关云图。附图给出了车厢和底架每一计算载荷的应力云图。附图11车厢垂直静载工况应力云图353有限元计算结论与关注部位计算结果表明1该车有足够的刚度，满足规范要求。2该车有一定的强度，满足规范要求。关注部位与建议1车厢底架中梁与横梁连接处应力偏高，应注意该部位加强。2心盘加强板的660誦长圆孔缩短为360MM的长圆孔，减小翻车顶起瞬间工况的孔边应力。3枕中隔板与腹板连接的部位应力较高，应注意该部位腹板加强，1P附图12车厢垂直静载工况局部应力云图附图I3车厢合成工况一应力云图V“1附图I4车厢合成工况一局部应力云图附图15车厢合成工况二应力云图附图16车厢合成工况二局部应力云图附图21垂直静载工况底架垂向位移图附图23合成工况一（拉伸底架应力云图附图22垂直静载工况底架应力云图附图25合成工况二底架应力云图附图24合成工况一（压缩）底架应力云图附图28翻车工况（0度）底架应力云图附图29翻车工况（0度）底架局部应力云图附图210翻车工况（0度）底架局部应力云图附图211翻车工况（0度）底架局部应力云图36其它相关的计算相关的计算包括曲线通过能力、空重车重心高度、轮重减载率和倾覆系数、折页强度的计算及校核，验证该车的总体结构参数7为该车的试制、鉴定、投产等提供充分的理论依据，目的是保证行车安全。29361曲线通过能力计算校核连挂车辆能否通过曲线区段是通过把自动车钩相对于车辆纵向中心线的最大偏移角与连挂车辆在结构上允许的最大偏移角相比较的方法来评定的。经过计算车辆与计算车辆连挂后可以通过S型曲线区段（R1R2145MO362车辆重心高度计算由于车辆重心高度对车辆运行稳定性具有一定的影响，为此，各国铁路部门对车辆重心作了具体规定。铁道部（81铁货字第1792号文公布的铁路货物装载加固规则“规定”，“重车重心高度从钢轨面算起，一般不得超过2000MM,超过时，可采取配重措施，以降低重车重心高度，否则应限速运行”TB195087“铁路罐车车体设计参数”规定，“铁路罐车在空车状态下，罐体端板中心至轨面的高度应小于等于2600MM”美国AAR规定，车辆重心高不得超过98“即2489MM式中组合体中各物体的重量W组合体的总重量YI组合体中各物体（本结构中各零件至轨面）的重心，在某一直角坐标系中的坐标值。根据车辆各主要零部件重量及其离轨面重心高，可得出新型自翻车空车重心高为10696MM,重车重心高为1695MNU重车重心高均满足要求。363倾覆系数计算根据倾覆系数评定车辆抗倾覆稳定性，车辆倾覆的临界条件为倾覆系数D1GB559985规定，抗倾覆安全条件为D08根据对车辆通过曲线时未被平衡的离心力引起的倾覆系数D,的计算，车辆横向振动惯性引起的倾覆系数D2的计算，由于侧向风力引起的倾覆系数D,的计算当车辆通过半径350M曲线处，VMAX60KM/H时；在直线区段，分别对V90KM/H、100KM/H、120KM/H的情况下验证计算，倾覆系数D均在1以内。364轮重减载率计算根据轮重减载率评定车轮抗脱轨稳定性我国规定轮重减载率安全标准为式中AP轮重减载量，单位KNP左右车轮平均轮轨垂向力即轮重经验证新型自翻车也满足上述标准。_北京交通大学L程硕士专业学位论文365折页强度分析1折页外型与有限元模型2有限元强度分析结果车厢倾翻15度，侧门开度34度的有限元计算结果见下图最大应力163MPA,低于B级钢第二工况的许用应力200MPAA车厢倾翻20度，侧门开度465度的有限元计算结果见下图。最大应力157MPA,低于B级钢第二工况的许用应力200MPA。37本章小结本章介绍了25T新型自翻车计算建模、系统仿真计算以及折页强度分析，通过计算分析结果表明，该车有足够的刚度和一定的强度，满足TB/T133519铁道车辆强度设计及试验鉴定规范要求，但通过计算也发现，车厢底架中梁与横梁连接处应力偏高；心盘加强板的660MM长圆孔处应力偏大；枕中隔板与腹板连接处应力较高，以上这些问题都在产品修改设计时作了设计修改，在车厢底架中梁与横梁连接处增加了横梁盖板；心盘加强板的660MM长圆孔缩短为360匪长圆孔，减小翻车顶起瞬间工况的孔边应力；在枕中隔板与腹板连接处牵引梁外侧增加了牵引梁加强板，加强了该部位的腹板强度。通过以上修改，使得该车整车在强度和刚度上完全满足了规范的要求。第四章倾翻稳定性计算自动倾翻车同其它物体一样，具有在各种外力作用下始终使自己处于平衡状态，则称之为稳定；反之，如果离开了平衡状态，又无力使其恢复平衡位置，即平衡被破坏，则称之为不稳定。由于自动倾翻车工作的特殊性，其卸货过程是在瞬间完成，因此，对其倾翻稳定的要求尤为突出。25T轴重新型自翻车是在我国矿山及其它部门广泛使用的KF60型自动倾翻车的基础上改进设计而成，该车的倾翻开门机构设计与KF6C型自动倾翻车相同。BFL车厢倾翻15时，车门开度34车厢倾翻2030时，车门开度46“30至86。（见表41，车门开度86时正好处于水平位。车厢倾翻30时，车门所装的物料还基本没有流出车厢，但已流向了车门（见图41，可视为偏重最多最不稳定的位置。若随着车厢继续倾翻，物料能及时流出车厢，且还保持车厢有足够的复原力，则车厢还算处于稳定状态。相反，若物料不能及时流出车厢，随着重心偏移量的加大，当重心超过一侧支点时，车厢就没有复原力了，因而失去了稳定性。图41车厢倾翻过程应用车辆动力学有关稳定性理论，探讨自翻车倾翻稳定性衡量车辆抗倾覆（扣翻）能力的指标为横向稳定系数Q,其值等于一侧支点在动力作用下增加（或减少）载荷与原静载荷之比，用公式表示为NAP/PJ41式中AP侧支点增加（或减少）的载荷（T表41车厢倾翻角度与侧门开度关系表车厢倾翻角度T510。152025“30354045侧门开度06。15“34463066“86。10330118128A46FPJ侧支点原承受的静载荷（T。N值范围在O与1之间，Q值为O时，两侧支点受力匀称为最稳定位置。I值为1时，说明一侧支点增载（或减载）等于原来的静荷承载，为最不稳定位置，会因外力再稍增加平衡即被破坏。由于25T轴重新型自翻车与KF60型自动倾翻车倾翻机构相同。KF60型自动倾翻车稳定性较好，用两种自翻车稳定系数Q相比较就可得出25T轴重自翻车倾翻性结论。从上面分析可知车厢倾翻30。时为最大不稳定位置，因此，36图42车厢倾翻受力分析_北京交通大学工程硕士专业学位论文_验证一下车厢倾翻20、25、30时的N值便可说明问题。为便于计算做下面假定1车厢倾翻2030时物料没有流出，只是发生物料的重心偏移；2所载物料均匀分布，即4个支点受力匀称；3车厢的左右支点承载增减值均等于AP4车厢重心也同时沿顶铁转轴转动。41新型自动倾翻车倾翻安全系数计算受力分析见图42,图中A、B两点分别为两侧转轴（车厢顶起时，顶起侧为顶铁轴承），根据力的平衡条件可得APP6/2SXCOSA42式中P车厢总重（T,取P为776T2S左右两短轴中心距（MM,2S16266车厢倾翻后重心偏移量S值随倾翻角增大而增大，其求法可按图43推导，图中A为车厢重心回转半径，按几何形状则6BXSINY43式中Y重心回转弦形成的垂直夹角Y180。AP44式中A、P如图43所示AARCTGS/H43045式中HH157446H车厢重心距轨面高（经计算H为19907MRA将H值代入公式（46则H4167MM将H值代入公式（45得A438将A值代入公式（44则Y180“438P由图43求得A二11779MM图43车厢S值计算图车厢倾翻20、25、30的3值分别为80。、77,5。、75B值分别为以A为半径转动20、25、30。时的弦长,即分别为4091MM、5099MM和6097MM。已知A和0值后，由公式44可分别求得Y值为562。、587、和612。将求得的B值和、值分别代入公式（43,则求得6值分别为340MM、4357MM和5343MM。将求得的6值代入公式（42，则得AP值为1726U229T和24T至此，可以求得倾翻安全系数Q值分别为N2044N250,59H3O06242KF60自动倾翻车倾翻安全系数的计算计算方法与25T轴重新型自动倾翻车倾翻安全系数N计算方法相同，但KF60自翻车H19964MM。经计算可得N20O4ON25059Q3O07643本章小结本章分别计算了KF60型自动倾翻车和25T轴重新型自动倾翻车倾翻安全系数。通过计算结果可以看出1两种车倾翻较稳定工况时安全系数接近，稳定性接近。2但在倾翻最不稳定位置工况时，25T轴重自动倾翻车倾翻安全系数比KF60型自动倾翻车小，由此看来，25T轴重自动倾翻车倾翻稳定性较KF60好，能满足使用要求。第五章制造标准及试验51制造、组装、试验及检验标准新型自翻车在技术设计过程中尽可能使用了通用件、标准件、成熟的零部件，并符合相关的国家标准、行业标准及企业标准，以提高产品的通用性和可检修性，提髙标准化程度。以下是经整理的制造、组装、试验及检验标准明细表。序号代号名称1GB146183标准轨距铁路机车车辆限界2GB/T11841996形状和位置公差未注公差值3GB/T18042000一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差4GB/T64141999铸件尺寸公差与机械加工余量5GB417184高耐倏姓结构钢6GB560085铁道货车通用技术条件7GB560185铁道货车组装后的检查与试验规则8GB892388涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级9TYH156JT新型自翻车制造技术条件10GSBG5100194漆膜颜色标准样卡11GB5599铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范12GB/T30981紧固件机械性能螺栓、螺钌和螺柱13GB/T30982紧固件机械性能螺母粗牙螺纹14GB94391998灰铸铁件15TB/T13351996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范16TB/T111295铁道车辆标记17TB/T10131999碳素钢铸钢车轮技术条件18TB/T28171997铁道机车车辆用辗钢整体车轮技术条件19TB1560货车安全技术的一般规定20TB/T1718车辆轮对组装技术条件21TB/T29111998车辆铆接通用技术条件22TB/T12541980倾翻气缸技术条件23T8/T23741999铁道机车车辆用耐候钢焊条和焊丝24TB/T15801995新造机车车辆焊接技术条件25TB/T146491铁道机车车辆用碳钢铸件通用技术条件26TB/T1466铁道车辆用灰铸铁件通用技术条件27TB/T2492铁道用铸钢件采购与验收技术条件28TB/T225091机车车辆焊接结构未注公差尺寸的极限偏差29TB/T244693机车车辆耐候钢焊接技术条件30TB/T2435铁道货车车种车型车号编号31TB/T28791998铁道机车车辆涂料及涂装32Q/MS370041999120型货车空气制动机单车试验规范33Q/QC3504288ST2250型双向闸瓦间隙调整器单车试验方法要在其设的手段进时也可以险，减少及所需要2新型自翻车主要试验项目在现代设计中，一个产品的可靠性在往往计阶段就给予充分的考虑，并采用科学、合理行试验，确保其成品是合格和符合实际的。同有效降低制成品在基本性能方面的不符合性风不必要的浪费和成本投入。以下是新型自翻车主要试验项目明细，以的装备，事实上鉴于我厂是一个有一定生产规模的货车生产检修工厂，这些装备都是我厂目前在用的而且是必要的装备。序号项目名称设备（工装）名称规格数量1120阀性能试验微机控制705型试验台70522给风调整阀性能试验给风调整阀性能试验台非标自制13操纵阀性能试验操纵阀性能试验台非标自制14截断塞门性能试验塞门综合试验台非标自制15折角塞门性能试验塞门综合试验台非标自制16制动软管风水压试验制动软管风水压试验台JZSJH17闸调器性能试验微机控制闸调器性能试验台非标自制18单车试验微机控制单车自动试风系统WDSIII19车钩三态作用试验车钩三态作用试验台非标自制152彳车体静强度试验5211纵向载荷按铁道车辆强度设计及试验鉴定规范规定，纵向载荷有两种，第一工况包括纵向压缩力为1400KN和纵向拉伸力为1125KN第二工况纵向压缩力为2250KN。纵向压缩载荷用车体静强度试验台施加，1125KN纵向拉伸载荷的应力由纵向1400KN压缩力的试验结果换算。5212垂向载荷按照规范要求，垂向载荷H包括车体自重、标记载重和整备重量。垂向静载荷尽3489665852835抓）10制动链拉力试验拉力试验器非标自制11制动拉杆拉力试验拉力试验器非标自制112轴承磨合试验轴承磨合测试装置非标自制113制动梁拉力试验制动梁拉力试验器非标自制114风缸气密性试验风缸气密性试验台非标自制115制动缸性能试验制动缸性能试验台非标自制116倾翻风缸性能试验倾翻风缸性能试验台非标自制117车辆限界试验限界架非标自制1除此之外，样机还应按照国家标准进行车体静强度试验、动力学性能试验和卸车性能试验。对车力。动荷系数尺如下,1,、也15005X120165X0427KDVABVP0226FJ4FJ462V46L式中转向架当量挠度F广462MM车辆构造速度V120KM/KAL5B005C0427DL65侧向力按垂向载荷的10取值。加载方法使用车体静强度试验台垂向加载油缸，体的箱体地板施加均布载荷，测取该车各测点的应5213顶车试验在车体一端人字形支撑的两侧用千斤顶顶起重载车体，记录顶车试验应力，同时观察顶车处结构不得变形。顶车试验的应力与垂向载荷试验相应载荷下的所得应力叠加，求出实际顶车应力不得超过所用材质的屈服极限。5214扭转载荷试验根据车体结构特点，在人字形支撑四个端部将空车车体顶起，使上下心盘离开一定距离，车体呈水平四点状态。将任意一对角线上的两个支撑上升，使车体产生扭转，扭力矩为40KNM,记录该工况下的试验应力。MAPLAP2XB2式中扭转力矩M40KNMB同一端人支撑上两支撑点距离PL、AP2同一端人支撑上两支撑点力变化的绝对值。5215垂向弯曲刚度试验在车体底架中梁的心盘和中央处放置位移传感器，垂向加载试验时，测量车体底架中梁中央相对于心盘的挠度值，计算挠跨比经过试验，车体静强度和垂向弯曲刚度满足TB/T13351996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范的有关要求。522车辆动力学试验经过试验，新型铁路自翻车空车在最高测试速度135KM/H速度级范围内，垂、横向运行平稳性指标均属于优级；重车垂、横向平衡性指标在135KM/H速度级范围内也属于优级。其他脱轨安全性相关参数满足GB559985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范的规定。523车辆卸车性能试验第一次卸车，接好风管后，开启截断塞门，把倾翻阀放置在进风位，约一分钟后倾翻风缸开始动作，項起车厢，风压为045MPA,观察抑制肘滚子是否进入折页圆弧内，确认车厢平稳，倾翻无异状时，再加大进风量。充风10秒后，车门开始打开，15秒时开始流料，30秒时全部卸完。此时，倾翻风缸内活塞行程为623MM,外活塞行程为624MMA观察车厢没有积料。把倾翻阀放置在排风位，20秒后，车厢回落恢夏水平位置。经过几次试验，结果基本相同。从几次试验结果来看新型自翻车倾翻性能稳定，倾翻缸、倾翻管路及各阀密封好，动作灵活，作用良好车厢排风后能很快复位，无卡滞现象。60T货物能在I分钟内卸完，货物残留量很少，取得满意效果。53本章小结本章主要介绍了25T新型自翻车制造标准及各种试验，通过试验表明，25T新型自翻车在最高试验速度范围内，直线运行、通过曲线及侧线时，空车状态下，垂、横向振动加速度最大值分别为044G、039G；重车状态下，垂、横向振动加速度最大值为032G、021G,均小于GB559985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范规定的限度值。在135KM/H及以内速度范围内，新型自翻车直线运行、通过曲线及侧线时，垂、横向平稳性指标最大值空车时分别为319、272重车状态下分别为302、253,空、重车时，垂、横向平稳性指标均属于优级。在最高试验速度范围内，新型自翻车直线运行、曲线及侧线通过时轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、倾翻系数等考核指标在空、重车状态下均在规范规定的范围内。车体静强度和垂向弯曲刚度满足TB/T13351996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范的有关要求。新型自翻车倾翻性能稳定，倾翻缸、倾翻管路及各阀密封好，动作灵活，作用良好。车厢排风后能很快复位，无卡滞现象。60T货物能在1分钟内卸完，货物残留量很少，取得满意效果。第六章制造工装和设备新型自翻车在技术设计过程中在满足其性能要求、通用性要求的条件下，设计理念是尽可能考虑使用现有的工装设备，至少可以减少初期投入产出中的不平衡性，合理规避风险，尽可能符合常规同类产品的性能价格比。以下工装多数是通用性很强的，如各种非标专用加工设备（中梁多孔钻机床、侧架加工组合机床、制动梁组焊生产线等）对于车体部分无类似结构的工装则需要重新制作，如底梁组装胎、底架组装胎、车厢底架组装胎、侧墙组装胎等61新型自翻车主要工装、设备明细表序号名称型号、规格数量1中梁多孔钻机床非标自制12底架中梁组装胎非标自制13315T型钢校直机非标自制14底架组装胎非标自制115底架液压翻转机非标自制16底架液压校平胎非标自制17侧门组装胎非标自制18端壁组装胎非标自制19车厢底架组装胎非标自制110底梁翻转吊具非标自制111车厢地扳压型模非标自制112支座86/74压型模非标自制113枕梁上盖板枕体压型模非标自制114各管卡压模非标自制115枕梁组装胎非标自制116前端梁压模非标自制117后端梁压模非标自制118数控外圆车床CW6163C19RD2车轴轴端三孔加工专用设备非标自制120车轴轴径车床C8311AI21车轮车床C8011B22外圆磨床MQ1350AX3000223立式车床C5112A324250吨轮轴压装机液92315125铁路货车滚动轴承压装机HTKI26铁路货车滚动轴承压装机WY型I27车轴专用磁粉探伤机DCF3000型128摇枕、侧架磁粉探伤机CJW/YC3000型129轴承磨合试验机非标自制230轴承标志板打号机FFQLB131制动粱拉力试验机非标自制132制动梁组焊生产线非标自制133侧架加工组合机床非标自制134转K6侧架支撑座组焊夹具HFA0302235通用交叉支撑组装定位装置HFA4305236上旁承组对装置