煤焦油罐车设计方案说明

1、70t 级煤焦油罐车设计方案说明70吨级煤焦油罐车设计方案说明1概述随着国民经济高速持续发展，煤炭、钢铁和化工等行业对罐车的需求逐步 增加。最近几年我国能源重点由石油转向煤炭，煤化工业已发展成为一个有广 阔前景的新兴产业。我国少油多煤，发展煤化工业能减轻环境污染和对石油的 过分依赖，在国际石油价格飞涨的情况下，用煤作原料来生产合成燃油、焦炭 和其它化工产品已成为当今科技发展的主流方向煤化工业主要采用煤液化、煤焦化和煤气化等先进技术，它的发展涉及到 煤炭、钢铁、石油、化工、电力和建材等行业。煤焦油、蒽油和洗油作为煤焦 化的主要初级产品，是重要的化工原料，比重均在25"卅之间。目前 用户

2、长期圉17和G17B型粘油罐车来装运它们，通过到武钢焦化厂、山西焦 化厂、太原化工厂、马钢焦化厂等单位实地调研，运用部门反映装用上述化工 产品时罐车空容积过大，运行时明显感觉罐体冲击和晃动，限制了车辆的运行 速度，对行车安全带来了隐患。按照以前的铁路运输惯例，比重小于m3的轻油、苯类、酮类、酯类、 醇类等化工原料多采用0和 G70装运，比重.A1.0t/m3的粘性油类采用 G17和G17B装运，比重大于3t/m3的酸碱类多用S70 GJ7（系列装运。 尽管罐车车型繁多，但由于化工行业发展迅速，新的化工原料不断出现，特别 是针对比重.141.25"*的无腐蚀、粘性介质（后面简称上述介目

3、前 还没有一种罐车能完全满足其装运要求。随着铁路车辆升级换代全面展开，如果用现有吨级罐车来装运上述介质，问题将更加突出。用大容积的罐车来运装，主要存在以下问题：(1) 空容积太大，罐体容积利用率低，蒸发容积大，同时也降低了铁路运 能。不符倚B12463-199危险货物运输包装通用技术条件的要求。(2) 罐内存有大量易燃、易爆、蒸发气体危及铁路运营安全。呼吸式安全 阀开启时一次性排放量过大，会对局部环境造成一定影响和危害。(3) 从理论计算分析和实际运用来看，罐车容积利用率在%寸，罐内液体晃动最为明显。考虑液体的耦合效应时，轮对的横移、冲角、轮对横 向力、脱轨系数、加速度和平稳性指标均咼于未考虑

4、液体晃动时的情况。在充 满2/3左右时，两者的计算差值最大，动力学性能变差，因此在运输过程中要 避免罐车处于半充满状态。(4) 从车辆动力学方面分析，由于现有罐车取消了防浪板，提速后紧急制 动和调车作业时罐内液体纵向冲击力很大，除了惯性力外，液面和水平面之间 还形成20°以上的夹角，并冲向罐体前部，造成后部转向架轮对减重。特别是 空重车混编和调车作业时容易引起偏心震荡，严重时造成脱轨。通过分析计算 可以得出，液体冲击引起的偏心对轮重减载有很大的影响。空容积和冲击加速 度越大，液体晃动越大，偏心引起的轮重减载越严重。目前铁路局已有罐车重 车调车作业时出现脱轨的事故，必须引起高度重视。考

5、虑到液体晃动的耦合效应弯道时罐内液体偏向夕增加了罐体的倾 覆作用力矩，使外侧轮对增载，内侧轮对减载，车辆的曲线通过性能和脱轨安全 性下降罐车的平稳性指标、振动加速度、脱轨系数、轮对横移和冲角都随容积利 用率(充液深度)的增加而得到改善。综上所述，合理选择罐体的空容积是非常重要的，它直接影响到铁路车辆 的运营安全。经过实地走访调研了解到目前上述介质中仅煤焦油的年产量已超过万吨，据初步统计，合计今后煤焦油的年产量将达到吨，我厂准备针对这类介质开发一种新型煤焦油罐车，车体为小底架圆截面直角斜锥卧罐焊接 结构，采用高耐侯结构钢制造，与同类罐车相比，它具有自重轻、载重大、卸 净率高、重心低、车辆动力学性

6、能好和检修周期长等优点，具有明显的社会和 经济效益。由于煤焦油为混合物，粘性大，常温下为粘稠状，所以需设有加温装置。 用户反映每次卸完料后罐内留残渣吨，如采用内置加热管装置，则不利 于清理，因此建议采用外设加温套加热方式。该车是供中国准轨铁路使运容重.141.25"诒的煤化工产品如煤焦油、蒽油等的专用铁路车辆。采用外加热，它能满足上装下卸作业。2.遵循的主要标准和法规2.1本车满足GB146.1-198标准轨距铁道机车车辆限界B5600-85铁路货车通用技术条件T/T2234-199铁路罐车通用技术条件2.2车辆的强度、刚度及冲击强度TB/T1335-1996铁道车辆强度设计及试验鉴

7、定规范70t级货车强度考核和铁路货车增加载重技术讨论会的要求，车辆的第一工况纵向拉伸力为kN纵向压缩力媳20kN第二工况纵向压缩力2500kN Q450NQR第一工况许用应力1MPq第二工况许用应力82MPa Q345GNH第一工况许用应力6MPa第二工况许用应力293MPa车辆冲击性能符合B/T 133&1996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范 和TB/T 2369-93铁道车辆冲击试验方法与技术条件的要求2.3车辆动力学性能符GB/T5599-1985铁道车辆动力学性能评定和 试验鉴定规范按25t轴重进行考核。2.4车辆运行速膨Okm/h时，紧急制动距离不大1400m3.主要性能尺寸

8、参数3.1主要性能载重()自重()轴重t)罐体总容积m3) 罐体有效容积貳)自重系数每延米重t/m)商业运营速度km/h)通过最小曲线半径n)70<23.623城6561.50.347.79120145车辆限界符合B146.1 -198标准轨距铁道机车车辆限界的要求3.2主要尺寸车辆长度mm）12016车辆定距m）7850罐体最大内径m（m）葩000罐体最小内径m（m）型900罐体长度mm）10130车辆最大宽度m（m）3020车辆最大高度mm）4470转向架固定轴距mm）转K6型1830转K5型1800车轮直径mm）840车钩中心高（空车mm）8804. 车辆结构该车采用无中梁结构，主

9、要由罐体装配、牵枕装配、加温装置、排油装 配、制动装置、车钩缓冲装置、外梯装配、转向架等部分组成。装卸方式为上 装下卸。罐体装配罐体为圆截面直角斜锥式全钢焊接结构由筒体两端向中间截面下斜，选用屈服极限为45MPa勺高耐侯结构钢。据有限元计算及结构优化设计的结果，罐体上罐板厚度确定为m下罐板厚度确定 10mm,罐体中部内 径为0000mm封头采用内径000mm的标准椭圆形封头，封头厚度确定 为10mmo罐体顶部设有人孔一个，呼吸式安全阀两个，罐体内设有内梯。牵枕装配牵枕装配由牵引梁、枕梁、侧梁、端梁等部件组焊而成。牵引梁采用屈服极限为©MPa的热轧310乙字型钢，保证0C时的低温冲击功

10、w不小于24JL采用直径为®8mm的锻造上心盘，后从板座与心盘座采用整体式，与牵引梁组焊在一起，前从板座、后从板座及心盘座材质采 用C级钢，前从板座与牵引梁间、脚蹬与侧梁间采用专用拉铆钉连接。枕梁为单腹板、侧盖板支撑结构，枕梁腹板、枕梁下盖板、侧盖板、筋板 材质选用屈服极限为0MPa的Q450NQR高强度耐大气腐蚀钢，根据有限 元计算，其厚度确定为mm。端梁由6mm钢板折弯成型，侧梁采用60X80X的冷弯型钢。加温装置加温装置由加温套和加温管路组成，采用外设加温套的加温方式。加温 套由支铁、加温套板等组焊在罐体底部外表面。加温管路由加温管接头、主管、 进汽管和排水管等组成，与加温套进

11、汽管座连接成一体。装卸装置罐体底部设有N100mm的球阀，球阀出口与排油管通过法兰连接。排油管装有加温套，装油通过人孔进行5. 转向架本车采用车K6型转向架或转5型转向架采用主管压力满!6. 风、手制动装置OKP却600KPa勺空气制动装置。风制动装置主要由改进型120控制阀305mm254mm旋压密封制动不锈钢嵌入式风缸、新型高摩擦系数合成闸瓦、进的ST2-25C型双向闸瓦间隙调整器、具有自防盗功能白KZW-A型空重车自动调整装置、货车脱轨自动制动装置。采用编 织制动软管总成、尼龙管卡垫贝球铁衬套、采用不锈钢制动配件和管系， 组合式集尘器、球芯折角塞门、高摩擦系数合成闸瓦。风制动配件大部分布

12、置 在车辆二位端。手制动装置采用SW型手制动机。采用具有自锁防盗功能的圆销；手制 动机与车体间采用符合运装货车5397号文件要求的专用拉铆钉连接。7. 外梯装配罐车的一位端设有通过台和端梯，便于上下方便。顶部设有走台和防护栏 杆，防护栏杆的高度不/550mm8. 车钩缓冲装置采用符合运装货车004215号文件要求的级钢17型车钩或铁道部批准的新型车钩，采S面整体芯工艺制造的改进型钩舌，配套采用锻造 钩尾框、合金钢钩尾销、-2型缓冲器，含油尼龙钩尾框托板磨耗板和防跳插销，采用具有防盗功能的车钩支撑座止挡铁9. 技术说明 9.1结构的确定由于无中梁牵枕结构技术已经在重载罐车上得到了成熟、可靠的运用

13、，所 以本车采用无中梁的牵枕结构，它可以减轻车辆自重，增加载重，有效降低车 辆重心，提高车辆的运行平稳性，同时增加了车下作业空间，便于卸车作业和 车辆检修。9.2容积的确定根据调研结果，所装介质的密度按/*计算，按装0t推算，罐体有效容积须达到i.4im，本车取为1.5卅。按对盛装液态危险化学品的容 器的要求，罐体应留有不少的空容积，所以罐体总容积确定为?。9.3车辆总长的确定为满足国内业已形成的地面装卸设施并与之配套，根据到有关装卸单位调 研的信息反馈，车辆的总长确定为6mm能够满足装卸需要。9.4罐体结构、尺寸的确定在车辆总长度确定的前提下，要使罐体总容积达到为保证罐内介确定为质能够卸干净

14、，罐体采用斜度；为。的直锥圆截面斜底结构。罐体最大内径00mm 最小内径确定为900mm圭寸头选取内径为900mm的标准椭圆形封头，罐体长度确定为0mm车辆定距确定7850mm9.5加热方式的确定目前现有的加热方式一般有内置加热式和外置加热式两种。煤焦油作为煤焦化的主要初级产品，属混合物，常温下为粘稠状，卸完后 罐内沉渣较多（每辆车约2吨）卸不干净，因此必须进行清渣处理，如果 采用的加热方式为内置式，由于内置加热管的存在，势必造成清渣困难，同时 由于沉渣没有及时的清理干净，会影响传热，降低加热效率，延长加热时间。 因此在该车设计时采用外设加温套结构。9.6其它961经计算校核本车采用7号车钩和

15、MT-2缓冲器时计算车辆和设计车 辆的车钩偏转角均小于最大允许偏转合TB/T1335-199附录A的要求， 具有良好曲线通过性能。经计算校核本车在120Km/h运行速度紧急制动情况下重车制动距离为1208m 空车为24m，均小于400m,且制动时不出现滑行。静强度计算显示，第一工况中第一种载荷组合方式，车体最大应力出现在前从板座后牵引梁腹板与下翼板连接处，最大值为，第二种载荷组 合方式，车体最大应力出现在枕梁腹板靠近牵引梁处，2最大M值为均 小于第一工况许用应力1 MPa第二工况，车体最大应力出现在枕梁腹板靠近牵引梁处，最大应力为MPa小于第二工况许用应力0 MPa顶车工 况，车体最大应力出现

16、在车辆的顶车处4MPa应力小于材料屈服极450MPa本车各部应力满足B/T1335-199&铁道车辆强度设计及试验鉴定规范及设计要求。本车各部应力满足335-1996铁道车辆强度设计及试 验鉴定规范及设计要求本车的结构与0t级粘油罐车相似，大部分制作工艺可沿用以前的成熟 工艺。此外小底架采用整体翻转，后施焊工艺，可以更好保证焊接质量和外观 成型。964我厂委托'四方所对以K6转向架组合的0t级煤焦油罐车进行了车辆动力学计算，包括煤焦油罐车空、重车的蛇行失稳临界速度、动态曲线通过性 能以及运行平稳性，计算结果表明煤焦油罐车空、重车状态下蛇行失稳临界速 度分别为53.1Km/h 145.4 Km/h,具有良好的曲线通过性能和优级的运行 平稳性，能满足B/T5599-8&铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范的 要求。10. 环保、职业健康及安全