史洪磊 邱國(guó)榮

(1.中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司錦州職工培訓(xùn)基地 遼寧 沈陽(yáng) 121000)2.中車長(zhǎng)江車輛有限公司常州分公司 江蘇 常州 213011)

為了適應(yīng)黃磷的鐵路運(yùn)輸需要，全路生產(chǎn)了106輛GH65K型黃磷罐式集裝箱專用車，按照原設(shè)計(jì)分別裝用了直臺(tái)式鎖頭和全自動(dòng)鎖頭。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，全自動(dòng)鎖頭存在自動(dòng)鎖銹蝕卡死和自動(dòng)鎖鎖緊功能失效等現(xiàn)象，其中自動(dòng)鎖銹蝕卡死占22.5%，該情況為用一字螺絲刀旋出鎖緊銷，鎖頭仍無(wú)法旋轉(zhuǎn)；自動(dòng)鎖鎖緊功能失效占60.6%，該情況用一字螺絲刀旋緊安全銷，鎖頭仍可自由旋轉(zhuǎn)，但失去自動(dòng)鎖緊功能。

根據(jù)《關(guān)于印發(fā)〈F-TR鎖改進(jìn)及集裝箱平車鎖閉裝置改造方案審查意見(jiàn)〉及批復(fù)改造圖樣的通知》、《關(guān)于加強(qiáng)集裝箱鎖閉裝置檢修的通知》等要求，實(shí)施了GH65K型黃磷罐式集裝箱專用車全自動(dòng)鎖頭換裝F-TR型固定式鎖閉裝置方案設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算工作。

1 GH65K型黃磷罐車結(jié)構(gòu)介紹

1.1 GH65K型黃磷罐車主要結(jié)構(gòu)

GH65K型黃磷罐車主要由底架組成、鎖閉裝置、風(fēng)制動(dòng)裝置、手制動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置等組成，如圖1所示。

圖1 GH65K型黃磷罐車主要結(jié)構(gòu)圖

1.2 主要尺寸

該車輛長(zhǎng)度為13 230 mm；底架長(zhǎng)度為12 300 mm；底架寬度為2 828 mm；車輛定距為8 800 mm；車鉤中心線距軌面高度為880 mm±10 mm。

1.3 主要性能參數(shù)

該車輛自重不大于19 t；載重為65 t；軸重為21 t；通過(guò)最小曲率半徑為145 m；軌距為1 435 mm；商業(yè)運(yùn)營(yíng)速度為120 km/h；限界符合GB 146.1——1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》要求。

1.4 GH65K型黃磷罐車底架結(jié)構(gòu)

底架主要由端梁、側(cè)梁、枕梁、中梁、大橫梁、輔助梁、斜撐等組成，如圖2所示。

圖2 GH65K型黃磷罐車底架結(jié)構(gòu)圖

1.5 GH65K型黃磷罐車中、側(cè)梁結(jié)構(gòu)

中梁及側(cè)梁為魚(yú)腹型結(jié)構(gòu)，采用的材質(zhì)為09CuPTiRE-B、規(guī)格為600 mm×200 mm×11 mm×17H的型鋼制作。

1.6 GH65K型黃磷罐車大橫梁結(jié)構(gòu)

大橫梁由上、下翼板和腹板組焊而成，上、下翼板采用12 mm厚鋼板，腹板采用8 mm鋼板。材質(zhì)為09CuPTiRE-A。

1.7 GH65K型黃磷罐車鎖閉裝置結(jié)構(gòu)

GH65K黃磷罐車的鎖閉裝置由16個(gè)全自動(dòng)鎖頭組成，具體安裝方式及位置如圖3所示。

圖3 鎖閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 換裝F-TR型固定式鎖閉裝置改造方案

2.1 改造內(nèi)容及技術(shù)要求

(1)底架改造按圖樣“QSH48A-01JG-00-000 底架組成”(見(jiàn)圖4)執(zhí)行。

圖4 QSH48A-01JG-00-000 底架組成(局部示意圖)

改造時(shí)，按圖樣所示去掉4塊420 mm×520 mm箱角安裝板和2塊大橫梁組成中的上蓋板端頭600 mm 部分。切除時(shí)，不得傷及相鄰配件的母材，切割后打磨光滑并清除熔渣。

(2)鎖閉裝置改造按圖樣“QSH48A-09JG-00-000 鎖閉裝置”(見(jiàn)圖5)執(zhí)行。

圖5 QSH48A-09JG-00-000 鎖閉裝置(局部示意圖)

改造時(shí)，切除端部鎖頭時(shí)不得傷及端梁上蓋板，切傷處允許補(bǔ)焊磨平。換裝端部鎖閉裝置時(shí)，固定式鎖座須先按圖示方案加工。 鎖閉裝置組裝后，同一罐箱使用的鎖閉裝置的鎖頭對(duì)角線差不得大于6 mm；同一罐箱使用的鎖閉裝置承載平面的高低差不得大于6 mm。

F-TR 鎖組裝后，1、2、5、6、9、10、13、14 位鷹頭方向朝車輛1位側(cè)，3、4、7、8、11、12、15、16 位鷹頭方向朝2位側(cè)。

2.2 方案說(shuō)明

(1)對(duì)4個(gè)端梁處鎖頭的F-TR型鎖座進(jìn)行改造加工(見(jiàn)圖6)。由于端梁鎖座處車體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改造端梁的加工難度大，為留出足夠的定位及焊接空間且不影響鎖座的性能，將端梁處F-TR型鎖鎖座的兩邊各切除15 mm。

圖6 端梁處F-TR型鎖座

(2)對(duì)車體4處輔助梁鎖座墊板進(jìn)行改造加工(見(jiàn)圖7)。將4處輔助梁位置原420 mm×520 mm尺寸的鎖座墊板換成420 mm×640 mm的墊板。

圖7 輔助梁處鎖座墊板

(3)對(duì)車體2處橫梁上蓋板進(jìn)行改造加工(見(jiàn)圖8)。大橫梁組成(2)的橫梁上蓋板靠近邊梁處600 mm段切除，拼焊一塊600 mm×640 mm×12 mm的鋼板 。

圖8 橫梁上蓋板

3 車體靜強(qiáng)度計(jì)算

因改造涉及車體部分，為確保改造的可靠性。依據(jù)《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)對(duì)GH65K型黃磷罐車改造后的車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度及剛度分析計(jì)算。

3.1 載荷工況

工況1：作用于車體的垂向總載荷，即垂向靜載荷與垂向動(dòng)載荷之和。

工況2：即《規(guī)范》工況一中的壓縮I。垂向總載荷+作用于車體兩端后從板座上的縱向壓縮載荷1 400 kN +側(cè)向載荷(包括離心慣性力和風(fēng)力)+施加于車體枕梁旁承處的扭轉(zhuǎn)載荷40 kN·m。

工況3：即《規(guī)范》工況二中的壓縮II。垂向靜載荷+作用于車體兩端后從板座上的縱向壓縮載荷2 250 kN +散粒貨物側(cè)壓力。

工況4：即《規(guī)范》工況一中的拉伸狀態(tài)。垂向總載荷+作用于車體兩端前從板座上的縱向拉伸載荷1 125 kN +側(cè)向載荷(包括離心慣性力和風(fēng)力)+施加于車體枕梁旁承處的扭轉(zhuǎn)載荷40 kN·m。

工況5：即縱向慣性力工況。垂向靜載荷+鎖頭縱向慣性力+車體縱向慣性力。

3.2 載荷工況應(yīng)力云圖計(jì)算

工況1：GH65K型車體垂向總載荷工況應(yīng)力云圖顯示端部鎖座局部應(yīng)力為2 MPa；車體最大應(yīng)力σmax=150 MPa。

工況2：GH65K型車體壓縮I工況應(yīng)力云圖顯示車體最大應(yīng)力σmax=194 MPa。

工況3：GH65K型車體壓縮II工況應(yīng)力云圖顯示車體最大應(yīng)力σmax=279 MPa。

工況4：GH65K型車體拉伸工況應(yīng)力云圖顯示車體最大應(yīng)力σmax=159 MPa。

工況5：GH65K型車體及鎖頭縱向力工況應(yīng)力云圖顯示端部鎖座局部應(yīng)力為102 MPa；車體最大應(yīng)力σmax=242 MPa。

3.3 計(jì)算結(jié)果

(1)GH65K型黃磷罐車計(jì)算結(jié)果

各工況下應(yīng)力結(jié)果如表1所示。

表1 各工況下應(yīng)力計(jì)算表

(2)垂向剛度分析

按照《規(guī)范》要求對(duì)車體進(jìn)行垂向彎曲剛度考核。應(yīng)滿足公式：

其中：fz—中梁中央撓度；L2—車輛定距。

L2=8 800 mm(兩車相同)，得到fz≤9.778 mm。

車體上施加垂向靜載荷，得到位移云圖(見(jiàn)圖9)。從位移云圖可以看出，GH65K型黃磷罐車中梁的最大變形發(fā)生在中梁中部上翼板處，最大變形量為5.498 mm(≤9.778 mm)。

圖9 GH65K型車靜載工況下中梁垂向變形圖

3.4 靜強(qiáng)度分析結(jié)論

GH65K型黃磷罐車車體按照《規(guī)范》規(guī)定的考核工況計(jì)算，結(jié)果評(píng)定如下：

(1)GH65K型黃磷罐車各工況下車體結(jié)構(gòu)的合成應(yīng)力均小于相應(yīng)材料的許用應(yīng)力，車體結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度滿足該規(guī)范規(guī)定的要求；

(2)GH65K型黃磷罐車在垂向靜載荷作用下，側(cè)梁和中梁的垂向撓度最大值小于評(píng)價(jià)值，結(jié)構(gòu)的剛度滿足規(guī)定的要求。

4 結(jié)論

通過(guò)分析改造方案和靜強(qiáng)度的分析計(jì)算，得出以下結(jié)論：

(1)改造方案對(duì)車體結(jié)構(gòu)及鎖座改動(dòng)較小，工藝成熟可靠，操作性強(qiáng)；

(2)改造后車體結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度及剛度均滿足規(guī)定的要求。

因此，GH65K型黃磷罐式集裝箱專用車換裝F-TR型固定式鎖閉裝置的方案，其改造后車體結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度及剛度均滿足相關(guān)規(guī)定的要求，換裝F-TR型固定式鎖閉裝置后消除了之前存在的鎖頭銹蝕卡死等功能失效問(wèn)題。