李響響，段元勇

（中車山東機(jī)車車輛有限公司，濟(jì)南250022）

中車山東公司針對(duì)國際市場(chǎng)尤其是米軌線路國家用戶對(duì)石砟漏斗車的需求，研制開發(fā)了一種適用米軌線路的石砟漏斗車。該車于2016年11月完成工作圖設(shè)計(jì)，2017年1月底完成樣車試制及相關(guān)型式試驗(yàn)，同年3月份完成批量生產(chǎn)并通過用戶的工廠驗(yàn)收，并于2017年5月及2018年9月分兩批次交付用戶投入運(yùn)用。

1 項(xiàng)目難點(diǎn)

（1）石砟漏斗車主要供鐵路線路新建、維修時(shí)鋪設(shè)石砟或工礦企業(yè)裝運(yùn)類似散粒貨物之用，具有邊走邊卸和向軌道內(nèi)、外側(cè)卸砟的功能。目前，我國石砟漏斗車主要為載重60 t的K13系列石砟漏斗車、載重70 t的KZ70型石砟漏斗車和載重80 t的KZ80型石砟漏斗車［1］。以上車型為國內(nèi)主型漏斗車，適用準(zhǔn)軌線路，具有成熟運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于米軌石砟漏斗車的研制具有借鑒作用。但其車體結(jié)構(gòu)對(duì)于米軌線路的適應(yīng)性不強(qiáng)，需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。根據(jù)米軌線路的特點(diǎn)，對(duì)車輛裝備的輪廓尺寸提出了更苛刻的要求，同時(shí)米軌漏斗車對(duì)整車輕量化也提出了更高的要求，漏斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要適應(yīng)米軌線路的作業(yè)要求。

（2）國內(nèi)主型石砟漏斗車開閉機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是均采用兩級(jí)傳動(dòng)的風(fēng)動(dòng)及手動(dòng)卸載方式，2種卸載方式既可兼容亦可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立作業(yè)。手動(dòng)卸載方式通過設(shè)置在車輛地板上部減速器手輪及車下連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)底門的開閉，但中間底門無手動(dòng)操作［2］。針對(duì)米軌漏斗車車體寬度尺寸較小的問題，若采用國內(nèi)成熟的減速器及車下連桿機(jī)構(gòu)，空間布局存在一定的困難，尤其是純手動(dòng)卸貨的漏斗車，需要配置3套減速器方可滿足使用，因此對(duì)米軌漏斗車卸貨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了新的要求。

2 解決方案

（1）針對(duì)米軌線路特點(diǎn)及嚴(yán)格的車體輪廓尺寸，在國內(nèi)成熟結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)，研究開發(fā)了新的車體鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了適用米軌線路維修的新的車體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理；參照KZ70端部底架結(jié)構(gòu)，根據(jù)米軌漏斗車結(jié)構(gòu)需要，取消枕內(nèi)輪對(duì)上部地板及小橫梁，輕量化車體的同時(shí)可開闊操作員視野，操作卸貨時(shí)便于觀察卸貨系統(tǒng)狀態(tài)及線路狀況，如圖1、圖2所示；因不設(shè)置端部地板，優(yōu)化了端隔板處大橫梁結(jié)構(gòu)，大橫梁與牽引梁及側(cè)梁連接處采用大圓弧結(jié)構(gòu)，增加與牽引梁及側(cè)梁的焊縫長度，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足米軌漏斗車的強(qiáng)度要求，如圖1、圖2所示；依據(jù)漏斗結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)隔板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)，匹配新的漏斗結(jié)構(gòu)，如圖3、圖4所示；漏斗板的加強(qiáng)鐵采用冷彎角鋼，滿足米軌漏斗車強(qiáng)度要求，降低車輛自重。

圖1 KZ70底架端部結(jié)構(gòu)

圖2 米軌車底架端部結(jié)構(gòu)

圖3 KZ70漏斗結(jié)構(gòu)

圖4 米軌車漏斗結(jié)構(gòu)

（2）針對(duì)國內(nèi)漏斗車復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，研究開發(fā)了全新的手動(dòng)卸貨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，3套獨(dú)立的手動(dòng)卸貨裝置分別獨(dú)立控制左、中、右底門；采用焊接結(jié)構(gòu)減速箱；手動(dòng)卸載方式可作為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)構(gòu)設(shè)置在石砟漏斗車上，實(shí)現(xiàn)漏斗車底門開閉的操作，如圖5所示。

圖5 手動(dòng)卸貨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、維修簡便、操作簡便、穩(wěn)定可靠、自重較低、傳動(dòng)效率高。

3 裝備研制

3.1 主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）采用成熟的板柱結(jié)構(gòu)端側(cè)墻，輕量化車體鋼結(jié)構(gòu)，滿足使用的強(qiáng)度要求；側(cè)柱采用U形雙曲面冷彎型鋼；上側(cè)梁采用冷彎異形鋼管，以防止石砟殘存?zhèn)白鳂I(yè)人員。1位端墻上設(shè)有觀察孔，推開觀察孔蓋可觀察車內(nèi)余砟情況。2位端墻上設(shè)有扶梯，通過扶梯人員可進(jìn)入到車內(nèi)。其中扶梯與端墻及地板采用螺栓連接方式，車輛外觀結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。

圖6 石砟漏斗車外觀

圖7 米軌石砟漏斗車結(jié)構(gòu)圖

（2）全車主要板材及型鋼采用高強(qiáng)度耐腐蝕鋼，采用適合目標(biāo)用戶當(dāng)?shù)馗邷爻睗駳夂虻挠推嵬垦b方案，采用聚氨酯面漆，適應(yīng)當(dāng)?shù)靥厥獾沫h(huán)境要求。

（3）該車配置國內(nèi)成熟運(yùn)用的空氣制動(dòng)系統(tǒng)，采用120型制動(dòng)機(jī)，并在車輛兩端分別設(shè)置一臺(tái)NSW型手制動(dòng)機(jī)，可在車輛任意一端進(jìn)行操作，滿足用戶的使用要求。

（4）采用上文所述全新的手動(dòng)卸貨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；主要由卸砟門、手動(dòng)操縱系統(tǒng)等組成；該車共設(shè)有6個(gè)卸砟門，車體每側(cè)各2個(gè)、中間2個(gè)；手動(dòng)操縱系統(tǒng)由減速器、空心傳動(dòng)軸、聯(lián)軸節(jié)及拉桿等組成；手動(dòng)操縱分別控制兩側(cè)卸砟門和中間卸砟門，可實(shí)現(xiàn)貨物在軌道中間或軌道兩側(cè)同時(shí)卸貨。

（5）車輛端部護(hù)欄采用不銹鋼鋼管制作，外觀精美，安全可靠，耐腐蝕能力強(qiáng)，延長使用壽命。

（6）其他結(jié)構(gòu)，車鉤緩沖裝置采用E級(jí)鋼13B型下作用車鉤、13B型鍛造鉤尾框、ST型緩沖器。鉤尾框托板、鉤托梁螺母采用BY型防松螺母，配套用螺栓強(qiáng)度10.9級(jí)；

轉(zhuǎn)向架采用17 t軸重鑄鋼三大件式貨車轉(zhuǎn)向架，主要由輪對(duì)、側(cè)架、搖枕、減振裝置、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、軸承、承載鞍和旁承等組成。

3.2 相關(guān)計(jì)算分析及試驗(yàn)情況[3-4]

3.2.1 車體靜強(qiáng)度及剛度計(jì)算

根據(jù)TB/T 1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》規(guī)定的考核工況及技術(shù)規(guī)范的要求，采用ANSYS14.5有限元分析軟件，對(duì)該車車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度計(jì)算，各工況下車體各處應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，在垂向靜載荷作用下，該車車體側(cè)梁中央撓度滿足撓跨比≤1/2000的要求。因此，該車車體靜強(qiáng)度及剛度滿足設(shè)計(jì)要求，工況4下車體應(yīng)力云圖如圖8所示。計(jì)算結(jié)果見表2。

圖8 工況4下車體應(yīng)力云圖

表2 車體鋼結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算結(jié)果

3.2.2 動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算

采用SIMPACK9.5多體動(dòng)力學(xué)軟件，依照GB/T 5599-1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)估和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對(duì)該車的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果表明，該車在空車和滿載工況下的蛇行穩(wěn)定性、直線運(yùn)行品質(zhì)及安全性、曲線通過時(shí)的安全性等性能均滿足GB/T 5599-1985的要求。

3.2.3 車體靜強(qiáng)度及剛度試驗(yàn)

2017年1月，中車山東機(jī)車車輛有限公司對(duì)該車進(jìn)行了車體靜強(qiáng)度、剛度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，各工況的最大應(yīng)力均小于材料的屈服強(qiáng)度。車體剛度試驗(yàn)的結(jié)果顯示，下側(cè)梁中部撓度為2.38 mm，撓跨比為0.595/2000，滿足撓跨比≤1/2000的要求。車體靜強(qiáng)度及剛度符合TB/T 1335-1996及與技術(shù)規(guī)范的要求。

3.2.4 模擬曲線通過試驗(yàn)

為保證車輛通過80 m曲線時(shí)各部件的正常相對(duì)運(yùn)動(dòng)不受限制、車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置及其他各部分不發(fā)生碰撞和損傷，對(duì)該車進(jìn)行80 m曲線通過試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，車輛各部件的正常相對(duì)運(yùn)動(dòng)未受到限制，車體與轉(zhuǎn)向架間的連接裝置及其他各部分未發(fā)生碰撞和損傷。

3.2.5 底門卸貨試驗(yàn)

根據(jù)與用戶簽訂的試驗(yàn)大綱的要求，對(duì)該車進(jìn)行了底門卸貨試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，空車兩側(cè)側(cè)門及中間底門的最大開門及最大關(guān)門力矩不大于80 N?m，重車兩側(cè)側(cè)門及中間底門的最大開門及最大關(guān)門力矩不大于150 N?m，均符合試驗(yàn)大綱要求。

4 結(jié)束語

此次開發(fā)的石砟漏斗車卸砟系統(tǒng)為純手動(dòng)操縱作業(yè)，卸貨操縱端預(yù)留了充足的操縱空間，可根據(jù)用戶的個(gè)性化需求，在此漏斗車技術(shù)平臺(tái)上增加風(fēng)控卸貨系統(tǒng)及操縱間，可以快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求，滿足不同用戶的使用。該車輛于2017年5月及2018年9月兩批次交付用戶共計(jì)35輛，如圖9所示，投入運(yùn)用前，在用戶線路上，對(duì)車輛進(jìn)行了連掛及制動(dòng)試驗(yàn)、貨車卸砟功能試驗(yàn)，均符合試驗(yàn)大綱的要求。截止2019年11月末，該批車輛最長的已經(jīng)服役2年有余，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用情況及用戶反饋，該車性能穩(wěn)定，安全可靠，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖9 用戶現(xiàn)場(chǎng)