都 敏 韓通曉

（青島中車四方軌道車輛有限公司客車事業(yè)部技術(shù)部，山東 青島 266000）

1 前言

既有25T 型客車（BST 造）采用老式氣水聯(lián)動(dòng)直排便器，不僅造成了對(duì)沿線鐵路的環(huán)境污染，也導(dǎo)致車下噪聲從便器傳遞到車上，對(duì)車上旅客造成噪音污染[1]。為進(jìn)一步提升客運(yùn)服務(wù)品質(zhì)，改善旅客出行體驗(yàn)，根據(jù)《中國鐵路總公司關(guān)于落實(shí)“廁所革命”要求實(shí)施動(dòng)車組客車衛(wèi)生系統(tǒng)升級(jí)改造的通知》（鐵總機(jī)輛函【2018】490 號(hào)文件），要求對(duì)既有25T 型客車（BST造）衛(wèi)生系統(tǒng)升級(jí)改造，加裝真空集便裝置。

2 改造技術(shù)方案介紹

2.1 廁所平面布置調(diào)整

如圖1 所示，改造僅對(duì)一、二位廁所及周邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，其余均未改動(dòng)。對(duì)二位端廁所平面布置進(jìn)行調(diào)整，取消原廁所的氣水沖便模塊、座式盒子間便器背部凸起部分，將原設(shè)計(jì)的角盆改為統(tǒng)型洗手器。改造后的平面布置在不影響周邊結(jié)構(gòu)的條件下，增加了有效使用空間，布局更合理、舒適。

圖1 一二位廁所平面布置調(diào)整

2.2 污物箱布置

客車設(shè)置總?cè)萘?00L（400L 兩組）的污物箱，污物箱型式為保持式。污物箱分別在二位端枕梁內(nèi)外設(shè)置，其中一位廁所（座便）污物箱設(shè)置在枕外，二位廁所（蹲便）污物箱設(shè)置在枕內(nèi)。改后布置見圖2。

圖2 污物箱布置

2.3 車體改造

取消原車二位端氣水聯(lián)動(dòng)直排便器部件；取消原車二位端分線箱處存線箱，增設(shè)走線槽與走線管間分線箱，取消多余走線槽吊卡；對(duì)車下不銹鋼線槽安裝結(jié)構(gòu)調(diào)整并加裝過渡電氣箱；根據(jù)污物箱位置焊接符合統(tǒng)型結(jié)構(gòu)的枕內(nèi)、枕外污物箱吊座并對(duì)周邊車底橫梁加強(qiáng)；枕外吊座開走線管孔，并焊補(bǔ)板；在鐵地板增開集便防護(hù)箱口，原車下防護(hù)箱取消；根據(jù)制動(dòng)部位改造需求焊加風(fēng)缸安裝梁，在鐵地板開風(fēng)管通過孔及在車底焊接吊卡，取消多余吊卡；取消側(cè)門腳踏機(jī)構(gòu)側(cè)板及腳蹬護(hù)板，原車廢棄孔洞封堵；因取消廁所車窗，相應(yīng)封堵鋼結(jié)構(gòu)窗口。

2.4 內(nèi)裝設(shè)備改造

二位端地板及支撐根據(jù)平面布置改造；取消原廁所阻尼氣缸門組成，設(shè)置統(tǒng)型25T 客車轉(zhuǎn)軸折頁門并設(shè)置有無人顯示鎖；取消廁所活動(dòng)車窗及窗護(hù)欄桿；取消乘務(wù)員室隔物架；二位端廁所周邊間壁、頂板、門口型材、基座、吊架、底角壓條等改造，廁所門上罩板取消。

2.5 電氣改造

車上綜合控制柜內(nèi)加裝空氣開關(guān)，用于集便器伴熱及集便控制箱控制系統(tǒng)供電；車內(nèi)乘務(wù)員室間壁增加集便系統(tǒng)控制柜；廁所阻尼拉門速動(dòng)限位開關(guān)改為轉(zhuǎn)軸折頁門有無人顯示開關(guān)；原車廁所內(nèi)兩組600W 電加熱改為統(tǒng)型450W 電加熱；車下影響污物箱安裝位置的不銹鋼線槽取消，采用尼龍軟管，線槽與分線箱交接處設(shè)置分線箱；車底干線更新。

2.6 制動(dòng)裝置改造

對(duì)二位端車底總風(fēng)管路及制動(dòng)管路進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，規(guī)避污物箱吊座位置；將原氣動(dòng)沖便的1/2 吋供風(fēng)管路改為分別向車下污物箱真空發(fā)生器及車內(nèi)氣水控制盤供風(fēng)的管路；車下增設(shè)180L 風(fēng)缸，與原120L 風(fēng)缸同時(shí)向空氣彈簧、集便裝置、塞拉門供風(fēng)，廁所洗池下側(cè)相應(yīng)增設(shè)氣水控制盤氣管。

2.7 給水衛(wèi)生改造

集便裝置供水管路位置進(jìn)行調(diào)整；污物箱參照客車真空集便裝置統(tǒng)型圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，總?cè)萘?00L（400L 兩組），型式為真空保持式；氣水控制盤、蹲便防護(hù)箱按照統(tǒng)型設(shè)計(jì)；廁所玻璃鋼盒子間更新，內(nèi)部按照統(tǒng)型圖紙分別設(shè)置座便及蹲便器，設(shè)置不銹鋼洗手池及統(tǒng)型面鏡、衣帽鉤、扶手桿等，設(shè)置送風(fēng)口、廢排風(fēng)口、燈口、統(tǒng)型電加熱等；采用帶凸臺(tái)及凹槽防脫結(jié)構(gòu)的排水導(dǎo)筒，并注意規(guī)避車下其他零部件。

3 靜強(qiáng)度計(jì)算分析

根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的相關(guān)要求，對(duì)污物箱吊裝結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度的可靠性進(jìn)行分析，以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 模型的建立

根據(jù)車體底架帶污物箱吊座設(shè)計(jì)圖紙建立三維模型，利用有限元軟件建立有限元模型，抽殼后利用Shell63 號(hào)面單元對(duì)底架及污物箱吊座進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并利用Mass21單元和Rbe3 單元模擬污物箱。對(duì)含有接觸區(qū)部分的網(wǎng)格進(jìn)行局部細(xì)化，建立污物箱吊座有限元模型（見圖3）。

圖3 污物箱吊座有限元模型

3.2 計(jì)算輸入

1.污物箱自重395kg，載重400kg。

2.污物箱吊座采用Q345 鋼，依GB1591-2008 執(zhí)行。

3.污物箱幾何中心距吊座安裝面高362mm，距車體縱向中心線5530mm，車體底架總長25500mm。

4.根據(jù)TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》要求，客車車體內(nèi)外部設(shè)備及其緊固零件應(yīng)當(dāng)按照相當(dāng)于下列加速度的慣性力進(jìn)行校核計(jì)算：縱向3g，橫向1g，垂向cg。其中：g 為重力加速度，c在車體端部最大值為3，向車體重心線性變化到最小值1.5。此時(shí)產(chǎn)生的三個(gè)方向的合成應(yīng)力不得大于材料的屈服極限。根據(jù)輸入計(jì)算可得c=2.15。

3.3 計(jì)算結(jié)果及結(jié)論

如圖4 所示為污物箱吊座等效應(yīng)力云圖，通過有限元分析計(jì)算結(jié)果可見，污物箱吊座的最大應(yīng)力發(fā)生在吊座縱梁與車底橫梁焊接處，最大應(yīng)力為56.43MPa，遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度345MPa，滿足TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》中規(guī)定的使用要求。

圖4 污物箱吊座等效應(yīng)力云圖

4 結(jié)語

通過本次設(shè)計(jì)研究，驗(yàn)證了既有25T 型客車（BST造）加裝統(tǒng)型真空集便裝置的可行性，在保證了原車其它功能不變的前提下，既提升了客運(yùn)服務(wù)品質(zhì)，又解決了原車阻尼氣缸拉門開啟不良、地板漏水、廁所衛(wèi)生間采暖效果不佳等慣性質(zhì)量問題。且經(jīng)客戶實(shí)際運(yùn)用反饋，證明設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，現(xiàn)既有25T 型客車（BST 造）加裝統(tǒng)型真空集便裝置已進(jìn)入批量改造階段，至今未接到任何因設(shè)計(jì)方案導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量投訴。