一種適合快裝快卸模式卷簾棚車的研制

吳 杰，袁國(guó)慶，王海靜，劉寅華，翟鵬軍

(中車山東機(jī)車車輛有限公司，山東 濟(jì)南 250022)

隨著電子商務(wù)的發(fā)展，我國(guó)以價(jià)值高、批量小、時(shí)間緊和個(gè)性化為特征的貨物快捷運(yùn)輸需求旺盛，快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量已超過(guò)美國(guó)，成為全球快遞第一大國(guó)，但快遞物品經(jīng)鐵路運(yùn)輸?shù)谋戎剡€不到10%。為適應(yīng)新型經(jīng)濟(jì)環(huán)境下社會(huì)物資運(yùn)輸結(jié)構(gòu)變化，發(fā)揮鐵路低碳環(huán)保、運(yùn)量大、成本低、準(zhǔn)時(shí)安全的運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高鐵路運(yùn)輸在快件物流市場(chǎng)的占比，我國(guó)正在加速推進(jìn)新型快捷運(yùn)輸車輛的技術(shù)開(kāi)發(fā)，并取得了一定的成效[1]。但所有研發(fā)的車輛都存在車門(mén)不能同時(shí)完全打開(kāi)的問(wèn)題。在國(guó)外，車輛側(cè)墻全面使用卷簾技術(shù)的也尚屬空白，瑞士的卷簾棚車僅僅是車門(mén)部位使用卷簾。另外瑞士有一種全開(kāi)折疊側(cè)墻式棚車(圖1)，其側(cè)墻折疊舉升采用電控系統(tǒng)，滿足快裝快卸的機(jī)械化作業(yè)要求，但由于折疊側(cè)墻式棚車車門(mén)打開(kāi)時(shí)所需上部空間太大，無(wú)法滿足我國(guó)現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)裝卸場(chǎng)所的空間要求。在中國(guó)，卷簾棚車由于存在卷簾門(mén)收起時(shí)所占空間大的問(wèn)題一直未能研制成功。為攻克這一難題，中車山東機(jī)車車輛有限公司開(kāi)發(fā)出了一種適合鐵路快裝快卸模式卷簾棚車(圖2)。

圖1 瑞士全開(kāi)折疊側(cè)墻式棚車

圖2 快裝快卸模式卷簾棚車

1 主要特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

(1) 車輛側(cè)墻全面采用活動(dòng)鋼質(zhì)卷簾門(mén)結(jié)構(gòu)，全車6扇卷簾車門(mén)，可單扇開(kāi)啟，也可全部開(kāi)啟。

(2) 傳動(dòng)裝置帶有平衡系統(tǒng)，采用萬(wàn)向輪、渦輪蝸桿等機(jī)構(gòu)開(kāi)啟卷簾門(mén)。卷簾門(mén)結(jié)構(gòu)可靠, 開(kāi)閉靈活且便于操作。

(3) 卷簾門(mén)設(shè)有防墜落裝置，保證了運(yùn)用安全。

(4) 卷簾門(mén)開(kāi)啟后，卷簾門(mén)板全部納入車頂圓弧頂板與頂梁之間，保證了車輛運(yùn)用安全性，最大限度地利用了車輛內(nèi)部空間。

(5) 采用17型車鉤、120閥、轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架，結(jié)構(gòu)成熟，性能可靠，有利于車輛的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

表1為快裝快卸模式卷簾棚車主要技術(shù)參數(shù)。

表1 快裝快卸模式卷簾棚車主要技術(shù)參數(shù)

2 主要結(jié)構(gòu)

該車主要由車體鋼結(jié)構(gòu)、卷簾門(mén)組成、車鉤緩沖裝置、制動(dòng)裝置及轉(zhuǎn)向架等組成(圖3)。

1.轉(zhuǎn)向架；2底架組成；3.卷簾門(mén)組成；4.空氣制動(dòng)裝置；5.車頂組成；6.車鉤緩沖裝置；7.端墻組成；8.手制動(dòng)裝置。圖3 快裝快卸模式卷簾棚車結(jié)構(gòu)圖

2.1 車體鋼結(jié)構(gòu)

車體鋼結(jié)構(gòu)為全鋼焊接的底架承載結(jié)構(gòu)，由底架、端墻和車頂?shù)炔考M成[2]。主要型鋼和板材均采用Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼。

2.1.1 底架

底架由中梁、側(cè)梁、端梁、枕梁、大小橫梁和小縱梁等組焊而成，底架上面鋪設(shè)厚6 mm的耐候鋼花紋地板。中梁采用高820 mm的焊接H型鋼，由中梁腹板、隔板、上下蓋板組焊成箱形結(jié)構(gòu)，中間制成魚(yú)腹形，1位端中梁上翼緣內(nèi)側(cè)按規(guī)定模壓永久性標(biāo)志；側(cè)梁采用高740 mm的焊接H型鋼；裝用鍛造上心盤(pán)、B級(jí)鑄鋼沖擊座及C級(jí)鑄鋼前后從板座。

2.1.2 端墻

端墻為板柱式結(jié)構(gòu)，由端柱、角柱、端橫帶與端墻板組焊而成。端柱采用250 mm×125 mm的H型鋼，角柱采用160 mm×100 mm×5 mm的冷彎矩形鋼管，端橫帶采用斷面高度為150 mm的帽形冷彎型鋼,端墻板采用厚3 mm的耐候鋼板。

2.1.3 車頂

車頂組成主要由門(mén)柱、車頂縱梁、車頂彎梁、車頂板、導(dǎo)軌組成等部分組成(圖4)。門(mén)柱采用200 mm×100 mm×5 mm的冷彎矩形鋼管；車頂縱梁與車頂彎梁采用冷彎U形結(jié)構(gòu)鋼；車頂板采用厚1.5 mm的耐候鋼板冷彎制成；導(dǎo)軌組成由底板、腹板、頂板和隔板組焊成箱形結(jié)構(gòu)(圖5)，底板為厚6 mm耐候鋼板，其上設(shè)有用于固定活動(dòng)隔板等裝置的長(zhǎng)圓孔。

圖4 車頂組成結(jié)構(gòu)

圖5 導(dǎo)軌組成結(jié)構(gòu)

2.2 卷簾門(mén)組成

卷簾門(mén)主要由車門(mén)、導(dǎo)軌、平衡系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置等組成(圖6)。車門(mén)上設(shè)有鎖緊裝置，車門(mén)板采用鋁合金材質(zhì)制成，平衡系統(tǒng)含有彈簧、傳動(dòng)軸、連接軸等裝置。傳動(dòng)裝置采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，上部操作手柄連接萬(wàn)向節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。

圖6 卷簾門(mén)組成結(jié)構(gòu)

2.3 制動(dòng)裝置

采用主管壓力滿足500 kPa和600 kPa的空氣制動(dòng)裝置。主要由120型控制閥、整體旋壓密封式制動(dòng)缸、ST2-250型雙向閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器、KZW-A型空重車自動(dòng)調(diào)整裝置、脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置等組成。采用NSW-Ⅰ型手制動(dòng)機(jī)。

2.4 車鉤緩沖裝置

采用E級(jí)鋼17型車鉤、17型鍛造鉤尾框及MT-2型緩沖器。

2.5 轉(zhuǎn)向架

采用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架。

3 計(jì)算

3.1 車體靜強(qiáng)度仿真計(jì)算

參照TB/T 1335—1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，采用NX I-DEAS軟件對(duì)卷簾棚車車體進(jìn)行了靜強(qiáng)度、剛度分析計(jì)算。計(jì)算載荷工況如表2所示。計(jì)算結(jié)果表明，在靜載荷作用下(工況1)車體撓跨比滿足TB/T 1335—1996要求，且各計(jì)算工況下車體的最大應(yīng)力值均小于該工況下的許用應(yīng)力，均滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 計(jì)算載荷工況

3.2 動(dòng)力學(xué)計(jì)算

參照GB/T 5599—1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評(píng)定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對(duì)快裝快卸模式卷簾棚車進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能分析計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：

(1) 各工況下的臨界速度均隨著踏面等效錐度的增大而減小。踏面等效錐度為0.45 時(shí)，各工況的臨界速度滿足高于構(gòu)造速度(120 km/h)的要求。各工況滿足蛇行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性要求。

(2) 在美國(guó)Ⅴ級(jí)譜直線線路條件下，各工況在120 km/h 的速度以內(nèi)運(yùn)行時(shí)的橫向平穩(wěn)性指標(biāo)和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)均小于4.0，達(dá)到GB/T 5599—1985的良級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，滿足新造貨車的平穩(wěn)性要求。

(3) 在美國(guó)Ⅴ級(jí)譜直線線路條件下，各工況在120 km/h 速度范圍內(nèi)的橫向和垂向最大加速度均隨運(yùn)行速度等級(jí)增大而增大。橫向最大加速度均小于4.91 m/s2，垂向最大加速度均小于6.87 m/s2，滿足GB/T 5599—1985標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4) 在美國(guó)Ⅴ級(jí)譜的直線線路上運(yùn)行時(shí)，各工況在120 km/h 速度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)的輪軌橫向力最大值、輪軸橫向力最大值、輪軌垂向力最大值、脫軌系數(shù)最大值、輪重減載率最大值和輪對(duì)沖角最大值均隨運(yùn)行速度的增大而增大，且均滿足GB/T 5599—1985標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限度，直線運(yùn)行安全性滿足要求。

(5) 各工況下以75 mm的欠超高通過(guò)R300 m、R400 m、R600 m的小半徑圓曲線線路時(shí)，輪軌橫向力最大值、輪軸橫向力最大值、輪軌垂向力最大值、脫軌系數(shù)最大值、輪重減載率最大值和輪對(duì)沖角最大值均在GB/T 5599—1985標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，表明其曲線運(yùn)行安全性能滿足要求[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

快裝快卸模式卷簾棚車創(chuàng)新應(yīng)用成熟的卷簾門(mén)作為車輛的側(cè)墻和車門(mén)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低、側(cè)面開(kāi)度大、裝卸快捷、容積大、可實(shí)施隔倉(cāng)化運(yùn)輸、安全高速等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)多個(gè)機(jī)械化裝備同時(shí)作業(yè)，減少了車輛運(yùn)輸貨物時(shí)的組織和發(fā)散時(shí)間，提高了車輛運(yùn)輸效率和倉(cāng)儲(chǔ)空間利用率，是一種適應(yīng)物流市場(chǎng)小批量、多品種“白貨”快捷運(yùn)輸?shù)娜萝囆汀?/p>