70T級(jí)鐵路儲(chǔ)油罐車(chē)焊接結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著中國(guó)成功地加入世界貿(mào)易組織(wto)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了空前的高速發(fā)展。國(guó)家投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度越來(lái)越大，各種物資的流通運(yùn)輸和周轉(zhuǎn)量逐年增加 ，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。鐵道運(yùn)輸作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，貨車(chē)運(yùn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足物資運(yùn)輸?shù)男枨?，鐵道運(yùn)輸“重載化”已成為現(xiàn)階段鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾n題。為提高運(yùn)能，適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，近年來(lái)，鐵道部實(shí)施了跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路貨車(chē)向“重載化、快捷化”的方向發(fā)展，出臺(tái)了70t級(jí)貨車(chē)的重載技術(shù)政策，先后研制成功了70t級(jí)新型敞車(chē)、平車(chē)、棚車(chē)等重載貨車(chē)，為全面開(kāi)行重載列車(chē)創(chuàng)造了條件。70t級(jí)新型輕、粘油罐車(chē)是按照鐵路貨車(chē)重載技術(shù)政策

2、要求設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軸重23t的重載罐車(chē)，該車(chē)采用無(wú)中粱結(jié)構(gòu)，載重較g70和g17b型罐車(chē)提高8t和7t。為適應(yīng)重載，提高了車(chē)輛強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)，新型罐車(chē)對(duì)車(chē)輛結(jié)構(gòu)的可靠性提出了更高的要求，牽枕結(jié)構(gòu)作為罐車(chē)車(chē)承上啟下的關(guān)鍵部件，傳遞著牽引和各項(xiàng)沖擊載荷，承載著各種垂向、橫向載荷，受力非常復(fù)雜，該結(jié)構(gòu)的可靠性直接關(guān)系到罐車(chē)整車(chē)的運(yùn)行安全。本文通過(guò)對(duì)70t級(jí)新型無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型和開(kāi)發(fā)思路作以論述，探討無(wú)中粱罐車(chē)牽棟結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，從而對(duì)一般無(wú)中梁罐車(chē)的設(shè)計(jì)和選型提供幫助。關(guān)鍵詞： 70t級(jí)；無(wú)中梁罐車(chē)；車(chē)枕結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；分析abstractwith chinas successful acces

3、sion to the world trade organization (wto), chinas economy has achieved an unprecedented high-speed development. increasing the intensity of the national investment in infrastructure construction, distribution and transportation of various materials and the turnover increased year by year. economic

4、development has put forth higher demands and challenges on the transportation industry. railway transport as the main artery of the national economic development, , trucked far can not meet the needs of the transportation of materials,and the railway transport overload has become an important issue

5、of rail transport at the present stage.in order to improve the transport capacity to meet the needs of national economic development, the ministry of railways implemented a leap-forward development strategy in recent years which leaded the development of railway wagons to the overloaded,time-saved o

6、f the direction .it has brought out the overloaded technology policy for 70t class truck including a 70t class of new gondola car, flat car, boxcar and other heavy goods vehicles, and has create the conditions for the full opening line of heavy haul train. 70t class of new light, sticky oil tanker i

7、s an overloaded tankers(axle load 23t ), a stub sill tangk car , which is designed and developed with accordance to the requirement of railway wagons overloaded technology policy , its loading capasity is increased by 8t and 7t compared with the g70 and g17b-type tanker. to adapt to overloading, veh

8、icle strength check standards are increased. the new type of tanker claims more reliability of the vehicle structure in which draft sill and body bolster structrer is assembly a key part . because the part is bared with various force including longitudinal impact force ,vertical and horizontal force

9、 ,the reliability of the part is derectly related to the safe running of the whole tank car .this thesis is trying to probe into the general rules for draft sill and body bolster structrer of stub sill tangk car though discussing the design , structure-selected and development ideas of class 70 ton

10、new type stub sill tangk car and to provide general assistment to the design and structure-selecting of genera stub sill tangk car .key word :class 70-ton; stub sill tangk car ; draft sill and body bolster structrer ; design ; analysis目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 國(guó)外無(wú)底架罐車(chē)的發(fā)展歷史41.2 國(guó)內(nèi)無(wú)底架罐車(chē)的發(fā)展歷史91.2.1

11、我國(guó)鐵路罐車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀91.2.2 我國(guó)罐車(chē)的不足161.2.3 我國(guó)罐車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)171.3 罐車(chē)的應(yīng)用18第二章 罐車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)202.1 罐車(chē)介紹及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)202.2 主要性能及參數(shù)212.3 主要結(jié)構(gòu)212.3.1 罐體222.3.2 牽枕裝置222.3.3 制動(dòng)裝置232.3.4 車(chē)鉤緩沖裝置232.3.5 轉(zhuǎn)向架252.3.6 側(cè)梯及操作臺(tái)272.4 罐體的受力分析282.4.1 內(nèi)壓力282.4.2 外部過(guò)壓力302.4.3 垂直力302.4.4 側(cè)向力（離心力和風(fēng)力）312.4.5 縱向載荷322.5 罐體的設(shè)計(jì)計(jì)算322.6 罐體的計(jì)算352.6.1 剛度計(jì)算結(jié)果422.6

12、.2 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果422.6.3 車(chē)輛設(shè)備及結(jié)構(gòu)附件的強(qiáng)度要求432.7 疲勞載荷分析432.8 車(chē)輛壽命及檢修周期52第三章 罐體的工藝設(shè)計(jì)553.1 備料的加工工藝553.1.1 鋼材的預(yù)處理553.1.2 放樣、劃線與號(hào)料553.1.3 下料和邊緣加工563.1.4 彎曲和形成563.1.5 焊接材料563.1.6 附件573.2 16mnr的焊接性分析573.2.1 對(duì)壓力容器用鋼基本性能的要求573.2.2 合金元素和雜質(zhì)對(duì)壓力容器用鋼性能的影響593.2.3 16mn鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能613.2.4 16mn鋼的焊接性623.3 焊縫分類(lèi)及接頭的選擇643.3.1 壓力容器焊接

13、接頭分類(lèi)643.3.2 接頭的選擇643.3.3 焊接方法643.4 罐壁的預(yù)作663.4.1 罐壁的分塊663.4.2 罐璧排板與連接673.5 封頭的預(yù)作683.6 罐體的組焊703.6.1 罐體組焊技術(shù)要求703.6.2 組焊方法703.6.3 制定焊接工藝應(yīng)考慮的問(wèn)題703.7 牽枕裝置的工藝流程713.7.1 牽引梁的裝配和焊接713.7.2 牽引梁的生產(chǎn)工藝流程713.8 焊接723.8.1 一般要求723.8.2 焊材管理733.8.3 焊接施工733.8.4 修補(bǔ)743.9 檢查及驗(yàn)收753.9.1 焊縫的無(wú)損檢測(cè)753.9.2 熱處理要求753.9.3 液壓試驗(yàn)及其密性試驗(yàn)7

14、53.9.4 氮?dú)庵脫Q753.10 工裝卡具的設(shè)計(jì)75第四章 結(jié) 論774.1 主要結(jié)論774.2 展望與設(shè)想78致 謝79參考文獻(xiàn)81附錄a：外文文獻(xiàn)83附錄b：中文翻譯97附錄c：焊接工藝卡片110第一章 緒 論鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，機(jī)車(chē)是牽引列車(chē)的動(dòng)力，車(chē)輛是裝載旅客及貨物的工具。隨著鐵路建設(shè)的飛躍發(fā)展，鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛也有了很大的進(jìn)步，相繼推出了一系列適應(yīng)鐵路提速.重載需要的新型機(jī)車(chē)車(chē)輛。鐵路運(yùn)輸是以鐵路作為運(yùn)輸線路，由機(jī)械動(dòng)力牽引車(chē)輛運(yùn)送旅客和貨物的運(yùn)輸。與水路運(yùn)輸.公路運(yùn)輸比較，其運(yùn)輸能力大，運(yùn)行速度快，安全程度高；與航天運(yùn)輸比較，其成本低，受氣候影響和地理?xiàng)l件限制小，能連

15、續(xù)運(yùn)行并保證其準(zhǔn)確性。適合于大宗貨物長(zhǎng)途運(yùn)輸和大量旅客運(yùn)輸。中華人民共和國(guó)成立前，鐵路主要集中在東北和沿海地區(qū)，而且鐵路標(biāo)準(zhǔn)低.技術(shù)設(shè)備落后。中華人民共和國(guó)成立后，大規(guī)模修建鐵路，現(xiàn)金全國(guó)各省市自治區(qū)都有了鐵路。鐵路運(yùn)輸在中國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)中仍具有重要地位和作用，2003年鐵路貨車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)量占全國(guó)總貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的32.02%以上，鐵路客運(yùn)周轉(zhuǎn)量占全國(guó)總客運(yùn)周轉(zhuǎn)量的34.67%以上。 鐵路車(chē)輛按用途可分為客車(chē)和貨車(chē)倆大類(lèi)。鐵路貨車(chē)是供運(yùn)輸貨物和為此服務(wù)的或原則上編組在貨物列車(chē)中使用的車(chē)輛。按用途可分三類(lèi)：（1）通用貨車(chē)，能裝在多種貨物的貨車(chē)，包括敞車(chē).棚車(chē)和平車(chē)。（2）專(zhuān)用貨車(chē)，專(zhuān)攻運(yùn)送某些種類(lèi)的貨物的貨

16、車(chē)，包括罐車(chē).保溫車(chē).煤車(chē).礦石車(chē).砂石車(chē).長(zhǎng)達(dá)貨車(chē).守車(chē).通風(fēng)車(chē).家畜車(chē).活魚(yú)車(chē).水泥車(chē)等。（3）特種貨車(chē)，共特種用途的車(chē)輛，如救援車(chē).檢衡車(chē).發(fā)電車(chē)和除雪車(chē)等。 通用貨車(chē)是能裝在多種貨物的鐵路貨車(chē)。如棚車(chē).敞車(chē)和平車(chē)等。 敞車(chē)的車(chē)體兩側(cè)及端部設(shè)有高度在1.8m以上的固定墻板而無(wú)頂棚的鐵路貨車(chē)?？裳b運(yùn)各種無(wú)需嚴(yán)格防止?jié)駬p的貨物。如裝貨后蓋上篷布，又可裝運(yùn)怕濕損的貨物。主要用于裝運(yùn)散粒貨物（如煤.礦石.沙土等）木材.鋼材及小型機(jī)器設(shè)備和集裝箱。敞車(chē)是鐵路貨車(chē)中數(shù)量最多.用途最廣的車(chē)輛。車(chē)輛倆側(cè)的標(biāo)記符號(hào)為“c”。 棚車(chē)是車(chē)體具有頂棚.側(cè)端墻及門(mén)窗的鐵路貨車(chē)?？煞乐褂晁M(jìn)入車(chē)內(nèi)，用于裝運(yùn)各種需防

17、止?jié)駬p.日曬或散失的貨物。車(chē)內(nèi)設(shè)有安裝火爐的煙囪座.床托等裝置，有些新造棚車(chē)還設(shè)有排水孔及便器，必要時(shí)可用以運(yùn)送人員和馬匹。棚車(chē)車(chē)體倆側(cè)的標(biāo)記符號(hào)為“p”。平車(chē)底架承載面為一平面的鐵路車(chē)輛。從結(jié)構(gòu)形式分為平板式.帶有翻轉(zhuǎn)的矮端板式及帶有翻轉(zhuǎn)的矮側(cè)板的端板式三種型式。在裝運(yùn)長(zhǎng)大貨物時(shí)，可把側(cè)板.端板翻下。平車(chē)主要用于裝運(yùn)各種機(jī)器，汽車(chē).拖拉機(jī).木材.鋼材.橋梁等體積較大的貨物，又可借助集裝箱來(lái)裝運(yùn)其他貨物。此外，還可以裝載各種軍用裝備。平車(chē)在底架倆側(cè)側(cè)梁上的標(biāo)記符號(hào)為“n”。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著中國(guó)成功地加入世界貿(mào)易組織(wto)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了空前的、前所未有的飛速發(fā)展。在中國(guó)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局

18、的影響下，交通運(yùn)輸行業(yè)與中國(guó)經(jīng)濟(jì)一同跨入高速行駛的快車(chē)道，發(fā)展迅猛。鐵路作為中國(guó)運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，同樣在改革開(kāi)放中不斷謀求自身的發(fā)展機(jī)遇，應(yīng)對(duì)發(fā)展中出現(xiàn)的問(wèn)題。并通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際間的技術(shù)交流，請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去，多領(lǐng)域、全視角地學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟技術(shù)和寶貴經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)國(guó)際上鐵路運(yùn)輸行業(yè)的先進(jìn)科技和裝備。結(jié)合中國(guó)鐵路的實(shí)際，實(shí)施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，在消化吸收和系統(tǒng)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，自力更生，走“引進(jìn)和自我發(fā)展”相結(jié)合的道路，不斷提高中國(guó)鐵路技術(shù)裝備現(xiàn)代化水平，使中國(guó)鐵路在過(guò)去的十年取得令人矚目的巨大變化，新技術(shù)、新工藝和新裝備不斷地被應(yīng)用到鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展建設(shè)中去，

19、為中國(guó)的改革開(kāi)發(fā)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)需要一個(gè)快速、便捷、高效的交通運(yùn)輸行業(yè)，鐵路作為傳統(tǒng)的主要運(yùn)輸方式，承載著全國(guó)客運(yùn)四分之三、貨運(yùn)超半數(shù)的運(yùn)輸量。新形勢(shì)下，原有的鐵路運(yùn)輸模式和技術(shù)裝備水平已經(jīng)不能滿足新經(jīng)濟(jì)需要，鐵路運(yùn)輸正在向世界鐵路“重載化”運(yùn)輸?shù)姆较虬l(fā)展。面對(duì)新形勢(shì)，近幾年來(lái)中國(guó)鐵路為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐，著力解決鐵路貨運(yùn)運(yùn)能?chē)?yán)重滯后的問(wèn)題，從2l世紀(jì)初開(kāi)始在全路范圍實(shí)施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，提出了中國(guó)鐵路“重載化、快捷化”的發(fā)展思路，同時(shí)緊跟世界鐵路的前沿技術(shù)，適時(shí)引進(jìn)，廣泛應(yīng)用各種新技術(shù)、新工藝和新裝備。成功研發(fā)并推廣運(yùn)用25t軸重轉(zhuǎn)k6和轉(zhuǎn)k5型轉(zhuǎn)向架；

20、70t級(jí)敞車(chē)、平車(chē)、棚車(chē)等23t重貨車(chē)先后開(kāi)發(fā)并試制成功；各類(lèi)與重載技術(shù)相匹配的重要零部件(如：17型車(chē)鉤及配套鉤尾框、mt一2大容量緩沖器、kzwa型空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置、10英寸旋壓密封式制動(dòng)缸、鐵道貨車(chē)脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置等)成功通過(guò)運(yùn)用考驗(yàn)，鐵路實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)重載的技術(shù)條件日趨成熟，中國(guó)鐵路的重載時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。鐵路罐車(chē)是運(yùn)輸石油、液化氣、酸類(lèi)和化學(xué)制劑等貨物、液體食物產(chǎn)品(如：牛奶、植物油、釀酒原料)以及某些散裝(粉狀的)貨物的主要運(yùn)輸工具，是鐵路貨車(chē)大家庭的重要成員。按照現(xiàn)代的分類(lèi)方法，罐車(chē)全部屬于專(zhuān)業(yè)化的運(yùn)輸工具。我國(guó)鐵路罐車(chē)為適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展的技術(shù)政策，滿足貨物運(yùn)輸重載化、快捷化要求，提高

21、罐車(chē)運(yùn)輸能力，實(shí)現(xiàn)中國(guó)鐵路主型罐車(chē)的更新?lián)Q代，西安廠從2003年起開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)無(wú)中梁70t級(jí)輕、粘油重載罐車(chē)。該車(chē)按新的貨車(chē)強(qiáng)度考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用心盤(pán)承載，軸重23t，載重比g70k型罐車(chē)提高8t，高業(yè)運(yùn)營(yíng)速度從100kmh高到120kmh，罐體采用了對(duì)稱(chēng)布置的直角斜錐斜底結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)輛結(jié)構(gòu)整體的安全性、可靠性提出了更高、更具體的要求，對(duì)重載、高速條件下無(wú)中梁罐車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的可靠性、安全性方面提出了新的課題。特別是無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)作為鐵路罐車(chē)承上啟下的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，是主要承力部件，承受車(chē)輛的各種縱向沖擊力和心盤(pán)載荷，受力情況非常復(fù)雜，整個(gè)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到罐車(chē)的運(yùn)行安全。因此，為滿足70t級(jí)輕

22、、粘油罐車(chē)的速度快、載重大的設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)牽引萬(wàn)噸列車(chē)的需要，設(shè)計(jì)一種安全可靠，材料利用車(chē)高，能夠保證重載罐車(chē)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的沖擊和承載要求的重載罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)是本文急需解決的重要課題。罐車(chē)是用來(lái)裝運(yùn)各種液體、液化氣體及粉末狀等貨物的一種車(chē)體成罐形的車(chē)輛。這些貨物包括汽油、原油、各種粘油、植物油、液氨、酒精、水、各種酸堿類(lèi)液體、水泥、氧化鉛粉等。罐車(chē)在鐵路運(yùn)輸中占有很重要的地位，約占我國(guó)貨車(chē)總數(shù)的18。解放初期我國(guó)只能生產(chǎn)載重25t、有效容積僅為30.5m的油罐車(chē)，1953年開(kāi)始設(shè)計(jì)制造了載重50t、有效容積為51m的全焊結(jié)構(gòu)罐車(chē)，以后又制造了有效容積60m、載重52t的罐車(chē)以及有效容積77m載重

23、63t的各種罐車(chē)。目前我國(guó)生產(chǎn)的直徑和容積最大的罐車(chē)是中部直徑為3100m m，有效容積為110m的gq型液化氣體罐車(chē)，其罐體呈魚(yú)腹形1。罐車(chē)的標(biāo)記載重過(guò)去是指裝水時(shí)的重量，所以50t的載重量意味著罐體容積為50m?，F(xiàn)在的標(biāo)記載重量是以實(shí)際所裝運(yùn)油類(lèi)、酸堿類(lèi)的比重計(jì)算的。由于各種液體和密度不同罐車(chē)的實(shí)際載重量就須根據(jù)所運(yùn)貨物的性質(zhì)來(lái)確定。因此，罐車(chē)的裝載能力以體積來(lái)度量更為合適。罐內(nèi)液體的重量不是用過(guò)磅來(lái)量得，而是測(cè)量罐體內(nèi)所盛液體水平的高度，然后根據(jù)罐體容積表查得所盛液體的重量。對(duì)于每一種規(guī)格的罐體，均有其容積折算表。罐車(chē)均為整體承載結(jié)構(gòu)，大部分罐車(chē)的車(chē)體都是由罐體和底架兩大部分組成。由于罐

24、體是一個(gè)臥式整體簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)，具有較大的強(qiáng)度和剛度，罐體不但能承受所裝物體的重量，而且也可承擔(dān)作用在罐體上的縱向力。因此，罐車(chē)的底架較其它貨車(chē)底架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有的罐車(chē)取消了底架，稱(chēng)為無(wú)底架罐車(chē)。本工程學(xué)士學(xué)位論文的研究課題就是通過(guò)對(duì)70t級(jí)輕、粘油無(wú)中梁重載罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選型和開(kāi)發(fā)思路作以論述，探討和總結(jié)無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的一般規(guī)律，從而對(duì)無(wú)中梁類(lèi)罐車(chē)的牽枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造提供幫助。本論文所作的主要工作如下：一、闡述國(guó)外無(wú)中梁罐車(chē)發(fā)展歷史，總結(jié)論述國(guó)外無(wú)中梁罐車(chē)牽枕裝置的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)，指明了我國(guó)無(wú)中梁罐車(chē)未來(lái)的發(fā)展方向；同時(shí)，對(duì)我國(guó)無(wú)中梁罐車(chē)從無(wú)到有的發(fā)展歷程進(jìn)行介紹，總結(jié)了我國(guó)無(wú)中梁罐車(chē)從運(yùn)

25、用實(shí)踐中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為70t級(jí)無(wú)中梁罐車(chē)設(shè)計(jì)提供借鑒。二、通過(guò)對(duì)國(guó)際上著名的鐵路運(yùn)營(yíng)公司實(shí)施重載貨運(yùn)的情況介紹，從重載運(yùn)輸采用的新技術(shù)、新成果以及重載運(yùn)輸帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景等方面，綜合分析和闡述重載貨運(yùn)的成功經(jīng)驗(yàn)和鐵路發(fā)展的重要意義，提出重載運(yùn)輸對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的要求。三、通過(guò)對(duì)70t級(jí)輕、粘油罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析，牽引梁和枕梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型，不同結(jié)構(gòu)方案的有限元對(duì)比分析計(jì)算，以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的計(jì)算研究，論述了無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的受力特性及一般規(guī)律，通過(guò)方案對(duì)比說(shuō)明選型的合理性。四、為了驗(yàn)證牽枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的可靠性，本文采用ansys有限元計(jì)算分析軟件，依據(jù)70t級(jí)貨車(chē)強(qiáng)度考

26、核標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)的牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元的靜強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)果表明牽枕結(jié)構(gòu)在各載荷工況下，各部件材料許用應(yīng)力能夠滿足tbt1335的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，反映了在不同工況條件下?tīng)空斫Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布特性。五、為提高車(chē)體抗疲勞設(shè)計(jì)水平、避免設(shè)計(jì)缺陷、提高產(chǎn)品可靠性，采用aar機(jī)務(wù)規(guī)程(第章新造貨車(chē)的疲勞設(shè)計(jì))車(chē)體疲勞設(shè)計(jì)方法，計(jì)算車(chē)體各部位在垂向、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)、車(chē)鉤垂向及縱向載荷譜作用下的疲勞壽命。評(píng)價(jià)車(chē)體疲勞壽命是否滿足使用要求、指出疲勞薄弱部位、給出疲勞壽命指標(biāo)、避免設(shè)計(jì)缺陷、提高產(chǎn)品疲勞壽命及其可靠性。1.1 國(guó)外無(wú)底架罐車(chē)的發(fā)展歷史無(wú)中梁罐車(chē)起源于德國(guó)，20世紀(jì)中期在美國(guó)開(kāi)始大量使用。目前，除部分裝運(yùn)腐蝕性介

27、質(zhì)的罐車(chē)外，大部分罐車(chē)(包括液化氣體罐車(chē))都采用無(wú)中梁結(jié)構(gòu)。前蘇聯(lián)、日本、南非、德國(guó)也向無(wú)中梁罐車(chē)結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。北美鐵道車(chē)輛中罐車(chē)占17，罐車(chē)的最初運(yùn)用應(yīng)歸功于賓夕法尼亞州米德維爾德densore兄弟。為了將賓夕法尼亞油田的原油高教地運(yùn)出，他們亍1865年將2個(gè)巨大的術(shù)桶放在平車(chē)上，安裝密封蓋后，這些車(chē)能裝載1325m3(3 5009a1)的油。隨著安全的提高和桶的有效運(yùn)用，這些“油罐車(chē)”立刻得到成功地運(yùn)用”。不久，隨著densmore設(shè)計(jì)的改進(jìn)和普及，一位發(fā)明者將2個(gè)桶合而為一，將桶縱向放在平車(chē)上。1869年，為防止桶板間的泄漏，賓夕法尼亞約克市的empire運(yùn)輸公司將鉚接的鐵罐直接安裝在木

28、制底架上而代替垂直的木桶。empire公司的車(chē)輛采用了這種設(shè)計(jì)型式，在以后的90年，普遍保持了該種型式。除了全金屬罐體外，在罐頂設(shè)有給貨物提供熱膨脹空間的空氣包、用于“呼吸”的氣孔和底部用于快速卸貨的閥門(mén)。這些車(chē)運(yùn)營(yíng)了多年，將原油運(yùn)輸?shù)綗捰蛷S，再將荷煉產(chǎn)品運(yùn)輸給批發(fā)高。正是在這一階段，“罐車(chē)”這一名詞開(kāi)始使用。1900年，隨著對(duì)更長(zhǎng)、更快列車(chē)的強(qiáng)烈需要，標(biāo)準(zhǔn)石油公司的john vandyke設(shè)計(jì)了1種全新的罐車(chē)，該罐車(chē)采用雙行鉚的鋼罐。為了利用更強(qiáng)的罐體，他廢棄了底架，把罐體直接鉚接在中梁的鞍座上，并直接放在轉(zhuǎn)向架上。牽引梁裝在鞍座上。盡管van dyke所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)證明是可行的，但僅有少量車(chē)

29、投入運(yùn)用，該車(chē)是現(xiàn)代無(wú)中梁罐車(chē)的前身。van dyke所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)起初并沒(méi)有得到人們真正的認(rèn)識(shí)，隨著設(shè)計(jì)手段的提高以及對(duì)罐車(chē)結(jié)構(gòu)的深入了解，對(duì)材料利用率的進(jìn)一步提高，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到這種結(jié)構(gòu)的所帶來(lái)的巨大價(jià)值，與有中梁罐車(chē)相比無(wú)中梁罐車(chē)有其無(wú)法比擬的優(yōu)越性。采用無(wú)中梁結(jié)構(gòu)最直接的效果是降低了自重，提高了罐車(chē)載重，降低了運(yùn)營(yíng)成本，提高了運(yùn)輸效車(chē)，簡(jiǎn)化了檢修作業(yè)。因此，從20世紀(jì)50年代以來(lái)在北美制造的所有罐車(chē)幾乎都是無(wú)中梁設(shè)計(jì)，并在aar機(jī)務(wù)手冊(cè)罐車(chē)分艇中對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳盡的規(guī)定和要求，這些都對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)的普及和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，目前無(wú)中梁罐車(chē)技術(shù)日趨成熟，已成為國(guó)際鐵路罐車(chē)的主型

30、結(jié)構(gòu)。但是，從無(wú)中梁罐車(chē)的運(yùn)用情況來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)也存在一定的事故隱患，在20世紀(jì)90年代初期，至少有1 2個(gè)梁斷裂發(fā)生在此時(shí)期的無(wú)中梁罐車(chē)上。1100輛車(chē)的檢查結(jié)果表明，疲勞斷裂絕大部分發(fā)生在這種設(shè)計(jì)的牽引梁與罐體連接處。因此，保證牽枕結(jié)構(gòu)的使用壽命?！保岣呓Y(jié)構(gòu)的可靠性，成為北美鐵路的關(guān)鍵課題”。為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)無(wú)中梁結(jié)構(gòu)，解決因疲勞造成的結(jié)構(gòu)失效，北美鐵路成立了一個(gè)委員會(huì)，這個(gè)技術(shù)委員會(huì)后來(lái)被稱(chēng)之為“牽引梁工作組(sswg)”。它的成員包括一些制造廠高和車(chē)主，fra、從r、鐵道發(fā)展學(xué)會(huì)(rpi)、加拿大運(yùn)輸公司以及化學(xué)制造高協(xié)會(huì)，該委員會(huì)雇用了相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的第三方項(xiàng)目管理的西南研究學(xué)會(huì)(sw

31、ri)，采用失效容限分析的方法對(duì)無(wú)中梁牽枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行全尺寸疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)驗(yàn)證試驗(yàn)，目標(biāo)是用試驗(yàn)方法驗(yàn)證失效容限分析研究辦法。通過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)有了更深入的了解，提出對(duì)每一罐車(chē)均要進(jìn)行失效容限分析的要求，目前此項(xiàng)工作仍在進(jìn)行中“”。至今，大型罐車(chē)已成為美國(guó)的主型罐車(chē)。法國(guó)使用110m的液氨和液化石油氣罐車(chē)，同本已推廣745m的液化石油氣罐車(chē)。在這些大型罐車(chē)中，不少采用無(wú)底架結(jié)構(gòu)，也有采用有底架結(jié)構(gòu)的。通常罐車(chē)可分為非壓力罐車(chē)、壓力罐車(chē)和其它罐車(chē)。非壓力罐車(chē)的罐體壁厚相對(duì)壓力罐車(chē)較薄，供通常情況下運(yùn)輸無(wú)危險(xiǎn)和低蒸發(fā)壓力、低介質(zhì)有毒液體貨物，也包括食物如液體糖和蔬菜油；化學(xué)品如

32、乙二醇乙烯、橡膠漿和硫磺；石油產(chǎn)品如燃料和潤(rùn)滑油及各種陶粘土泥漿。壓力罐車(chē)罐壁更厚，裝載高蒸汽壓力壓縮的、液化的商品，以及常溫下通常為氣體的物質(zhì)，這包括液化石油氣、氯氣、無(wú)水氨和二氧化碳5。1.1.1國(guó)外無(wú)中粱罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)國(guó)外研究無(wú)中梁罐車(chē)起步較早，20世紀(jì)中期無(wú)中梁罐車(chē)在美國(guó)開(kāi)始大量使用。經(jīng)過(guò)幾十年的運(yùn)用考驗(yàn)和理論研究，各罐車(chē)設(shè)計(jì)、制造廠先后西南交通大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 第6頁(yè)研制開(kāi)發(fā)了具有各自特點(diǎn)的無(wú)中梁罐車(chē)，積累了大量的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，形成了相關(guān)的無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)的從r標(biāo)準(zhǔn)“。幾種無(wú)中梁罐車(chē)的牽枕結(jié)構(gòu)，形式各異、各具特點(diǎn)，現(xiàn)將北美幾種常見(jiàn)的牽枕結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)介紹如下

33、：1.1.2 牽引粱腹板美國(guó)無(wú)中梁罐車(chē)為了提高罐內(nèi)運(yùn)輸介質(zhì)的卸凈車(chē)，方便清洗作用，罐體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從圓柱形筒體結(jié)構(gòu)向直角斜錐圓截面斜底罐體結(jié)構(gòu)和淺“v”形圓柱簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。改進(jìn)后罐車(chē)罐體底板由罐體兩側(cè)封頭處向中部?jī)A斜，早期的斜底罐體結(jié)構(gòu)采用直錐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)對(duì)罐體板材的前期下料、焊接等預(yù)處理工序要求較高，工藝相對(duì)較為復(fù)雜：為改善其工藝性，美國(guó)罐車(chē)又設(shè)計(jì)了淺“v”形圓柱簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，由兩截圓柱形筒體拼焊成對(duì)稱(chēng)布置的“v”形結(jié)構(gòu)。因?yàn)楣捃?chē)牽枕結(jié)構(gòu)是通過(guò)牽引梁與罐體底部牽引梁上蓋板焊接成為一體，因此隨著罐體形式的不同，牽引梁腹板各異，常見(jiàn)有“截面不變型”和“截面漸變型”兩種?！敖孛娌蛔冃汀睜恳褐饕糜趫A柱

34、形筒體結(jié)構(gòu)，“截面漸變型”牽引梁主要用于斜底罐體結(jié)構(gòu)和淺“v”形圓柱簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)。但罐體尾部的腹板均相同，呈線性遞減。1.1.3 前從板座美國(guó)罐車(chē)的前從板座結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了“焊接式前從板座”、“分體式鑄造前從板座”以及“一體式鑄造前從板座”等階段的改進(jìn)恤。車(chē)輛載重的不斷提高，萬(wàn)噸列車(chē)普遍開(kāi)行，車(chē)輛承受的縱向沖擊力不斷提高，使“焊接前從板座”經(jīng)常在從板座根部焊縫處出現(xiàn)焊接裂紋，影響到鐵路罐車(chē)的運(yùn)行安全。為保證運(yùn)輸安全，提高前從板座結(jié)構(gòu)的可靠性，解決焊接結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力較大的問(wèn)題，隨著鑄造水平的提高，鑄造材料的機(jī)械性能更加優(yōu)越， b級(jí)鋼、c級(jí)鋼材質(zhì)的“鑄造前從板座”被廣泛應(yīng)用到罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)中，很好地滿足了

35、因牽引力的不斷提高對(duì)前從板座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。同時(shí)，前從板座與牽引梁直接的連接形式也從原來(lái)的焊接連接變成拉擠鉚釘連接形式，采用鉚接結(jié)構(gòu)提高了前從板座的抗剪切性能，避免了因焊接裂紋造成的車(chē)輛檢修次數(shù)，同時(shí)方便了檢修作用。1.1.4后從板座和上心盤(pán)座隨著鑄造水平的提高和貫徹一體化設(shè)計(jì)的思想，北美鐵路罐車(chē)后從板座和上心盤(pán)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了較大的變化和改進(jìn)，由過(guò)去相對(duì)獨(dú)立的后從板座和上心盤(pán)座改進(jìn)成將后從板座和上心盤(pán)座鑄造成一體，有的罐車(chē)則將后從板座、上心盤(pán)座及上心盤(pán)鑄造成一體，通過(guò)焊接與牽引梁、枕梁連接起來(lái)共同承擔(dān)車(chē)輛載荷，這樣改進(jìn)的最大優(yōu)點(diǎn)是從設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)化了制造，節(jié)約了成本，同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)的可靠性；但是

36、，一體式結(jié)構(gòu)也對(duì)鑄件的質(zhì)量、焊接缺陷的檢驗(yàn)、控制以及檢修作業(yè)提出了更高的要求在美國(guó)通常對(duì)該部結(jié)構(gòu)實(shí)施與整車(chē)等壽命設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)、零檢修，當(dāng)然這樣做起來(lái)很不容易心“。1.1.5 枕梁結(jié)構(gòu)罐車(chē)所裝運(yùn)的介質(zhì)多為易燃、易爆、有毒、腐蝕等危險(xiǎn)的石油化工產(chǎn)品，罐車(chē)在運(yùn)行中的安全性和可靠性直接危及鐵路運(yùn)輸安全和鐵路沿線公民的生命安全。因此，北美鐵路一直致力于鐵路罐車(chē)的可靠性研究，降低因罐車(chē)事故對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞和人員、財(cái)產(chǎn)損失。 枕梁結(jié)構(gòu)是罐車(chē)的主要傳力和承力的安全部件，各生產(chǎn)廠均對(duì)枕梁的受力狀況進(jìn)行優(yōu)化分析和研究，設(shè)計(jì)出了多種型式枕梁，經(jīng)分類(lèi)匯總可分為以下幾種： 1“單腹板+側(cè)蓋板+頂車(chē)箱形”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1

37、1)。為natx公司的無(wú)中梁罐車(chē)枕梁結(jié)構(gòu)。由枕梁腹板、“7”形側(cè)蓋板和頂車(chē)用箱形結(jié)構(gòu)組成。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：側(cè)蓋板與枕梁腹板間的施焊空間小，對(duì)焊縫要求較高；采用雙腹板頂車(chē)箱形結(jié)構(gòu)，焊縫多，壓型件多，工藝性較差。在早期的無(wú)中梁罐車(chē)上使用。 圖11 2“單腹板+側(cè)蓋板(無(wú)頂車(chē)箱形)”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖12)。為celx公司。、relx公司的無(wú)中梁罐車(chē)枕梁結(jié)構(gòu)多采用單腹板側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)腹板和蓋板的強(qiáng)度、剛度有更高的要求。是無(wú)中梁罐車(chē)枕梁的主要形式之一。 圖12 3“單腹板+側(cè)蓋板+矩形型鋼起吊連桿(無(wú) 頂車(chē)箱形)”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖13)。該結(jié)構(gòu)在單腹板、側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了矩形型鋼起吊連桿結(jié)構(gòu)，在滿

38、足枕梁受力的同時(shí)，方便制造、檢修過(guò)程中的吊裝罐體作業(yè)(如gatx公司采用該結(jié)構(gòu)作為主型結(jié)構(gòu))。 圖134“單腹板(小)+頂車(chē)筋板和蓋板(無(wú)側(cè)蓋板) ”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖14)。該車(chē)枕梁在鞍座邊角處取消了側(cè)蓋板，枕梁僅由單腹板和下蓋板組成，為保證罐車(chē)在承受心盤(pán)沖擊、側(cè)滾、扭轉(zhuǎn)、頂車(chē)工況條件下的可靠性，因此枕梁腹板和下蓋板均被設(shè)計(jì)的比較強(qiáng)大來(lái)保證安全。 圖14 5“單腹板+短側(cè)管+下蓋板+頂車(chē)腹板”結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖15)。為改善側(cè)蓋板和無(wú)側(cè)蓋板單腹板枕梁鞍座邊角處的受力狀況，鞍座邊角處采用了圓管結(jié)構(gòu)，枕梁下蓋板下側(cè)焊接單腹板、頂車(chē)下蓋板結(jié)構(gòu)。 圖156“單惺板+下蓋板+側(cè)管支柱”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖16)。procor

39、公司的主型罐車(chē)采用單腹板、側(cè)管支柱結(jié)構(gòu)，用鋼管代替?zhèn)壬w板，既優(yōu)化了結(jié)構(gòu)、 簡(jiǎn)化了工藝，又提高了頂車(chē)工況的構(gòu)定性，改善了鞍座邊角處的應(yīng)力水平。 圖167“雙腹板+下蓋板+寬側(cè)蓋板”結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖17)。針對(duì)低重心、壓力罐車(chē)采用了雙腹板、寬側(cè)蓋板結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了枕梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，降低了鞍座邊角處的應(yīng)力水平，提高了牽枕結(jié)構(gòu)的可靠性。 圖17。1.2 國(guó)內(nèi)無(wú)底架罐車(chē)的發(fā)展歷史1.2.1 我國(guó)鐵路罐車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀解放后，隨著社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，特別是石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，要求鐵路車(chē)輛部門(mén)提供大量質(zhì)量良好的罐車(chē)，以解決運(yùn)能和運(yùn)量的矛盾。因此，我國(guó)鐵路車(chē)輛部門(mén)于建國(guó)后不久即著手設(shè)計(jì)、制造鐵路罐車(chē)。1953年以前

40、制造的罐車(chē)是仿照日偽圖紙進(jìn)行的。1953年以后開(kāi)始自行設(shè)計(jì)和制造。多年來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)踐、認(rèn)識(shí)及改進(jìn)，使罐車(chē)的技術(shù)性能逐步提高，結(jié)構(gòu)日趨完善。鐵路罐車(chē)從大結(jié)構(gòu)上可分為有中梁罐車(chē)和無(wú)中梁罐車(chē)。我國(guó)早期的罐車(chē)產(chǎn)品均為有中梁結(jié)構(gòu)，罐體通過(guò)罐帶和上下鞍結(jié)構(gòu)安裝在底架上，由中梁來(lái)傳遞牽引力。1953年設(shè)計(jì)制造的g50型輕油罐車(chē)和g10型濃硫酸罐車(chē)的底架，其中梁采用3008911.5的槽鋼和8mm厚的上、下蓋板，側(cè)梁采用200737的通長(zhǎng)槽鋼，兩枕粱之間設(shè)有兩對(duì)大橫梁。考慮到罐體的剛度比較大，罐體的自重與載重等垂直載荷絕大部分又是直接經(jīng)心盤(pán)傳給轉(zhuǎn)向架的；同時(shí)我國(guó)的鐵路車(chē)輛都是采用自動(dòng)車(chē)鉤和中央緩沖器來(lái)傳遞

41、縱向力的，中梁主要承受牽引力和沖擊力，這就給逐步簡(jiǎn)化罐車(chē)底架結(jié)構(gòu)提供了根據(jù)。1956年設(shè)計(jì)、制造的g50型輕油罐車(chē)，側(cè)梁改為140586的槽鋼。1957年設(shè)計(jì)、制造的g50型輕油罐車(chē)，端側(cè)梁改為200737的槽鋼，取消了兩枕梁間的側(cè)梁和兩對(duì)大橫梁及中梁下蓋板。1959年設(shè)計(jì)、制造的g50型輕油罐車(chē)，改變了枕梁兩端的罐帶座和頂車(chē)支架部分的結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用160637槽鋼的端側(cè)梁。多次改進(jìn)過(guò)的底架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的運(yùn)用實(shí)踐，表明它有著足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)它還具有自重輕、便于生產(chǎn)與檢修等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)鐵路有中梁罐車(chē)底架的主要結(jié)構(gòu)形式6。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展和焊接工藝水平的提高，同時(shí)考慮到罐體的強(qiáng)度和剛度

42、比中梁的強(qiáng)度和剛度大的多，縱向力可由罐體來(lái)承受，因此這就給設(shè)計(jì)制造無(wú)中梁罐車(chē)提供了依據(jù)。1958年以來(lái)，為了探索既適合運(yùn)用、方便檢修，又可減輕車(chē)輛自重的無(wú)中梁罐車(chē)結(jié)構(gòu)，先后共設(shè)計(jì)、制造了十余種無(wú)中梁罐車(chē)。我國(guó)的第一輛無(wú)中梁輕油罐車(chē)是大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠于1958年試制成功的(g60型輕油罐車(chē))。該車(chē)罐體采用3號(hào)普通碳素鋼焊接而成，各部分板厚為：上板9mm，端板llmm，除鞍座部分12mm外，底架中部11mm。罐體內(nèi)徑為2800mm端板曲率半徑為3500mm，端板過(guò)渡半徑為100mm。罐體總?cè)莘e為80.79m，空氣包為橢圓形。這種罐車(chē)共試制了兩輛，運(yùn)用兩年以后經(jīng)靜強(qiáng)度試驗(yàn)表明，無(wú)中梁罐車(chē)結(jié)構(gòu)是合理和可

43、行的，可以投入生產(chǎn)。但由于當(dāng)時(shí)水壓機(jī)設(shè)備的原因，大批生產(chǎn)罐體內(nèi)徑為2800mm的罐車(chē)尚有困難，因此，大連工廠于19601961年間又設(shè)計(jì)并批量生產(chǎn)了罐體內(nèi)徑為2600mm的g16型無(wú)中梁、無(wú)空氣包輕油罐車(chē)7。在總結(jié)無(wú)中梁罐車(chē)設(shè)計(jì)及制造等方面經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠和四方車(chē)輛研究所共同設(shè)計(jì)并試制成功了無(wú)空氣包、傾斜底、罐體內(nèi)徑為2800mm，端板曲率半徑為3500mm，端板過(guò)渡半徑為250mm，容積為80m的g19型無(wú)中梁輕油罐車(chē)。g19型輕油罐車(chē)試制完成后，在寒冷地區(qū)投入運(yùn)用，并進(jìn)行了靜強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果再次肯定了罐體是能夠承擔(dān)縱向載荷作用的。此后，大連工廠先后設(shè)計(jì)了罐體總?cè)莘e為110m的

44、dlh9型無(wú)中梁液化氣體罐車(chē)及援坦贊鐵路用的無(wú)中梁輕油罐車(chē)。1970年設(shè)計(jì)、試制了兩列g(shù)17a型無(wú)中梁粘油罐車(chē)專(zhuān)列，并投入運(yùn)用考驗(yàn)。與此同時(shí)，又設(shè)計(jì)并批量生產(chǎn)量容積為60m的g60a型無(wú)中梁輕油罐車(chē)。無(wú)中梁輕油罐車(chē)與有中梁輕油罐車(chē)相比，不僅降低了自重系數(shù)，而且罐體中心至軌面的距離也降低了3080mm，從而改善了罐車(chē)的運(yùn)行平穩(wěn)性。由于無(wú)中梁罐車(chē)取消了罐帶、罐體托板及墊木等，因此大大地減輕了自重并方便了制造和檢修，同時(shí)減小了木材的大量使用。 但均因計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期的種種原因沒(méi)有形成規(guī)模，并沒(méi)有針對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題做進(jìn)一步深化分析、研究和完善，直到20世紀(jì)九十年代初，油品的運(yùn)輸仍然以g60輕油

45、罐車(chē)和g17型粘油罐車(chē)為主；真正意義上的無(wú)中梁罐車(chē)的代表車(chē)型是2lt軸重的g70型輕油罐車(chē)以及隨后研制的g17b型粘油罐車(chē)，作為“鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃”項(xiàng)目，g70型輕油罐車(chē)由西安車(chē)輛廠與四方車(chē)輛研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)，通過(guò)試制和小批量的運(yùn)用考驗(yàn)后，針對(duì)生產(chǎn)和運(yùn)用中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了大量的分析研究工作，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度(特別是牽枕裝置及其與罐體的連接)和動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了大量計(jì)算、試驗(yàn)、研究及其他嘗試性試驗(yàn)工作，對(duì)牽枕結(jié)構(gòu)做了相當(dāng)多的探索和改進(jìn)，通過(guò)該車(chē)近十年的實(shí)踐運(yùn)用，使西安廠對(duì)無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)和掌握，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，截止2004年底該，車(chē)已累計(jì)生產(chǎn)8000輛，使我國(guó)鐵路罐車(chē)步入

46、了無(wú)中梁罐車(chē)時(shí)代，大量的輕、粘油改用g70和g17b型無(wú)中粱罐車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸：隨后開(kāi)發(fā)的2lt軸重g75型輕油罐車(chē)吸取了g70型罐車(chē)的成熟結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)借鑒美國(guó)同類(lèi)罐車(chē)的技術(shù)，牽枕裝置采用側(cè)管支柱結(jié)構(gòu)，罐體采用對(duì)稱(chēng)布置的圓截面直錐斜底結(jié)構(gòu)，提高了罐車(chē)的卸凈率，目前該車(chē)已成為繼g70型罐車(chē)之后，又一2lt軸重的無(wú)中梁主型輕油罐車(chē)；隨著中國(guó)鐵路實(shí)施跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路貨車(chē)向重載化、快捷化發(fā)展，根據(jù)鐵道部貨運(yùn)重載技術(shù)要求，西安廠又研制開(kāi)發(fā)了23t軸重的70t級(jí)無(wú)中梁輕、粘油罐車(chē)，成為中國(guó)鐵路罐車(chē)劃時(shí)代的產(chǎn)品8。下面將我國(guó)幾種有代表性的無(wú)中梁罐車(chē)牽枕結(jié)構(gòu)作以介紹。1.2.1.1 g16型輕油罐車(chē) g16型輕油

47、罐車(chē)是大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠1958年設(shè)計(jì)制造的我國(guó)第一輛無(wú)中梁輕油罐車(chē)的基礎(chǔ)上，于1960年1961年問(wèn)設(shè)計(jì)制造并成批生產(chǎn)的有效容積為50m3的無(wú)中梁輕油罐車(chē)。主要裝運(yùn)汽油、煤油、輕柴油等輕質(zhì)油類(lèi)的石油產(chǎn)品。由罐體、牽枕裝置、外梯、內(nèi)梯空氣及手制動(dòng)裝置、制動(dòng)吊、車(chē)鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等組成。 圖18 g16牽枕結(jié)構(gòu) 由a3鋼材制成的牽引梁、端梁、枕梁、端側(cè)梁等部件組焊成為一體的小底架，直接焊在罐體上以承受縱向力(見(jiàn)圖18)。 由于生產(chǎn)中的材料供應(yīng)關(guān)系，牽引梁結(jié)構(gòu)曾采用過(guò)三個(gè)方案：第一方案中的牽引梁上蓋板由一塊190065010mm的鋼板壓成與罐體外圓相符的弧面，直接焊在罐體底架上，牽引梁桿件采用300

48、9010的槽鋼，上翼板壓成符合上蓋板的弧面并與上蓋板焊接；第二方案中的牽引梁上蓋板和第一方案相同，而牽引粱是由14mm厚的鋼板焊成的l形桿件，總高為350mm，翼板寬為loomm；第三方案中的牽引梁上蓋板為1950x 65012mm的鋼板，牽引梁桿件由1450150115的工字銅割成總高為31的上形鋼，其伸出罐體部分焊有厚12mm、寬100mm的上翼板。 該車(chē)枕梁為雙腹板焊接到封閉箱形結(jié)構(gòu)，包角1200。上蓋板貼靠于罐體底板。牽引梁、枕梁上蓋板連接處的四個(gè)角都加焊了厚10mm的三角板。 該車(chē)在1960年成批生產(chǎn)并投入運(yùn)用后，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)部位的焊縫產(chǎn)生裂紋。1962年8月由鐵道部組織了工作組，調(diào)查

49、了從1960年10月至196年9月生產(chǎn)的53輛g16型輕油罐車(chē)。檢查后發(fā)現(xiàn)裂紋的焊縫多數(shù)是三角板與牽引梁、枕梁上蓋板連接處的焊縫；牽引梁腹板與上蓋板連接焊縫的端部結(jié)點(diǎn)；枕梁腹板與牽引梁腹板連接處的立焊縫。經(jīng)分析認(rèn)為：在結(jié)點(diǎn)處的裂紋原因是牽引梁用的代用材料多，前部又沒(méi)有上蓋板，結(jié)構(gòu)是不夠合理的；另外制造中，牽引梁腹板按罐體研縫切割時(shí)造成的凹坑及焊接時(shí)產(chǎn)生的弧坑未能消除，而導(dǎo)致結(jié)點(diǎn)處裂紋。其余部位的裂紋原因主要是當(dāng)時(shí)工藝流程混亂、制造質(zhì)量低，特別是焊接質(zhì)量差、檢驗(yàn)不嚴(yán)等造成的。如三角板與牽引梁、枕梁上蓋板的連接焊縫在生產(chǎn)過(guò)程中就不斷出現(xiàn)過(guò)裂紋。由于上述焊縫開(kāi)裂較多，為了慎重起見(jiàn)，鐵道部曾將g16型

50、輕油罐車(chē)改運(yùn)粘油。在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)期的運(yùn)用后，裂紋情況沒(méi)有擴(kuò)展，因而又恢復(fù)裝運(yùn)汽油。1.2.1.2 g19型輕油罐車(chē) 大連機(jī)車(chē)車(chē)輛廠和四方研究所在綜合g16型等無(wú)中梁輕油罐車(chē)有缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，于1965年設(shè)計(jì)了容積80m3、傾斜底、防腐蝕的g19型無(wú)中梁輕油罐車(chē)。它具有以下特點(diǎn)：一是容積大；二是采用下卸式排油裝置；三是傾斜底，油卸得干凈：四是罐體內(nèi)涂有防腐層，所以不會(huì)因銹垢而影響油品的質(zhì)量：五是罐體采用斜底結(jié)構(gòu)便于洗刷。從制造和運(yùn)用的實(shí)踐可以看出，g19型輕油罐車(chē)與g50、g60、g16等型輕油罐車(chē)相比較，不但裝載量大、運(yùn)用效車(chē)高、運(yùn)輸費(fèi)用低，而且在制造中可以節(jié)省大批鋼材。 圖19 g19(大連廠)

51、g19型輕油罐車(chē)的牽枕裝置是用09mn2低合金鋼板組合成的焊鉚結(jié)構(gòu)。牽引梁和枕梁均為lomm厚的鋼板。牽引梁是壓成l形的桿件，其腹板呈與罐體底板相同斜度的變高度斷面。牽引梁上蓋板呈燕尾形，它與罐體的連接部位為兩條寬120mm的燕尾，燕尾間距240mm，懸出部分是寬為480mm的平直板。燕尾壓成與罐體底板同心的弧面，兩者之間自然過(guò)渡。端部為平直板與端梁上翼板對(duì)接焊。枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)，蓋板及側(cè)蓋板都較以前設(shè)計(jì)制造的無(wú)中梁罐車(chē)的枕梁蓋板窄。枕梁端面也改小了，因而改善了制造工藝。枕梁外側(cè)設(shè)有頂車(chē)筋板。端側(cè)梁用厚度為5mm的鋼板壓成交高度的1形鋼，并焊有下翼板，組成變斷面的槽形結(jié)構(gòu)。采用鑄鋼從板座，后

52、從板座為整體式。 g19型無(wú)中梁輕油罐車(chē)試制完成后即于寒冷地區(qū)進(jìn)行了運(yùn)用考驗(yàn)，分別在一12、一20、一246的氣溫下，運(yùn)送70號(hào)汽油，油溫為一12、一9、一12。經(jīng)過(guò)一年半的運(yùn)用考驗(yàn)后，對(duì)該型車(chē)又進(jìn)行了靜強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果再次肯定了罐體是能夠承擔(dān)縱向載荷作用的，傳遞縱向載荷的牽引及枕梁裝置的結(jié)構(gòu)是比較合理的。該車(chē)截止1969年共生產(chǎn)量32輛，經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)用，1982年起對(duì)g19型罐車(chē)運(yùn)用情況進(jìn)行調(diào)查，先后走訪了修理廠及站、段檢修。調(diào)查結(jié)果反映：(1)底架因無(wú)中梁，便于鉆車(chē)檢修，作業(yè)條件好，對(duì)確認(rèn)車(chē)輛事故，更換配件都方便；(2)因罐底板為傾斜式，使殘油或蒸洗罐體的冷凝水能自動(dòng)匯集在罐體底部，卸

53、油干凈，無(wú)需人工掃聚清艙，減輕了體力勞動(dòng)；(3)容積大，2個(gè)g19可頂3個(gè)g60使用，減少了工人作業(yè)和勞動(dòng)強(qiáng)度。但調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，如個(gè)別車(chē)罐體與牽引梁上蓋板一、四位處有長(zhǎng)約20咖左右的焊縫開(kāi)裂，由于焊縫開(kāi)裂延及腹板造成大面積補(bǔ)強(qiáng)。再如手制動(dòng)操作部位太少，調(diào)車(chē)作業(yè)不方便等。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題修改了設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1總體尺寸及材質(zhì)變更。(1)改側(cè)梯為端梯，并增加了通過(guò)臺(tái)；(2)為保持總重不變，罐體長(zhǎng)縮短180mm。罐體總?cè)莘e受總重限制，改為794m3。端板距枕梁中心的距離由1670mm縮短為1340mm，加強(qiáng)了枕梁結(jié)構(gòu)。 2牽引梁長(zhǎng)度由29lomm增長(zhǎng)到3214mm。材料改用310型乙字型鋼牽引梁

54、尾部?jī)A角改為20。，增加了枕后的長(zhǎng)度。同時(shí)將枕梁下蓋板(中)進(jìn)行了加長(zhǎng)，側(cè)梁采用160型鋼。 3罐體與牽枕裝置的連接。為克服罐端板與牽引梁上蓋板連接處焊縫的開(kāi)裂，增加了楔形連接板，將牽引梁連接起來(lái)。 4心盤(pán)座結(jié)構(gòu)。心盤(pán)座開(kāi)裂是原g19存在的嚴(yán)重問(wèn)題。修改設(shè)計(jì)后，采用了c62a型敞車(chē)心盤(pán)座結(jié)構(gòu)，增設(shè)了一塊連接板將兩塊隔板連在一起，以達(dá)到加強(qiáng)的目的。其牽枕結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖29。該車(chē)枕梁采用單腹板結(jié)構(gòu)，包角1200；枕梁斷面減小，側(cè)蓋板變窄。牽引梁采用厚10mm的09mn2低合金鋼壓成l形，尾部斜直線，上蓋板為寬度120mm的燕尾形。存在的主要問(wèn)題是心盤(pán)隔板上沒(méi)有蓋板一心盤(pán)座焊縫開(kāi)裂嚴(yán)重。 1983年，西安車(chē)輛廠對(duì)原g19型輕油罐車(chē)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，其牽枕結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2一10。枕梁為單腹板結(jié)構(gòu)，包角120。，牽引梁采用310乙字鋼，上蓋板燕尾形，尾部斜直線。為了克服端板與牽引梁上蓋板連接處焊縫的開(kāi)裂，增加了