C_4Q1型米轨敞车车体设计

文章编号:100227602(2000)0520021203

C 4Q 1型米轨敞车车体设计

梁美玲

(戚墅堰机车车辆厂科研所,江苏常州213011)

摘　要:介绍了C 4Q 1型米轨敞车的主要技术参数和车体主要结构,并对其车体进行了静强度计算分析和结构优化设计。

关键词:米轨敞车;车体;设计;技术参数;结构中图分类号:U 272.2 文献标识码:B

为适应国际市场需求,戚墅堰机车车辆厂于1995年开始研制C 4Q 1型米轨敞车(见图1)。1997年7月完成样车车体试制,11月试制完成了2台转向架,12

月底,由铁道部科学研究院机辆所在昆明铁路局米轨线路上进行了动力学性能试验

,各项性能指标均符合

GB 5599—85

《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的要求。

图1　C 4Q 1型米轨敞车

1　主要技术参数(见表1)

表1　C 4Q1型米轨敞车主要技术参数

载重 t 40自重 t 1715容积 m 3

48比容

(m 3?t -1)112自重系数0143每延米重 t

4186构造速度

(km ?h -1)80通过最小曲线半径 m 145

限界符合《米轨铁路技术管理补充规程》规定的机车车辆限界

车辆定距 mm 7500车辆长度 mm 11838底架长度 mm 10900底架宽度 mm

2400

收稿日期:1998205218;修订日期:1999208213作者简介:梁美玲(1965—),女,工程师。

车辆最大宽度 mm 2742车辆最大高度 mm 2892车体内长 mm 10900车体内宽 mm 连铁处2284　上侧板处2390车体内高 mm

1850空车地板面距轨面高 mm 1029车钩中心线距轨面高 mm 825

门孔尺寸(宽×高) mm 下侧门孔1250×954　下侧门孔(端)

1050×954

2　车体主要结构

该车车体为全钢焊接结构,由底架、侧墙、端墙、车

门等部件组成。

底架钢结构主要由中梁、侧梁、端梁、枕梁、大横梁、小横梁等组成。中梁由材质为09V 的310乙型钢组焊而成,腹板内距为350mm 。枕梁为双腹板变截面箱形结构,上盖板厚8mm ,腹板厚8mm ,下盖板厚10mm 。大横梁为单腹板工字形结构,上盖板厚8mm ,腹板厚6mm ,下盖板厚8mm 。侧梁采用槽钢180mm ×70mm ×9mm ,小横梁为12号槽钢。底架上铺设厚7mm 的耐候钢地板。

侧墙为板柱式结构,由上侧梁、侧柱、侧板、连铁及侧柱补强板等组成。上侧梁采用槽钢140mm ×58mm ×6mm 。侧柱采用冷弯帽型钢。

端墙由上端梁、角柱、横带及端板等组焊而成。上端梁采用槽钢140mm ×58mm ×6mm ,横带采用冷弯型钢240mm ×140mm ×6mm ,角柱由槽钢140mm ×58mm ×6mm 与钢板组焊而成。

脚蹬铆接在车辆1、4位的下侧梁上,其上部的侧墙设置扶梯。

为提高装卸效率,下侧门孔尺寸适当加大,端部下侧门孔尺寸受结构限制,比其他下侧门稍窄些。

?

12?车辆产品与零部件

铁道车辆　第38卷第5期2000年5月

3　车体静强度计算

3.1　结构离散

利用I —D EA S 软件对车体进行静强度计算,首先要进行结构离散。建模时,取对称于车体中央纵断面的二分之一车体。

为了详细描述车体的实际结构,车体的所有梁、板、柱均采用板壳单元来划分网络。该模型可以把诸如侧柱内补强座这样的小构件也能用板壳单元描述清楚,使模型更加接近实际结构。该模型共用了5772个单元。

3.2　载荷的确定3.2.1　垂直载荷

垂直静载荷P j =40×1115+1015=5615(t ),动载荷系数K dy =[(a +bv ) f j ]+(c f j )。经计算,动载荷系数K dy =0139,则垂直总载荷P =P j (1+K dy )=5615×1139=7815(t )。

以上载荷在计算过程中,将车体自重用惯性加速度计入。如在垂直静载荷工况下,结构重力加速度为y

方向-91806m s 2×11226=-121019m s 2

,其中,11226为自重比(=车体实际自重 模型自重)。

由于有限元分析中建模时不考虑车体上非受力构件,故模型自重比车体实际重量轻。3.2.2　散装货物侧压力

散装货物侧压力的计算公式为:

P y =Χ

?y ?tan 2(45°-Α 2)式中:Χ——货物密度,取Χ=111t m 3

;

y ——堆装货物表面到计算压力处的垂直距离;

Α

——自然坡角,取25°。以tan 2(45-Α 2)=01406为系数,参照液体压力密度原理,根据所载散装货物的实际情况,计算出车体侧面每个节点处的实际受力,分别加在各单元上。3.2.3　纵向力、风力及离心力

由于该车为米轨敞车,其载重比准轨车辆小,所受纵向压缩力也小,故该车只取第一工况的纵向压缩力(为1200kN ,该力沿车钩中心线作用在车体底架的后从板座上)及纵向拉伸力(为1000kN ,该力沿车钩中心线作用在车体底架的前从板座上)。

风力按55kg m 2

大小均匀加在侧墙外侧。

离心力大小取结构重力加速度的715%,离心力

的方向同结构加速度一致。3.3　约束的设置

由于车体具有纵向对称平面,在对称载荷的作用下,在纵向对称面上的所有结点应加相应的约束力。

在对称面上将非对称位移约束为零,在两心盘处增加y 向约束。3.4　工况的组成

本计算设定3种工况:

工况一:垂直静载荷P j 。

工况二:垂直总载荷+侧压力+1200kN 压缩力+风力+离心力。

工况三:垂直总载荷+侧压力+1000kN 拉伸力+风力+离心力。3.5　计算结果及分析

根据TB 1335—78《铁道车辆强度设计及试验鉴

定规范》(以下简称《规范》)的规定,用工况一来评定车体刚度,用工况二、工况三来评定车体强度。

3.5.1　刚度评定

根据《规范》的规定,对于侧墙承载的车体挠跨比评定标准为:

中梁挠跨比=f z l 2≤1 1500侧墙挠跨比=f c l 2≤1

2000式中:f z ——中梁中央挠度;

f c ——侧墙中央挠度;

l 2——车辆定距。

该车为侧墙承载车体,则

中梁挠跨比=31717500=12022<

1

1500侧墙挠跨比=21657500=12830<

1

2000

故该车满足《规范》推荐的垂直弯曲刚度的要求。3.5.2　强度评定与分析

在工况二的组合载荷作用下,最大应力点位于牵引梁部位及枕后断面突变处,在牵引梁靠枕梁处,中梁的最大应力为141M Pa 。

在工况三的组合载荷作用下,载荷产生的最大应力点位于前后从板座之间的中梁腹板处。

枕梁主要承受垂直载荷并传递纵向力,其承受垂直载荷的应力均较对应的中侧梁各断面应力值要大。在工况二组合载荷作用下,枕梁靠近中梁根部的断面上的应力系同号应力叠加,为危险应力区,该处的最大应力值为84M Pa 。由于纵向力主要由枕梁传给侧墙和下侧梁,因此,枕梁与下侧梁连接处的应力较大。下侧梁采用18号槽钢,材料利用较充分,便于侧柱铆2排铆钉。在工况二、工况三作用下,在靠近车体中部的上翼缘处产生最大应力为72M Pa 。

侧柱采用单根冷弯帽型钢,加焊内补强座,强度基本满足要求。车体中间的侧柱下部应力较大,最大应力

?

22?铁道车辆　第38卷第5期2000年5月

为60M Pa。端梁靠近中梁下翼缘处应力最大,为9517 M Pa。

工况二、工况三的最大应力均小于《规范》规定的许用应力(157M Pa)。从车体各板壳单元的彩色应力图(略)可看出,该车辆的强度完全满足要求。

4　结构优化设计

由以上强度计算结果可看出,该车的车体结构强度完全满足要求,但还有一些部位的强度有富裕。为了减轻自重,使各部位受力分布更加合理,在保持原来结构形状不变的情况下,用I—D EA S软件对该结构进行优化设计,以达到进一步减轻自重的目的。

该车模型共建立了10个优化单元组,12个优化变量,通过尺寸重新设计,各组板单元厚度有不同的变化,得出最佳厚度尺寸及梁截面。

该车的刚度评定结果表明,中梁与侧墙的刚度差别很小,横向梁受力较小。由于该敞车为侧壁承载结构,垂直载荷通常由中梁沿横向梁传递给侧墙,为了使载荷分布较均匀,可适当减少横向梁刚度,使垂直载荷传递给侧墙。受中梁材料限制,该车只能选用310乙型钢作中梁,该梁无论强度还是刚度都富裕很大,

当减少大横梁、小横梁和端梁等横向梁的刚度,使中梁所承受的载荷通过横向梁传给侧墙。

优化结果表明:大横梁的上下盖板及腹板均可采用厚5mm钢板;小横梁可用10号槽钢代替原来的12号槽钢;端梁可采用厚6mm钢板;地板从强度和刚度方面分析也可适当减薄,但考虑到地板腐蚀、货物装卸时的碰撞及使用寿命等,仍采用厚7mm的钢板;对于该敞车的侧墙和端墙来说,侧板可优化为厚4mm钢板,并将4mm侧板压成凸出形状,既美观又增加刚度;侧柱用厚6mm板压制成变截面的帽型钢,即侧柱从上往下,帽形截面线性增大,因侧柱下部应力较上部大;上侧梁、上端梁可采用12号槽钢代替原来的14号槽钢;端墙横带截面尺寸可相应减少,用厚5mm钢板压成帽形截面,角柱用12号槽钢与厚6mm板拼成方形截面。

该车试制时,受所能选用的材料限制,自重稍偏大。通过对该车的静强度计算分析及结构优化设计,可以得出结论:采用新型冷轧型材,以及上述结构优化结果,可大大减轻该车的自重,使结构更趋合理。

5　结束语

该车结构合理,主要型钢板材均采用耐候钢,所有钢材均经过抛丸除锈预处理,表面涂层采用厚浆型底面漆,从而提高了防腐能力,使车辆的段修期从1a延长到115a,厂修期从5a延长到9a,延长了车辆的使用寿命。该车采用米轨自导向转向架,采用SKF C轴(5in×9in)滚动轴承,提高了车辆的动力学性能。该车动力学性能试验表明,其在70km h速度范围内,运行稳定性、平稳性、动强度等各项技术指标均良好,符合GB5599—85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的规定,满足米轨线路运行要求。

参考文献:

[1]　刘成立,张希原.平车底架结构设计要点浅论(上、下)[J].铁道车

辆,1995,33(7):33—38、33(8):41—46.

[2]　张文笔,周德义.5D轴敞车车体结构优化设计计算[J].铁道车

辆,1995,33(11):1—6.

[3]　铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站.C4Q1型米轨敞车

动力学性能试验报告[R].1997.

(编辑:杨调动)

1999年国家铁路主要指标完成情况(摘录)

项 目单　位1999年完成同比增长 %货运量万t156881214

　煤炭万t64900113

　晋煤万t19458418

货物周转量亿t?km12578216

客运量万人97725511

旅客周转量亿人?km　4046916

新线投产km　10401019

复线投产km　129311912

电气化铁路投产km 607-3816

新造客车辆　17801219

新造货车辆18054-2413

修理客车辆　3412-319

修理货车辆53532310

注:1999年数据除运输外均为统计速报数。

(摘自《人民铁道》2000203203.5版)

1999年度《铁道车辆》

优秀通讯员评选揭晓

本刊编辑部根据通讯员在通讯报道工作中的实绩,评选出1999年度优秀通讯员10名,现公布表扬。

陈伟(哈尔滨铁路局车辆处)、陈荣轩(灵山车辆段)、黄明安(阜新车辆段)、王春芳(郑州铁路局车辆处)、王国忠(北京铁路分局车辆分处)、陈建龙(上海车辆段)、徐延军(济南车辆段)、宿执宗(集宁车辆段)、程平(太原机车车辆厂)、肖乾佑(眉山车辆厂)

?

3

2

?

C4Q1型米轨敞车车体设计　梁美玲

ABSTRACT

A New M ethod to D eter m i ne L i near and Non-

L i near Cr itica l Speed of the Veh icle Syste m

W U P ing2bo,etc.

(m ale,bo rn in1968,lectu rer,T he State Key L abo rato ry fo r T racti on Pow er of Sou thw est J iao tong U n iversity,Chengdu610031,Ch ina)

Abstract:W ith the veh icle sp eed regarded as the slow ly changing p aram eter,a num erical m ethod w ith w h ich the linear critical sp eed,non2linear critical sp eed and the li m it hoop are calcu lated app rox i m ately is given.T he m ethod can also p lay a gu iding ro le in the ro lling and vib rati on test stand testing fo r hun ting stab ility of ro lling stock.W ith a h igh sp eed p assenger car as a p ractical exam p le,the p aram eters of the linear critical sp eed and non2linear critical sp eed are researched.

Key words:veh icle system;slow ly changing p aram eter;stab ility;critical sp eed

Severa l Po i n ts of V iew on the Auto ma tic

Fre ight Car Em pty and L oad Brake

Equ ip m en t and the M odel Selection

D EN G Zh i2m ing

(m ale,bo rn in1944,sen i o r engineer,Guangzhou R ail w ay Car W o rk s,Guangzhou510800,Ch ina) Abstract:V ia descri p ti on of the concep ts, classificati on of the freigh t car em p ty and load b rake equ i pm en t,the characteristics,advan tages, sho rtcom ings and feasib ility of the“tw o2step”and “step less”au tom atic em p ty and load b rake equ i pm en t are analyzed and discu ssed in detail.

Key words:freigh t car;air b rake;em p ty and load b rake equ i pm en t;m odel selecti on

Causes to the W heel Flange W ear

on Qua si-H igh Speed Pa ssenger Car

Bog ies and the I m prove m en tM ea sures

ZHAN G Hong

(m ale,bo rn in1965,Passenger Car D esign O ffice of Sifang L ocom o tive&Ro lling Stock W o rk s, Q ingdao266031,Ch ina)

Abstract:In view of the abno rm al w ear of w heel flange app eared on206KP typ e quasi2h igh sp eed bogies,the cau ses to the w ear are analyzed from the w heel diam eter difference,cu rve radiu s,tread con tou r,assem b ling erro r and w ear indexes.T he m easu res fo r i m p rovem en t are p u t fo rw ard.

Key words:p assenger car bogie;w heel flange;w ear;i m p rovem en t

Causes to the Fram e Crack i ng on Speed I ncrea sed Pa ssenger Car Bog ies and the Coun ter M ea sures

YAN G W en2yi,etc.

(m ale,bo rn in1950,engineer,Q ingdao D epo t of J inan R ail w ay B u reau,Q ingdao266002,Ch ina) Abstract:T he fram e crack ing on p assenger car bogies is increasing year by year after sp eed increase. In th is p ap er,th rough investigati on and analysis,the cau ses to the fram e crack ing are found ou t,and co rresponding coun ter m easu res are given ou t.

Key words:p assenger car bogie;fram e;crack ing; cau se;coun ter m easu re

Co m b i ned Heavy D uty Cars

CAO Yang

(m ale,bo rn in1956,sen i o r engineer,General Engineer O ffice of Zhuzhou Ro lling Stock W o rk s, Zhuzhou412003,Ch ina)

Abstract:T he design p lo t of the com b ined heavy du ty freigh t cars w ith differen t ax le num bers,w h ich are con sisted of42ax led bogies,load carrying cart and sp ecial underfram e acco rding to loading necessity,is given ou t.A nd several po in ts fo r atten ti on in developm en t of com b ined heavy du ty freigh t cars are p u t fo rw ard.

Key words:heavy du ty freigh t car;com b inati on; design;discu ssi on

S ma ll Self-Con ta i ned A ir-Cond itioner Sets

HU AN G Zhao2lin,etc.

(m ale,bo rn in1942,engineer,Ro lling Stock O ffice of YAN GCH EN G R ail w ay General Co rpo rati on.Guangzhou510100,Ch ina)

Abstract:T he typ es,m ain techno logical p aram eters,developm en t general of the s m all self2 con tained air2conditi oner sets fo r ro lling stock and p rob lem s ex isting at p resen t are described.T he developm en t p ro sp ect is analyzed.

Key words:locom o tive;ro lling stock;s m all self2 con tained typ e;air2conditi oner set;in troducti on

D esign of the C4Q1Type

M eter Gauge Gondola Carbody

L I AN G M ei2ling

(fem ale,bo rn in1965,engineer,Scien tific R esearch In stitu te of Q ishuyan L ocom o tive&Ro lling

Stock W o rk s,Changzhou213011,Ch ina)

Abstract:T he m ain techn ical p aram eters and the m ain carbody structu re of the C4Q1typ e m eter gauge gondo la car are described.A nd the static strength calcu lati on analysis and the structu re op ti m izati on design fo r the carbody are m ade.

Key words:m eter gauge gondo la car;carbody; design;techn ical p aram eter;structu re

Br ief D escr iption of the W a ter Supply and D ra i nage Syste m on200k m h Electr ica l Pa ssenger Tra i n

H E L i,etc.

(fem ale,bo rn in1963,sen i o r engineer,D esign O ffice of T angshan L ocom o tive&Ro lling Stock W o rk s,T angshan063035,Ch ina)

Abstract:D escribed are the new structu re cha2 racteristics of the w ater supp ly,drainage system and the design characteristics of the m ain system on h igh sp eed p assenger cars.

Key words:h igh sp eed p assenger car;air tigh t; w ater supp ly system;device

The T ightlock Vestibule D i aphrag m

for Ra ilway Pa ssenger Cars

W E I Yue2jin

(m ale,bo rn in1958,engineer,D esign O ffice of T angshan L ocom o tive&Ro lling Stock W o rk s, T angshan063035,Ch ina)

Abstract:T he structu re and p erfo rm ance characteristics of the tigh tlock vestibu le diap h ragm are described.

Key words:p assenger car;tigh tlock vestibu le diap h ragm;structu re;characteristic

D iscussion about D esign of D oor

L ock i ng M echan is m on Hopper Car

W AN G Shou2chang

(m ale,bo rn in1941,sen i o r engineer,Sifang Ro lling Stock R esearch In stitu te,the M in istry of R ail w ays,Q ingdao266031,Ch ina)

Abstract:Som e key techn ical po in ts in design of the lock ing m echan is m on hopp er cars at p resen t in Ch ina are analyzed and discu ssed.A nd suggesti on s are given.

Key words:hopp er car;lock ing m echan is m; design;discu ssi on

Co m puter Rea l T i m e M on itor i ng and M anage m en t Syste m i n Fre ight Tra i n I n spection

ZHAN G J ian2gong

(m ale,bo rn in1952,engineer,Ro lling Stock Secti on of Shenyang R ail w ay B u reau,Shenyang 110001,Ch ina)

Abstract:T he com p u ter real ti m e m on ito ring and m anagem en t system in freigh t train in sp ecti on is described.T h is system is con sisted of indu stry con tro l com p u ter,PL C p rogramm ab le con tro ller,single ch i p com p u ter and radi o rem o te con tro l equ i pm en t in the w ay of com b inati on of cen tralized and distribu ted netw o rk.T he design of softw are and hardw are and the app licati on p ro sp ect are expounded.

Key words:cen tralized con tro l;distribu ted netw o rk;radi o rem o te con tro l;train in sp ecti on; system

D evelop m en t of the Testi ng Stand

on Fre ight Car Bog ie Param eters

GAO L i2m in,etc.

(m ale,bo rn in1966,engineer,T echn ical Cen ter of Q iqihar R ail w ay Car(Group)Co.L td.,Q iqihar 161002,Ch ina)

Abstract:T he testing p rinci p les,m ain structu re, functi on,testing m ethods as w ell as the testing and research ing conditi on s of the testing stand on freigh t car bogie p aram eters are described.

Key words:freigh t car;bogie;p aram eter;testing stand

下 期 要 目

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