煤炭漏斗车运用与发展

何世球，刘凤伟，王宝磊

(南车长江车辆有限公司，湖北武汉430212)

煤炭漏斗车运用与发展

何世球，刘凤伟，王宝磊

(南车长江车辆有限公司，湖北武汉430212)

阐述了国内外煤炭漏斗车的运用状况及特点，提出了我国发展煤炭漏斗车应重点研究的几个技术问题。

漏斗车;运用;发展

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭资源分布和工业布局很不均衡，约80%的煤炭分布在西部、北部地区，而消耗大都在东部、南部地区，由此形成了由北向南、自西向东的运输格局。铁路运输因具有运能大、运距长、成本低、安全、节能、环保等优势，长期承担煤炭的运输。

铁路运输煤炭的装备主要是敞车和漏斗车。为提高货车利用率，我国以前一直强调发展通用型车辆，煤炭主要采用敞车来运输。煤炭漏斗车主要作为企业自备车辆供矿山、电厂、选煤、钢铁等企业运用。随着我国特高压输电技术的快速发展，加快矿区电厂建设成为必然趋势，这给适合于中、短途运输、具有卸货效率高，卸煤配套设施简单，辅助人员少及可以在较小的场地上集中卸货等特点的煤炭漏斗车带来良好的发展机遇。因此，总结国内外煤炭漏斗车的运用经验，探讨我国煤炭漏斗车发展方向十分必要。

1 国外煤炭漏斗车运用概况

世界各国都非常重视煤炭运输车辆的运用与研究［1］。从世界几个主要煤炭生产国来看，美国、澳大利亚、南非、加拿大等国家的煤炭运输车大多采用专用敞车和无盖漏斗车，其中，美国、澳大利亚煤炭漏斗车数量最多，技术最为先进、成熟。

(1)轴重、载重

提高轴重是提高载重、降低运营成本的有效措施，也是煤炭漏斗车的发展趋势。如美国轴重29.8 t、载重90～100 t的263型煤炭漏斗车已不再生产，而主要采用轴重32.43 t，载重107.3 t的煤炭漏斗车。澳大利亚的煤炭漏斗车轴重达到30 t，载重达到97.7 t。

(2)车体结构形式

国外煤炭漏斗车的车体结构形式主要有两种结构形式:板柱式侧墙结构(图1)和大圆弧包板式侧墙结构(图2)。美国主要采用板柱式侧墙结构，而澳大利亚主要采用圆弧包板式侧墙结构。大圆弧包板式结构较板柱式侧墙结构可以增大车辆容积，提高车体的整体刚度，降低车辆自重，降低车辆重心，改善车辆的动力学性能，因而应用越来越广。

图1 板柱式侧墙结构煤炭漏斗车

图2 圆弧包板式侧墙结构煤炭漏斗车

(3)车体材质

国外煤炭漏斗车车体材质普遍采用铝合金、不锈钢和高强度耐腐蚀材料。以美国、加拿大为代表的国家主要发展铝合金煤炭漏斗车，以澳大利亚、南非为代表的国家主要发展不锈钢煤炭漏斗车。

高强度、轻量化和耐腐蚀是煤炭漏斗车用材的发展方向。

(4)底门开闭机构

底门开闭机构是煤炭漏斗车实现卸货的传动部件。底门开闭主要有横向开闭和纵向开闭两种形式。国外煤炭漏斗车多数采用横向开闭。

煤炭漏斗车底门开闭及控制方式主要有风控风动、手动，电控风动，电控液动、储能式电控气动、机械触碰式等。就世界多数国家来说，使用风动动力源比较普遍。德国在自卸货车上安装了液压装置，法国则在漏斗车上使用了一种蓄能器作为动力源［3］。但自1992年澳大利亚Downer EDI Rail Pty Lt公司发明一种机械触碰式底门开闭机构后，这种利用机构上开关、门柄与地面碰头配合，实现底门自动开、关的机构在澳大利亚等国得到越来越广泛的运用。

(5)国外煤炭漏斗车主要特点

国外煤炭漏斗车的主要特点为轴重、载重大，轻量化水平及卸货效率高，底门开闭机构结构简单、实用、运用安全可靠。国外煤炭漏斗车主要技术参数性能如表1所示［1-2］。

表1 国外煤炭漏斗车主要技术性能参数

2 我国煤炭漏斗车运用概况

我国自20世纪70年代研制K18型煤炭漏斗车以来，煤炭漏斗车在我国逐步得到推广应用，先后研制了K18、K18F、K18D、K18DG、K18DA、K18AT、K18AK、KM70、KM80 (H)等型煤炭漏斗车。尤其在进入21世纪后，煤炭漏斗车的技术性能得到快速提升，较好地满足了电站、港口、选煤、钢铁等企业运输煤炭的要求。

2.1 轴重和载重

2005年以前研制生产的煤炭漏斗车轴重均是21 t，载重60 t。2005年研制的KM70型煤炭漏斗车轴重23 t、载重70 t。2009年开始研制、2013年完成研制的KM80(H)型煤炭漏斗车轴重27 t、载重80 t，实现了单车载重由70 t级向80 t级的跨越。

2.2 车体结构形式

我国煤炭漏斗车普遍采用板柱式侧墙结构。板柱式平板侧墙结构限制了车辆限界的利用，为此，KM80(H)型煤炭漏斗车采用了变截面板柱式侧墙结构以增加车辆容积。2009年研制的大轴重煤炭漏斗车(观摩车)借鉴国外先进技术，采用了大圆弧包板结构。

2.3 车体材质

煤炭漏斗车的车体材质主要经历了碳素钢、耐候钢、高强度耐候钢、高耐蚀型耐候钢、不锈钢等几个阶段。1999年之前生产的K18、K18F、K18D、K18DG型煤炭漏斗车车体均采用碳素钢，1999年至2005年间生产的K18DA、K18AT、K18AK型煤炭漏斗车车体均采用材质为09CuPTiRE－A的耐候钢，以提高车体的耐腐蚀性，延长检修周期。随着车辆载重的增加、车辆轻量化要求的提高，对车体材料的强度提出了更高的要求，2005年研制的KM70型煤炭漏斗车车体材质采用Q450NQR1的高强度耐候钢。由于装运的煤炭对车体腐蚀严重，耐候钢(09CuPTiRE－A)、高强度耐候钢(Q450NQR1)在使用中腐蚀仍然较严重。KM80(H)型煤炭漏斗车车体材质采用耐腐蚀性提高50%的S450EW高耐腐蚀型耐候钢。不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，2009年研制的大轴重煤炭漏斗车(观摩车)车体采用不锈钢材质。

2.4 底门开闭机构

底门开闭机构主要有3种形式:大刀式、顶锁式及机械触碰式。1980年前生产的K18、K18F型煤炭漏斗车采用大刀式开闭机构，1980年后研制生产的 K18D、K18DG、K18DA、K18AT、K18AK、KM70、KM80(H)型煤炭漏斗车采用顶锁式开闭机构，顶锁式开闭机构解决了大刀式开闭机构在使用过程中所暴露出来的重车时开门压力偏高、阻力大等不足，显著改善了底门的开闭性能。

2009年研制的大轴重煤炭漏斗车(观摩车)采用触碰式开闭机构，与地面触碰台配合实现边走边缷，提高了卸货效率。

2.5 我国煤炭漏斗车存在的主要问题

(1)自重系数大

K18系列及KM70型、KM80型煤炭漏斗车普遍存在自重系数大，K18系列自重系数0.4，KM70型、KM80型煤炭漏斗车自重系数分别为0.34和0.325，与国外的自重系数只有0.21的煤炭漏斗车相比，差距很大。

(2)每延米重系数小

K18系列及KM70型、KM80(H)型煤炭漏斗车普遍存在每延米重系数小，K18系列每延米重系数5.7 t/m， KM70型、KM80(H)型煤炭漏斗车重分别为6.5 t/m和7.2 t/m，与国外的每延米重8.01 t/m的煤炭漏斗车相比，有较大差距。

(3)开闭机构结构复杂

无论是大刀式还是顶锁式开闭机构结构都很复杂。顶锁式开闭机构包括风动操作系统和手动操作系统，传动装置分为上部传动装置和下部传动装置，零部件繁多，给运用、维护带来很大不便。

我国煤炭漏斗车主要技术参数性能如表2所示。

表2 我国煤炭漏斗车主要技术性能参数

3 我国发展煤炭漏斗车应研究的问题

中短途运输煤炭，用漏斗车最经济已成为国内铁路同行的共识，也为世界所公认。与敞车运煤相比，采用漏斗车运煤具有卸货场地占地面积小、卸货坑建设投资少(仅为翻车机卸货坑的32.71%)、卸货配套设施投资小(仅为采用翻车机的5.61%)、卸货成本低(比翻车机卸货节约0.27元/t)［4］，同时具有卸货效率高、车辆周转快、卸货设施对车辆损伤小等优势，因此应该推广采用漏斗车运煤。在我国发展煤炭漏斗车，应重点研究以下几个问题:

(1)车体结构形式

漏斗车车体结构一般采用板柱式平板侧墙、板柱式变截面侧墙及大圆弧包板式侧墙结构。

板柱式平板侧墙结构不利于车辆容积的增加，但制造工艺简单。板柱式变截面侧墙结构能增加车辆容积，但制造工艺相对复杂。大圆弧包板式结构在3种结构形式中增加容积最大，利于货物流动，但因在煤炭未缷净时(在寒冷的冬季卸煤时常常有积煤情况发生)需要锤击侧墙才能卸出货物，锤击会造成侧墙大面积难以修复的凹陷变形，且用锤击方式卸冻煤时效果较差。

板柱式平板侧墙结构因有较为密集的侧柱支撑，侧墙在水平方向的刚度较大，其振动频率较高，在使用锤击方式卸冻煤时效果较好，加上侧柱之间的侧板面积较小，敲击只会产生密集的凹坑和局部凹陷，在检修时也容易修复。

因此，需研究采用既能有利于车辆容积的增加，又可避免大圆弧包板式结构不足的新型车体结构形式。比如侧柱内置式直板圆弧结构，增加容积效果比大圆弧包板式结构更好，同时，因有内置侧柱，锤击振动效果好，墙板变形后容易修复。

(2)车体材料

如前所述，煤炭漏斗车的车体材料，目前主要采用高强度耐候钢、高耐蚀型耐候钢、不锈钢及铝合金，耐候钢已较少采用，碳素钢已不再采用。

高强度耐候钢强度高，制造成本低，工艺成熟，但不能实现车辆使用寿命期内免截换。高耐蚀型耐候钢耐腐蚀性能比高强度耐候钢提高50%，强度高，但制造成本比高强度耐候钢高，也难以实现车辆使用寿命期内免截换。不锈钢耐腐蚀性好，可减薄墙板厚度，减轻车辆自重。不锈钢已在我国多个车型上成功运用多年，在2009年研制的观摩车及随后研制的用于晋中南通道上大轴重煤炭漏斗车均采用不锈钢车辆，制造工艺成熟，且具有比铝合金更好地货物流动性，但制造成本较高。铝合金主要应用于美国，在我国C80型敞车已运用多年。铝合金耐腐蚀性好、质量轻，易于实现车辆的轻量化。铝合金相对不锈钢而言，需采用大型加压成型加工设备，成本比铁素体不锈钢高。同时，在运用中如出现墙板裂纹等问题，修复难度较大。

在煤炭漏斗车车体材料方面，防腐是一个重要的条件。漏斗车采用何种材料，需综合研究材料的防腐性能、强度、制造成本、工艺性、检修便捷性、抗砸性等，选用适合我国运输环境、制造水平相适应的材料。

(3)卸净率

卸净率直接关系漏斗车的卸货效率，在实际使用过程中，由于煤卸不干净，经常需人工敲打侧墙或采用其他方式进行人工清煤。卸净率与车体结构、车体墙板和漏斗板材质及倾斜角度、底门大小及开度、煤炭颗粒的大小、煤炭的含水率、车辆运行里程等密切相关。应采用仿真分析和试验研究相结合的方式，研究不同种类、不同颗粒大小的煤炭与车体结构、车体墙板和漏斗板倾斜角度、底门大小及开度的关系及变化规律，来指导漏斗车的结构设计。

(4)底门开闭机构

底门开闭机构的驱动方式主要有气动、液压、电气、人力和触碰等形式。气压传动的优点是工作环境适应性好，特别是在多尘埃等恶劣工作环境中，比液压、电气驱动优越，因此在铁路货车上得到了广泛应用。液压传动具有输出功率大、体积小、质量轻、结构紧凑等优点，且便于与电气控制相配合，实现自动化。其缺点是在高温和低温条件下不可避免出现泄漏，影响机构工作性能。电气驱动具有结构简单、效率较高，可以根据设定参数实现精确控制，但是需要地面设施供电，仅适用于定点卸货的车辆。触碰式横向开门开闭机构的优点是结构简单、无需操作、卸货效率高，在澳大利亚等国得到广泛应用。

大刀式、顶锁式机构采用的是气压驱动，但使用中已暴露出结构复杂、自重大等不足。液压传动机构不适合我国的运用环境，电气驱动不适合我国国情，触碰式横向开门开闭机构结构最简单，卸货效率高，但由于我国现有的卸货场地均是与纵向卸货方式匹配，因此也不适合我国现有的卸货条件。

我国煤炭漏斗车是企业自备车，虽然固定配属，但用户和承修单位很难对车辆的运营过程进行监控，造成现车气控装置很多配件被盗，无法采用气动操作，只能人工操作。另外列检所对漏斗车只对转向架、制动装置、钩缓装置进行检查、维修，其他部分由企业和承修单位负责，在实际运用中底门开闭机构的技术状态得不到跟踪。底门开闭机构过于复杂不利于车辆运用部门使用，也不利于车辆检修部门和列检部门对车辆故障的判断和修理。因此，我国煤炭漏斗车底门开闭机构的发展方向应是结构简单、防盗性能好、操作简便、运行可靠、卸货效率高。

4 结束语

应借鉴国外触碰式开闭机构等先进技术，研究适应我国运用要求的纵向开门、外侧卸货、触碰式开闭底门的开闭机构，解决顶锁式机构结构复杂、自重大、机构占用车辆端部空间大、防盗性差、卸货效率不高等不足，促进煤炭漏斗车在我国的应用。

［1］ 田葆栓.铁路运煤车辆的运用与展望［J］.中国铁路，2005 (10):38-41.

［2］ 谢松云，周菊香.浅谈煤炭漏斗车的发展［J］.铁道车辆，1994(11):26-30.

［3］ 田葆栓，魏鸿亮，刘凤伟.我国铁路货车车体的回顾与展望［J］.铁道车辆，2013(12):25-35.

［4］ 王 军，陈光平，宋郁珉.专业煤炭码头接卸底开门漏斗车的试验研究［J］.港口装卸，2010(4):14-15.

Application and Development of Coal Hopper Wagon

HE Shiqiu，LIU Fengwei，WANG Baolei
(CSR Yangtze Co.，Ltd.，Wuhan 430212 Hubei，China)

This paper describes the application state and characteristics of coal hopper wagons at home and abroad，and proposes several technical problems which should be focused on for the development of coal hopper wagons in our country.

coal hopper wagon;application;development

U272.6+2

B

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.13

1008－7842(2015)01－062－04

4—)男，高级工程师(

2014－07－24)