出口阿根廷22t轴重准轨通用敞车的研制

孙奎峰 丁陈

摘 要：阐述了出口阿根廷的22t轴重的准轨通用敞车的主要特点、技术参数、主要结构，介绍了该车静强度、疲劳及动力学分析计算和相关试验情况。

关键词：通用敞车；技术参数；结构；计算分析；试验

出口阿根廷的22t轴重准轨通用敞车是济南轨道交通装备有限责任公司（以下简称济南公司）为阿根廷贝尔格拉诺货运线路改造项目研制生产配装控制型转向架的通用型敞车。该车于2015年3月完成车辆设计；同年4月完成设计方案及技术分析文件确认；2015年5月完成样车试制、试验。

1 主要用途

22t轴重准轨通用敞车用于在阿根廷轨距1435mm铁路干线上运行，主要用于装运煤炭、矿石、建材、机械设备、钢材及木材等货物；同时具备单车运输2个20ft标准集装箱或1个40ft标准集装箱的能力。

2 主要技术参数

3 主要结构

出口阿根廷的22t轴重准轨通用敞车主要由车体、制动装置、车钩缓冲装置、转向架等部分组成（图1）。

3.1 车体

车体为整体框架式承载全钢焊接结构，主要由底架、侧墙、端墙、车门等组成。主要型钢和板材均采用Q450NQR1高强度耐侯钢。

底架采用全钢焊接结构，由中梁、枕梁、侧梁、端梁、横梁、小横梁、纵向梁、地板等组焊而成。中梁采用材质为YQ450NQR1的热轧310乙字型钢。枕梁、横梁组成为板材组焊变截面箱型结构；枕梁端部设有顶车垫板。采用240×80×8mm的冷弯槽型下侧梁。侧梁外侧靠近枕梁处设有4个吊耳，满足重车（含转向架）整体起吊。底架上铺6mm厚耐候钢地板。

侧墙为板柱式结构，由上侧梁、侧柱、上侧板、侧柱连铁、斜撑、侧柱加强板及侧柱内补强座等组焊而成。上侧梁采用冷弯矩形钢管，侧柱采用帽形冷弯结构。

端墙由上端缘、角柱、横带及端板等组焊而成。上端梁、角柱采用采用160mm×100mm×5mm的冷弯矩形钢管，横带采用断面高度为150mm的帽型冷弯型钢。车体两侧的侧墙上各设一对侧开式侧开门及6扇上翻式下侧门。

3.2 制动装置

制动装置由空气制动装置和手制动装置两部分组成。采用符合AAR标准的空气制动装置。空气制动装置满足主管压力70psi（483kpa）的要求。主要由DB-60型控制阀、保持阀、双室风缸（副风缸和紧急风缸）、EL-60型空重车阀、均衡风缸、组合式集尘器及截断塞门、10"×12"制动缸、KRD-482双向闸调器、球芯折角塞门、软管连接器等组成。手制动装置采用手轮直径560mm的B型NSW型手制动机。全车制动倍率7，空车制动率在15%-32%之间，重车制动率在8.5%-10%之间，手制动制动率大于10%。符合AAR S401-1981《制动设计要求》。

3.3 车钩缓冲装置

采用E级钢13B型下作用车钩及配套使用的13B型锻造钩尾框，合金钢钩尾销，MT-2型缓冲器。

3.4 转向架

采用1435mm轨距22t轴重的铸钢三大件控制型转向架（图2），主要由轮对组成、侧架组成、减振装置、摇枕组成、基础制动装置、弹簧悬挂装置、轴承、承载鞍、旁承等零部件组成。

该转向架采用宽斜楔，中央弹簧为两级刚度，采用常接触弹性旁承；摇枕、侧架采用B+级钢；采用符合AAR M-934标准的6″X11″E级双列圆锥滚子轴承；采用辗钢整体车轮，车轮材质为CL60，车轴材质为LZW钢；采用下拉杆制动方式、组合式制动梁、符合AAR M-926规定的AAR H4高摩合成闸瓦。

图2 阿根廷准轨控制型转向架

4 主要特点

（1）车体采用低自重、高可靠性的轻量化技术。车辆冷弯型钢使用率占型钢品种的80%以上，通过设计合理的断面形状，优化结构重量，提高了强度储备。通过三维设计、有限元分析计算、疲劳寿命分析预测优化结构，实现了车体轻量化设计目标。（2）车辆满足集装箱运输工况，对集装箱角件可能覆盖的敞车地板区域进行对称性补强，提升了敞车地板对集装箱重箱角件区域的抗磕碰能力。（3）车辆采用技术成熟的铸钢三大件式低动力作用控制型转向架，结构简单，检修方便。（4）转向架摇枕采用双固定杠杆支点座方案，可实现转向架摇枕检修无区分互换，检修方便。

5 计算分析

5.1 车体静强度计算

济南公司利用Hypermesh 12.0和Ansys 14.5等分析软件，按照TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及鉴定规范》（以下简称“规范”）结合《阿根廷准轨通用敞车技术条件》（以下简称“技术条件”）的要求，对车体结构进行了有限元分析计。

车体结构进行了基本工况以及冲击、顶车、叉车、集装箱、均布集中载荷、对称集中载荷等的计算分析。

计算结果表明：车体结构各部位在各静强度工况下的Von Mises应力均小于对应材料的许用应力，因此车体结构的静强度满足《规范》考核标准的要求。

由于阿根廷NEFA标准中准轨车辆在第二压缩工况（3114KN）及冲击工况（3892KN）与《规范》的载荷存在差异；济南公司按照阿根廷NEFA标准进行了第二压缩工况及沖击工况校核性分析计算。

分析结果显示：在3114KN压缩和3892KN冲击组合工况下，底架上最大应力分别为284.2MPa、337.4MPa，均位于枕梁下盖板处。以上工况均满足NEFA标准和《规范》的要求。

5.2 车体刚度计算

在车辆垂向静载荷（敞车考虑1.15倍的雨雪增载）的作用下进行整车刚度计算分析（图3），车辆中梁挠度为3.83mm，侧梁挠度为3.40mm，满足《规范》的挠跨比要求。车辆在集装箱工况、集载工况的刚度也均满足《规范》的要求。

5.3 疲劳寿命分析

为提高产品可靠性，济南公司对车体进行了疲劳寿命分析。分析采用Ansys 14.5软件，以TB/T1335-1996《规范》结合AAR M 1001-2011第7章“新造货车疲劳设计”中的敞车载荷谱（垂向心盘浮沉载荷谱、纵向车钩载荷谱及车体扭转载荷谱）为依据，选用与车体结构焊接接头和焊接细节相当的疲劳S-N曲线，采用疲劳损伤理论估算车体在这些载荷下的疲劳损伤。

计算结果表明：该车车体钢结构各部位的疲劳寿命均大于500万km的设计寿命要求。

5.4 动力学分析

以GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》（以下简称GB/T5599）为依据，利用SIMPACK 9.5软件对该车进行了蛇行稳定性、直线运行品质及安全性、曲线通过时的安全性等性能在空车和重车时的动力学性能分析结果如下：

（1）阿根廷转向架蛇行失稳临界速度空车为133km/h，重车为115km/h，运行稳定性均满足车辆试验速度高于设计速度110%的要求。

（2）车辆在Ⅴ级谱上，运行速度在110km/h范围以内各项运行评判指标均满足GB5599-85的要求。

（3）车辆通过90m、150m和300m半径曲线时计算的各项指标均满足GB5599-85的要求。

6 试验

6.1 车辆静强度试验

参照《规范》及技术条件，济南公司对样车进行了静强度试验。试验内容包括：纵向载荷、垂向载荷、顶车载荷、扭转载荷、散装货物侧压力、集装箱载荷、集中载荷、垂向弯曲刚度等。经过试验，济南公司对试验数据与有限元分析结果进行了对比分析，结果显示，相同节点的试验和计算误差在2%以内，属于可接受的偏差。证明该车的有限元分析是正确的和可以接受的。

6.2 单车试验

车辆按照单车试验大纲进行了单车试验，项点包括：充气、泄露、缓解感度、制动缸泄露、制动安定性、紧急制动、手动缓解等。實验结果表明，制动系统各项性能均满足设计要求。

6.3 模拟曲线通过试验

济南公司在试验车间对该车在90m曲线上的弹簧压死的情况下进行试验。试验结果显示，转向架与车体间没有发生干涉，车辆间的软管没有造成拉扯和打结现象，表明该车曲线通过能力满足设计要求。

6.4 闸瓦压力试验

济南公司对该车进行了静态闸瓦压力试验。试验结果表明：空重车静态制动率、手制动系统重车静态制动率均满足AAR S401-1981的规定。

6.5 冲击试验

冲击试验按照《规范》及试验大纲的要求进行，由于阿根廷没有驼峰编组的工况，要求试验车钩力不小于2250KN。在进行车钩力最大值为2500KN的试验后对车辆进行检测，未发现裂纹和焊缝开焊等永久破坏，表明该车满足设计要求。

7 结束语

济南公司研制生产的出口阿根廷的22t轴重准轨通用敞车样车通过了相关计算分析及试验的验证，证明其各项性能均满足设计要求。

参考文献

[1]济南轨道交通装备有限责任公司.阿根廷准轨通用敞车静强度、刚度及疲劳分析报告[R].2015.

[2] 济南轨道交通装备有限责任公司.阿根廷准轨通用敞车动力学分析报告[R].2015.

[3] AAR研究试验部报告R-387.关于制定疲劳设计使用的缺陷-品质判据的AAR指南的说明.2015.

[4]济南轨道交通装备有限责任公司.阿根廷准轨通用敞车冲击试验报告[R].2015.

[5]济南轨道交通装备有限责任公司.阿根廷准轨通用敞车静强度试验报告[R].2015.