出口澳大利亚GWA公司30 t轴重煤炭漏斗车的研制及技术创新

李晓伟，张俊林，赵天军

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 大连研发中心，辽宁大连 116052)

2017年8月中车齐齐哈尔车辆有限公司与澳大利亚GWA公司签订了204辆30 t轴重煤炭漏斗车采购合同，进行了30 t轴重煤炭漏斗车的研制。

1 研制过程

出口澳大利亚GWA公司30 t轴重煤炭漏斗车(见图1)在澳大利亚新南威尔士州轨距为1 435 mm的线路上运行，采用固定编组运输煤炭，采用地面设备卸货，可实现边走边卸的卸货过程。

图1 出口澳大利亚GWA公司30 t轴重煤炭漏斗车

2017年10月中车齐齐哈尔车辆有限公司完成了该车方案设计，并对车体结构强度、疲劳等进行了计算分析。2018年2月完成试制和各项试验。2018年5月完成车辆整备，2018年5月运抵澳大利亚进行运用考验。

2 主要技术参数

总重/t 120

自重/t ≤23.5

轴重/t 30

容积/m3106.6

轨距/mm 1 435

车辆长度(每组)/mm 61 430

车辆定距/mm 11 810

车辆最大高度(空车，新轮)/mm 4 120

车辆最大宽度/mm 3 000

车钩中心线高(空车)/mm 910

装货口尺寸/(mm×mm) 1 745×14 156

卸货口尺寸/(mm×mm) 500×2 357

转向架固定轴距/mm 1 830

车轮直径/mm 920

旁承中心距/mm 1 270

商业运行速度

空车/(km·h-1) 100

重车/(km·h-1) 80

制动率

空车/% <35

重车/% ≥13

车辆通过最小曲线半径/m 80

限界：符合WOS 01.110之4.12 “窄漏斗”车辆限界尺寸的要求。

3 主要结构

每4辆煤炭漏斗车编为一组，组内车辆之间采用牵引杆、MT-2缓冲器连接，每组车的两端装用EF车钩和MT-2型缓冲器。单个车辆由车体、底门及开闭装置、制动装置、连挂缓冲装置、转向架等组成。主要结构如图2所示。

3.1 车体

车体为全钢焊接结构，主要由底架、侧墙、端墙等组成。底架的牵枕组成和中梁采用屈服强度为450 MPa的Q450NQR1材质，与煤接触的侧墙、端墙、隔板、大横梁、脊背、端漏斗板、侧漏斗板以及上下侧梁和端柱采用屈服强度为350 MPa的T4003不锈钢，与煤接触的中梁采用T4003不锈钢包裹进行防腐。

1-底架组成(1)；2-30 t轴重ZK1-K型转向架；3-侧墙组成；4-底门组装；5-底门开闭机构;6-30 t轴重ZK1-K型转向架；7-底架附属件；8-底架组成(2)；9-端墙组成；10-标记；11-底架组成(3)；12-风制动装置；13-牵引杆装置；14-手制动装置；15-底架组成(4)；16-车钩缓冲装置。图2 出口澳大利亚GWA公司30 t轴重煤炭漏斗车

底架主要由牵枕装置、中梁、大横梁、脊背、端漏斗板、侧漏斗板等组焊而成。侧墙由大圆弧形侧墙板、上侧梁、下侧梁、隔板、支撑梁等组焊而成。端墙由端墙板、横带、端柱、V形支撑板、支撑梁等组焊而成。

底架两端的端梁上各装有2个紧急牵引座。车体枕梁外端设有4个顶车位及起升吊耳。车体端部装有扶手，首车端部设有横向通过台和栏杆。

3.2 底门及开闭机构

底门及开闭装置主要由底门和底门传动机构组成。

底门主要由6061-T6铝合金型材组焊而成，通过折页安装在车辆底架上，底门沿轨道横向布置。

底门传动机构为四连杆机构，通过连杆机构偏心距的设置将门锁闭，主要由开关门连杆、传动轴、双联杠杆、底门连杆等组成。轴支座与底架大横梁焊接，轴承座与轴支座之间采用螺栓连接。

3.3 空气制动装置

空气制动装置采用Wabtec公司独立式有线电控空气制动系统(ECP)。车组内两辆车共用一套ECP。制动系统主要由ABDX控制阀和风缸组成、单排风折角塞门、集尘器、放风阀、ELX型空重车传感阀、车端软管、车间连接软管等零部件组成，采用的Wabtec 305×305制动缸和调整范围为483 mm的2300DJ型闸瓦间隙调整器。基础制动装置传统杠杆传动。

每辆车的端部安装有空气制动软管和电缆连接器；每组车的空气制动管的端部安装有具有排风作用的折角塞门。

3.4 手制动装置

每辆车上安装有一个4493B-Ⅱ型手制动机，并能控制2个转向架。手制动轴与车辆纵向中心线垂直，在车辆两侧均能操作手制动机。主车、从车手制动机均安装在牵引杆端。采用非金属手制动轮。

3.5 牵引缓冲装置

每组车辆两端装用EF型车钩、MT-2缓冲器、17型锻造钩尾框、配套17型钩尾销和从板；组内车辆之间采用FW-2型牵引杆、MT-2缓冲器连接，牵引杆长1 150 mm。

3.6 转向架

采用30 t轴重ZK1-K型四连杆准径向铸钢3大件式转向架。转向架采用四连杆弹性连接装置；采用八字形轴箱橡胶弹性定位垫；车轴材料为AAR M-101的F级；采用BM级钢整体辗钢车轮，车轮踏面形状为WPR2000型；采用符合AAR M-934的K型6 1/2X9 双列圆锥滚子轴承；摇枕和侧架采用符合AAR M-201的B+级钢铸造,在摇枕上直接铸出一体式下心盘，采用折头螺栓将不锈钢摇枕斜面磨耗板安装在摇枕上，采用卡入式侧架滑槽磨耗板，侧架立柱磨耗板采用折头螺栓安装；采用二级刚度中央弹簧悬挂装置，弹簧材料为60Si2CrVAT；采用变摩擦减振器及组合式斜楔，斜楔材料为贝氏体球墨铸铁，斜楔主摩擦板采用高分子材料制造；基础制动装置为下拉杆式单侧闸瓦制动装置，采用符合AAR标准的H4型高摩合成闸瓦；采用符合AAR M-948的STUCKI RetroXT 4500型长行程常接触弹性旁承。

4 关键技术及创新

(1)每4辆煤炭漏斗车编为一组，轴重30 t，总重120 t，提高了车辆的运输能力。

(2)车体侧墙隔板采用矩形管支撑，车内增加纵向加强梁，大横梁采用横向梁，枕梁采用双腹板结构，牵引梁腹板及下盖板增加补强板。这些结构形式大大增强了车体强度，满足纵向拉伸、压缩载荷为2 220 kN工况下对车体强度的要求。

(3)端横梁采用压型结构，使端板与端漏斗板实现搭接配合，降低组装难度，提高了制造工艺性。

(4)采用地面机械碰撞式底门开闭机构，在卸货场地行驶中实现自动卸货，卸货效率高，运营成本低。

(5)在既有成熟结构基础上，对底门及开闭机构进行了优化，改善了底门偏心距、门缝调整困难的问题；开门臂、关门臂采用箱形组焊结构，提高弯曲刚度；优化轴承结构，防止门轴卡死。

(6)采用WABTEC公司独立式电控空气制动系统，提供了车辆的制动效率，降低了车辆间的纵向力，从而提高了车体及钩缓系统的使用寿命，减少了车辆检修工作量。

(7)采用EF-X小间隙车钩，MT-2型缓冲器，FW-2型牵引杆，满足既有货车连挂要求。

(8)车辆磨耗部位采用可拆卸磨耗件，制动及附属件采用非金属磨耗件，便于检修和更换，降低了运用成本。

5 分析计算

5.1 静强度

依据AAR M-1001-2007《货车设计制造规范》标准的有关规定及GWA120 t煤炭漏斗车技术规范》的有关要求，进行产品结构强度、屈曲、模态等进行了有限元计算[1]。计算结果表明:(1)在各载荷工况下，车体强度和刚度均满足要求；计算结果表明，该结构设计合理，满足标准要求；(2)线性屈曲分析结果均满足规范要求。4 450 kN 工况第一阶屈曲因子为1.085，大于规范规定的系数1；2 220 kN工况第一阶屈曲因子为2.147，大于规范规定的系数2；(3)车体自由模态分析，第一阶为车体扭转模态，频率为10.668 Hz；之后出现的频率均在12 Hz以上，满足要求。

5.2 疲劳计算

按AAR M-1001-97中第七章“货车疲劳设计”部分的关于疲劳评估的方法及BS标准中的S-N曲线数据计算出各个评估点的疲劳寿命[1]，由计算结果可知，车辆设计最低设计寿命不少于25年，运行的距离不少于325万km。(50%情形为重车，50%情形为空车)。

6 试验情况

6.1 车体静强度试验

2018年1月按照AAR M1001《货车设计制造规范》和《GWA120t煤炭漏斗车技术规范》要求完成了车体静强度试验，包括纵向载荷、垂向载荷、横向力、扭转载荷、顶车工况和车钩抬车工况等6个工况的试验[2]。试验结果显示：该车车体结构对试验载荷的响应是线性的，最大应力出现在垂向载荷工况，在端墙斜撑下部靠近补强板附近，应力值为378.4 MPa；各测试断面的实测应力值均不超过所用材料的需用应力，满足AAR M1001《货车设计制造规范》和《GWA120t煤炭漏斗车技术规范》要求。

6.2 线路扭曲响应试验

为测试车辆静态扭转载荷，测量心盘搭接量，按AS7509.2-2009《铁路货车动态性能 第2部分 铁路货车》要求对样车完成了线路扭曲响应试验[3]。试验结果显示：扭转工况最大轮重减载率为51%，上心盘与下心盘搭接量最小值为33.2 mm，满足AS7509.2-2009中第6.3.4条“扭曲工况下最大最大轮重减载率小于原始静态车轮载荷的60%、上心盘与下心盘搭接量大于14 mm”的要求。

6.3 摆动试验

为检验车体与转向架之间、车体与制动系统零部件之间在R70曲线上是否有足够的垂向、横向和纵向间隙，在试验室R70曲线上进行了模拟弹簧压死情况的试验。试验结果显示：车轮与端侧梁之间、立杠杆组成及下拉杆组成与枕梁下盖板之间、侧架端部与端漏斗板之间均无干涉。其转向架零部件和制动装置零部件与车体最小间隙均大于50 mm，未与车体各零部件干涉，满足《GWA120t煤炭漏斗车技术规范》要求。

6.4 闸瓦压力试验

按照《GWA120 t煤炭漏斗车技术规范》要求对样车完成了闸瓦压力试验。试验结果显示：空气制动系统的空车静态制动率分别为28.1%，空车紧急制动率为33.56%；重车静态制动率为16.7%，重车紧急制动率为20.14%；手制动系统的重车静态制动率为13.18%。满足《GWA120 t煤炭漏斗车技术规范》要求的空车静态制动率不大于35%，重车静态制动率不小于13%，手制动系统的重车静态制动率不小于13%的要求。

6.5 车辆装载、卸载试验

在澳大利亚新南威尔士完成了车辆装载、卸载试验。试验结果表明，装载过程顺利，卸货速度满足用户要求。

6.6 车辆噪声试验

在澳大利亚新南威尔士完成了车辆噪声试验。试验结果表明，测试车辆符合澳大利亚测试环境中的噪声测试标准要求。

7 结束语

出口澳大利亚GWA公司30 t轴重煤炭漏斗车已于2018年5月投入使用，现场运用表明，车辆性能良好。该车的出口将推动我国大轴重煤炭漏斗车的技术输出，对我国大轴重货车研制和出口具有重要的借鉴和参考作用。