摘要 摘要 鉗央車適用于運輸短、粗、重超限、超重闊大貨物。如變壓器、發(fā)電機定子、軋鋼 機牌坊、核電站壓力殼等。隨著國家電力工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)所需的6 0 0 m w 發(fā)電機 定子制造、運輸增多，而現(xiàn)有鐵路車輛不能滿足運輸需要。為提高鐵路在大件貨物運輸 市場的競爭力，急需研制運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子的專用鉗夾車。 該車型具有軸數(shù)少、自重輕、車長短、適用范圍廣等特點。在長大貨車多年研制的 基礎上，論文圍繞我國目前功能最先進的d q 3 5 型3 5 0 t 鉗央車的研制，開展了一系列新 的研究工作。 論文首先介紹了長大貨車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢。通過對運輸6 0 0 m w 發(fā)電 機定子的調(diào)研和分析，在d 3 8 型鉗央車設計、制造、運用的成熟經(jīng)驗基礎上，確定新型 3 5 0 噸鉗夾式貨車總體設計方案。 論文通過對該車進行橋梁檢算、整車結(jié)構(gòu)受力分析、各級底架結(jié)構(gòu)強度及剛度有限 元分析計算、整車動力學性能分析計算、車體穩(wěn)定性分析計算等，表明了設計方案的可 行性。 最后，論文詳細介紹了車體靜強度試驗及車輛動力試驗的方法、試驗過程及試驗結(jié) 果。從計算和試驗兩個方面保證了該車的設計科學、合理，從而提高車輛性能和運用可 靠性，上述研究對滿足我國鐵路貨運對鉗夾車的發(fā)展要求有顯著的推動作用。 關鍵詞：3 5 0 t 鉗夾車；設計；分析計算與試驗 大連交通人學1 ：稗碩十學位論文 a b s t r a c t t h es c h n a b e lw a g o ni sm a i n l yu s e df o rt r a n s p o r t i n gt h eo v e r s i z ea n do v e r w e i g h tc a r g o s w h i c hi ss h o r t ，t h i c ka n dh e a v y ，s u c ha st r a n s f o r m e r , g e n e r a t o rs t a t o r ，r o l l i n gm a c h i n e ，a n d n u c l e a rp o w e rs t a t i o np r e s s u r es h e l l ，e t c w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le l e c t r i ci n d u s t r y ， m o r ea n dm o r e6 0 0 m w g e n e r a t o rs t a t o r sa r ep r o d u c e da n dn e e dm o r et r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y ， b u tt h ec u r r e n tr a i l w a yw a g o n sc o n d i t i o nc a nn o ts a t i s f yt h en e e d i no r d e rt oi n c r e a s et h e r a i l w a yt r a n s p o r t i n gc a p a c i t yi nt r a n s p o r t i n gt h el a r g ep i e c ec a r g o ，t h es c h n a b e lw a g o n s p e c i a l l yf o rt r a n s p o r t i n gt h e6 0 0 m wg e n e r a t o rs t a t o ri si ng r e a tn e e d t h i sw a g o nf e a t u r e sl e s sn u m b e ro fa x l e s ，l i g h tt a r ew e i g h t ，s h o r tl e n g t ho fw a g o na n d w i d es c o p eo fu s e t h i st h e s i si sm a i n l yo ns o m en e ws t u d i e so fs c h n a b e lw a g o no nt h eb a s i s o fd q 35 35 0 ts c h n a b e lw a g o nw h i c hi st h em o s ta d v a n c e di nc h i n an o w a tf i r s t ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h ec u r r e n tc o n d i t i o n sa n dd e v e l o p m e n to fl o n ga n dh e a v y w a g o n si nc h i n aa n da b r o a da n dt h er e l e v a n tk e yt e c h n i q u e si nd e v e l o p m e n t b yt h e i n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so nt h et r a n s p o r t a t i o no f6 0 0 m wg e n e r a t o rs t a t o r , a n do nt h eb a s i s o fp r e v i o u sd e s i g n , m a n u f a c t u r e ，a n du s eo fd 3 8s c h n a b e lw a g o n ，t h eo v e r a l ld e s i g ns c h e m e o fn e w t y p e3 5 0 ts c h n a b e lw a g o ni sf i n a l i z e db yo p t i m i z i n gp a r a m e t e r s i ti sp r o v e dt h a tt h ed e s i g nc a nb er e a l i z e db yd o i n gt h ef o l l o w i n gc a l c u l a t i o n st ot h e w a g o n ：b r i d g ec o n d i t i o n , s t r e s ss t r u c t u r eo ft h ew h o l es t r u c t u r e ，f e ao ns t r e n g t ha n dr i g i d i t y o fu n d e r f r a m e s ，d y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h ew h o l ew a g o n ，a n ds t a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，e t c a tl a s t ，t h et h e s i sg i v e sad e t a i l e di n t r o d u c t i o no fw a g o nb o d ys t a t i c s t r e n g t ha n d d y n a m i ct e s tm e t h o d s ，t e s tp r o c e d u r ea n dr e s u l t sa n dm a k e se v a l u a t i o nt ot h et e s tr e s u l t s t h e d e s i g no ft h ew a g o n i sp r o v e dt ob es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l eb yb o t hc a l c u l a t i o na n dt e s t ，a n d t h er e l i a b i l i t yo ft h ew a g o np e r f o r m a n c ea n du s a g ei si m p r o v e d t h es t u d yw o r km e n t i o n e di n t h et h e s i si sg o o df o rt h ed e v e l o p m e n to fs c h n a b e lw a g o n k e yw o r d s ：3 5 0 ts c h n a b e lw a g o n ；d e s i g n ；a n a l y s i sc a l c u l a t i o na n dt e s t i i 大連交通大學學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解大連交通大堂有關保護知識產(chǎn)權(quán)及保 留、使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的 知識產(chǎn)權(quán)單位屬太整鑾通太堂，本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表或使用 論文工作成果時署名單位仍然為太蓬交通太堂。學校有權(quán)保留并向 國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件及其電子文檔，允許論文被查 閱和借閱。 本人授權(quán)太董塞通太堂可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入 中國科學技術(shù)信息研究所中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫等相關數(shù)據(jù)庫 進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論 、 又。 ( 保密的學位論文在解密后應遵守此規(guī)定) 靴敝名翻壚 日期：2 0 0 8 年1 2 月2 1 日 導師簽名： 日期：2 0 0 8 年1 2 月2 1 日 學位論文作者畢業(yè)后去向：鐵道部沈陽機車車輛驗收辦事處 工作單位：鐵道部沈陽機車車輛驗收辦事處電話：0 2 4 6 2 0 2 4 6 6 1 通訊地址：沈陽市和平區(qū)總站路路1 0 0 號郵編：11 0 0 0 2 電子信箱：l d j l 9 0 3 0 3 3 0 1 6 3 c o m 大連交通大學學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作 及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝及參考 文獻的地方外，論文中不包含他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成 果，也不包含為獲得太蓬塞通太堂或其他教育機構(gòu)的學位或證書而 使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在 論文中作了明確的說明并表示謝意。 本人完全意識到本聲明的法律效力，申請學位論文與資料若有不 實之處，由本人承擔一切相關責任。 湫黼張講緲 日期： 20 0 8 年1 2 月2 1 日 第一章緒論 第一章緒論 隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，特別是改革開放以來，冶金、電力、石油化工及軍 事裝備等事業(yè)呈現(xiàn)了高速發(fā)展的局面。一些大型的機械設備和軍事裝備在鐵路運輸中運 量不斷增長，這些設備及裝備外型復雜、體積龐大、重量達幾百噸。這些貨物在鐵路運 輸中統(tǒng)稱為長大貨物。而運輸長大貨物的車輛被稱為長大貨物車。 鐵路長大貨物車是貨車家族中的一個分支，是種類繁多、技術(shù)含量高、制造工藝復 雜、運用風險大、經(jīng)濟和社會效益好的車種。 長大貨物車是在鐵路運輸中供裝運通用貨車不能裝運的長、大、重貨物的一種特種 車輛。按照車體結(jié)構(gòu)型式的不同，我國現(xiàn)有的長大貨物車又可分為五類，即長大平車、 凹底平車、落下孔車、雙聯(lián)平車、鉗夾車。 ( 1 ) 長大平車 長大平車主要用于裝運高度不是很高而長度較長的貨物，如長鋼軌、長型鋼、橋式 起重機構(gòu)架、鍋筒、以及化工反應器等。目前我國有d 2 1 型載重6 0 t ，d 2 2 型載重1 2 0 t ， d 2 7 型載重l5 0 t ，d 2 3 型載重2 3 5 t ，d 2 5 型載重2 5 0 t ，d 2 3 g 型載重2 6 5 t 、d 2 6 a 型載 重2 6 0 t 等各型長大平車。其中，d 2 1 型為5 0 年代制造；d 2 2 型為1 9 5 9 1 9 7 3 年間設計 制造；d 2 7 型為1 9 7 5 年制造；d 2 3 型為1 9 7 4 年設計制造；而d 2 5 型及d 2 3 g 型則分別 為1 9 9 6 和1 9 9 7 年的產(chǎn)品，d 2 6 a 型則為2 0 0 0 年的新產(chǎn)品。 長大平車的地板上平面原則上是平整的，因此貨物的裝卸比較方便，適應性也較好。 但不同型號的長大平車仍各具有特點，在具體使用時必須根據(jù)各車的標記載重的規(guī)定執(zhí) 行。如d 2 2 型載重1 2 0 t ，d 2 7 型載重1 5 0 t 長大平車，當沿底架全長、全寬范圍內(nèi)均載 時，兩車載重均為1 2 優(yōu)；當為集中載重時，按車輛上的集重標記執(zhí)行，該兩車也是相同 的。對于d 2 7 型長大平車，當限定貨物的支承點必須在車輛的底架心盤中心處時，方能 達到其所稱載重1 5 0 t 的能力。又如d 2 3 型及d 2 3 g 型地板亦為一平面。該兩型車的標 記載重均為貨物雙支承承載，意即支承點必須在底架心盤中心處時的能力，特別適用于 化工反應器等貨物的運輸。但對于長度小于車輛底架長度，重量小于標記載重的一些其 他貨物，可以考慮采用多支點方式運輸，具體承載能力要在運輸之前對車輛大底架的強 度、剛度進行換算或?qū)嶒?。d 2 5 型長大平車基本上可算是一種特種車，是專為解決鍋筒 的運輸而設計制造的，其底架兩側(cè)承梁承載中部有凹下部分，因此，底架上平面并非一 個平整面。該車可運輸長9 m 一- - 3 2 m 的鍋筒。d 2 6 a 型長大平車是一種新型組合式平車， 該車適用范圍和使用性能大大優(yōu)于d 2 5 型長大平車。 ( 2 ) 凹底平車 火連交通大學i ：程碩十學何論文 底架沿車輛縱向呈凹形面的這類長大貨物車稱為凹底平車。該類車輛具有結(jié)構(gòu)簡 單、使用方便、運行安全可靠、適運貨物范圍廣等優(yōu)點?？晒┭b運拖拉機、履帶起重機、 挖掘機、變壓器、發(fā)電機轉(zhuǎn)子或定子以及其它長大重機械設備。 目前，我國有凹底平車2 0 多種3 0 0 多輛。1 9 5 6 年前從原民主德國進口了少量的凹 底平車，因它們存在自重大、承載面距軌面高等弱點，故適用范圍小，使用頻率很低， 有的甚至已長期閑置不用了。為了適應長大貨物鐵路運輸?shù)男枰?，? 9 5 9 年以來至7 0 年代間，我國已自行設計制造了l o 多種型號的凹底平車。它們有：d 5 0 型載重5 0 t 、d 5 型載重6 0 t 、d 1 0 型載重9 0 t 、d 2 型載重2 l o t 等。間隔十多年后，自1 9 9 1 年起，凹底 平車的設計制造隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展又重拾升勢，計有d 1 2 型載重1 2 0 t 、d 1 5 型載重 1 5 0 t 、d 1 8 a 型載重1 8 0 t 、d 2 a 型載重2 1 0 t 、d 2 5 a 型載重2 5 0 t 、d 2 6 型載重2 6 0 t 凹底平車相繼問世。同時，設計改造了d 2 g 型載重2 l 仇：d 1 6 g 型載重1 1 0 t 、d 1 8 g 型載重1 8 0 t 、d 9 g 型載重2 3 0 t 、d 3 2 型載重3 2 0 t 等各型凹底平車。所以凹底平車在長 大貨物車中占比重最大，并已形成系列，以3 0 t 4 0 t 為級差，可以運輸5 0 t - - - 一3 2 0 t 的大型 貨物。 凹底平車的大底架中部為沿車輛縱向向下呈現(xiàn)凹形，該凹底部分的長度以及凹底面 距軌面的高度是凹底平車重要的技術(shù)指標。在保證結(jié)構(gòu)強度、剛度及穩(wěn)定性的條件下， 凹底長度愈大、凹底面距軌面高度愈小，則車輛的使用性能愈好。大底架凹形彎角處是 大底架的關鍵部位，影響大底架強度、剛度及凹底長度尺寸等。過去的設計均采用圓弧 形彎角，此種結(jié)構(gòu)無論從設計強度和制造工藝角度上看，均有一定的弱點。自1 9 9 7 年 以來在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上，我國已開始設計制造了大底架彎角處采用折角式全 封閉底架結(jié)構(gòu)的凹底平車，如d 2 6 型載重2 6 0 t 及d 1 5 型載重1 5 0 t 均屬于此種結(jié)構(gòu)。 ( 3 ) 落下孔車 在車輛底架中部開有一定長度和寬度的落下孔，裝載時，貨物落入此孔內(nèi)。這類長 大貨物車稱之為落下孔車。可供運輸冶金、電力、重型機械等大型貨物。特別適用于那 些厚度較小而寬度較大，有一定長度的超限貨物，如大型軋鋼機牌坊一類的貨物。 1 9 5 6 年，我國從原民主德國進口了一批落下孔車，計有d 1 6 型載重ll o t 、d 1 7 型 載重1 5 0 t 、d 1 8 型載重1 8 0 t 、d 1 9 型載重2 3 0 t 等四種共計1 8 輛。這批車最大的缺點是 落下孔長度太小，僅為4 6 0 0 m m ，與其載重量很不匹配，故好多貨物無法運輸。因此其 中有些車已被陸續(xù)改制為其它車型或進行了改造。1 9 6 9 年設計制造的d 1 7 型載重1 5 0 t 落下孔車是目前我國僅有的自行設計制造的一種落下孔車。落下孔尺寸為1 0 2 0 0 m m 2 3 0 0 m m ，共生產(chǎn)2 5 輛。但該車的設計結(jié)構(gòu)并不太理想，當用該車運送較輕的貨物時， 2 第一章緒論 不但載重得不到充分利用，而且運行穩(wěn)定性也欠佳。因此我國落下孔車還有待于發(fā)展研 制一批不同載重系列的新型車，以適應鐵路大型貨物運輸?shù)男枰?( 4 ) 雙聯(lián)平車 雙聯(lián)平車系由兩輛結(jié)構(gòu)相同的凹形平車連掛而成，在凹形底架中央設有轉(zhuǎn)動鞍座和 卡帶。使用時，貨物跨裝于這兩輛車的鞍座上，適用于裝運長大重的圓筒形貨物。 為解決進口大型化肥設備中氨合成塔和尿素合成塔及其它重型設備的運輸問題， 1 9 7 4 年設計制造了2 輛d 3 0 型載重3 7 0 t 的雙聯(lián)平車。全車由兩組完全相同的凹形平車 組成一體，為使貨物在運輸中免受過大的縱向沖擊，在兩組車聯(lián)成一體的中間兩車鉤之 間，須裝上車鉤緩沖停止器。鞍座和卡帶的圓弧半徑根據(jù)所運貨物的實際尺寸來確定。 如果鞍座的寬度超出機車車輛限界，則可以在空車時將其旋轉(zhuǎn)9 0 。，沿車輛縱向中心安 放并固定，以免空車回送超限。因為雙聯(lián)平車運輸?shù)奶攸c是貨物兩端必須支承于鞍座上， 如所運貨物長度較短，可采用裝設臨時接長支架的方法來使貨物的支承點達到兩鞍座中 心。所運貨物本身必須能承受自身的強度與剛度。如確有必要，雙聯(lián)平車也可拆成單節(jié) 車運貨，但實施之前須報鐵道部批準。 ( 5 ) 鉗夾車 車體分為兩個可分離的部分，貨物被夾持和懸掛在其間運輸?shù)拈L大貨物車稱為鉗夾 車。鉗夾車具有獨特的超限運輸能力，它可裝有多導向、側(cè)移機構(gòu)，以解決車輛在寬度 方向的極度超限；可裝有液壓起升、下降機構(gòu)，且為無承貨地板面限制，可充分利用限 界高度。鉗夾車特別適合于裝運短、粗、重貨物，如寬度、高度均很大的發(fā)電機定子、 變壓器、軋鋼機牌坊等。 我國目前擁有5 種型號的鉗夾車共5 輛，雖為數(shù)不多，卻已完成幾十次重大貨物運 輸任務，為國民經(jīng)濟的發(fā)展作出了重大的貢獻。 1 9 5 9 年我國設計制造了第一臺d 2 0 型載重2 8 0 t 鉗央車，鉗夾寬度( 兩車耳中心距) 2 6 0 0 m m ，鉗夾高度1 9 1 2 m m ，均為定數(shù)，不能調(diào)整。該車在試驗及運用過程中，曾發(fā) 現(xiàn)過一些結(jié)構(gòu)強度上的問題，已經(jīng)過補強或局部改造，完成了多次大型貨物運輸工作， 但畢竟因為是4 0 多年前的產(chǎn)品，在性能方面仍存在許多不足之處。1 9 7 5 1 9 7 8 年間，研 制新的鉗夾車列入了鐵道部的重點科研項目，由科研部門與工廠合作，我國設計制造了 d 3 5 型3 2 軸載重3 5 0 t 及d 3 5 型2 4 軸載重2 8 0 t 鉗央車各l 輛。d 3 5 型載重3 5 0 t 鉗央車 采用了內(nèi)、中、外三種導向機構(gòu)，利用不同的導向銷距，可以減少通過曲線時的偏移量， 提高了曲線通過能力；利用起重裝置裝卸貨物時，可以不用大型起重機即可裝卸；在廠 礦及車站較小的曲線半徑的線路上，可利用側(cè)移裝置將貨物避開障礙物，低速通過。車 輛鋼結(jié)構(gòu)采用了1 5 m n v n 低合金結(jié)構(gòu)綱。車輛的主要性能參數(shù)有：側(cè)向位移5 0 0 m m ； 大連交通人學t 拌碩十學何論文 鉗形梁起重高度4 0 0 m m ；鉗夾寬度2 6 0 0 m m 一- , 3 6 0 0 m m ；鉗夾高度2 0 0 0 m m 2 3 0 0 m m 。 此外，d 3 5 型載重3 5 0 t 鉗央車還配有加高的4 組鉗形梁，可以用來運輸6 0 0 m w 發(fā)電機 定子。d 3 5 型載重2 8 0 t 鉗夾車采用了內(nèi)外導向、內(nèi)外導向串聯(lián)、液壓起升、液壓側(cè)移和 液壓均載式旁承等新技術(shù)，其中內(nèi)外導向串聯(lián)能自動轉(zhuǎn)換導向位。該車鉗央寬度2 5 0 0 m m ， 鉗夾高度2 1 0 0 m m ，不可調(diào)整，因此，使用條件會受一定約束。 針對國內(nèi)鉗夾車仍存在著自重大、載重小、數(shù)量少、運行速度低、過橋需限制、滿 足不了大件運輸?shù)男枰膯栴}，進入9 0 年代以來，車輛工作者又開始了新型鉗夾車的 研制。1 9 9 5 年設計制造了d 3 0 a 型載重3 0 0 t 的鉗夾車，該車系針對d 2 0 型載重2 8 0 t 鉗 夾車自重大及重車運行速度低的主要問題進行改型設計的。1 9 9 6 年齊廠與四方所、鐵科 院合作研制了d 3 8 型鉗央車，該車載重3 8 0 t ，自重2 2 6 t ，是我國目前載重噸位最大的鉗 夾車。它借鑒了德國5 0 0 t 鉗央車的先進技術(shù)，采用了高強度鋼材，具有內(nèi)、中、外三種 導向，液壓側(cè)移，壓柱油缸可提升、下降貨物，縱向連通的液壓旁承，車耳鑲球套，半 球形心盤及自潤滑聚四氟乙稀心盤襯墊等新技術(shù)，鉗夾寬度和高度均可調(diào)整。該車還配 有4 組高鉗形梁，用以運輸國產(chǎn)6 0 0 m w 定子。d 3 8 型鉗央車可限速通過國內(nèi)各種跨度 的混凝土橋梁，提高了運行速度，擴大了使用范圍和使用頻率，提高了利用率。 1 1 國內(nèi)外鉗夾車現(xiàn)狀 1 1 1 國外鉗夾車現(xiàn)狀 德國早在7 0 年代就已開發(fā)了載重4 5 0 - - 一5 0 0 t 的大型鉗夾車，并向前蘇聯(lián)及部分歐洲 國家出口多輛。8 0 年代初德國為美國制造了l 輛3 6 軸、載重8 0 7 t 的特大噸位鉗夾車， 8 0 年代末德國又為奧地利制造了1 輛3 2 軸、載重5 0 0 t 鉗夾車。前者是目前世界上載重 量最大的鉗夾車，后者是目前世界上功能最全、性能最先進的鉗央車。美國、法國、瑞 典及前蘇聯(lián)等國家，也在7 0 - - 一8 0 年代研制了載重4 0 0 5 0 0 t 的鉗夾車?？傊?，國外這些 大型鉗夾車的共同特點是載重大、自重輕、速度高、功能全。 1 1 2 國內(nèi)鉗夾車現(xiàn)狀 截止到2 0 0 6 年年末，我國鐵路先后制造的鉗央車共5 輛，1 輛d 2 0 型2 0 軸載重2 8 0 t 鉗夾車、l 輛d 3 5 型2 4 軸載重2 8 0 t 鉗夾車、l 輛d 3 0 a 型2 0 軸載重3 0 0 t 鉗夾車、1 輛 d 3 5 型3 2 軸載重3 5 0 t 鉗夾車和l 輛d 3 8 型3 2 軸載重3 8 0 t 鉗夾車?，F(xiàn)目前能夠上線運 行的有d 3 5 型3 2 軸載重3 5 0 t 鉗夾車、d 3 0 a 型2 0 軸載重3 0 0 t 鉗央車和d 3 8 型3 2 軸載 重3 8 0 t 鉗夾車共3 輛。由于載重噸位的原因，能夠運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子的車輛是 d 3 5 型鉗夾車和d 3 8 型鉗夾車。d 3 5 型鉗夾車是7 0 年代末研制的產(chǎn)品，該車由于制造 4 第一章緒論 年代早、自重大、速度低、滿載后對橋梁的影響不能適應現(xiàn)有橋梁標準等原因。目前 6 0 0 m w 發(fā)電機定子等貨物的運輸大部分依靠d 3 8 型鉗夾車完成。 近年來，盡管我國鉗夾車有了一定的發(fā)展，但也存在著大噸位車數(shù)量少、空車超限、 載重超限等問題，其性能難以適應國民經(jīng)濟發(fā)展的要求。 1 26 0 0 m w 發(fā)電機定子的運輸現(xiàn)狀 目前，中鐵特貨公司承運的6 0 0 m w 發(fā)電機定子主要是由哈爾濱電機廠和上海電機 廠生產(chǎn)。定子的重量分別為：哈爾濱電機廠生產(chǎn)的定子重達2 9 8 t ，上海電機廠生產(chǎn)的定 子重達2 8 8 t 。目前鐵路能夠運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子方式主要是采用鉗夾車和凹底平車。 鉗夾車運輸定子時是將貨物夾在車輛中間的形式，從而可以充分利用限界空間。凹底平 車具有裝卸方便的特點，但由于受地板面的限制，貨物裝車后距軌面相對較高，一些路 段受到限制。因此，鉗夾車是運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子的較合適車型。但目前能夠滿足 運用要求的車輛只有1 輛d 3 8 型鉗夾車。 1 3 運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子發(fā)展趨勢分析 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，6 0 0 m w 發(fā)電機定子近幾年有增多的趨勢。d 3 8 型鉗夾車在 2 0 0 5 年運輸了1 1 次、2 0 0 6 年預計達到1 2 次，2 0 0 7 年和2 0 0 8 年預計有同等數(shù)量定子需 要運輸。而在今明兩年如此運輸繁忙情況下，d 3 8 型鉗夾車又面臨廠修到期問題。 因此，有必要研制自重輕、載重適中、空車不超限、盡量與我國鐵路橋梁實際承載 能力及限界等相適應、運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子不超重的專用鉗夾車來滿足6 0 0 m w 發(fā) 電機定子的運輸要求。 1 4 本文完成的主要內(nèi)容 通過對長大貨車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢的分析，結(jié)合運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定 子的現(xiàn)狀，在d 3 8 型鉗夾車設計、制造、運用的成熟經(jīng)驗基礎上，確定新型3 5 0 噸鉗夾 式貨車總體設計方案。 通過對該車進行橋梁檢算、整車結(jié)構(gòu)受力分析、各級底架結(jié)構(gòu)強度及剛度有限元分 析計算、整車動力學性能分析計算、車體穩(wěn)定性分析計算等，證明設計方案的可行性。 通過車體靜強度試驗及車輛動力試驗，從計算和試驗兩個方面保證了該車設計的科 學、合理性。 本章小結(jié) 本章介紹了國內(nèi)外鉗夾車發(fā)展現(xiàn)狀，講述了本文將要研究的主要內(nèi)容。 5 大連交通大學t 稗碩十學傳論文 第二章d 0 3 5 型3 5 0 t 鉗夾式貨車的設計研究 2 1 主要性能參數(shù)及尺寸 2 1 1 主要性能參數(shù) 載重( t ) 自重( t ) 總重( t ) ( 不包括短連掛裝置3 t ) 軸數(shù)( 根) 軸重( 實際，t ) 鉗夾寬度( 可調(diào)，m m ) 鉗夾高度( m m ) 通過最小曲線半徑( m ) 空車短連掛內(nèi)導向 重車長連掛外導向 重車長連掛內(nèi)導向 最高運行速度( k m h ) 空車 1 0 0 重車 6 0 半節(jié)車 1 0 限界：空車符合g b l 4 6 1 1 9 8 3 標準軌距鐵路機車車輛限界的要求，但禁止通過 駝峰、禁止溜放與沖擊。 2 1 2 主要尺寸 車輛長度( i 姍) 空車(短連掛)45556 重車( 懸掛長1 1 8 3 0 m ) 5 6 6 9 6 車輛寬度( i 姍) 3 0 0 0 車輛高度( m m ) 4 6 6 2 內(nèi)導向距( i 砌) 空車( 短連掛) 1 2 8 9 0 重車( 懸掛長1 1 8 3 0 m ) 2 4 0 3 0 外導向距( i 姍) 6 姍m勉m胛藿；|萎 m 挖2 o 。 r r r 第二：章新型3 5 0 t 鉗夾式貨車的設計研究 空車( 短連掛) 重車( 懸掛長1 1 8 3 0 m ) 2 2 主要材料及結(jié)構(gòu) 2 2 8 9 0 3 4 0 3 0 2 2 1 主要材料 該車車體主要承載部件：鉗形梁、導向梁、大底架、小底架采用屈服強度為6 8 5 m p a 的國產(chǎn)h g 7 8 5 e 高強度可焊結(jié)構(gòu)鋼；轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用屈服強度為3 5 0 m p a 的國產(chǎn) q 3 4 5 e ( 原1 6 m n q 橋梁鋼) 低合金結(jié)構(gòu)鋼。 2 2 2 主要結(jié)構(gòu) 該車主要由車體、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、風手制動裝置、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及 操縱室等部分組成。 ( 1 ) 車體 車體主要由鉗形梁、導向梁、大底架、小底架、調(diào)寬裝置、側(cè)移裝置、起升裝置、 導向裝置、支撐裝置和空車連結(jié)裝置等組成o 鉗形梁組成主要由變斷面的箱型組焊結(jié)構(gòu)梁、車耳、壓柱等部分組成。車耳厚度 1 5 0 m m ，外圓半徑r 4 0 0 m m ，由3 塊5 0 m m 厚的鋼板組焊成。壓柱為液壓油缸。 導向梁組成主要是由上下蓋板及側(cè)板、導向銷套管等組焊而成的t 型梁。 大底架組成主要由兩根側(cè)梁、小枕梁、大枕梁、大橫梁及上下封板組焊而成。側(cè) 梁為箱型變斷面的魚腹梁。大、小枕梁均為箱型組焊結(jié)構(gòu)梁；大橫梁為工字型組焊結(jié)構(gòu) 梁。 小底架組成主要由兩根側(cè)梁、小枕梁及大枕梁組焊而成。側(cè)梁、大、小枕梁均 為箱型組焊結(jié)構(gòu)。2 、3 位小底架設有鉗形梁支撐座。 調(diào)寬裝置主要由上拉桿、下壓桿、等分撐桿及連結(jié)銷等組成。 側(cè)移裝置主要由移動心盤、滾子排、可橫移的內(nèi)導向座及側(cè)移油缸等組成。在直 線上可利用側(cè)移油缸左右橫向移位各5 0 0 m m ； 起升裝置主要由壓柱油缸、鎖緊螺母及調(diào)整機構(gòu)組成。壓柱油缸為雙作用式，安 裝在鉗形梁大端的車耳上方，壓柱在垂直方向的調(diào)節(jié)，是通過調(diào)位油缸進行的；而在水 平方向上的調(diào)節(jié)，則是通過手動螺桿進行的。壓柱工作行程調(diào)定后，可通過鎖緊螺母予 以鎖閉，以確保安全。 導向裝置該車具有內(nèi)、外兩種導向機構(gòu)。內(nèi)導向裝置主要由導向銷( 油缸) 及導 向銷座等組成。將導向油缸垂直插入導向銷座時，該車處于內(nèi)導向工況。外導向裝置由 大連交通大學1 ：稃碩十學位論文 側(cè)移油缸、移動心盤和滾子排組成。當撥出內(nèi)導向銷座內(nèi)的導向油缸，將移動心盤鎖定 后，車輛就成為外導向工況。 支撐裝置主要由支撐油缸、支承小車及支座等組成。當整車分成兩半節(jié)車時用來 支撐鉗形梁，同時也可用于調(diào)整鉗梁大端高度。支撐油缸安裝在鉗形梁大端內(nèi)側(cè)。 空車連結(jié)裝置主要由連結(jié)銷、連接板及支撐裝置等組成。 各級心盤結(jié)構(gòu)：各級心盤均為半球型式，上下心盤間襯有自潤滑增強型聚四氟乙稀 心盤襯墊或含油尼龍襯墊。三級球型心盤的球半徑為s r l 6 5 m m 、s r 2 5 0 m m 、s r 3 0 0 m m 。 各級旁承裝置：轉(zhuǎn)向架與小底架、小底架與大底架間為滾子旁承，主要由滾柱、支 架及滾子軸組成。導向梁與移動心盤間裝有沿車體同側(cè)縱向連通的液壓旁承，主要由四 組柱塞式油缸組成。 ( 2 ) 轉(zhuǎn)向架 全車采用8 組3 軸轉(zhuǎn)向架。主要由構(gòu)架、減振裝置、軸箱彈簧裝置、基礎制動裝置、 輪對裝置等組成。其中，端部的兩組轉(zhuǎn)向架裝有車鉤緩沖裝置。 構(gòu)架采用整體焊接結(jié)構(gòu)，主要由枕梁和側(cè)梁組焊而成。彈簧采用兩級剛度彈簧；輪 對組成采用通用的h e s a 型全加工車輪，輪徑為e 8 4 0 m m ：采用加強型e 型車軸，軸承 座部采用與f 型滾動軸承配套結(jié)構(gòu)，配a a r f 型軸承。軸箱定位方式為導框定位，為提 高車輛曲線通過能力，軸箱與軸承之間加裝承載鞍。在1 、3 位輪對處設置斜楔減振系 統(tǒng)，斜楔主摩擦面采用高分子復合材料，改善摩擦減振器的摩擦減振性能，副摩擦面采 用含油尼龍磨耗板，提高曲線通過能力。中間輪對采用減薄輪緣車輪，不設置減振器。 下心盤上加裝含油尼龍心盤磨耗盤。 ( 3 ) 車鉤緩沖裝置 采用e 級鋼材質(zhì)的1 3 a 號下作用車鉤，配套使用e 級鋼材質(zhì)鉤尾框，合金鋼鉤尾 銷，m t 一2 型緩沖器。 ( 4 ) 風手制動裝置 全車采用4 套空氣制動裝置，每套空氣制動裝置控制車輛2 組轉(zhuǎn)向架。制動裝置滿 足制動主管壓力5 0 0 k p a 和6 0 0 k p a 的要求。每套制動裝置主要由1 個1 2 0 型控制閥、4 個直徑為2 0 3 m m 的整體旋壓密封式制動缸等組成，采用球芯折角塞門、組合式集塵器、 編織制動軟管總成、法蘭接頭、奧貝球鐵襯套及配套圓銷等。 全車采用2 套手制動裝置，分別安裝在車輛兩端。手制動機型式為n s w 型。 ( 5 ) 液壓裝置 d 3 5 型貨車液壓系統(tǒng)由l 、2 位兩個泵站、2 0 個油缸( 旁承油缸、壓柱油缸、調(diào)位油 缸、側(cè)移油缸、導向油缸、支撐油缸) 及管系三大部分組成。具有貨物起升、偏轉(zhuǎn)、側(cè) 8 第二章新礎3 5 0 t 鉗夾式貨車的設計研究 移以及縱向補償、稱重等功能。采用手動比例、電比例及遙控比例三種控制方式，系統(tǒng) 額定額定工作壓力為為3 1 5 m p a 。 泵站采用封閉式結(jié)構(gòu)，外露元件具有防盜、防雨功能。液壓系統(tǒng)的動力泵源為 d c 3 8 0 v 電動機，由隨車發(fā)電機組提供電源，也可利用地面電源工作。采用電比例、手 動比例、遙控比例三種控制方式。通過比例操縱，控制液壓油缸伸縮的速度，也可實現(xiàn) 微動，避免液壓系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。在整機的初始調(diào)試階段利用手動控制方式， 在裝載、卸載時，既可在操縱室內(nèi)進行電比例控制，也可采用無線遙控。液壓泵額定流 量為2 5 l m i n ，額定工作壓力為31 5 m p a 。液壓油箱采用不銹鋼材質(zhì)，采用耐低溫15 號 航空液壓油。 采用適應- 4 0 5 0 環(huán)境溫度的密封件，耐壓等級不小于4 0 m p a 。 管系采用國產(chǎn)高精度白亮無縫鋼管及美國p a r k e r 公司生產(chǎn)的無焊接管接頭、液壓軟 管。各油路均設有具有排氣、測壓功能的測壓點接頭。所有管系的耐壓等級均不小于 4 0 m p a 。 ( 6 ) 電氣裝置 3 5 0 t 鉗夾式貨車電氣系統(tǒng)有兩套完全對稱的電氣系統(tǒng)組成，即每半節(jié)車具有一套獨 立的電氣系統(tǒng)。每套獨立的電氣系統(tǒng)采用自備電源與外接電源相結(jié)合的形式供電，電源 制式為三相四線制( 3 a c 3 8 0 v ) 。 每套電氣系統(tǒng)由電源、液壓站動力控制與保護、電液比例控制、車輛狀態(tài)監(jiān)控、攝 像監(jiān)控系統(tǒng)、操縱室供電與室內(nèi)外照明、通訊裝置等部分組成。 電源主要由本機自配的風冷柴油發(fā)電機組提供，制式為三相四線制( 3 a c 3 8 0 v ) 及機組蓄電池單線制負極搭鐵( d c 2 4 v ) 兩種。設有電源輸入輸出插座，外接電源與機 組電源可進行自動或手動切換。該風冷柴油發(fā)電機組安裝在小底架上部，功率為2 8 k w ， 機組控制盤安裝于操縱室前部，其自帶油箱可滿足2 0 小時不加油滿負荷運行。 液壓站動力控制與保護：液壓站供電制式為三相四線制( 3 a c 3 8 0 v ) ，并通過操 縱室前部的電氣開關對液壓站的正常工作進行控制及保護。 電液比例控制：電液比例控制及車輛狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由主機、顯示器、遙控器接收 器、遙控器發(fā)射器、電控手柄、傳感器等部分組成。 在操縱室內(nèi)，司乘人員可通過電控手柄對液壓系統(tǒng)的比例電磁鐵進行控制，進而控 制液壓系統(tǒng)精確可靠地工作。 司乘人員也可在車下操縱發(fā)射器以無線遙控的方式控制比例電磁鐵。本地控與遙控 兩種控制方式的控制權(quán)采用互鎖方式。發(fā)射器除配有雙軸十字鎖比例手柄外，還具有頻 9 大連交通大學t 稗碩十學何論文 率切換開關、急停開關、啟動鑰匙開關三個開關。發(fā)射器可通過頻率( 雙頻) 切換開關 控制另外一個接受器。 車輛狀態(tài)監(jiān)控：車輛狀態(tài)監(jiān)控可以動態(tài)的對車輛的預設狀態(tài)進行精確的檢測、控 制與顯示。系統(tǒng)檢測并在顯示器上動態(tài)顯示的項目如下：壓柱油缸壓力信號( 2 路) 轉(zhuǎn) 換成壓力與重量，并比較大小，如數(shù)值大小相差3 0 則以數(shù)字頻閃的方式報警；旁承油 缸壓力信號( 2 路) 轉(zhuǎn)換成壓力與重量，計算兩路重量之和并實時顯示；旁承油缸行程 信號( 2 路) 轉(zhuǎn)換成長度并實時顯示；側(cè)移油缸行程信號( 1 路) 轉(zhuǎn)換成長度并實時顯 示；各動作手柄開度位置顯示；工作模式顯示( 遙控器控制或操縱室控制) ；報警提示 顯示。 攝像監(jiān)控系統(tǒng)：攝像監(jiān)控系統(tǒng)由主機、硬盤錄像機、顯示器及外置攝像機( 四個) 等部分組成。司乘人員在操縱室內(nèi)就可監(jiān)視車輛整體視頻狀態(tài)( 顯示器為單屏或四分 屏) ，并實時錄制到硬盤錄像機中長期儲存。 操縱室供電與室內(nèi)外照明：操縱室內(nèi)設有專用供電插座( a c 2 2 0 v ) 、照明燈具 ( a c 2 2 0 v ) 及控制開關；同時在車體兩側(cè)、中部及操縱室外頂部設有專用照明燈具 ( d c 2 4 v ) 。 ，通訊裝置：由專業(yè)型手持機組成無線通訊網(wǎng)絡，其特點是信號好、外形小巧、待 機時間長、話音清晰及具有語音識別功能( v o x ) 。 操縱室：每半節(jié)車在大底架上設有1 個操縱室。室內(nèi)除裝有電氣總控制臺外，還 設有1 把轉(zhuǎn)椅、1 個軟臥下鋪和工具箱、滅火器及空調(diào)、照明裝置等。該車還配有便攜 式無線對講機6 臺及便攜式工作燈4 個，作為操縱時的通訊聯(lián)絡及現(xiàn)場應急照明使用。 2 3 主要功能 2 3 1 內(nèi)外導向功能 該車設有內(nèi)、外兩種導向功能。通過該功能，實現(xiàn)車體迥轉(zhuǎn)中心的變化，從而擴大 貨物運輸斷面。 2 3 2 貨物起升功能 利用壓柱油缸勾貝的伸縮，可使貨物向上起升5 0 0 m m 、向下降低1 5 0 m m 。主要用 于裝卸貨物，也可用于避開線路上、下方的障礙物。 2 3 3 側(cè)移功能 該功能是將貨物分別向兩側(cè)移位一定距離，以避開工礦企業(yè)、港口碼頭等線路兩側(cè) 的障礙物。 l o 第二章新型3 5 0 t 鉗夾式貨下的設計研究 2 3 4 稱重功能 利用液壓旁承及傳感器可實現(xiàn)貨物稱重。以監(jiān)測貨物的實際重量，確保大件運輸?shù)?安全。 2 3 5 監(jiān)測功能 監(jiān)測功能包括壓柱載荷監(jiān)測、液壓旁承載荷監(jiān)測、貨物升降高度監(jiān)測、液壓旁承行 程監(jiān)測、滑動心盤行程監(jiān)測、貨物運輸及線路環(huán)境監(jiān)測等。通過監(jiān)測數(shù)字和攝像顯示， 使監(jiān)測更加便捷、準確。 2 3 6 鉗形梁調(diào)整功能 可調(diào)整鉗形梁耳孔距軌面高度及橫向位置。 2 3 7 壓柱調(diào)整功能 保證壓柱油缸調(diào)整j 下位。 2 3 8 遙控操作功能 通過采用遙控操作，可分別控制每個油缸動作。工作人員可實現(xiàn)近距離無線操作調(diào) 整車輛的目的。從而使操作更加可視、方便。 2 4 車輛計算情況 為保證載重3 5 0 t 鉗夾車的性能，齊車公司對該車先后進行了過橋檢算、主要鋼結(jié)構(gòu) 受力分析計算、主要承載部件有限元結(jié)構(gòu)計算、整車動力學分析計算、整車模態(tài)分析計 算等工作。 2 4 1 過橋檢算 按照鐵路橋梁檢定規(guī)范和鐵路橋涵設計規(guī)范的規(guī)定，載重3 5 0 t 鉗夾車前后 加掛隔離空車( 即2 t m ) 情況下，對該車進行了過橋檢算，結(jié)果表明： 該車在滿載3 5 0 t 時，為一級超重，可限速4 2 k m h 通過最不利橋梁；在載重3 2 8 t 即運輸6 0 0 m w 發(fā)電機定子時，車輛可不限速通過所有橋梁。 人連交通大學- r ：1 ：1 7 碩十學位論文 2 4 2 主要鋼結(jié)構(gòu)強度、剛度計算情況 對該車的鉗形梁、導向梁、大底架、小底架結(jié)構(gòu)強度、剛度進行了有限元分析計算。 在計算過程中，鉗形梁、導向梁、大底架、小底架的動荷系數(shù)分別取為0 1 5 、0 1 5 、0 2 和0 4 。另外，根據(jù)d 3 8 鉗夾車試驗測得的綜合動荷系數(shù)對各底架分別進行核算，動荷 系數(shù)取為0 3 2 、o 3 2 、0 5 9 和o 8 4 。 ( 1 ) 鉗形梁計算結(jié)果 鉗形梁在垂直靜載荷作用下，車耳孔相對于銷軸的垂向位移是4 0 m m ，撓跨比是 0 6 4 9 18 0 1 18 0 ，滿足剛度要求。 鉗形梁最大應力發(fā)生在車耳孔處，最大合成應力為3 2 5 m p a ；其中，鉗形梁下蓋板 大彎角處最大合成應力為2 7 5 m p a ，均小于材料的許用應力，強度滿足要求。 ( 2 ) 大底架計算結(jié)果 大底架在垂直靜載荷作用下，中央斷面相對于心盤的垂向位移是2 0 6 m m ，撓跨比 是0 51 3 0 0 1 3 0 0 ，滿足剛度要求。 大底架最大應力發(fā)生在上蓋板封板處，最大合成應力為3 3 6 m p a ，小于材料的許用 應力，強度滿足要求。 ( 3 ) 導向梁計算結(jié)果 導向梁最大應力發(fā)生在端部下腹板孔邊處，最大合成應力為4 0 6 m p a ，小于材料的 許用應力，強度滿足要求。 ( 4 ) 小底架計算結(jié)果 小底架在垂直靜載荷作用下，中央斷面相對于心盤的垂向位移是7 0 9 m m ，撓跨比 是0 4 7 3 0 0 1 3 0 0 ，滿足剛度要求。 ， 小底架最大應力發(fā)生在側(cè)梁下蓋板端部圓弧處，最大合成應力為3 9 4 m p a ，小于材 料的許用應力，強度滿足要求。 2 4 3 整車動力學性能分析計算 對該車進行了整車動力學性能分析計算，結(jié)果表明： ( 1 ) 3 5 0 t 鉗夾車的臨界速度為：空車1 3 6 k m h ，重車1 5 1 k m h 。該車能夠滿足空車 1 0 0 k m h 、重車6 0 k m h 的速度運行要求。 ( 2 ) 3 5 0 t 鉗夾車空車通過大于等于r 3 0 0 m 各種曲線時輪軌橫向力、脫軌系數(shù)、輪重 減載率在限制值內(nèi)。 1 2 第二章新型3 5 0 t 鉗夾式貨下的設計研究 空、重車通過1 8 0 m 半徑曲線時應限速5 0 k m h 以下，重車側(cè)線通過n 0 1 2 號道俞時 限速4 5 k m h ?？?、重車通過各種曲線和道岔時在限速內(nèi)輪軌橫向力脫軌系數(shù)、輪重減 載率均在限制值內(nèi)。 ( 3 ) 3 5 0 t 鉗夾車空車在1 0 0 k m h 范圍內(nèi)，重車在6 0 k m h 范圍內(nèi)其運行平穩(wěn)性各項指 標都滿足g b t 17 4 2 6 1 9 9 8 的要求，能滿足車輛正常運行要求。具體詳見3 5 0 t 鉗夾車 動力學性能分析計算報告。 ( 4 ) 不同整車重心高對動力學的影響 為研究整車重心高度對整車動力學的影響，該車整車重心高度分別取為2 4 0 0 m m 、 2 5 0 0 m m 、2 6 0 0 m m 、2 7 0 0 m m 、2 8 0 0 m m 和3 0 0 0 m m 幾種工況。分別計算對輪重減載率 的影響情況。 通過計算可表明：整車重心越高，車輛運行在線路上時輪重減載率越大，特別在小 曲線上更為明顯，因此當貨物車輛重心較高時應適當限速運行。 ( 5 ) 貨物重心橫移對動力學的影響 為研究貨物重心偏移對整車動力學的影響，該車貨物橫向偏心量分別取為3 0 m m 、 6 0 m m 、1 0 0 m m 、1 5 0 m m 和2 0 0 m m 。通過計算表明：應盡量減小貨物重心橫向偏移量， 貨物重心橫向偏移量應在1 5 0 m m 以內(nèi)。 2 4 4 制動計算 該車裝有4 套1 2 0 型貨車空氣制動機，每套1 2 0 型制動機配置2 個2 0 3 x 2 5 4 旋壓密 封式制動缸( 總計8 個制動缸) ，每個制動缸作用于2 個輪對。制動管定壓：5 0 0 k p a ； 重車制動缸壓力：3 5 0 k p a 。 通過計算表明：該車在空車1 0