课程设计集装箱专用平车总体设计Word格式文档下载.docx
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总体设计
1.概述
为满足铁路货运快捷、重载、安全、可靠、优质、环保的要求，实现铁路跨越式的发展，铁路车辆尤其是货车车辆无论是品种、档次，还是质量都将会有一个较大的提高。
铁道工业发展的战略重点是提速与重载，要求铁路货运车辆必须减轻车辆自重。
而减轻车辆自重的途径除了合理的设计参数选择、优化的结构设计外，最重要的是材料品种、性能和质量。
传统材料普碳钢和耐候刚等已经明显不能适应新形势的需要，这是不锈钢以其特有的耐腐蚀性强、自重轻、造型美观、耐高温、寿命周期长等优点，受到了铁路车辆制造企业的极大关注，应用范围越来越广。
集装箱运输作为一种先进的运输方式，具有效率高、速度快、货损少和联运方便等优点，便于实现门到门运输、减少装卸环节、降低运输成本。
铁道部非常重视集装箱运输，在铁路主要技术政策和铁路发展规划中，将集装箱运输作为新的经济增长点，大力发展集装箱运输。
随着我国国民经济的快速发展，铁路集装箱在箱型、载重等方面得到很大改进。
随着我国铁路集装箱运输事业的蓬勃发展，特别是我国加入WTO之后，铁路集装箱在运输箱型、数量、载重等方面发生了很大变化，过去研发的集装箱专用车辆已难以满足集装箱运输的需求。
提高运输能力，具有明显的经济效益和社会效益。
2.车辆基本参数的选择
2.1我国已有集装箱专用平车参数比较和参考
2.1.1结构比较
此处将
、
型集装箱专用车的尺寸作比较，
结构图如下图1.图2：
图1（
型集装箱专用平车）
图2（
型集装箱专用平车如下图3：
图3（
型集装箱专用平车如下图4：
图4
1.手制动装置；
2.位转K2转向架；
3.标记；
4.底架组成；
5.底架附属件；
6.空气制动装置；
7.集装箱锁闭装置；
8.2位转K2转向架；
9.车钩缓冲装置。
型集装箱专用车的主要结构尺寸及参数如下表1.
项目
载重/t
61
72
78
自重/t
17.2
21.8
22
自重系数
0.28
0.30
轴重/t
21
23
25
每延米重/t
5.97
4.73
车辆长度/mm
13230
19366
19466
底架长度/mm
12300
18400
18500
车辆定距/mm
8900
14200
15666
装箱数/TEU
2
3
4
主要装箱形式
单层
双层
装载条件
不选配
选配
运用条件
全国通用
表1
2.1.2车辆技术经济指标分析对比
车辆编组长度按850m站线长（车辆计长70m）计算，车辆投人按2006年铁道部招标采购价计算，车辆产出按铁道部规定的箱公里总费率来计算，车辆运用有效里程按1年运行10万km、30%的返空率来计算。
铁道部铁运[2005]46号文发布的《铁路货物运价规划》规定，总重在24t以下的20ft集装箱总费率（集装箱运价率+电气化附加费率+铁路建设基金费率）约为1.4元/（箱·
km），总重在50.4st的20ft集装箱总费率约为1.6元/（箱•km），4oft集装箱总费率约为2.9元/（箱•km）。
表2为这3种车辆技术经济性比较表。
车辆数/辆
58
39
列车总装箱数/TEU
116
117
156
列车总载重量/t
3538
2808
3042
列车运输能力/（t*TEU）
410408
328536
474552
车辆采购单价/万元
30.7
40.0
41.6
列车采购投入
1780.8
1560
1622.4
1年车辆产出/万元
1299.2
1146.6
1556.1
表2
从表2可以看出:
在850m站线长度内，列车总载重量
最大，
次之，
最少;
列车总装箱
最多，凡
仅比X6K多1TEU;
#IJ车运输能力
最小，
比
提高了19.8%，
比X4K提高了13.3%。
综上所述在上表的参数对比中可以发现，
基本符合本课程设计的要求。
本课程设计对其结构只是进行稍加改进并验证。
2.2车辆性能参数的解释与选择
1.自重系数：
指运送每单位标记载重所需的自重，其数值为车辆自重与标记载重的比值。
对于货车而言，这个技术参数是极其重要的参数之一。
设定该单浴盆重载运煤敞车的自重为17.2t，载重为61t，故自重系数为0.28.
2.轴重：
是指按车轴型式及在某个运行速度范围内该轴允许负担的并包括轮对自身在内的最大总质量。
轴重的选择与线路、桥梁及车辆走行部的设计标准有关。
这里将该车的轴重设定为21t。
3.最小曲线半径：
指配用某种型式转向架的车辆在战场或厂、段内调车时所能安全通过的最小曲线半径。
当车辆在此曲线区段上行驶时不得出现脱轨、倾覆等危及行车安全的事故，也不允许转向架与车体底架或与车下其他悬挂物相碰。
该车在正线运行的状况下，最小曲线半径为300m；
出厂线运行时，最小曲线半径为150m。
4.构造速度：
指除了满足安全及结构强度条件外，还必须满足连续以该速度运行时，车辆有足够良好的运行性能。
将该车的构造速度设定为120km/h。
5.转向架：
为有效降低轮轨间作用力，减小各部分磨耗，实现免维修化管理并减少检修工作量，结合构造速度（120km/h），采用转k2转向架。
6.轨距：
采用标准轨距，即1435mm。
2.3.车辆尺寸参数的选择
1.车辆定距：
指车体支承在前、后两走行部之间的距离，若为带转向架的车辆，车辆定距又可称为转向架中心距。
结合我国已有单浴盆重载运煤敞车定距，将该车车辆定距设计为8900mm。
2.转向架固定轴距：
不论是二轴转向架或是多轴转向架，同一转向架最前位轮轴中心与最后位轮轴中心之间的距离称为转向架固定轴距。
该车转向架固定轴距为1800mm。
3.车辆最大高度：
指车辆最大高度是指车辆顶部最高点离钢轨水平面之间的距离，该尺寸必须要符合机车车辆限界的要求。
该车最大高度为3542mm。
4.国际集装箱载面距轨面的高（空车）高度为1130mm
5.底架宽度：
指车体最宽部分的尺寸。
该车最大宽度为2750mm。
6.车辆长度：
该车车体长度为13230mm。
7.车钩高：
又称车钩中心线距轨面高度，指车钩钩舌外侧面的中心线至轨面高度。
我国标准车钩高为880mm。
8.底架长度：
该车底架长度为12300mm
参数选择如下表3：
参数名称
参数值
车辆自重
17.2t
载重量
60t
轴重
21t
每延米重
5.97t/m
最小曲线半径
正线300m，出厂线150m
构造速度
120km/h
转向架
转K2转向架
轨距
1435mm
车辆定距
8900mm
转向架固定轴距
1750mm
底架宽度
2750mm
车辆长度
13230mm
车钩高
880mm
车辆最大高度（空车）
1480mm
集装箱装载面距轨面高（空车）
1140mm
空车重心高
695mm
制动机型式
120型制动机
全车制动倍率
9.1
全车制动率（常用制动位）空车
32.3%
全车制动率（常用制动位）重车
18.4%
限界：
符合GB146.1-83《标准轨距铁路机车车辆限界》的规定
表3
3.车辆主要尺寸、参数的校核
3.1车辆限界校核
机车车辆限界是一个和线路中心垂直的极限横断面轮廓。
机车、车辆无论是空车或重车，无论是具有最大标准公差的新车还是具有最大标准公差和磨耗程度的旧车，当其停放在水平直线上且无侧向倾斜及偏移时，除电力机车升起的受电弓外，其他任何部分均应容纳在限界轮廓之内，不得超越。
我国的机车车辆限界经过多次修改，目前实施的运行速度低于200km/h的准轨机车车辆限界标准为GB146.1-83。
其上部限界如图5所示：
图5机车车辆上部限界GB146.1-83（车限-1A）
（v＜200km/h）
图6机车车辆下部限界（车限-1B）
图7通过装减速器（工作位置）驼峰的货车下部限界
（车限-2）（v＜200km/h）
利用给定的机车车辆限界可以具体校核车辆的尺寸如下：
例如新造车需在空载状态下按机车车辆上部限界，即按车限—1A（图5）校核其垂直面内的最大尺寸，且在考虑顶部尺寸时应以车钩距轨面高的上偏差为准，即以名义高度加10mm不得超出顶部限界。
在考虑下部限界时刻分为两种情况：
对不通过自动化、机械化驼峰的一般车辆，按车限-1B（图6）校核；
对需要通过自动化、机械化驼峰的货车应该按车限-2（图7）校核。
在校核车辆下限界时应以车体或转向架处于最低可能位置来考虑，即车辆不仅在名义载重作用下具有适当的静扰度，而且应该按厂、段修规程检修限度表中允许的心盘、销套、轮辋的最大磨耗及弹簧、车体各梁允许的最大永久变形等来校核。
结论：
通过对车辆限界的校核，该车最大宽度、最大高度等尺寸都符合车辆限界标准GB146.1-83的要求。
3.2车辆在曲线上的静偏移量校核
对车辆在曲线上的静偏移量进行校核时，有转向架车辆和无转向架车辆在原理上是相同的，由于本次课程设计的对象是有转向架（转k5转向架）车辆，所以静偏移量计算如下：
对于有转向架的车辆，转向架本身就是一个小的二轴车，转向架心盘处也要向曲线内侧偏移如下图8所示，设转向架的固定轴距为
。
图8带转向架四轴车在曲线上的偏移状况
则中部偏移量
为：
又由于
＞＞
，且＞＞
略去一些角度引起的偏差，可得四轴车车体中央偏移量为：
四轴车车体端部偏移量为：
其中：
——车辆长度
——车辆定距
——曲率半径
——转向架固定轴距
以上数据在本次课程设计中的设计参考值分别为：
，
将以上数据带入上述两式可得：
由于
和
两者相差为
，即偏移量
相差基本满足设计要求，因此车辆在曲线上的静偏移量是能够满足车辆设计要求的，即车辆的定距、长度以及整车的曲线通过能力都满足设计要求，车辆能够在线路上正常运行。
4.结构设计
4.1车体钢结构
车辆供装载货物或乘坐旅客的部分称为车体，车体结构是车辆整体框架的构造，是车辆的主要构造，因此车体结构需要足够的刚度和强度，以满足车辆总体设计的要求和车辆在线路上安全舒适运行的需要等，车体结构设计主要考虑车辆的重量和速度等方面，另外在设计过程中必须考虑到车辆的经济性能。
货车车体的主要组成部分包括底架、侧壁（墙）、端壁（墙）、车顶等，而平车的车体主要是底架，无侧墙、端墙等。
车体底架通过心盘或旁承支承在转向架上。
车体钢结构承担了作用在车体上的各种载荷。
4.1.1底架结构
底架为全钢焊接结构，由端梁、中梁、侧梁、枕梁、中横梁各端横梁组焊而成。
中梁为H600mm×
200mm×
11mm×
17mm型钢加上下盖板拼焊成鱼腹形槽钢，并设有中央大横梁以及工字形端横梁，端部设有纵向辅助梁，采用锻钢上心盘及材质为C级铸钢的前后从板座。
前后从板座与中梁间采用符合运装货车[2004]66文要求的专用拉铆钉连接，装用铁路货车车号自动识别系统车辆标签。
底架结构如下图9
图9
4.1.2中梁、底架的结构特点及制造
底架为全钢铆焊结构;
中梁是鱼腹形变截面箱形梁,为主要的承载部件。
该底架能承载61t。
其结构见图10。
横梁组成
（1）、横梁组成
（2）、枕梁是由钢板组焊成的斜箱形截面梁;
端梁为开口L形截面梁;
横梁组成（3）是由钢板组焊成的变截面工字梁。
底架上装有6组伸缩式旋转锁和2组固定式转锁。
图10 底架结构
1-端梁;
2-中梁;
3-枕梁4-横梁组成
（1）;
5-横梁组成
（2）;
6-横梁组成（3）;
7-侧梁;
8-上盖板;
9-腹板;
10-隔板（3）;
11-下盖板。
底架的挠度、倾斜、心盘横向间隙过大及牵引梁上翘下垂等主要与中梁因组装、焊接变形造成的扭曲、旁弯、挠度过大等问题直接相关。
一方面中梁组成的制造难度大:
（1）中梁具有较大的强度及刚度和大的外形尺寸,组焊成形后进行机械矫正的难度很大;
（2）组装要求高;
（3）由于是小批量,没有专用的工装,加工难度较大,尺寸精度难以控制;
（4）由于焊角大,焊接热输入量大,中梁产生的焊接变形亦大。
另一方面车体上组装的6组伸缩式锁头和2组固定式锁头的对角线差、承载面高低差要求严格,这就对底架组对后端梁和各大横梁高低差、对角线的组装精度提出了更高的要求,给底架组焊尺寸的控制增加了难度。
4.1.3组焊工艺
图11
腹板和下盖板采取3段拼接方案,上盖板采用2段拼接方案,接口相互错开。
放样下料时为防止因受热不均造成的旁弯,先切割两侧A、B处,等板料冷却以后再切割端头C处,见图2。
拼接后盖板和腹板全长旁弯不超过2mm。
且两腹板只能朝同一侧弯,旁弯之差不大于2mm。
接长焊缝采用双面埋弧焊,焊后磨平并进行超声波探伤检查。
将中梁下盖板吊至简易组焊台上垫好,画好纵横中心线及隔板的组焊位置,组装隔板和腹板,并在牵引梁前后从板座处增设工艺板,防止因焊接造成的横向收缩影响从板座的组装。
在对中梁施焊前,牵引梁及心盘安装座处须与水平承台面紧密贴合,并辅以外力压紧固定,中梁底部垫实,使中梁扭曲得以控制。
焊接中梁内腔各焊缝的顺序是:
先焊腹板与下盖板内侧水平焊道,其次焊接各隔板与下盖板的水平焊道,再次焊接各隔板与腹板间焊道。
焊接腹板与下盖板内侧角焊缝时采用逆向分段焊法,4人同时从中心向两侧施焊。
将中梁松夹后,将中梁翻倒成和位置垫平,从里向外焊接隔板与腹板间角焊缝。
为了防止一次焊完各隔板与一侧腹板间焊道,再焊另一侧时造成中梁旁弯严重的问题,采用跳焊法（即焊完部分隔板与腹板间焊缝后,将中梁翻转180°
焊接另一侧部分隔板与腹板间焊缝）,减少先后焊缝的熔敷量差来控制焊接变形,从而减小中梁旁弯。
将中梁成位置放正,组装中梁上盖板,然后将中梁翻转180°
将中梁垫好,采用刚性固定中梁上盖板,减少因中梁上盖板与中梁腹板焊角大,热输入量大引起的上盖板角变形。
焊接过程中采用逆向分段焊法,4人同时从中心向两侧施焊,分两层施焊,焊接过程中采用锤击法释放焊接应力,焊完第一层后,进行层间清渣,等焊缝冷却以后,松开刚性固定装置,将中梁翻转180°
最后焊接中梁下盖板与腹板外侧角焊缝,然后再将中梁翻转180°
将中梁上盖板刚性固定好,焊接中梁上盖板与中梁腹板外侧角焊缝第二层。
通过采取以上这些措施后,中梁上挠度基本控制在19mm,旁弯6mm,牵引梁下垂（-）5mm,心盘两侧间隙小于0.5mm,达到了设计要求
综合考虑底架组焊要求:
（1）中端梁水平高低差、底架对角线差不大于12mm;
（2）枕梁对角线差不大于8mm;
（3）上心盘中心线与两侧梁外侧距离差不大于3mm;
（4）同一集装箱使用的锁座,承载高低差不大于6mm;
（5）40ft箱、45ft箱对应的托板座板孔中心对角线差不大于16mm;
（6）20ft箱对应的托板座板孔中心对角线差不大于13mm。
同时考虑到对底架扭曲变形的控制,设计制作了简易组焊工装和夹紧工装,校对了上心盘水平承载台的水平度,在各梁组装位置设定和水平检测点。
组焊工艺:
（1）将中梁吊至底架简易组对胎上,定位加紧,检测上心盘与水平承载胎间的间隙。
（2）按照先组装枕梁、横梁,然后组装侧梁和端梁的顺序组装。
组装过程中利用水平检测点及平尺、水平检测尺找正各梁高低差,旋转高度调整顶针定位,保证一侧梁与二位侧梁高度差不超过3mm。
（3）调整各梁及各锁闭装置对角线及底架宽度,将对角线差控制在10mm内。
（4）为防止各梁腹板与中梁腹板焊接收缩造成底架旁弯,在各部组装尺寸达到要求后,先对称立焊枕梁与中梁、侧梁间焊缝,再校对各部尺寸后,对称立焊端、横梁与中梁、侧梁间焊缝,最后组焊地板和锁闭装置。
底架组焊完成后,中梁挠度下浮10mm
4.2转向架选型设计
车辆转向架的优良直接决定了列车的运行速度、载重量、运行平稳性能以及运行安全性能等方面，所以货物列车的转向架选型设计必须综合各方面因素，选择性能优良、结构适宜于列车特点的转向架。
对于我国普通的货物列车，除少数专用车辆外普遍采用铸钢三大件式转向架，本次课程设计的车辆也不例外，结合以往已有经验，根据货物列车载重量的需求以及速度的要求，本次课程设计采用转K2转向架，基结构如图12图13：
图12
图13
转2转向架的技术特点如下：
1）转K2转向架是在转8A转向架基础上研制的,通过采取在两侧架间加装弹性下交叉支撑装置、空重车两级刚度弹簧、双作用常接触张廷发旁承、心盘磨耗盘等技术设计而成的0，基本结构与转8G类似，属于传统的铸钢三大件式摆动转向架，具有结构简单、车轮均载性好、制造成本低、检修维护方便等优点；
2）该转向架在两侧架之间安装了弹性下交叉支撑机构，交叉杆从摇枕下面穿过，4个端点用轴向橡胶垫与侧架连接，提高了转向架的抗菱刚度，从而提高转向架的蛇行失稳临界速度、提高货车直线运行的稳定性。
交叉支撑装置可有效保持转向架的正位状态，从而减小了车辆在直线和曲线运行时轮对与钢轨的冲角，改善转向架的曲线通过性能，显著减少轮轨磨耗。
克服了传统三大件转向架的正位对斜楔状态的依赖。
3）为了减少上下心盘的磨损，采用了耐磨性能优良的心盘磨耗盘完全避免了上下钢质心盘间的直接磨耗，改善了心盘面的承载均衡性，有效提高上下心盘的使用寿命和减少检修工作量。
4）转K2型转向架的中央悬挂系统由10个外圆弹簧，10个内圆弹簧，4组双卷减振弹簧组成。
实现了空重车两级刚度。
这种结构由于在空车时弹簧刚度小，静挠度大，提高了空车运行时的平稳性。
采用斜楔减振装置，弹性常接触式旁承和新型制动梁，具有耐久性和可靠性；
5）整体式斜楔减振装置，由侧架磨耗板、斜楔、摇枕斜面磨耗板和双卷减振弹簧组成。
6）双作用弹性旁承，可提高转向架与车体间的回转约束和车体侧滚约束，抑制以转向架摇头与车体侧滚为主的蛇行失稳形式，达到提高车辆运行平稳性和稳定性的目的。
7）强度按照21t轴重设计。
转K2转向架主要技术参数如表4：
21/18
轨距/mm
1435
4.2
轴型
RD2
固定轴距/mm
1750
轴颈中心距/mm
1956
旁承中心距/mm
1520
下心盘上平面距轨面自由高/mm
717
基础制动倍率
最高商业运营速度/（km/h）
轴重18t时
120
轴重21t时
100
表4
●限界：
符合GB14611-83《标准轨距铁路机车车辆限界》车限-1B的要求
●转向架强度：
符合TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》
●动力学性能指标：
符合GB5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》
4.3制动系统选型设计
制动系统（也称制动装置）一般可分为如下两大组成部分：
制动机——产生制动原动力并进行操纵和控制的部分。
基础制动装置——传送制动原动力并产生制动力的部分。
4.3.1制动机选型设计
根据以往货物列车成熟经验，本车采用120型空气制动机，它是我国目前铁路货车车辆上使用的最新型的一种空气制动机，在我国新造和厂修的货车车辆上都将更新安装120型空气制动机。
120型空气制动机主要特点是：
1）120阀的主阀作用部（主控机构）仍然采用103阀行之有效的橡胶模板加金属滑阀的结构，包括其局减室、局减阀、紧急二段阀等，具有比较完善的两阶段局减作用和紧急制动时制动缸压强先跃升后缓升的二段变速充气作用，但是120阀采用了直接作用方式。
这是因为，间接作用方式复杂，初充气时间长，而原来认为的直接作用方式存在的一些问题，后来由于使用条件的变化和某些制动新技术的采用，已经初步得到解决。
如此一来，在120阀上不再有工作风缸、容积室、均衡部、充气止回阀部的存在，同时副风缸容积减小，结构得到简化，初充气时间也得以缩短。
2）紧急阀采用了带先导阀的二级控制机构，大大提高了货物列车的紧急制动波速，达到了国际先进水平。
3）加装了有制动缸排气压强控制的加速缓解阀和11L的加速缓解风缸，在本车制动缸开始缓解时打开加速缓解阀，使加速缓解风缸的定压空气向列车管逆流，产生局部减压，加速相邻车辆的缓解速度，从而提高全列车的缓解波速，使低速缓解的纵向冲动减轻。
4）加装了BZH型半自动缓解阀。
该阀不是排副风缸的风，而是直接排制动缸的风，并具有自锁功能。
及时在紧急制动后列车管压强为零时，也不用总拉着缓解阀手柄，只要拉动后听到缓解阀活塞部下方排气口有排气声，说明制动缸已经开始缓解，便可以松手，让手柄复位，制动缸仍然能继续缓解，直到压强为零。
既方便调车作业，又节约压力空气。
5）在滑阀上增设了一个在制动保压位沟通列车管和副风缸的Ø
0.2的小孔，称为“眼泪孔”或“呼吸孔”，以适应压
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