史洪磊 邱国荣

(1.中国铁路沈阳局集团有限公司锦州职工培训基地 辽宁 沈阳 121000)2.中车长江车辆有限公司常州分公司 江苏 常州 213011)

为了适应黄磷的铁路运输需要，全路生产了106辆GH65K型黄磷罐式集装箱专用车，按照原设计分别装用了直台式锁头和全自动锁头。

经现场调研，全自动锁头存在自动锁锈蚀卡死和自动锁锁紧功能失效等现象，其中自动锁锈蚀卡死占22.5%，该情况为用一字螺丝刀旋出锁紧销，锁头仍无法旋转；自动锁锁紧功能失效占60.6%，该情况用一字螺丝刀旋紧安全销，锁头仍可自由旋转，但失去自动锁紧功能。

根据《关于印发〈F-TR锁改进及集装箱平车锁闭装置改造方案审查意见〉及批复改造图样的通知》、《关于加强集装箱锁闭装置检修的通知》等要求，实施了GH65K型黄磷罐式集装箱专用车全自动锁头换装F-TR型固定式锁闭装置方案设计及相关计算工作。

1 GH65K型黄磷罐车结构介绍

1.1 GH65K型黄磷罐车主要结构

GH65K型黄磷罐车主要由底架组成、锁闭装置、风制动装置、手制动装置、转向架、车钩缓冲装置等组成，如图1所示。

图1 GH65K型黄磷罐车主要结构图

1.2 主要尺寸

该车辆长度为13 230 mm；底架长度为12 300 mm；底架宽度为2 828 mm；车辆定距为8 800 mm；车钩中心线距轨面高度为880 mm±10 mm。

1.3 主要性能参数

该车辆自重不大于19 t；载重为65 t；轴重为21 t；通过最小曲率半径为145 m；轨距为1 435 mm；商业运营速度为120 km/h；限界符合GB 146.1——1983《标准轨距铁路机车车辆限界》要求。

1.4 GH65K型黄磷罐车底架结构

底架主要由端梁、侧梁、枕梁、中梁、大横梁、辅助梁、斜撑等组成，如图2所示。

图2 GH65K型黄磷罐车底架结构图

1.5 GH65K型黄磷罐车中、侧梁结构

中梁及侧梁为鱼腹型结构，采用的材质为09CuPTiRE-B、规格为600 mm×200 mm×11 mm×17H的型钢制作。

1.6 GH65K型黄磷罐车大横梁结构

大横梁由上、下翼板和腹板组焊而成，上、下翼板采用12 mm厚钢板，腹板采用8 mm钢板。材质为09CuPTiRE-A。

1.7 GH65K型黄磷罐车锁闭装置结构

GH65K黄磷罐车的锁闭装置由16个全自动锁头组成，具体安装方式及位置如图3所示。

图3 锁闭装置结构示意图

2 换装F-TR型固定式锁闭装置改造方案

2.1 改造内容及技术要求

(1)底架改造按图样“QSH48A-01JG-00-000 底架组成”(见图4)执行。

图4 QSH48A-01JG-00-000 底架组成(局部示意图)

改造时，按图样所示去掉4块420 mm×520 mm箱角安装板和2块大横梁组成中的上盖板端头600 mm 部分。切除时，不得伤及相邻配件的母材，切割后打磨光滑并清除熔渣。

(2)锁闭装置改造按图样“QSH48A-09JG-00-000 锁闭装置”(见图5)执行。

图5 QSH48A-09JG-00-000 锁闭装置(局部示意图)

改造时，切除端部锁头时不得伤及端梁上盖板，切伤处允许补焊磨平。换装端部锁闭装置时，固定式锁座须先按图示方案加工。 锁闭装置组装后，同一罐箱使用的锁闭装置的锁头对角线差不得大于6 mm；同一罐箱使用的锁闭装置承载平面的高低差不得大于6 mm。

F-TR 锁组装后，1、2、5、6、9、10、13、14 位鹰头方向朝车辆1位侧，3、4、7、8、11、12、15、16 位鹰头方向朝2位侧。

2.2 方案说明

(1)对4个端梁处锁头的F-TR型锁座进行改造加工(见图6)。由于端梁锁座处车体结构复杂，改造端梁的加工难度大，为留出足够的定位及焊接空间且不影响锁座的性能，将端梁处F-TR型锁锁座的两边各切除15 mm。

图6 端梁处F-TR型锁座

(2)对车体4处辅助梁锁座垫板进行改造加工(见图7)。将4处辅助梁位置原420 mm×520 mm尺寸的锁座垫板换成420 mm×640 mm的垫板。

图7 辅助梁处锁座垫板

(3)对车体2处横梁上盖板进行改造加工(见图8)。大横梁组成(2)的横梁上盖板靠近边梁处600 mm段切除，拼焊一块600 mm×640 mm×12 mm的钢板 。

图8 横梁上盖板

3 车体静强度计算

因改造涉及车体部分，为确保改造的可靠性。依据《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》(以下简称《规范》)对GH65K型黄磷罐车改造后的车体进行了静强度及刚度分析计算。

3.1 载荷工况

工况1：作用于车体的垂向总载荷，即垂向静载荷与垂向动载荷之和。

工况2：即《规范》工况一中的压缩I。垂向总载荷+作用于车体两端后从板座上的纵向压缩载荷1 400 kN +侧向载荷(包括离心惯性力和风力)+施加于车体枕梁旁承处的扭转载荷40 kN·m。

工况3：即《规范》工况二中的压缩II。垂向静载荷+作用于车体两端后从板座上的纵向压缩载荷2 250 kN +散粒货物侧压力。

工况4：即《规范》工况一中的拉伸状态。垂向总载荷+作用于车体两端前从板座上的纵向拉伸载荷1 125 kN +侧向载荷(包括离心惯性力和风力)+施加于车体枕梁旁承处的扭转载荷40 kN·m。

工况5：即纵向惯性力工况。垂向静载荷+锁头纵向惯性力+车体纵向惯性力。

3.2 载荷工况应力云图计算

工况1：GH65K型车体垂向总载荷工况应力云图显示端部锁座局部应力为2 MPa；车体最大应力σmax=150 MPa。

工况2：GH65K型车体压缩I工况应力云图显示车体最大应力σmax=194 MPa。

工况3：GH65K型车体压缩II工况应力云图显示车体最大应力σmax=279 MPa。

工况4：GH65K型车体拉伸工况应力云图显示车体最大应力σmax=159 MPa。

工况5：GH65K型车体及锁头纵向力工况应力云图显示端部锁座局部应力为102 MPa；车体最大应力σmax=242 MPa。

3.3 计算结果

(1)GH65K型黄磷罐车计算结果

各工况下应力结果如表1所示。

表1 各工况下应力计算表

(2)垂向刚度分析

按照《规范》要求对车体进行垂向弯曲刚度考核。应满足公式：

其中：fz—中梁中央挠度；L2—车辆定距。

L2=8 800 mm(两车相同)，得到fz≤9.778 mm。

车体上施加垂向静载荷，得到位移云图(见图9)。从位移云图可以看出，GH65K型黄磷罐车中梁的最大变形发生在中梁中部上翼板处，最大变形量为5.498 mm(≤9.778 mm)。

图9 GH65K型车静载工况下中梁垂向变形图

3.4 静强度分析结论

GH65K型黄磷罐车车体按照《规范》规定的考核工况计算，结果评定如下：

(1)GH65K型黄磷罐车各工况下车体结构的合成应力均小于相应材料的许用应力，车体结构的静强度满足该规范规定的要求；

(2)GH65K型黄磷罐车在垂向静载荷作用下，侧梁和中梁的垂向挠度最大值小于评价值，结构的刚度满足规定的要求。

4 结论

通过分析改造方案和静强度的分析计算，得出以下结论：

(1)改造方案对车体结构及锁座改动较小，工艺成熟可靠，操作性强；

(2)改造后车体结构的静强度及刚度均满足规定的要求。

因此，GH65K型黄磷罐式集装箱专用车换装F-TR型固定式锁闭装置的方案，其改造后车体结构的静强度及刚度均满足相关规定的要求，换装F-TR型固定式锁闭装置后消除了之前存在的锁头锈蚀卡死等功能失效问题。