出口澳大利亚N76-AUS 型集装箱平车研制

2022-08-02钟晓峰赵寿鑫

现代工业经济和信息化 2022年6期

黄瑞，钟晓峰，赵寿鑫

（中车眉山车辆有限公司产品开发部，四川眉山 620010）

引言

出口澳大利亚N76-AUS 型集装箱平车是由中车眉山车辆有限公司根据与澳大利亚客户签订的相关供货合同与技术规范设计制造，该车适用于在澳大利亚洲际铁路网（DIRN）1 435 mm 轨距线路上运行，可装运两个20 ft 或一个40 ft 集装箱。2020 年6 月该车完成工作图样设计，9 月完成了样机试制及相关试验，10 月完成首批批量生产，并交付用户。

1 主要特点

1）采用等强度理念，车体结构轻量化设计，采用鱼刺型底架结构，自重≤16 t，载重76 t，设计轴重25 t，运用轴重23 t，满足用户装载2 个20 ft（单箱总重≤38 t）或1 个40 ft（单箱总重≤38 t）集装箱的要求。

2）采用下作用式E/F 型鹅颈车钩，满足承载面高度及低重心的要求，采用MT-2 型缓冲器及17 型锻造钩尾框。

3）采用眉山公司自主研制的150 型制动系统、PAB-Ⅱ型集成制动装置，简化制动装置，制动效率高。车辆每端的两侧采用分叉式主管布置，便于制动连接软管的连接，有效提高了操作人员编组连挂车辆的效率。

4）走行部采用眉山公司自主研制的HZ25E-AUS型径向转向架，具有低噪音、低动力、低磨耗的技术特点，保证车辆有较高的蛇行失稳临界速度，具有优良的曲线通过性能，同时采用非金属常接触弹性旁承、设置摇枕和轴箱两级刚度弹簧并配合副构架式径向装置，满足相关规定的115 km/h 的最高运行速度要求。

5）车辆外形轮廓符合RSSIB AS 7507:2017 Reference Vehicle 3 和RSSIB Reference Vehicle 21 的要求。

2 主要技术参数（见表1）

表1 出口澳大利亚N76-AUS 型集装箱平车主要技术参数

3 主要结构

该车主要由车体（底架）组成、集装箱锁紧装置、风手制动装置、车钩缓冲装置及径向转向架等组成，如图1 所示。

图1 出口澳大利亚N76-AUS 型集装箱平车总体示意图

3.1 底架组成

该车底架组成采用全钢焊接式单中梁承载结构，主要由中梁组成、端梁组成、枕梁组成、大横梁组成和护栏组成等组焊而成，其主要承载部件材质采用Q450NQR1 或Q550NQR1 高强度耐大气腐蚀钢。

中梁组成由中梁上盖板、中梁下盖板及中梁腹板组焊成中部大两端小的鱼腹形结构，中梁两端组焊于前从板一体式铸钢冲击座，材质为C 级钢。后从板座材质为C 级钢，其与中梁采用铆接方式连接。上心盘采用直径为352 mm 的锻钢上心盘，上心盘与中梁采用拉铆钉连接。中梁上盖板、腹板、下盖板根据不同受力情况及减重要求均为不同厚度板材多段拼接而成。

端梁组成由端梁下盖板、端梁腹板、端梁上盖板组焊而成，其截面由底架两侧向中间方向形成由小变大的变截面箱形结构，在端梁两侧上平面设置可以安装自动旋锁的集装箱锁紧座板，锁紧座板采用材质为Q355B 的低合金高强度钢板制成。

枕梁组成由枕梁下盖板、枕梁腹板、枕梁上盖板、封板等组焊而成，其截面由底架两侧向中间方向形成由小变大的变截面箱形结构。

大横梁组成由大横梁下盖板、大横梁腹板、大横梁上盖板、隔板、锁座板及加强筋等组焊而成变截面箱形结构，在大横梁两侧上平面设置安装自动旋锁的集装箱锁紧座板。

护栏组成主要由护栏支撑组成、护栏及护栏支座等组装而成，其中护栏及护栏支撑采用符合GB/T 6728 的冷弯空心方管制成。

3.2 集装箱锁紧装置

采用TFAD 型全自动旋锁，每辆车8 套，根据不同的装箱工况，配备了对应的旋锁存储架。

3.3 制动装置

采用眉山公司自主研制的150 型控制阀空气制动系统和PAB-II 型单元集成制动装置。制动装置主要由坐式150 型控制阀、99 L 储风缸、40 L 储风缸、13 L 储风缸、11 L 储风缸、WG-1C 型无极传感阀、T-1A型调整阀、ZJ1 型中继阀、制动缸软管、GHP 型组合式集尘器、制动软管连接器和折角塞门等组成。采用符合GB/T 8163 的普碳钢管，钢管内部进行磷化处理。制动装置各风管间、风管与各阀座间采用法兰接头连接，在主管端部设置长度调整管，调整管采用内接活接头连接。在底架中部设置可双侧操作的FSW 型手制动机，便于在车辆两侧操作，提高便捷性。

3.4 车钩缓冲装置

车辆两端的中梁内装配符合AAR 标准的E 级钢、下作用式E/F 型鹅颈车钩（带下挡架），配套采用17 型锻造钩尾框、合金钢钩尾销和、MT-2 型缓冲器等。

3.5 转向架

采用HZ25E-AUS 型副构架式径向转向架，主要由轮对组成、侧架组成、橡胶堆、摇枕组成、PAB-II 型集成制动装置、滚动轴承装置、轮对径向装置、弹性旁承总成和中央悬挂装置等零部件组成。轮对径向装置由两个副构架通过两个连接杆交叉销接组成，副构架与承载鞍采用拉铆钉连接，橡胶堆置于承载鞍顶部。减振装置采用变摩擦减振装置，主要由斜楔、减振弹簧组成。摇枕承载弹簧采用两级钢弹簧组，由承载内、外簧组成。采用AARE 级滚动轴承装置，采用LZW 钢车轴、多次磨耗整体辗钢车轮及高摩合成闸瓦。

4 计算

4.1 车体结构静强度有限元计算

眉山公司委托西南交通大学根据《合同技术规范》要求，按照澳大利亚标准AS 7520.2:2012 对N76-AUS 型集装箱平车进行了车体钢结构静强度分析计算[1]。

计算载荷工况有：纵向载荷工况、垂向载荷工况、顶车与起吊载荷工况和车钩载荷工况等部分。结果表明，车体结构在各工况下的计算应力均小于临界设计应力，结构静强度满足标准要求。

为了解车体结构的安全性，对空车车体稳定性、组合工况下的车体稳定性和车体模态均进行了仿真分析。结果表明，车体在各工况下的临界屈曲因子均大于1，车体一阶自振频率为18.32 Hz，车体结构稳定性和振动模态能够确保车辆安全运行。

4.2 动力学计算

眉山公司委托西南交通大学根据《合同技术规范》要求对N76-AUS 型集装箱平车动力学性能分析，动力学性能分析按照RISSB（Rail Industry Safety and Standards）中AS7509：2017 Rolling Stock - Dynamic Behaviour 标准执行。RISSB 标准规定，车辆动力学性能评价应包含直线上的运行性能（考察其蛇行运动稳定性）、通过缓和曲线（扭曲线路）的运行性能以及通过不平顺线路的运行性能等[2]。

结果表明：

1）在110%设计速度（即126.5 km/h）以内，新车车轮和磨耗后车轮、新摩擦减振器和磨耗后的减振器等组合工况下，N76-AUS 型集装箱平车空车车体横向加速度均方根值分别为0.221 6 g、0.232 6 g、0.230 4 g和0.238 5 g，均小于RISSB AS7509:2017 标准规定的0.25 g，满足RISSB AS7509:2017 标准要求的蛇行运动稳定性。

2）在较低级线路条件下（按FRA 4 级线路考虑）以110%设计速度（即126.5 km/h）运行，空车在新车车轮和磨耗后的车轮、新摩擦减振器和磨耗后的减振器等组合工况下，车体横向加速度峰值分别为0.4426g、0.461 0g、0.457 6g、0.476 2g，小于RISSB AS7509:2107标准规定的0.5g。横向加速度均方根值分别为0.210 1g、0.226 7g、0.231 4g、0.239 6g，小于RISSB AS7509:2107标准规定的0.25g。车体垂向加速度峰值分别为0.665 8g、0.680 5g、0.698 1g、0.710 8g，小于RISSB AS7509:2107 标准规定的0.8g。垂向加速度均方根值分别为0.316 7g、0.329 0g、0.327 9g 和0.332 5g，小于RISSB AS7509：2107 标准规定的0.35g。其基础运行横向和垂向加速度均满足RISSB AS7509：2107 标准的要求。

3）在扭曲线路上，空车工况下，N76-AUS 型集装箱平车以5 km/h 以下速度（准静态工况）通过RISSB AS7509：2107 标准规定的扭曲线路（1A 工况、1B 工况）时，车轮最大垂向载荷减载率分别为0.552 4、0.521 8，小于RISSB AS7509：2107 标准规定的0.6，因此在缓和曲线（扭曲线路）上的运行安全性满足RISSB AS7509：2017 标准的要求。

4) 在110%设计速度（即126.5 km/h）以内，N76-AUS 型集装箱平车在空车、载重30.48 t（1 个40 ft箱）和载重76 t（2 个20 ft 箱）工况下，通过独立的轨道不平顺线路和循环的轨道不平顺线路时，经10 Hz低通滤波后，空车和满载各工况下，最小的车轮垂向载荷与车轮静载重比值的最小值为12.67%，大于RISSB AS7509：2107 标准规定的10%。车体垂向加速度的最大值为0.710g，小于RISSB AS7509：2107 标准规定的0.8g。车体横向加速度最大值为0.435g，小于RISSB AS7509：2107 标准规定的0.5g。持续50 ms 和1 m 距离的任一车轴L/V 绝对值之和的最大值为1.231，小于RISSB AS7509：2107 标准规定的1.5。因此，该车通过独立的轨道不平顺线路和循环的轨道不平顺线路时满足RISSB 标准的要求。

5）在100%设计速度下，考虑轴箱弹簧的影响时，重车工况下力P2为199.16 kN，不考虑轴箱弹簧的影响时，重车工况下力P2为216.24 kN，均小于230 kN，满足RISSB AS 7508.2 标准的要求。

6）N76-AUS 型集装箱平车在各工况下转向架的X 系数、车轮抬升率RWL、通过曲线时的轮对冲角均满足标准要求。

4.3 疲劳计算

公司委托北京交通大学对N76-AUS 型集装箱平车车体进行了疲劳寿命仿真分析。分析结果显示，该车车体结构的疲劳强度满足AAR 标准MSRP-C-II 2015（AAR M-1001，2015）“货车设计制造规范”第七章“新造货车疲劳设计”中的载荷条件及疲劳极限的评定要求，车体结构的疲劳设计寿命在650 万km 以上，满足技术规范要求[3]。

主要疲劳薄弱部位及疲劳寿命估算：枕内近枕梁处中梁上盖板与中梁腹板间T 形接头处的疲劳寿命最短，其疲劳寿命约为740 万km；其次为端梁腹板与冲击座间T 形接头处，其计算寿命约为744 万km。

5 试验

5.1 车体结构静强度试验

眉山公司检测中心产品性能试验室于2020 年8月完成了N76-AUS 型集装箱平车车体静强度试验，试验内容包括纵向载荷、顶车载荷、垂向载荷、车钩垂向载荷、单端起吊载荷和垂向弯曲刚度等试验工况。试验结果显示，在纵向压缩载荷和垂向载荷合成工况下出现最大应力，位于中梁上盖板与大横梁位置的圆弧过渡处，其应力值为452.6 MPa，小于材料的许用应力480 MPa，在其余各种工况单独及组合作用时各应力测点的应力值均小于相对应材料的许用应力[4]。