畢業(yè)設(shè)計(jì)70t貨車車體設(shè)計(jì).doc

概述：鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，國民經(jīng)濟(jì)的大動脈。解放前，我國的鐵路事業(yè)十分落后，使用的機(jī)車車輛幾乎是靠國外進(jìn)口，只有少量的機(jī)車車輛修理廠。新中國建立以來，我國的車輛設(shè)計(jì)，研究能力經(jīng)歷了從無到有，從摸索到成熟的過程。建國不久就立即開始了車輛的設(shè)計(jì)，制造工作，如：21型客車，首批22型客車，30t級的通用貨車及M11煤車等。目前在我國由鐵路運(yùn)輸完成的貨車運(yùn)輸?shù)?0%的左右。貨車無論在數(shù)量上還是品種上，均有令人鼓舞的發(fā)展。其生產(chǎn)能力不僅能滿足國內(nèi)的需要，而且已向亞非等國出口。車輛的載重噸位從30t，40t發(fā)展到50t,60t,現(xiàn)在正在向70t以上發(fā)展；車輛的結(jié)構(gòu)也從綱目混合結(jié)構(gòu)向全國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展；車輛的材質(zhì)也有普通剛想低合金鋼極耐候鋼發(fā)展，最近幾年開始由鐵合金貨物車地出現(xiàn)；貨車的數(shù)量已由建國時(shí)的5萬輛增加到60萬輛以上（不包括至指在企業(yè)內(nèi)部運(yùn)營的工礦自備車）；而且除了通用貨車外還設(shè)計(jì)了許多專用車輛，如漏斗車，自翻車，集裝箱專用平車及運(yùn)輸小汽車雙層平車等。今后隨著運(yùn)輸量的增加，鐵路貨車還要增加使用的品種；并大力發(fā)展適應(yīng)于貨物集裝化，散裝化，冷裝運(yùn)輸?shù)母鞣N專用貨物。車輛的構(gòu)造速度也從5060km/提高到100120km/h，目前，正在研究構(gòu)造速度可達(dá)120160m/h的快運(yùn)貨車。 貨車按用途可分為專用貨車和通用貨車兩類。通用貨車由平車，敞車，棚車，罐車和保溫車等，轉(zhuǎn)用貨車有長大貨物車，漏斗車，自翻車等。每種車都包括幾種不同的構(gòu)造和特點(diǎn)的車型。貨車車體的重要組成部分包括底架，側(cè)墻，端墻，車頂。車體由許多縱向梁和橫向梁組成，車體底架通過心盤或旁承支撐在轉(zhuǎn)向架上。車體鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)了作用在車體上的各種載荷：1. 垂向載荷：包括車體自重，載重，由于輪軌沖擊和簧上振動而產(chǎn)生的垂向動載荷。在大部分情況下，這些載荷是比較均勻的鉛垂作用在地板上，對于某些貨車，有時(shí)也要考慮裝運(yùn)成件貨物而造成的集中載荷。2. 縱向力：當(dāng)列車啟動，變速，上下坡道。特別是緊急制動和調(diào)車作業(yè)時(shí)，在車輛之間以及機(jī)車和車輛之間所產(chǎn)生的拉伸和壓縮沖擊力。此縱向力通過車鉤緩沖裝置作用于車輛底架的前（后）從板座上，由于列車長度和總重量增加后，縱向里的樹枝可能增大，對車體來說，也是一種載荷。3. 側(cè)向力：包括風(fēng)力及離心慣心力，當(dāng)貨車內(nèi)裝散粒貨物時(shí)，還要計(jì)算散粒貨物對側(cè)壁的壓力。側(cè)向載荷比起前面兩種在核對然小得多，但對車體的局部結(jié)構(gòu)有一定的影響，例如可是側(cè)立柱產(chǎn)生彎曲變形，加重側(cè)壁各構(gòu)件的彎曲作用等。4. 扭轉(zhuǎn)載荷：當(dāng)車體通過緩和曲線區(qū)段，或在不平坦的線路上運(yùn)行時(shí)，或車體被不均勻地頂起時(shí)，車體將承受扭轉(zhuǎn)載荷。 此外，車體鋼結(jié)構(gòu)上還承受各種局部載荷。車體按其承載特點(diǎn)可分為底架承載，側(cè)壁承載，側(cè)壁底架共同承載三類。1. 底架承載：全部載荷均有底架來承載的車體稱為底架承載或自由承載。平車及長大貨物車，由于構(gòu)造上只有要求其具有載荷的地板面，而不需要車體的其它部分，故作用在地板面上的載荷完全由底架的各梁件來承擔(dān)。正因?yàn)槿绱?，中梁和?cè)梁都做得比較強(qiáng)大。為了使受力合力，中，側(cè)梁都制成中央斷面比兩端大的魚腹型，即為變截面似的等強(qiáng)度的梁。還有部分車輛，如車體為木板的敞車，棚車，雖有側(cè)壁和車頂，但不分擔(dān)載荷，因此也屬于底架承載。2. 側(cè)壁底架共同承載：由于側(cè)，端壁承載，歷代了底架的負(fù)擔(dān)，于是中，側(cè)梁斷面均可減小，即中梁不需要做成魚腹型。側(cè)梁相對于中梁來說，可用尺寸斷面較小的型鋼來制成，減輕了底架的重量。3. 整體承載：整體承載結(jié)構(gòu)的車體骨架是有很和多輕巧的縱向桿件及橫向桿件組成，與金屬包板組焊在一起具有很大的強(qiáng)度和剛度。因此底架承載可以較側(cè)壁承載更輕巧，甚至可以制成無中梁底架結(jié)構(gòu)。棚車是用來裝運(yùn)不能日曬雨淋的貨物，目前運(yùn)用的棚車已達(dá)到八萬左右。在這些棚車中，除少量的P13,P60等舊型車以外，主要為P62,P62N,P64等棚車。為了滿足貨主的需要，又制造了P70型棚車。該車供在標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路上使用，可裝運(yùn)各種免受日曬、雨雪侵蝕的貴重貨物和箱裝、袋裝的貨物，添加輔助設(shè)施，也可運(yùn)裝人員?？紤]的問題：在車輛總體設(shè)計(jì)中必須考慮以下問題。一 保證運(yùn)輸安全：運(yùn)輸安全是第一位的問題。在各種運(yùn)輸工具中，鐵路運(yùn)輸較安全可靠。在車輛總體設(shè)計(jì)中應(yīng)使車輛在規(guī)定的運(yùn)行條件下各個(gè)部件安全可靠，防止因結(jié)構(gòu)不良引起的事故。在安全方面考慮以下幾項(xiàng)：車輛本身不易燃燒，各部件之間不會產(chǎn)生動作失誤，各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)大要好，有足夠的使用壽命，連接之間的結(jié)合可靠以及車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性良好。二 方便使用：首先應(yīng)遵循“用戶至上”的原則；（即貨車應(yīng)考慮人力裝卸的方便。）其次在總體設(shè)計(jì)中考慮車輛個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)時(shí)以“運(yùn)用第一，檢修第二，制造第三”的原則；最后，考慮車輛的通用形式也體現(xiàn)了方便的使用原則。通用性貨車的適應(yīng)性強(qiáng)，考慮了各種貨物的裝卸可能性，利用率高。三 具有合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：合理的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和性能將給整個(gè)運(yùn)用過程帶來經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)性能指標(biāo)是為車輛間的可比性而定義出來的。在設(shè)計(jì)時(shí)，選定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要立足我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不可盲目追求設(shè)計(jì)陷阱的國外車輛的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。四 減少維修保養(yǎng)的費(fèi)用：總體設(shè)計(jì)中除了考慮車輛各部分結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的制造工藝之外，更要重考慮如何減少車輛的維修和保養(yǎng)工作。保證車輛零部件均有明確的使用壽命是減少維修保養(yǎng)的關(guān)鍵問題。各種材料制成的構(gòu)件都有腐蝕，變形，磨損，老化后疲勞等問題以致最終失效。保證在失效之前可放心使用，達(dá)到在失效期前不更換零部件。五 結(jié)構(gòu)的工藝性要好：即如何便于生產(chǎn)制造，如何能盡量利用工廠現(xiàn)有的工藝裝備。但當(dāng)車輛預(yù)期達(dá)到的功能與生產(chǎn)工藝裝備發(fā)生矛盾時(shí)，不應(yīng)以工廠現(xiàn)有的工藝條件束縛車輛的設(shè)計(jì)。六 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化馬通用化零部件：采用標(biāo)準(zhǔn)化零部件可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，零件更換方便。在車輛設(shè)計(jì)中盡量采用本息的通用件，以免配件供應(yīng)中應(yīng)起困難與混淆。七 材料的來源需充足：車輛作為一個(gè)產(chǎn)品，它所使用的金屬材料及非金屬材料不僅規(guī)格品種多，而且用量也很大。因此在選材上，再考慮材料性能的同時(shí)，必須要考慮材料大量供應(yīng)的可能性。設(shè)計(jì)過程： 選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總體尺寸設(shè)計(jì) 端墻，側(cè)墻，底架，車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 校核計(jì)算 繪圖 合理選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 在車體總設(shè)計(jì)中遇到的一個(gè)重要問題是如何選擇與區(qū)確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是一種由許多因素因素影響的綜合性指標(biāo)，因此必須統(tǒng)籌兼顧應(yīng)向它的各種因素。主要因素有自重，比容稀疏，每延米軌道載重允許值，軸重，軸數(shù)，運(yùn)輸成本及運(yùn)行速度等。一 合理選定自重系數(shù)： 自重系數(shù) 是運(yùn)送每單位標(biāo)記載重的車輛自重。從單純的技術(shù)觀點(diǎn)來看，車輛的自重系數(shù)顯然越小越好，因?yàn)闄C(jī)車車輛牽引的車輛自重是一種無效的載重，并不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。在一般情況下，一輛車的自重絕大部分為組成車輛四大件部分金屬間所占的重量，在一定的時(shí)期內(nèi)轉(zhuǎn)向架，車體緩沖裝置的重量變化不會太大，影響自重最大的因素便是車體鋼結(jié)構(gòu)。對于客車來說，其內(nèi)部設(shè)備所占的重量在自重中也有相當(dāng)?shù)谋壤?，改變其材質(zhì)有可能使這部分重量發(fā)生較大變化。除少數(shù)專用車外，在考慮確立貨車系數(shù)的同時(shí)，也要注意車輛的通用性。如果通用性不好，出現(xiàn)某些貨車因車輛容積不夠，裝滿后也達(dá)不到標(biāo)記載重，則實(shí)際的自重系數(shù)就高于名義的自重系數(shù)。 二合理選定比容系數(shù)： 比容系數(shù)是標(biāo)記容積與標(biāo)記載重得比值，比容系數(shù)的確定與該貨車運(yùn)裝的貨物有關(guān)。對于專用貨車，只要令該貨車的比容系數(shù)等于所運(yùn)貨物的容積加上必要的貨物間隙除以貨物重量即可。對于通用貨車，首先應(yīng)確定該車所勻裝的貨物種類和范圍，并根據(jù)各種貨物的比容及裝運(yùn)該貨物的比率，求出通用貨車所裝貨物的加權(quán)平均比容，然后令設(shè)計(jì)車輛的比容系數(shù)等于加權(quán)平均比容。當(dāng)該車的比容系數(shù)大于所運(yùn)貨物的比容時(shí)，車輛的有效容積未能充分利用：反之，當(dāng)該車的比容系數(shù)小于貨物的比容時(shí)，在中部能充分利用。從下表可見，我國的棚車比容系數(shù)多取2m3/t左右。表1-1國產(chǎn)棚車的自重系數(shù)與比容系數(shù)型 號P1P50P13P60P61P62P64生產(chǎn)年份19521953/195619631965197413801992載 重(t)30506060606058自 重(t)16.521.6/2122.622.2242425.4容 積(m3)63100/101120120120120116自重系數(shù)0.550.432/0.420.3770.370.40.40.43比容系數(shù)2.12/2.0222222表1-2 國外棚車的自重系數(shù)與比容系數(shù) 車 型11-217型大門孔棚車XM系列木制品棚車XP系列大容積棚車生 產(chǎn) 國 別前蘇聯(lián)美美首批制造年份197519791982載重（t）686524.7自重（t）2425.723.5容積（m3）120150213自重系數(shù)0.3530.40.95比容系數(shù)（m3/t）1.7652.328.62三 盡量達(dá)到每延米軌道的允許值：1. 利用每延米軌道載重最大值的意義： 我國鐵路的運(yùn)輸能力已不能滿足客觀運(yùn)量的需要，開興忠在貨物列車則受戰(zhàn)線長度的限制。因此增大車輛的每延米軌道載重，使車輛大型化且縮短列車長度，才能增加列車的總量以提高運(yùn)能。2. 每延米軌道載重的允許值：每延米軌道載重與線路的承載能力有關(guān)，它對車輛總體設(shè)計(jì)也將起制約作用，其最大值允許最大值是根據(jù)線路的薄弱環(huán)節(jié)橋梁的強(qiáng)度而定的。鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（TBJ2-96）中規(guī)定：鐵路列車順向活載必須采用鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載。其中“普通活載”即針對車輛部分作為均部活動載荷q來考慮，當(dāng)橋梁跨度為30m時(shí)，規(guī)定q取為9.2t/m,若大于30m時(shí)，則延續(xù)的部分，q取為8t/m。軌道載重不宜大于8t/m.3. 車輛結(jié)構(gòu)可能達(dá)到的每延米軌道載重：各種車輛都有逐步大型化及提高每延米載重量的問題，其中提高每延米載重隊(duì)主型貨車尤為迫切。據(jù)研究，當(dāng)貨車的比容系數(shù)為1.15m3/t，自重系數(shù)為0.33，兩端車鉤伸出量之和為1m。4. 合理確定車輛的軸重：按我國線路條件，近期內(nèi)大規(guī)模采用軸重25t的E軸是有困難的，于是專家建議采用23t的軸重作為過渡階段。5. 全面考慮運(yùn)輸成本：講究經(jīng)濟(jì)效益，必須考慮成本。鐵路運(yùn)輸成本是有線路，機(jī)車，車輛組成的。車輛的成本主要制造及維修費(fèi)用。這就要求在車輛總體設(shè)計(jì)時(shí)不僅要降低車輛制造及維修費(fèi)用，還必須考慮不至于因車輛的結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化而使其他費(fèi)用增高。一般注意以下幾個(gè)方面：1. 要形成合理的車種及車型的構(gòu)成比例，做到各種貨物都有合適的車種及車型可用；2. 大部分貨車都要考慮通用性，以減小車輛的回空率；3. 便于卸裝，縮短在站場的停留時(shí)間，增加生產(chǎn)噸公里的時(shí)間；4. 經(jīng)久耐用，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮不修或少修：5. 合理的車輛大型化，既要在一定的戰(zhàn)線長度內(nèi)增加列車的重量，同時(shí)又必須使車輛大型化與線路的同步改造，避免對線路引起的過分破壞，以盡量減少線路的維修工作量。6. 減少車輛的運(yùn)行阻力，使機(jī)車做到多拉快跑。表1-3部分國產(chǎn)主型棚車的尺寸及性能車 型重要參數(shù)容積參數(shù)車輛尺寸（mm）車 輛定 距(mm）底架尺寸（mm）車種型號載 重自 重自重系數(shù)容 積比容最大寬度最大 高度兩車鉤連接線間距離長度寬度棚車P136022.60.381202.0333845471644211500155003030P606022.20.371202.0333845471644211500155003030P616023.90.401202.0333845401644211500155003030P626024.00.401202.0331242201643811700155002820P645825.40.431162.0331241601643811700155002820車 型車體長度構(gòu) 造 特 點(diǎn)車種型號內(nèi) 長內(nèi)寬地板面 距軌面高側(cè)板放下 后距軌面高棚車P1315470283011442740車頂有四個(gè)裝貨口，側(cè)墻上各有兩個(gè)卸貨口P6015470283011442740取消裝卸貨口，其余同p13型P6115480285010722765兩側(cè)門架寬至3m為雙向拉門P6215490282011412760每側(cè)一扇車門，把個(gè)通風(fēng)口P6415466279611432705是具有內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的新型車，內(nèi)襯基地班均采用竹板材。每側(cè)一扇車門，四個(gè)翻式車窗車 型軸 重（t/軸）每延米載重（t/m）其他參數(shù)引用圖號生產(chǎn)年月車種型 號棚車P1320.75.0門孔1954*2578 窗孔494*394齊廠3501963P6020.65.0門孔1950*2578 窗孔494*394齊廠350A1965P6121.05.1門孔2960*2685 窗孔492*391齊廠QCH681974P6221.05.1門孔2964*2597齊廠QCH871980P6421.05.1門孔2964*2542 窗孔690*415齊廠QCH1421992 設(shè)計(jì)過程： 選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總體尺寸設(shè)計(jì) 端墻，側(cè)墻，底架，車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 校核計(jì)算 繪圖 第四節(jié) 車輛的輕量化設(shè)計(jì)及防蝕、耐蝕設(shè)計(jì) 車輛的防蝕、耐蝕設(shè)計(jì)及輕量化設(shè)計(jì)的目的是延長車輛使用壽命、降低車輛自重系數(shù)、提高車輛系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。且防蝕、耐蝕與輕量化也是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，不解決車輛的防蝕、耐蝕，也就談不上減輕車輛自重。車輛自重主要由組成它的四大部件的各自重量所決定，減輕每一個(gè)部件的自重都對減輕車輛自重作用，但其中影響最大的是一體鋼結(jié)構(gòu)，其次是走行裝置。減輕自重要從新材料和新工藝中去想辦法。一、選用新的材質(zhì)以減輕車輛的自重例如制動裝置中采用高摩合成閘瓦，其原意自然不是為了降低車輛自重，但對同一輛車而言，用高摩合成閘瓦替換普通鑄鐵閘瓦，達(dá)到同樣的制動力。每一塊閘瓦上的正壓力可以減少，換言之可以使用直接徑較小的閘缸及較輕巧的基礎(chǔ)制動系統(tǒng)，這樣，客觀上也減輕了車輛的自重。又如，第六章介紹了在開行重載列車的條件下采用ZG25鑄鋼材質(zhì)的13號車鉤強(qiáng)度已嫌不足。在提高車鉤強(qiáng)度的措施上既可以仍然采用ZG25鑄鋼而設(shè)法增大車鉤的承載面，也可以采用高強(qiáng)度低合金鑄鋼并適當(dāng)改變熱處理工藝來代替ZG25。后一種方法可以在不改變3號車鉤各部分尺寸及重量的條件下來提高其承載能力。不論客、貨車轉(zhuǎn)向架，其構(gòu)架、側(cè)架、搖枕等主要受力構(gòu)件，改用高強(qiáng)度低合金鋼以后，可以在重量基本不變前提下提高其承載能力。改變車體鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)對防蝕、耐蝕及輕量化都有重大的意義。我國根據(jù)自已的資源特點(diǎn)多在耐候鋼中加入了稀土元素，提高鋼村的耐蝕性，改善鋼材的綜合機(jī)械性能，特別是橫向沖擊性能。自1990年起，我國新造客、貨車全部采用耐侯鋼。貨車由于使用的鋼板較厚，用量又大，主要選用銅磷鈦系低合金鋼。為說生產(chǎn)的數(shù)量少，使用的薄鋼板(冷軋鋼)多，故選用耐蝕性能更好一些的銅磷鉻鎳系低合金鋼。有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，以60T敞車為例，耐候鋼敞車比碳素鋼敞車減少3次廠修、12次段修，延長使用壽命年。這樣可以節(jié)約維修費(fèi)2.16萬元/輛，創(chuàng)造純利潤18.19萬元/輛。耐候鋼中的銅磷鈦系低合金鋼在大氣中的耐蝕性目光如豆地普遍碳素鋼的兩倍左右，在惡劣環(huán)境中的耐蝕性相當(dāng)于普通碳素鋼的2-3倍；銅磷鉻鎳系低合金鋼的一般耐蝕性相當(dāng)于普通碳素 的2-3倍，在惡劣環(huán)境中耐蝕性可增至普通碳素鋼的三倍以上。雖然耐候鋼在大氣中的耐蝕性比普通碳素鋼大大提高了。但仍然會腐蝕，所以，仍然需要良好的涂料加以。不鋼的耐慢性更高，采用不銹鋼造的車，可基本不考慮金屬腐蝕的因素，因此車體能，使用壽命能更長。除耐候鋼材，把不銹鋼、鉛合金、復(fù)合材料等作為車體受力構(gòu)件在減輕自重方面潛力很大。二、采用新的車輛結(jié)構(gòu)1、采用耐蝕或防蝕的鋼結(jié)構(gòu)22型客車易腐蝕的部件普：車頂縱向壓盤，車頂與側(cè)墻結(jié)合部位的雨檐、窗臺、車窗下兩側(cè)轉(zhuǎn)角處，特別是焊有圓角的車窗結(jié)構(gòu)，大腰帶，金屬地板的兩側(cè)；廁所、洗室、茶水爐附近的側(cè)墻、側(cè)墻立柱的根部等。針對22型客車暴露出來的問題，25型客車在結(jié)構(gòu)上已作了很大的改進(jìn)。對于一般貨車來說易腐蝕的部位為：金屬地析，地板橫梁，側(cè)柱根部、下墻板下部等。對于棚車來說，特別是車門下角，車門板下部，車窗下沿的導(dǎo)框等鐵腐蝕。敞車的金屬地板兩側(cè)與側(cè)柱、角柱補(bǔ)強(qiáng)板之間形成的死角及溝槽也易腐蝕。對所有車輛來說，蒙皮與梁柱之間點(diǎn)焊、段焊連接會造成水分能鉆入的夾縫，極易腐蝕。針對這些情況改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)盡量避免小轉(zhuǎn)角和溝槽。原用點(diǎn)焊、段焊的改為滿焊，外部能不用壓筋的應(yīng)盡量不用，客車雨檐作用不大，可考慮取消，對客車中的廁所和洗臉間要改變其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如可采用整體殼狀結(jié)構(gòu)，或該小間的下部用玻璃鋼或不銹鋼等材質(zhì)連地板帶側(cè)墻根部做成大圓弧轉(zhuǎn)角的整體結(jié)構(gòu)，這樣既便于死別員沖洗，使污垢無法和在。又避免汗水向車體下部金屬結(jié)構(gòu)滲漏?？傊?，即使采用耐候鋼，也必須在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)，減少或避免污垢及水分的積聚，同時(shí)用涂料加以良好的防護(hù)。2、充分發(fā)揮構(gòu)件的材料性能構(gòu)成車輛的梁、柱、軸等零部件欲求發(fā)揮其材料的承載能力就要很好研究該構(gòu)件的外形及截面的形狀。如采用空心車軸，既改善車輛的動力性能，有減輕了重量。但空心車軸加工工藝復(fù)雜，成本較高，故僅在少量的客車中試用。國外在一些客車中還使用了擠壓成型的異形型村，甚至是異形管材。這種充分考慮了車輛金屬結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力特點(diǎn)的異形型材。自然使結(jié)構(gòu)各部受力合理。因此，也就減輕了車輛自重，達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)的目的。以上所論及的僅是單個(gè)構(gòu)件。若從整個(gè)國體鋼結(jié)構(gòu)來看，在滿足車輛運(yùn)輸功能的前提下，也有如何使各構(gòu)件配置合理，充分發(fā)揮各部分的承載性能，從而使結(jié)構(gòu)的重量減輕的效果更為明顯。這就要求我們從理論的高度應(yīng)用較新的計(jì)算、分析方法，如有限元法計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、模態(tài)分析等，來進(jìn)行車輛各承載部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)防蝕的工藝措施對于耐候鋼的材或板材在進(jìn)行之前應(yīng)應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的表面預(yù)處理，清除表面的污垢及銹蝕，并涂刷防護(hù)底漆。在加工過程中應(yīng)及時(shí)清除銹蝕并補(bǔ)涂上防護(hù)底漆。結(jié)構(gòu)制成后，還應(yīng)涂上一定厚度的防腐面漆。對于鋁合金等輕金屬亦可通過化學(xué)方法使表面生成一層防護(hù)層。結(jié)構(gòu)與工藝是互相配合的關(guān)系，在結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)中應(yīng)應(yīng)提出防腐蝕的基本工藝要求。第六節(jié) 車輛總體尺寸設(shè)計(jì) 由于各種車輛運(yùn)輸?shù)膶ο蟛槐M相同，它們各自對運(yùn)輸環(huán)境、運(yùn)輸 不同的要求：另一方面，鐵路限界、車鉤高度、每延米軌道載重的允許值、軸重、現(xiàn)有站臺高度、裝卸設(shè)備以及地磅衡等稱重設(shè)備的特點(diǎn)等，也對車輛總體尺寸設(shè)計(jì)起制約作用。此外，車輛長、寬、高三個(gè)尺寸相互之間是有一定內(nèi)在聯(lián)系的。車輛總體尺寸設(shè)計(jì)就是要在解決這些矛盾、協(xié)調(diào)各種關(guān)系的基礎(chǔ)上得出的一個(gè)良好的結(jié)果。一、長度方向尺寸的確定(一)車體內(nèi)長車體內(nèi)長與運(yùn)輸對象有密切關(guān)系。對于客車為說，無論座車、臥車、硬席車、軟席車，其座席及鋪位之間均有必要的間隔距離。因此，客車車體的長度主要由客室長度(等于若干個(gè)間隔距離之和)或包房總長所決定，其余的面積則是輔助性的。廁所、通過臺、洗室及稅務(wù)員室等輔助面積并不因座席鋪位數(shù)略有增減而變化。因上經(jīng)，客車發(fā)展的趨勢也是為增多載客量而增長車體。我國客車只要屬于某種車型，其鋼結(jié)構(gòu)的外長是一定的，并不因車中而變，故在設(shè)計(jì)時(shí)某些小間的長度可作適當(dāng)變化以適應(yīng)主要部分對長度的需要。貨車所裝貨物品類相當(dāng)多，除去車類和保溫車類所裝的物品，其它貨物大致有：(1)集裝箱：按所裝載的噸位，集裝箱有固定的長、寬、高系列，它對平車或敞車車體長度設(shè)計(jì)有影響。(2)竹、木材及金屬管材、線材，作為商品，它們多有固定的長度范圍，其中以11m左右長度的木材的數(shù)量較大，因此敞車的內(nèi)長為適應(yīng)運(yùn)輸線材類而必須大于11m。(3)其他貨物：如散碎貨物、小袋小筐或小箱包裝的貨物，不超限不超長的大件貨物(如機(jī)器設(shè)備、鍋爐、汽車、拖拉機(jī)等)，這些貨物對車長沒有特殊要件，除大件貨物外基本按貨物比較確定其合適的容積。因此，車體內(nèi)寬、內(nèi)高在某個(gè)確定范圍內(nèi)時(shí)，其內(nèi)長與窖發(fā)生一定的關(guān)系。(二)車輛其它長度尺寸 1、車輛全長與車體外長間的關(guān)系。這兩個(gè)尺寸之間的關(guān)系主要與用什么形式的牽引緩沖裝置有關(guān)。當(dāng)貨車使用13號車鉤時(shí)，鉤舌內(nèi)側(cè)面距車體外緣為468.5-469.5mm.2、車體外長與轉(zhuǎn)向架中心距之間的關(guān)系。如前所述車輛過曲線時(shí)，其端部偏向曲線外側(cè)而中鄣偏向曲線內(nèi)側(cè)，為使這兩個(gè)偏移量盡量相等，則車體外長L與兩轉(zhuǎn)向架中心距S之比最好等于。在GB146.1-83準(zhǔn)軌鐵道限界中規(guī)定了兩種計(jì)算車輛，其中第一種計(jì)算環(huán)L=13.22m，S=9.35m，車體端部及中部在計(jì)算曲線上的靜偏移量約為36.4mm。若設(shè)計(jì)車輛在計(jì)算曲線上的靜偏移量不超過計(jì)算車輛的偏移量，則L與S之比不一定非等于不可。如運(yùn)媒專用的縮短型C61型敞車車體，由于所裝鉤綬裝置是標(biāo)準(zhǔn)件，從全車比例看，車體底架的牽引梁部分偏長。故L/S。對于客車設(shè)計(jì)，可采用GB146.1-83所規(guī)定的第二種計(jì)算車輛，其L=26m，S=18m，L/S。刀所設(shè)計(jì)的客車兩端及中部在曲線上的偏移量小于該計(jì)算車輛的偏移量，則設(shè)計(jì)車的L/S也不一定非等于不可。例如客車車體L/S不等于的例子是雙層客車，為了增大車廂載客的有效面積，有意縮短兩端中層地板的長度和盡量加長上、下兩層客室的長度。它與同車體長度的普通客車相比，兩轉(zhuǎn)向架中心的間距約增長m左右。其他客、貨車L/S大致在左右。3、車體長度與鐵路限界的關(guān)系。限界對車輛最大寬度的制約問題，即不合格蘆葦事在曲線上的偏移量超過計(jì)算車輛的偏移量之后，就得削減車體最大寬度的允許值。當(dāng)設(shè)計(jì)車輛的曲線偏移量超過計(jì)算車輛的曲線偏移量之后，增長車體就得減少車寬、兩相比較，其地板承載面積是否能增加，對客車來說還有在該承載面積上客室設(shè)備是否好安排等問題需要考慮。故世界各國的車輛雖有逐漸加長的趨勢，但均受相應(yīng)的機(jī)車車輛限界的制約，不能任意加長。另一個(gè)相關(guān)的問題是：二支點(diǎn)的車體，當(dāng)車體總長及兩個(gè)轉(zhuǎn)向架中心距均相應(yīng)加長后，支點(diǎn)是跨距及外伸端均加長了，所受彎距隨之加大。為保證車體具有必要的強(qiáng)度與剛度，而必須加大鋼結(jié)構(gòu)各梁、柱截面，這樣又會使自重加大。對客車而言，為增加載客量只能加長車體，對敞車而言，只要條件許可，最佳的辦法還是加高端、側(cè)墻，這樣增加的自重不多，但截貨的容積卻加大了。但側(cè)端墻高度要受到限界，裝卸裝置(如翻車機(jī))和車輛重心的限制。二、寬度方向尺寸的確定車輛寬度方向的尺寸主要受限界的嚴(yán)格控制。原則上，在設(shè)計(jì)機(jī)車車輛時(shí)只要在限界的允許范圍內(nèi)，都應(yīng)想辦法把車體設(shè)計(jì)得盡可能寬些。我國標(biāo)準(zhǔn)軌距的機(jī)車車輛限界中部的最大寬度雖然達(dá)到340mm，但在距軌面3501250mm高度范圍內(nèi)，寬度只有320mm，而貨車地板面及客車側(cè)墻最下部軌面的高度均在11001200mm范圍內(nèi)，故限界下部的寬度320mm成了車輛可能達(dá)到的最大外寬。在GB146.1-83車限-1A的圖中規(guī)定：電力機(jī)車在距軌面高3501250mm范圍內(nèi)限界半寬允許增加到1675mm，同時(shí)頂部的兩條折線可改為由虛線表示的四條折線，因此在電力機(jī)車牽引區(qū)段中運(yùn)行的專用車輛有可能把車寬加大到3350mm，同時(shí)車頂部的寬度也可能加大一些。三、高度方向尺寸的確定1、車輛地板面高度的確定除鉗夾車、落下孔車等極少數(shù)車種外，車輛的運(yùn)載對象均安置在地板面之上，因此在空車或自重狀態(tài)下車輛地板面至軌面的高度對形成有效的運(yùn)輸空間關(guān)系極大。但是，地板面距軌面計(jì)劃調(diào)節(jié)不能由設(shè)計(jì)者隨心所欲地確定，它將受到客、貨車站臺高度、車鉤高度及轉(zhuǎn)向架心盤面寺多種因素的制約，而且這些因素對第一種車的又不完全一致?？蛙囍械牡罔F車輛其地板面與站臺高度基本一致，這是適應(yīng)地鐵客流量大，上步車要求迅速方便的結(jié)果。一般客車的地板面均高于站臺面，旅客可以借助車門內(nèi)的腳踏裝置上下車，故客車站臺高度對客車地板面高度影響不大。貨車中的棚、敞、平、保等車種，在用人力或小推車裝卸零碎貨物時(shí)，只有貨車地楹面與貨物站臺高度一致才便于作業(yè)。其他貨車如漏斗車、罐車等有的無地板面。有的車輛(如自翻車、漏斗車等)地板面高度與裝卸貨物無關(guān)，則這些車種的地板面計(jì)劃調(diào)節(jié)與貨物站臺的關(guān)系不大。車鉤連掛后為了安全可靠，列車中各輛車的鉤高應(yīng)基本一致。各國因其歷史原因形成不同的鉤高(或盤形緩沖器中心高)，我國車輛在新造修竣時(shí)空車狀態(tài)的鉤高標(biāo)準(zhǔn)值為880mm，西歐各國一般為1060mm，前蘇聯(lián)為10401080mm。車鉤緩沖裝置裝在底架中梁前端的牽引梁內(nèi)，同時(shí)底架又裝置在兩臺轉(zhuǎn)向架上，故車鉤高及轉(zhuǎn)向架心盤面計(jì)劃調(diào)節(jié)也成為控制地板面高度的一個(gè)因素。轉(zhuǎn)向架心盤面距軌面的高度并非標(biāo)準(zhǔn)值，它既與輪徑有關(guān)更與結(jié)構(gòu)有關(guān)。表 為我國常見的二軸客、貨車轉(zhuǎn)向架心盤面跟軌面的高度，表 為我國構(gòu)架式多軸貨車轉(zhuǎn)向架下心盤面距軌面的高度。從表 可見，隨著貨車轉(zhuǎn)向架軸數(shù)增多，心盤面增高，除凹底平車、雙層客車等少數(shù)車種外車輛的地板面高度相差不大。對于使用高心盤面轉(zhuǎn)向會有過大的附加力矩存在，這在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免或盡量設(shè)法減少其影響。表 至表 列出了數(shù)種國內(nèi)外車輛的地板面高度以供參考，它們是由站臺高度、鉤高、轉(zhuǎn)向架心盤面高再結(jié)合車體結(jié)構(gòu)情況而確定的。2、車輛上部高度的確定除了平車等低矮的車種之外，大多數(shù)車種都有如何確定上部高度的問題。在確定各種車輛上部尺寸時(shí)牽涉到的問題不盡相同，需要按矛盾的性質(zhì)用不同的方法加以考慮。表10-11 國產(chǎn)二軸轉(zhuǎn)架心盤面的高度轉(zhuǎn)向架型號1011032022-52-6209下心盤面距軌面高度(mm)925925780800780780轉(zhuǎn)向架型號轉(zhuǎn)4轉(zhuǎn)6轉(zhuǎn)8A轉(zhuǎn)960t曲梁改69下心盤面距軌高度(mm)701685690698695690表10-12 國產(chǎn)二軸轉(zhuǎn)架心盤面的高度轉(zhuǎn)向架型號ZCZ1H4EH三軸Z10五軸構(gòu)架五E軸軸數(shù)3D3E3D4E5D5下心盤面距軌面自由高度(mm)80080082585014331100*表10-13 國產(chǎn)貨車地板面距軌面高度(mm)車 型C50C65C62C62MC62AP50P13P60P61N12N60N16N17地板面距軌面高( mm)1165119810781082107910831135115511441144107911771180117012101209注：“”號表示其中有若干個(gè)值，“”號表示僅有這兩個(gè)值表10-14 國外貨車地板面距軌面高度(mm)車 型前蘇聯(lián)12-119型敞車前蘇聯(lián)6軌敞車前蘇聯(lián)8軸敞車前蘇聯(lián)11-217型棚車德國EAS型敞車美國GB系列敞車美國XM系列棚車軸數(shù)46