一种澳洲用窄限界自动倾翻车的制作方法

本发明属于轨道车辆技术领域，具体涉及一种澳洲用窄限界自动倾翻车。

背景技术：

现有自翻车主要为载重60t的轨道车辆，其运行满足1435mm标准轨距GB146.1限界的要求。在多年的制造、使用和维护中该车的缺点和问题也非常明显，首先由于该车车箱采用铆接结构，在制造过程中需要有1200多个铆钉，这无疑增加了车辆制造工作量，降低了生产效率，同时由于铆接工艺存在一定的噪音，对环境和人员的危害也较大；该车的制动管路和风控倾翻管路较多，布置交织在一起，使得组装费时且系统的气密性难以保证；再有该车最为关键的倾翻技术仍为抑制肘机构，在设计中没有进行优化，侧门随车箱倾翻打开的较慢，造成了整车的倾翻稳定性较差，在使用过程中由于货物板结发生侧翻的事故也较多。而KF204自动倾翻车的设计基于满足澳大利亚限界A的要求，由于澳大利亚限界A中车辆最宽为2900mm(较国内限界3200 mm小了300mm)，车辆自卸时车箱的转动中心更靠近车体中心线，这样车辆的倾翻稳定性变得更差，这就需要改变倾翻机构，使得车箱侧门更早的打开；考虑到车辆动力学性能、载重要求、地面卸货设施要求和车辆运行经济性，车辆的高度受到了限制；减少车箱的铆钉数量，提高焊接比例同时需满足车辆刚度、强度和冲击的要求也是车辆必须解决的问题。

本发明所要解决的技术问题包括：

该自动倾翻车首先需满足如下性能：载重60t、运行速度110km/h、编组2万吨运行、90m曲线通过能力、静强度、冲击符合AAR标准、倾翻角度为45°、铁路限界采用澳大利亚限界A。

如专利201510699838.9所述的自动倾翻车，其车箱倾翻卸货性能是该车独有特点，但由于车箱倾翻过程中货物的重心在不断的向车辆一侧变化，会导致车辆产生倾覆的风险。由于该车车辆限界和倾翻角度的要求，车箱转动中心更加靠近车体中心，因此车辆的倾翻稳定性较差，所有需控制车箱倾翻的开闭时刻和提高倾翻运动机构稳定性，降低车辆倾覆的危险。

采用耐蚀性较高和综合机械性能优良的新型材料，采用承载能力高、截面形状合理、制造工艺简单的型材提高车辆的工艺性，采用轻量化技术在确保车辆强度、刚度满足要求的情况下最大化减轻车体重量，采用全钢焊接结构车体提高产品制造工艺性和减少铆接的环境危害。利用车辆限界，提高车辆载重能力，缩减车辆外部尺寸，降低车辆自重系数，提高车辆运输经济性能。

该车需装用车辆制动系统和控制车箱倾翻的空气管路系统，由于该车结构的特殊性，两套系统布置空间都非常有限，且两个系统的管路走向布置互相影响，使得组装困难和气密性难以控制。此次设计需充分考虑减少系统管路接头数量，简化布置，提高工艺性。

由于该车适应条件的要求需要查阅大量外国标准，在车辆的强度、疲劳、动力学性能计算方面也有着特殊要求，因此计算中的加载方法、单元划分等需进行研究。

技术实现要素：

本发明为了解决现有倾翻车倾翻时稳定性差，管路系统布置走向相互影响，使得组装困难和气密性难以控制等问题，进而提供了一种澳洲用窄限界自动倾翻车。

本发明采用如下技术方案：

一种澳洲用窄限界自动倾翻车，包括车箱组成、底架组成和倾翻机构，车箱组成安装于底架组成上，车箱组成和底架组成之间安装有两组控制车箱和车箱侧门运动关系和轨迹的倾翻机构，各组倾翻机构分别由倾翻风缸驱动，底架组成上安装有控制车箱翻起的倾翻管路装置以及驱动倾翻风缸、牵引制动车辆的车钩缓冲装置和制动装置，所述底架组成安装于25t轴重转向架一和25t轴重转向架二上，所述制动装置采用集中布置方式设置于两个倾翻风缸之间，制动装置包括控制阀、制动阀和若干作用风缸，所有作用缸布置在同一支架上，各风缸与控制阀采用尼龙管连接。

倾翻车辆满足澳洲AS 7507 附录A中的限界，在距轨面340mm～1270mm范围内的最大设计宽度为2884mm，小于容许制造宽度为2900mm；在距轨面高1120 mm～3580mm范围内的最大设计宽度为2944mm，小于容许制造宽度为2970mm。

所述车厢底架组成是由中梁、侧梁、主横梁、纵梁、地板组成的一体构架，车钩缓冲装置与中梁的端头连接，连接处设有一定开口宽度，连接处沿车辆宽度方向设有车钩挡板，车钩挡板的宽度大于开口宽度，车钩下方设有托板，利用该开口宽度和车钩挡板可保证车辆在曲线状态的稳定行驶。

所述车箱组成采用全钢焊接结构，包括端壁和侧门，侧门上设有与底架组成焊接的折页，折页为一体成型的镰刀形结构，折页的前端内弧面采用平滑过渡的三段圆弧式结构，倾翻机构的抑制肘滚子设置于折页的弧面内并沿内弧面滚动。利用三段圆弧结构来实现车厢的翻转位置控制，有利于提高倾翻车的稳定性。

所述折页的由端头至中间的头段圆弧R1、第二段圆弧R2、第三段圆弧R3之间的半径关系为R1＜ R2＜ R3，三段圆弧圆滑过渡。前两段圆弧（R1、R2）使车厢侧门快速打开，进入第三段圆弧（R3），直至侧门处于全开位置；当侧门回位时，前两段圆弧使侧门顺利进入关闭位置。

所述倾翻机构的极限翻转角度为45°，倾翻车开始卸货时倾翻机构的角度为27°，从而使货物重心更靠近车辆中心，从而提高车辆倾翻稳定性，车厢侧门全开位置时倾翻机构的角度为36.5°。

本发明具有如下有益效果：

1、该型车主要承载部件、与货物接触部位的型材和板材采用了高强度耐大气腐蚀热轧钢板和型钢，即减轻了车辆自重的条件下，保持了良好的耐腐蚀性能和足够的强度。可以使车体的使用寿命和检修周期延长，从而降低了车辆检修费用和车辆运营成本。

2、在设计时积极采用劳动安全、环保防控技术，增强人身作业安全防护能力，改善作业环境。此外，普遍选用可以得到综合利用的车体材料，减轻或者消除对人类健康和环境的危害，以满足清洁生产的需求。

3、通过对车体结构（折页的三段圆弧结构）、附属设施和倾翻机构等进行优化和改进，提高了车辆的倾翻稳定性，避免一些事故的发生，同时方便了日常运用、维护和检修，降低了维护检修费用。通过车箱结构的优化设计，减少了铆接数量，提高了制造工作效率，减轻了作业人员的作业强度和铆接噪声对作业人员的影响。

4、制动装置按照国内先进的设计理念，实行了先油漆后组装的工艺，提高了制动系统的组装质量和制造质量，确保列车行车安全。倾翻管路装置采用软管连接，并提高倾翻管路装置配件的性能，保证了车辆运营可靠性，减少了管路漏泄的问题；同时，采用将制动装置集中布置于两个倾翻风缸之间，有利于系统的组装和气密性控制，避免了制动装置系统与倾翻空气管路之间的相互影响；

5、该倾翻车的宽度涉及尺寸满足澳洲AS 7507 附录A中的限界要求。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为车厢倾翻时的示意图；

图4为折页的结构示意图；

图5、6为车钩与牵引端梁的组装主视图和俯视图；

图7为车厢初始位置时车箱倾翻位置机构的状态示意图；

图8为车厢旋转27°侧门处于水平位置时车箱倾翻位置机构的状态示意图；

图9为车厢旋转36.5°侧门全部打开时车箱倾翻位置机构的状态示意图；

图10为车厢翻转至极限位置时车箱倾翻位置机构的状态示意图；

图11为折页头段圆弧进入位置时的状态图；

图12为折页第二段圆弧进入位置时的状态图；

图13为折页第三段圆弧进入位置时的状态图；

图中：1-车箱组成，2-底架组成，3-倾翻机构，5-倾翻风缸，6-倾翻管路装置，7-制动附属件，8-制动装置，10-车钩缓冲装置，11- 25t轴重转向架一，12-25t轴重转向架二、13-车钩挡板、14托板、15-折页。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

根据该自动倾翻车的性能要求，该车车体采用了带有活动式侧门整体车箱结构，车箱落于底架上，在底架和车箱之间安装有控制车箱和车箱侧门运动关系和轨迹的倾翻机构，同时在底架上装配有控制车箱翻起的倾翻管路装置和驱动部件风缸、满足车辆牵引、制动要求的车钩缓冲装置和制动装置；整个车体落于25t轴重转向架上，如图1、2所示。

澳大利亚限界A在距轨面高1120mm以上宽度为2970mm，距轨面高1120mm以下宽度为2900mm。该车车辆宽度定为2944mm。根据澳洲铁路车辆车轮磨耗45 mm、转向架弹簧从自由状态到压死状态改变104 mm 极限情况下不允许超过限界的要求，同时对倾翻过程中货物重心高对车辆的倾翻稳定性分析，车箱高度定为925mm，车辆高度初步定为2541mm。考虑到载重60t的要求，综合分析车辆长度定为13806mm，车辆定距定为9300mm。

该车采用全钢焊接结构，为确保车体焊接结构（尤其是手工电弧焊接的接头）的疲劳寿命及其长期使用的可靠性，焊缝的设置进行了计算仿真分析。车体材料的焊接特性是接头强度和可靠性的主要因素，由于高强度耐候钢（Q355GNH）优良的焊接性能和较高的接头冲击韧性，且较低的购置费用。因此在经过对车辆有限元分析的基础上确定该车主要材料采用高强度耐候钢（Q355GNH）和结构钢（Q345E）。

由于澳洲车辆限界A（限界最窄）的限制，采用的折页、抑制肘倾翻结构的车箱倾翻中心更加靠近车辆纵向中心线，这样车辆倾翻稳定性会变差。为此，我们对侧门折页、抑制肘以及各转动中心进行了大量模拟分析，并进行了倾翻横向稳定系数的计算。根据分析可以得出该车在车箱倾翻过程中横向稳定系数随着倾翻角度的变大，车辆的稳定性会变差，当货物还没有开始卸出时，车辆便处于最不稳定状态；同时可以分析出该车的横向稳定系数影响因素主要为车箱内货物开始流出时车箱的倾翻角度和车箱、货物重心至车箱转动中心的垂直高度和车箱转动中心距车辆中心线的距离。同时可知该种倾翻机构侧门的开度快慢与侧门折页的轨迹和折页转动中心与抑制肘滚子中心距离相关性最大。自翻车在货物卸净后，车箱侧门复位主要靠车箱本身的重力带动侧门折页延折页和抑制肘滚子接触面轨迹进行回位，而折页转动中心与抑制肘滚子中心距离过小将使得侧门回复力矩变小、阻力增大，不利于车箱侧门的回位。综合分析确定了折页转动中心与抑制肘滚子中心距离395mm、车箱转动中心距车辆中心线为703mm。同时采用了三段圆弧运动轨迹的小折页（见图4），使该车箱侧门在车箱倾翻到27°时处于卸货状态（图8），这时货物重心更靠近车辆中心，从而提高车辆倾翻稳定性。

该车车箱采用全钢焊接结构，车箱底架由中梁、侧梁、主横梁、纵梁、地板等组成一体构架。中梁采用H型钢，侧梁采用专用冷弯型钢，主横梁采用钢板焊接结构，车箱转轴安装位置的横梁采用双腹板、盖板组合焊接的箱型结构。侧门采用以贯通的上檐梁和立柱等冷弯型钢为主要承载梁，侧门折页通过焊接方式将下檐梁、立柱、侧板等承力配件连接为一体结构。端壁由上檐梁与端柱组成构架，并与端壁板组焊成一体，整体焊接与车箱底架上。底架中梁采用了大截面H型钢与上、下盖板组焊成的箱型断面鱼腹形结构。在车体与转向架连接部位根据倾翻机构的作用要求设置了大截面短长度的小枕梁结构。同时在底架上装有气缸架、方支撑、转轴底座、支座等与车箱倾翻作用相关的部件。为确保车辆可以通过90m曲线，根据计算车钩缓冲装置与底架中梁端口需有一定开口宽度（既端梁钩口宽大于340mm），为此在车辆端梁钩口设立独立的圆弧型车钩挡板(见图5），车钩下部焊有托板(见图5）。

车辆制动系统和控制车箱倾翻的空气管路系统，由于该车结构的特殊性，两套系统布置空间都非常有限，且两个系统的管路走向布置互相影响，使得组装困难和气密性难以控制。此次制动系统设计首先采用了集中布置，将控制阀、制动缸及各作用风缸布置在两个倾翻风缸之间，3个作用风缸布置在同一个支架上，各风缸与控制阀的连接采用尼龙管连接，避免了钢管曲率半径的影响；主管仍采用钢管避免车辆运动对主管路的影响，同时根据车辆结构减少了钢管接头数量，提高了系统密封性。风控管路装置为避免与制动管路相互影响，全部采用尼龙软管连接，这样可以减少因刚性连接的接头数量，提高系统密封性，同时管路有一定柔性可以保证车箱倾翻过程气路的稳定性。