出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)的研制

伊永峰，付 勇，楊 富，白 雪

(中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司 技術(shù)中心，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)是中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司根據(jù)澳大利亞力拓公司的技術(shù)要求研制的，該車(chē)于2020年2月完成試制與試驗(yàn)，2020年6月交付用戶使用。

1 車(chē)輛用途

出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)由23輛車(chē)(共包括9種車(chē)型)及1臺(tái)起吊車(chē)組成，起吊車(chē)為車(chē)上走行設(shè)備，其編組情況如圖1所示。該車(chē)主要功能是運(yùn)軌、卸軌和收軌，可同時(shí)運(yùn)輸40根400 m長(zhǎng)、68 kg/m的鋼軌[1]。

圖1 出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)編組

2 主要特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

(1) 采用起吊車(chē)與滑槽車(chē)聯(lián)合作業(yè)的收卸鋼軌方式，3人即可正常完成收卸鋼軌工作，工作效率高。

(2) 起吊車(chē)是收卸鋼軌的主要設(shè)備，可同時(shí)收卸2根鋼軌，最大收卸軌速度為14 km/h。

(3) 滑槽車(chē)以太陽(yáng)能供電系統(tǒng)為電源，以機(jī)車(chē)風(fēng)源為源動(dòng)力，以液壓缸作為執(zhí)行元件，通過(guò)風(fēng)動(dòng)液壓系統(tǒng)完成收卸鋼軌作業(yè)，與采用柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的既有長(zhǎng)鋼軌車(chē)相比，環(huán)保、節(jié)能、方便、高效。該車(chē)采用遙控器控制收卸軌導(dǎo)向臂動(dòng)作。

(4) 23輛車(chē)的起吊車(chē)走行軌道通過(guò)相鄰車(chē)輛之間的橋軌連在一起，起吊車(chē)可沿該軌道及橋軌在車(chē)組上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。橋軌的兩端通過(guò)滑槽和銷(xiāo)軸連接到相鄰兩側(cè)車(chē)輛上，可通過(guò)滑槽沿車(chē)輛縱向方向伸縮，也可通過(guò)銷(xiāo)軸進(jìn)行上下、左右旋轉(zhuǎn)，因此，長(zhǎng)鋼軌車(chē)可適應(yīng)車(chē)輛在拉伸、壓縮及過(guò)曲線時(shí)兩車(chē)之間縱向距離和鉤高差的變化。

表1為出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)主要技術(shù)參數(shù)，表2為出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)各車(chē)型數(shù)量及其主要技術(shù)參數(shù)。

表1 出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

3 各車(chē)型功能及主要車(chē)載設(shè)備

出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)各車(chē)型見(jiàn)圖2。

表2 出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)各車(chē)型數(shù)量及其主要技術(shù)參數(shù)

圖2 出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)各車(chē)型

(1) 端部緩沖車(chē)(一)。車(chē)上設(shè)有1個(gè)安全墻和1組滾輪門(mén)，安全墻用于防止鋼軌在運(yùn)輸過(guò)程中縱向竄出車(chē)組端部，滾輪門(mén)用于承載鋼軌。滾輪門(mén)由3層可旋轉(zhuǎn)式滾道梁和1層固定式滾道梁組成，每層滾道梁上裝有10個(gè)滾輪，滾輪采用雙輪緣結(jié)構(gòu)，其硬度大于鋼軌硬度，滾輪內(nèi)裝有滾子軸承?？尚D(zhuǎn)式滾道梁通過(guò)軸承安裝在樞軸柱上，可向一側(cè)旋轉(zhuǎn) 90°打開(kāi)。

(2) 運(yùn)軌車(chē)。每輛運(yùn)軌車(chē)上設(shè)有2組滾輪門(mén)。

(3) 鎖定車(chē)。每列400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)有4輛鎖定車(chē)，分別為鎖定車(chē)(一)、鎖定車(chē)(二)、鎖定車(chē)(三)和鎖定車(chē)(四)。每輛鎖定車(chē)上分別設(shè)有2組滾輪門(mén)和1組鎖定梁，鎖定梁防止鋼軌在運(yùn)輸過(guò)程中縱向竄動(dòng)。每輛鎖定車(chē)的鎖定梁高度不同，分別用于鎖定第1～4層鋼軌，鎖定車(chē)(一)的鎖定梁僅鎖定第1層鋼軌，鎖定車(chē)(二)的鎖定梁僅鎖定第2層鋼軌，鎖定車(chē)(三)的鎖定梁僅鎖定第3層鋼軌，鎖定車(chē)(四)的鎖定梁僅鎖定第4層鋼軌。同時(shí)，鎖定梁可向一側(cè)旋轉(zhuǎn) 90°打開(kāi)。

(4) 端部緩沖車(chē)(二)。車(chē)上設(shè)有1個(gè)安全門(mén)和1組滾輪門(mén)。在運(yùn)輸鋼軌過(guò)程中安全門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，防止鋼軌縱向串出車(chē)組端部；在收卸鋼軌過(guò)程中安全門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，鋼軌可從安全門(mén)中穿過(guò)。

(5) 過(guò)渡車(chē)。車(chē)上設(shè)有固定調(diào)高裝置及防翻裝置，用于在收卸鋼軌作業(yè)時(shí)支撐鋼軌和防止鋼軌側(cè)翻。

(6) 滑槽車(chē)。用于配合起吊車(chē)收卸鋼軌。車(chē)上設(shè)有固定調(diào)高裝置和收卸軌導(dǎo)向臂，在收卸鋼軌時(shí)，收卸軌導(dǎo)向臂可上下、左右擺動(dòng)以調(diào)整鋼軌橫向和縱向的落地位置。

4 車(chē)輛結(jié)構(gòu)組成

出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)中各車(chē)型的車(chē)載設(shè)備不同，但車(chē)輛的主要結(jié)構(gòu)基本相似，均由底架、制動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)鉤緩沖裝置、轉(zhuǎn)向架、軌道、護(hù)欄、渡板等組成。圖3為出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)鎖定車(chē)(四)結(jié)構(gòu)。

圖3 出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)鎖定車(chē)(四)結(jié)構(gòu)

4.1 底架

底架采用中梁、側(cè)梁承載結(jié)構(gòu)，中梁、側(cè)梁之間設(shè)有端梁、枕梁。各車(chē)型根據(jù)需要分別設(shè)置鎖定橫梁、滾輪門(mén)立柱橫梁、滾輪門(mén)斜撐橫梁、卸軌橫梁等各種橫梁，其中滾輪門(mén)橫梁等主要橫梁均由上下蓋板和雙腹板構(gòu)成，同時(shí)底架上鋪設(shè)鐵地板。

中梁為鋼板組焊而成的變截面魚(yú)腹箱形結(jié)構(gòu)，采用一體式?jīng)_擊座、組焊式心盤(pán)座、φ401 mm的上心盤(pán)，沖擊座和上心盤(pán)均采用滿足AAR M 201：2018《鑄鋼件》要求的C級(jí)鋼，上心盤(pán)與中梁之間采用鉚釘連接；滑槽車(chē)側(cè)梁由箱形結(jié)構(gòu)和工形結(jié)構(gòu)2部分構(gòu)成，箱形結(jié)構(gòu)采用Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼，工形結(jié)構(gòu)采用H200 mm×200 mm×8 mm×12 mm的Q420NRQ1熱軋型鋼，其余車(chē)型的側(cè)梁均采用H200 mm×200 mm×8 mm×12 mm的Q420NRQ1熱軋型鋼。

4.2 制動(dòng)系統(tǒng)

采用符合AAR標(biāo)準(zhǔn)要求的制動(dòng)主管壓力滿足620 kPa的制動(dòng)系統(tǒng)。選用了WABTEC公司的疊加式電空制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由ABDX型控制閥、組合式集塵器、雙室風(fēng)缸、大風(fēng)缸、均衡風(fēng)缸、空重比為60%的ELX-B型空重閥、制動(dòng)軟管、接線盒、電纜及連接器、自排風(fēng)直通塞門(mén)等組成。制動(dòng)管系采用焊接法蘭連接；采用4493C-Ⅱ型可雙側(cè)操作的手制動(dòng)機(jī)和直徑為560 mm的ROSS非金屬手輪；基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用TMX單元制動(dòng)裝置；端部緩沖車(chē)(一)、端部緩沖車(chē)(二)和滑槽車(chē)增設(shè)了降壓風(fēng)缸。

4.3 車(chē)鉤緩沖裝置

各車(chē)型的車(chē)鉤緩沖裝置相同，主要由加強(qiáng)型F鉤(鑄造鉤舌)、SL-76型緩沖器、QF-1型鍛造鉤尾框、E級(jí)鋼Y46AE從板、P2型鉤尾銷(xiāo)組成。鉤體、鉤舌采用符合AAR M 201：2018要求的E級(jí)鋼。

4.4 轉(zhuǎn)向架

各車(chē)型均采用24.5 t軸重控制型鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架。轉(zhuǎn)向架采用常摩擦減振裝置，車(chē)軸材質(zhì)達(dá)到符合AAR M-101：2020《經(jīng)熱處理后碳素鋼車(chē)軸規(guī)范》規(guī)定的F級(jí)；采用φ970 mm整體輾鋼車(chē)輪；采用符合AAR M-934：2007《貨車(chē)車(chē)軸滾子軸承》要求的縮短型G型雙列圓錐滾子軸承；搖枕彈簧采用60Si2CrVAT彈簧鋼；斜楔采用貝氏體球墨鑄鐵；側(cè)架采用符合AAR M 201：2018要求的 C級(jí)鋼，其滑槽內(nèi)安裝高分子材料卡入式磨耗板；搖枕材質(zhì)符合AAR M-201：2018要求的C級(jí)鋼，心盤(pán)與搖枕鑄成一體，采用內(nèi)徑為406 mm不銹鋼磨耗環(huán)和高分子材料心盤(pán)磨耗墊；采用厚50 mm的RB202-184型高摩合成閘瓦、Stucki公司的ISB-10型彈性滾子旁承、Stucki公司的08129型液壓減振器。

鎖定車(chē)、運(yùn)軌車(chē)、過(guò)渡車(chē)采用制動(dòng)倍率為4.589、9.25 in制動(dòng)缸和17 in手制動(dòng)杠桿的TMX集成制動(dòng)；端部緩沖車(chē)(一)、端部緩沖車(chē)(二)、滑槽車(chē)采用制動(dòng)倍率為4.589、8 in制動(dòng)缸和14 in手制動(dòng)杠桿的TMX集成制動(dòng)。

5 仿真與試驗(yàn)

5.1 動(dòng)力學(xué)仿真

2019年10月，委托同濟(jì)大學(xué)對(duì)出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)的各車(chē)型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。將整列車(chē)組與鋼軌一起進(jìn)行剛?cè)狁詈辖＃跐M載工況下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：各車(chē)型車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)符合AS 7509：2017《機(jī)車(chē)車(chē)輛 動(dòng)態(tài)特性》要求，整列車(chē)組滿載工況滿足《力拓400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)技術(shù)規(guī)范》要求[2]。

5.2 車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)

車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)按AS 7520.2:2012《澳大利亞鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛 車(chē)體結(jié)構(gòu)要求 第2部分：貨運(yùn)機(jī)車(chē)車(chē)輛》和《力拓400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)工況有縱向載荷、垂向載荷、鎖定梁載荷、滾輪門(mén)載荷、起吊車(chē)載荷、四點(diǎn)抬車(chē)、車(chē)鉤抬車(chē)及其組合工況。

選取鎖定車(chē)(四)、端部緩沖車(chē)(二)和滑槽車(chē)3種代表車(chē)型進(jìn)行了車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，3種車(chē)型車(chē)輛的底架最大合成應(yīng)力發(fā)生在鎖定車(chē)(四)后從板座后部附近的中梁腹板上，為-435.6 MPa，小于所用高強(qiáng)度耐候鋼材料Q450NQR1的許用應(yīng)力(440 MPa)；試驗(yàn)車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)載荷的響應(yīng)呈線性，各測(cè)試斷面的應(yīng)力值均不超過(guò)材料的許用應(yīng)力，滿足AS 7520.2:2012和《力拓400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)技術(shù)規(guī)范》的要求[3-8]。

6 結(jié)束語(yǔ)

出口澳大利亞400 m長(zhǎng)鋼軌車(chē)交付用戶后，立即在澳大利亞皮爾巴拉地區(qū)力拓公司Koodaideri鐵礦石開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中投入使用，經(jīng)過(guò)2年的持續(xù)運(yùn)用，情況良好，得到用戶認(rèn)可。