煤焦油罐车设计方案说明DOCWord下载.docx

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用大容积的罐车来运装，主要存在以下问题：

（1）空容积太大，罐体容积利用率低，蒸发容积大，同时也降低了铁路运能。

不符合GB12463-1990《危险货物运输包装通用技术条件》的要求。

（2）罐内存有大量易燃、易爆、蒸发气体危及铁路运营安全。

呼吸式安全阀开启时一次性排放量过大，会对局部环境造成一定影响和危害。

（3）从理论计算分析和实际运用来看，罐车容积利用率在70%-85%时，罐内液体晃动最为明显。

考虑液体的耦合效应时，轮对的横移、冲角、轮对横向力、脱轨系数、加速度和平稳性指标均高于未考虑液体晃动时的情况。

在充满2/3左右时，两者的计算差值最大，动力学性能变差，因此在运输过程中要避免罐车处于半充满状态。

（4）从车辆动力学方面分析，由于现有罐车取消了防浪板，提速后紧急制动和调车作业时罐内液体纵向冲击力很大，除了惯性力外，液面和水平面之间还形成20°

以上的夹角，并冲向罐体前部，造成后部转向架轮对减重。

特别是空重车混编和调车作业时容易引起偏心震荡，严重时造成脱轨。

通过分析计算可以得出，液体冲击引起的偏心对轮重减载有很大的影响。

空容积和冲击加速度越大，液体晃动越大，偏心引起的轮重减载越严重。

目前铁路局已有罐车重车调车作业时出现脱轨的事故，必须引起高度重视。

考虑到液体晃动的耦合效应，过弯道时罐内液体偏向外侧，增加了罐体的倾覆作用力矩，使外侧轮对增载，内侧轮对减载，车辆的曲线通过性能和脱轨安全性下降。

罐车的平稳性指标、振动加速度、脱轨系数、轮对横移和冲角都随容积利用率（充液深度）的增加而得到改善。

综上所述，合理选择罐体的空容积是非常重要的，它直接影响到铁路车辆的运营安全。

经过实地走访、调研，了解到目前上述介质中仅煤焦油的年产量已超过500万吨，据初步统计，合计今后煤焦油的年产量将达到1335万吨，我厂准备针对这类介质开发一种新型煤焦油罐车，车体为小底架圆截面直角斜锥卧罐焊接结构，采用高耐侯结构钢制造，与同类罐车相比，它具有自重轻、载重大、卸净率高、重心低、车辆动力学性能好和检修周期长等优点，具有明显的社会和经济效益。

由于煤焦油为混合物，粘性大，常温下为粘稠状，所以需设有加温装置。

用户反映每次卸完料后罐内留残渣1～2吨，如采用内置加热管装置，则不利于清理，因此建议采用外设加温套加热方式。

该车是供中国准轨铁路使用，装运容重1.14～1.25t/m3的煤化工产品如煤焦油、蒽油等的专用铁路车辆。

采用外加热，它能满足上装下卸作业。

2.遵循的主要标准和法规

2.1本车满足GB146.1-1983《标准轨距铁道机车车辆限界》、GB5600-85《铁路货车通用技术条件》、TB/T2234-1999《铁路罐车通用技术条件》。

2.2车辆的强度、刚度及冲击强度符合TB/T1335－1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》、70t级货车强度考核和《铁路货车增加载重技术讨论会》的要求，车辆的第一工况纵向拉伸力为1780kN，纵向压缩力为1920kN；

第二工况纵向压缩力为2500kN。

Q450NQR1第一工况许用应力281MPa，第二工况许用应力382MPa。

Q345GNHL第一工况许用应力216MPa，第二工况许用应力293MPa。

车辆冲击性能符合TB/T1335－1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》和TB/T2369－93《铁道车辆冲击试验方法与技术条件的要求》。

2.3车辆动力学性能符合GB/T5599－1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》，按25t轴重进行考核。

2.4车辆运行速度120km/h时，紧急制动距离不大于1400m。

3.主要性能尺寸参数

3.1主要性能

载重（t）70

自重（t）≤23.6

轴重（t）23

罐体总容积（m3）65

罐体有效容积（m3）61.5

自重系数0.34

每延米重（t/m）7.79

商业运营速度（km/h）120

通过最小曲线半径（m）145

车辆限界符合GB146.1-1983《标准轨距铁道机车车辆限界》的要求

3.2主要尺寸

车辆长度（mm）12016

车辆定距（m）7850

罐体最大内径（mm）Φ3000

罐体最小内径（mm）Φ2900

罐体长度（mm）10130

车辆最大宽度（mm）3020

车辆最大高度（mm）4470

转向架固定轴距（mm）

转K6型1830

转K5型1800

车轮直径（mm）840

车钩中心高（空车）（mm）880

4.车辆结构

该车采用无中梁结构，主要由罐体装配、牵枕装配、加温装置、排油装配、制动装置、车钩缓冲装置、外梯装配、转向架等部分组成。

装卸方式为上装下卸。

4.1.1罐体装配

罐体为圆截面直角斜锥式全钢焊接结构，底部由筒体两端向中间截面下斜，选用屈服极限为345MPa的高耐侯结构钢。

根据有限元计算及结构优化设计的结果，罐体上罐板厚度确定为8mm，下罐板厚度确定为10mm，罐体中部内径为Ф3000mm，封头采用内径Ф2900mm的标准椭圆形封头，封头厚度确定为10mm。

罐体顶部设有人孔一个，呼吸式安全阀两个，罐体内设有内梯。

4.1.2牵枕装配

牵枕装配由牵引梁、枕梁、侧梁、端梁等部件组焊而成。

牵引梁采用屈服极限为450MPa的热轧310乙字型钢，保证-40℃时的低温冲击功Akv不小于24J。

采用直径为Ф358mm的锻造上心盘，后从板座与心盘座采用整体式，与牵引梁组焊在一起，前从板座、后从板座及心盘座材质采用C级钢，前从板座与牵引梁间、脚蹬与侧梁间采用专用拉铆钉连接。

枕梁为单腹板、侧盖板支撑结构，枕梁腹板、枕梁下盖板、侧盖板、筋板材质选用屈服极限为450MPa的Q450NQR1高强度耐大气腐蚀钢，根据有限元计算，其厚度确定为12mm。

端梁由6mm钢板折弯成L型，侧梁采用160X80X8的冷弯型钢。

4.1.3加温装置

加温装置由加温套和加温管路组成，采用外设加温套的加温方式。

加温套由支铁、加温套板等组焊在罐体底部外表面。

加温管路由加温管接头、主管、进汽管和排水管等组成，与加温套进汽管座连接成一体。

4.1.4装卸装置

罐体底部设有DN100mm的球阀，球阀出口与排油管通过法兰连接。

排油管装有加温套，装油通过人孔进行。

加热装置采用罐内设置的排管加热结构，即在罐内底部沿罐体纵向左右各布置一组加热排管。

每组加热排管由进汽管、弧形进汽集管、8根Z字形加热支管、弧形排汽集管、排汽管等组成，为全焊接结构。

在罐外底部设有两组纵向加热槽。

通过管件和接管，外进汽主管与纵向加热槽相连，加温排油阀座与形排油管加温套相连，组成进汽排水装置。

加热蒸汽通过外进汽主管进入两组纵向加热槽，再通过排管的进汽管进入两组排管，同时向两组排管提供热源。

加热蒸汽由排管的进汽集管通过加热支管到排汽集管，再由排汽管到加温排油阀座，最后利用从排油阀座排出的蒸汽的余热对排油管进行加热。

5.转向架

本车采用转K6型转向架或转K5型转向架。

6.风、手制动装置

采用主管压力满足500KPa和600KPa的空气制动装置。

风制动装置主要由改进型120控制阀、305mm×

254mm旋压密封制动缸、不锈钢嵌入式风缸、新型高摩擦系数合成闸瓦、改进的ST2-250型双向闸瓦间隙调整器、具有自防盗功能的KZW-A型空重车自动调整装置、货车脱轨自动制动装置。

采用编织制动软管总成、尼龙管卡垫、奥-贝球铁衬套、采用不锈钢制动配件和管系，组合式集尘器、球芯折角塞门、高摩擦系数合成闸瓦。

风制动配件大部分布置在车辆二位端。

手制动装置采用NSW型手制动机。

采用具有自锁防盗功能的圆销；

手制动机与车体间采用符合运装货车[2005]397号文件要求的专用拉铆钉连接。

7.外梯装配

罐车的一位端设有通过台和端梯，便于上下方便。

顶部设有走台和防护栏杆，防护栏杆的高度不小于550mm。

8.车钩缓冲装置

采用符合运装货车[2004]215号文件要求的E级钢17型车钩或铁道部批准的新型车钩，采用S面整体芯工艺制造的改进型钩舌，配套采用17型锻造钩尾框、合金钢钩尾销、MT-2型缓冲器，含油尼龙钩尾框托板磨耗板和防跳插销，采用具有防盗功能的车钩支撑座止挡铁。

9.技术说明

9.1结构的确定

由于无中梁牵枕结构技术已经在重载罐车上得到了成熟、可靠的运用，所以本车采用无中梁的牵枕结构，它可以减轻车辆自重，增加载重，有效降低车辆重心，提高车辆的运行平稳性，同时增加了车下作业空间，便于卸车作业和车辆检修。

9.2容积的确定

根据调研结果，所装介质的密度按1.14t/m3计算，按装载70t推算，罐体有效容积须达到61.41m3，本车取为61.5m3。

按对盛装液态危险化学品的容器的要求，罐体应留有不少于5%的空容积，所以罐体总容积确定为65m3。

9.3车辆总长的确定

为满足国内业已形成的地面装卸设施并与之配套，根据到有关装卸单位调研的信息反馈，车辆的总长确定为12016mm，能够满足装卸需要。

9.4罐体结构、尺寸的确定

在车辆总长度确定的前提下，要使罐体总容积达到65m3，为保证罐内介质能够卸干净，罐体采用斜度为1.33°

的直锥圆截面斜底结构。

罐体最大内径确定为Φ3000mm、最小内径确定为Φ2900mm，封头选取内径为Φ2900mm的标准椭圆形封头，罐体长度确定为10130mm。

车辆定距确定为7850mm。

9.5加热方式的确定

目前现有的加热方式一般有内置加热式和外置加热式两种。

煤焦油作为煤焦化的主要初级产品，属混合物，常温下为粘稠状，卸完后罐内沉渣较多（每辆车约1～2吨），卸不干净，因此必须进行清渣处理，如果采用的加热方式为内置式，由于内置加热管的存在，势必造成清渣困难，同时由于沉渣没有及时的清理干净，会影响传热，降低加热效率，延长加热时间。

因此在该车设计时采用外设加温套结构。

9.6其它

9.6.1经计算校核，本车采用17号车钩和MT-2缓冲器时，计算车辆和设计车辆的车钩偏转角均小于最大允许偏转角，符合TB/T1335-1996附录A的要求，具有良好曲线通过性能。

9.6.2经计算校核，本车在120Km/h运行速度紧急制动情况下重车制动距离为1208m、空车为924m，均小于1400m，且制动时不出现滑行。

9.6.3静强度计算显示，第一工况中第一种载荷组合方式，车体最大应力出现在前从板座后牵引梁腹板与下翼板连接处，最大值为232Mpa，第二种载荷组合方式，车体最大应力出现在枕梁腹板靠近牵引梁处，最大值为267MPa，均小于第一工况许用应力281MPa；

第二工况，车体最大应力出现在枕梁腹板靠近牵引梁处，最大应力为288MPa，小于第二工况许用应力380MPa；

顶车工况，车体最大应力出现在车辆的顶车处为174MPa，应力小于材料屈服极限450MPa。

本车各部应力满足TB/T1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》及设计要求。

9.6.3本车的结构与70t级粘油罐车相似，大部分制作工艺可沿用以前的成熟工艺。

此外小底架采用整体翻转，后施焊工艺，可以更好保证焊接质量和外观成型。

9.6.4我厂委托“四方所”对以K6转向架组合的70t级煤焦油罐车进行了车辆动力学计算，包括煤焦油罐车空、重车的蛇行失稳临界速度、动态曲线通过性能以及运行平稳性，计算结果表明煤焦油罐车空、重车状态下蛇行失稳临界速度分别为153.1Km/h、145.4Km/h，具有良好的曲线通过性能和优级的运行平稳性，能满足GB/T5599-85《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的要求。

10.环保、职业健康及安全

本产品罐体采用高强度耐大气腐蚀钢制造，能够延长厂、段修周期。

本产品结构与以往的油罐车相似，制造过程中没有增加对环境、职业健康和安全所产生的不利因素。

11.技术、经济分析

11.1由于本车采用了目前国内先进的新材料、新技术，因此车辆整体技术指标有显著的提升。

11.2提高了运输能力，在同样编组长度和周转时间内，比原来可多装载，降低了运输成本。

11.3提高了车辆载重，相对原来载重60吨的车辆可多载重10吨。

11.4由于材料采用了耐大气腐蚀钢，延长了车辆的厂段修周期，降低了车辆维修费用。

中国南车集团武汉江岸车辆厂

2006．12