煤焦油罐车设计方案说明DOCWord下载.docx
《煤焦油罐车设计方案说明DOCWord下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《煤焦油罐车设计方案说明DOCWord下载.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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