煤焦油罐车设计方案说明

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1、70t 级煤焦油罐车设 计 方 案 说 明70 吨级煤焦油罐车设计方案说明170 吨级煤焦油罐车设计方案说明1.概述随着国民 经济 高速持 续发 展，煤炭、 钢铁 和化工等行 业对 罐 车 的需求逐步增加。最近几年我国能源重点由石油 转 向煤炭，煤化工 业 已 发 展成 为 一个有广 阔前景的新 兴产业 。我国少油多煤， 发 展煤化工 业 能减 轻环 境 污 染和 对 石油的 过 分依 赖 ，在国 际 石油价格 飞涨 的情况下，用煤作原料来生 产 合成燃油、焦炭和其它化工 产 品已成 为 当今科技 发 展的主流方向 。煤化工 业 主要采用煤液化、煤焦化和煤气化等先 进 技 术 ，它的 发 展涉

2、及到煤炭、 钢铁 、石油、化工、 电 力和建材等行 业 。煤焦油、蒽油和洗油作 为 煤焦化的主要初 级产 品，是重要的化工原料，比重均在 1.14 1.25t/m3之 间 。目前用 户长期用 G17和 G17B型粘油罐 车 来装运它 们 ，通 过 到武 钢 焦化厂、山西焦化厂、太原化工厂、 马钢 焦化厂等 单 位 实 地 调 研，运用部 门 反映装用上述化工 产 品 时 罐 车空容 积过 大，运行 时 明 显 感 觉 罐体冲 击 和晃 动 ，限制了 车辆 的运行速度， 对 行 车安全 带 来了 隐 患。按照以前的 铁 路运 输惯 例，比重小于 0.9t/m3的 轻 油、苯 类 、酮类 、酯类

3、、醇类 等化工原料多采用 G60和 G70装运，比重 0.9 1.0t/m3的粘性油 类 采用 G17和 G17B装运，比重大于 1.3t/m3的酸碱 类 多用 GS70、GJ70系列装运。尽管罐 车车 型繁多，但由于化工行 业发 展迅速，新的化工原料不断出 现 ，特 别 是 针对 比重1.14 1.25t/m3的无腐 蚀 、粘性介 质 （后面 简 称上述介 质 ），目前 还 没有一种罐 车能完全 满 足其装运要求。随着 铁 路 车辆 升 级换 代全面展开，如果用 现 有的 70吨 级 罐 车 来装运上述70 吨级煤焦油罐车设计方案说明2介 质 ，问题 将更加突出。用大容 积 的罐 车 来运装

4、，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

5、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

6、 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。70 吨级煤焦油罐车设计方案说明3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

7、 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

8、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/T 1335 1996铁

9、 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70 吨级煤焦油罐车设计方案说明4293MPa。车辆 冲 击 性能符合 TB/T 1335 1996铁 道 车辆强 度 设计 及 试验鉴 定 规 范 和 TB/T 23

10、69 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/T 5599 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+2 -1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

11、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） 300070 吨级煤焦油罐车设计方案说明5罐体最小内径（ mm） 2900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） 8804.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

12、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3000mm，封 头 采用内径 2900mm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

13、、 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 358mm的 锻 造上心 盘 ，后从板座与心 盘 座70 吨级煤焦油罐车设计方案说明6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