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1、23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车设计方案说明沈阳机车车辆有限责任公司2007年10月中国北车集团沈阳机车车辆有限责任公司CNR Shenyang Locomotive & Rolling Stock (Group) Co. Ltd.23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车设计方案1、概述为适应我国经济的快速发展，及时适应化工市场的快速变化，满足中国铁路货运重载、快速的总体发展要求，沈阳机车车辆有限责任公司和吉化集团机械有限责任公司共同研制开发了23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车，以适应国内化肥企业对浓硝酸运输的需要。浓硝酸类介质有很高的腐蚀性，所以需用防腐性较好的铝制罐车运输，吉化集团机械有限责任公司在上世纪90年
2、代研制开发的载重60t容积40m3的GH40LK铝制铁道罐车，投放市场后受到用户的欢迎。此次开发的容积50m3的23t轴重铝制铁道罐车是目前国内运输同类产品中容积最大、载重最大的浓硝酸铝制铁道罐车。它弥补了国内浓硝酸铁路运输中载重小、自重系数大的不足，且设计先进、合理。因此其应用市场前景极为广阔，具有极强的市场竞争力。2、研制目标新开发的23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车应符合铁道部提出的关于企业自备铁道货车有关规定，即新型通用货车或一般专用货车须按70t级设计、制造的要求。并总结GH40LK铝制浓硝酸铁道罐车结构优点的基础上，积极探索应用新材料，以优化车辆的经济技术参数，以提高运输效能的目的。23
3、t轴重铝制浓硝酸铁道罐车的研制应达到以下目标： 适合运输密度不大于1.5t/m3、有强腐蚀性的浓硝酸、过氧化氢等化工产品。 载重68t（工业浓硝酸介质），自重25.8t 轴重23t 商业运营速度120km/h 满足用户现有的地面装卸设施3 设计遵循的主要标准GB146.1 标准轨距铁路机车车辆限界 GB/T5599 车辆动力学性能评定和试验鉴定规范 TB/T1.11.2 铁道车辆标记 TB/T1335 铁道车辆强度设计及试验鉴定规范 TB1560 货车安全技术的一般规定JB/T4734 铝制焊接容器 23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车设计任务书4 介质特性介质名称： 浓硝酸 分子结构式： 分子式：H
4、NO3分子量：63形态： 液态颜色： 无色气味： 刺激性酸味熔点： 约-42沸点： 约86气相压力： 25时3800Pa(0.038MPa)密度： 1.5g/cm3(25)主要特性: 强腐蚀性、强氧化性、毒性程度中度。5 设计方案5.1车辆性能参数自重: 25.8t轴重: 23t载重: 68t比容: 0.729m3/t每延米重: 6.97t商业运营速度: 120km/h最小曲线半径: 145m车辆限界:符合GB146.1-83标准轨距铁路机车车辆限界的要求.5.2 罐体设计参数项目单位指 标罐体设计压力MPa常压设计温度40焊接接头系数0.95腐蚀裕度mm1.5罐体内径mm2400罐体材质10
5、50A/5083罐体容积m349.6水压试验MPa0.35.3主要尺寸 车辆长度 13466mm 车辆定距 8300mm车辆高度 约4200mm 车辆宽度 2680mm 底架长度 12500mm 车钩中心线高 88010mm 固定轴距 1830mm车轮直径 840mm5.4 主要技术参数的选择说明5.4.1 自重和载重 铝材料的密度2.7t/m3，经计算罐体壁厚为24mm。按23t轴重计算，该车载重可达68t，车辆自重25.8t。5.4.2 罐体容积和车辆长度、宽度罐体容积按典型介质98%浓硝酸确定，兼顾其它介质。确定总容积为49.6m3，有效容积为46.7m3，空容积6。车辆定距在原载重60
6、t容积40m3的铝制铁道罐车的7300mm的基础上，增加1000mm,为8300mm。这样有利于提高车辆曲线通过性能。该车车辆长度为13466mm。铝制罐车装卸台位一般较短且不成编组装卸，因此该车长度可满足用户现有地面装卸设施。由于罐体为铝材质，NSW手制动机宜布置在一位端梁上方，底架宽度为2680 mm。5.4.3 罐体材料的选择 铝制罐车的材料选择是该车设计的关键之一。由于98浓硝酸介质的特殊性，能够装载98浓硝酸的金属材料只能用纯铝材料，在所有纯铝材料中，1XXX系的铝材由于优良的焊接性、耐腐蚀性以及力学性能适中，从而在化工容器、铁路罐车领域得到广泛应用。GH40LK型铁道罐车的罐体材料
7、为1060纯铝，实践证明纯铝材料适宜于铁道罐车。随着70级货车纵向力考核要求提高，货车载重的不断增加，铁路货车运用工况越来越恶劣，1060铝材的力学性能指标略有偏低。经有限元强度分析计算，若继续采用该材料则必须增加罐体壁厚，同时上、下鞍等主要承力结构需要进一步加强，由此造成车辆自重增大、载重降低，车辆制造成本增加，各项经济技术指标下降。因此有必要重新选择更为理想的纯铝材料，使其既要满足70t级货车的技术要求，又具有较高的经济技术指标。对浓硝酸等化工产品，铝材1XXX系列纯铝均具有优异的耐腐蚀性能。国内化工容器、铁路罐车等行业已有多年应用1060、1050A等材料的经验，国内化工容器标准JB/T
8、4734-2002铝制焊接容器批准使用的纯铝材料中，既有1050A、也包括1060、1200等材料。根据GB/T38801997铝及铝合金轧制板材，1050A、1060铝材的力学性能如下表所示:名称板材厚度(mm)b (MPa)p0.2 (MPa)室温下许应应力伸长率(%)1050A12.52570351716106012.55060251520按照TB/T1335-1996规定的材料许用应力选取方法，以材料的p0.2为基准得出材料的许用应力值如下表所示：材料第一工况 (MPa)第二工况 (MPa)1050A1731.3106015.922.3可以看出，1050A材料的力学指标要远高于1060
9、。为进一步确定1050A材料的焊接性和工艺性，在和铝材企业技术人员反复交流的基础上，我公司工艺技术部门对该类材料进行了焊接工艺检验和评定，结果表明，1050A材料能满足铁道罐车的工艺制造要求。综上所述，本车罐体选用牌号为1050A的铝材，经有限元强度分析计算，罐体的强度和刚度均满足TB/T1335和70t级货车考核要求。根据合肥通用机械研究院的腐蚀试验结果证明，1050A材料满足运输浓硝酸的要求。为了承受较大的罐体介质冲击力，封头选用的是强度较好的材料5083内衬1070的结构。5.5 主要结构 23t轴重铝制浓硝酸铁道罐车底架为有中梁结构。罐车由罐体总成、端梯及车顶走台、底架总成、底架附属件
10、、罐体与底架装配、制动装置、车钩缓冲装置和转向架等部件组成。车辆一位端设有通过台,装卸方式为上装上卸。5.5.1 罐体总成罐体采用圆筒形筒体和标准椭圆形封头焊接而成。罐内设有槽铝加强圈分别是6个120mm60mm20mm和2个800mm80mm24mm以提高罐体承载能力,筒体材料为1050A铝板, 封头材料为5083铝合金板内衬1070。罐体顶部设有DN500人孔一个,硝酸出口一个。为解决残留物料问题，在罐体底部中心设置聚液窝。以人孔为中心在罐体两侧中间部分别设置了挡酸板。5.5.2 底架总成该车底架由中梁总成、侧梁总成、枕梁总成、端梁总成、罐车通过台栏杆、走台板总成等部件组焊而成。中梁总成由
11、中梁、前从板座、后从板座、隔板总成和上心盘等组成。中梁采用符合运装货车2004264号文件要求的屈服强度为450MPa的310高强度热轧耐侯乙字型钢，保证-40时的低温冲击功AKV不小于24J；上心盘采用锻钢上心盘，前从板座和后从板座材质采用C级铸钢；枕梁采用双腹板箱型结构，由上、下盖板、腹板及隔板、筋板组焊而成，材质均为Q345A低合金高强度钢；侧梁采用160636.5型热轧槽钢；端梁由端梁腹板及端梁下盖板组焊而成，材质均为从低合金高强度；冲击座与17号车钩配套，材质为B级铸钢。前、后从板座与中梁之间，脚蹬、扶手与侧梁间均采用符合运装货车2007163号文件要求的专用拉铆钉铆接；走台板总成采
12、用YB/T4001的钢格板。5.5.3 底架附属件按运装货车2006179号文件标准化设计要求，底架附属件由120阀吊组成、制动缸吊组成、脱轨自动制动装置吊托以及其它附属吊托等组成，满足制动装置无研配组装的要求。5.5.4 转向架采用转K6型转向架。摇枕、侧架符合TB/T3012和符合运装货车200679、162号文件材质为B级或运装货车电20071887号电报的要求装用整体芯B+级钢。侧架采用宽导框式结构，采用符合运装货车2006162号文件要求的侧架和链式固定杠杆支点。采用符合运装货车2006393号文件批准的下交叉支撑装置，锻造支撑座；一系采用改进型轴箱橡胶垫，二系采用带变摩擦减振装置的
13、中央枕簧悬挂系统，摇枕弹簧为两级刚度；组合式斜楔的主摩擦板采用高分子复合材料，斜楔体为贝氏体球墨铸铁；侧架立柱磨耗板材质采用45号钢，滑槽磨耗板采用T10。采用直径为375mm的下心盘，下心盘内装用导电型心盘磨耗盘；装用符合运装货车2006 21号文件批准的353130B型紧凑型轴承及配套前盖、后挡，RE2B型50钢车轴及LM磨耗踏面的HESA轻型辗钢车轮或符合运装货车2006411号文件要求的HEZD型铸钢车轮。心盘磨耗盘、旁承磨耗板、旁承体符合运装货车2006190号文件要求和运装货车2006158号文件要求。挡键处按运装货车2006162号文件要求的组装开口销和螺栓。转向架基础制动装置采用符合运装货车200211号文件要求的高摩合成闸瓦、采用符合运装货车2004265号、运装货车电20051391号和运装货车2006162号文件的组合式制动梁、奥-贝球铁衬套。制动梁架与闸瓦托间采用钢铆钉联接。5.5.5 制动装置风制动装置主要由120控制阀、符合运装货车200580号文件要求KZW-A型空重车自动调整装置、符合运装货车2005333号文件和运装货车20072
