改善铁路共用平车性能探讨

许 静

（南车二七车辆有限公司，北京100072）

改善铁路共用平车性能探讨

许 静

（南车二七车辆有限公司，北京100072）

介绍了铁路共用平车的发展历程，提出了目前共用平车存在的问题，提出了改善共用平车性能的具体措施，并分析了这些改进措施。

铁路；共用平车；运用问题；改善；性能

平车主要用于运送钢材、木材、沙石、汽车、农用机械、机械设备及集装箱等货物，还可装运长钢轨、混凝土预制梁等特殊长大货物和需跨装运输的一般超长货物，装有活动端、侧墙板的平车也可用来装运矿石、沙土、石碴等散粒货物。

新中国成立以来，我国设计与制造了多种通用平车，从结构上来看，分为不设端、侧板的平车、仅设有端板的平车及设有端、侧板的平车3种类型。从载重吨位上看，有30，40，50，60，70 t等数种，其中载重60 t及以上的生产数量最大，占平车总数的80%以上。目前载重50 t及以下的通用平车已经淘汰，现存的通用平车主要是载重60 t级的N17系列平车。

1998年开始研制了兼有普通平车和集装箱车功能的共用平车，主要包括NX17、NX17A系列、NX17B系列等载重60 t的共用平车。2005年～2009年间研制并批量生产了载重70 t的NX70型及NX70A型共用平车（见图1）。从2000年开始，我国不再生产普通平车，全部生产兼有普通平车和集装箱平车功能的共用平车。

截至2013年4月份，我国铁路平车约为2.9万辆（不包括集装箱专用平车），占货车总数的3.6%。其中N17系列通用平车1.3万辆，共用平车数量1.6万辆，底架长度13 m的平车、共用平车数量2万辆，底架长度15.4 m的共用平车数量0.9万辆，载重60 t级平车2.2万辆，载重70 t级的平车0.7万辆。

图1 NX70A型共用平车

1 我国共用平车现存的主要问题

通过调研及用户反馈，目前我国共用平车存在的主要问题如下：

1.1 厂、段修周期短

目前，我国70 t级的通用型货车，如敞车、棚车、煤炭漏斗车及石碴漏斗车等厂修周期为8年，段修周期为2年，采用耐候钢制造的C64K型敞车、P64GK型棚车厂修周期为9年，段修周期为1.5年。而N16型平车、N17系列平车、NX17系列共用平车以及NX70型、NX70A型共用平车的厂修周期均为5年，段修周期为1年。究其原因是平车木地板易损坏，无法保证较长的使用寿命。从入厂厂修的平车状态来看，一般经过5年运用后，平车木地板损坏较多，木地板更换率较大，而平车主要钢结构如中梁、侧梁、枕梁、横梁、端梁等技术状态较好，出现大面积截换或更换的情况很少（事故车除外）。平车其他零部件，如制动装置、车钩缓冲装置和转向架等，均与其他通用车型相同，可以适应延长厂修周期要求。因此，延长平车厂修周期的关键是确保延长厂修周期后的木地板运用完整性和可靠性。

1.2 地板及侧压铁易破损，更换困难

平车木地板普遍存在破损问题，同时也存在侧压铁、端压铁以及压铁螺栓、螺母丢失问题。而且木地板在损坏后，在站段现场进行更换作业比较困难，为了更换一根损坏的木地板，需要将压住地板的2根中间压条和2根侧压铁全部拆下，而拆下每根压条或压铁需要分解6～9根螺栓，拆解和修复工作量较大。

经调查分析，造成木地板及压铁容易损坏的主要原因有以下几项：

（1）每年的春、秋两季进行常规军事演练和调动，坦克等履带式装备运输量较大，坦克一般是成列运输，平车在运输坦克时，一般是在端部站台上依次从第一辆平车滚装到最后一辆上，因此坦克将反复在平车地板上碾压或原地旋转辗压，不仅地板受到碾压破坏，也使侧压铁变形或碾起；另外重型机械设备装卸过程中在地板上移动也会造成地板损坏及压铁翘起；履带式装备的反复碾压是造成木地板损坏的主要原因（见图2）。

图2 坦克碾压过的平车地板

（2）平车木地板是由松木制成，在长期雨淋日晒作用下，木质地板有自然开裂和老化的趋势；

（3）平车在运用中由于货物加固的需要，经常在地板上钉铁钉或巴锔钉，长期反复在钉固或起拔钉时对地板会造成损害。

（4）木地板在运用中逐步失去水分收缩变形或垫木破碎后，紧固地板的螺栓螺母发生松动及丢失，又造成地板翘起，并加速损坏。

1.3 装载特种装备时加固附件承载能力不足

平车可供装载加固捆绑的附件主要有绳栓和柱插。要合理的确定绳栓的强度，既要有利于货物的捆绑，经济安全，又要不损伤车辆本身。为此，对铁路货物装载加固定型方案中平车的装载加固方案进行了比较、筛选，找出有代表性的方案对绳栓受力的大小进行分析计算，见表1。

表1 部分平车定型装载加固方案换算绳栓捆绑力

从表1中可计算出定型方案中要求绳栓的捆绑力一般为38～95 k N，而现有平车用绳栓可承受的最大作用力只有20～40 k N，因此需要改进绳栓结构，增大承载能力。

柱插主要充当临时侧柱的插入点，但由于绳栓数量不足，柱插也普遍被用作捆绑加固点，运用中由于柱插强度不足造成变形的现象时有发生。另外，原柱插由钢板剪切压制形成，其剪裁边缘对捆绑用的铁线和钢丝绳切断作用明显，降低了捆绑效果。

1.4 运用中底架内部检查检修不便

现有的共用平车中梁、侧梁均采用H型钢制造，制动装置一般布置在中梁、侧梁之间，由于侧梁H型钢中部高度在500～600 mm，侧梁下缘至轨面间垂向高度最小仅有500 mm左右，列检作业十分不便。特别是列检作业时间压缩后，该问题更加突出。

2 改善共用平车性能措施分析

2.1 采用钢木混合地板，延长厂、段修检修周期

（1）新型钢木混合地板结构及优点

既然坦克碾压是造成木地板破损的主要原因，加强对地板的保护是减少木地板破损的首要措施。根据国外平车已有的经验，共用平车采用钢木混合地板结构可以克服地板容易损坏问题，从而延长地板寿命，延长平车的厂、段修周期。

钢木混合地板由木地板和钢地板交替沿着车体纵向铺设而成（见图3）。地板宽度与底架宽度相同。钢地板为槽型，宽度为100 mm，钢地板上面铺设菱形花纹钢板或扁豆型花纹钢板，两条钢地板之间铺设木地板，每块木地板宽度为300 mm左右。钢地板与底架中梁、侧梁间采用焊接，木地板中段仍采用平压条紧固，木地板端头采用侧压铁进行紧固。

图3 钢木地板结构

采用钢木混合地板具有以下优点：

①每个木地板单元周围均有钢制结构保护，可减少木地板损坏，延长木地板使用期限，共用平车的厂修周期可适当延长；

②木地板被划分成较小的单元，易于检修和更换；

③木地板高于钢制地板，装载时货物首先与木地板接触，同时钢地板表面为花纹板，以保证货物与地板间具有足够的摩擦力。

（2）采用钢木地板后对货物装载加固的试验验证

平车采用钢木混合地板后，为了研究既有木地板用装载加固方案是否同样适用于钢木地板，先后对钢木混合地板进行了4种工况装载加固冲击对比试验。装载的货物种类为典型的常用货物，依次为坦克、钢卷立装、箱式货物（模拟机械设备）等3种，对比车为既有木地板共用平车（图4～图7）。

图4 冲击试验过程示意图

图5 钢木地板装载坦克与普通地板对比冲击试验

图6 钢木地板装载立式钢卷与普通地板对比冲击试验

图7 钢木地板装箱式货物与普通地板对比冲击试验

（3）试验结果

①在2，3，4，5 km/h各速度下，坦克、立装钢卷、箱式货物在钢木地板上滑移量与共用平车的滑移量基本相当，说明钢木混合地板能够适应装载履带式装备。

②在5 km/h冲击速度下，在钢木地板上各种货物（立装钢卷、箱式货物）加固绳索上的最大拉力及其在地板上的滑移量与对比共用平车的数值基本相当，说明钢木地板能够适应既有木地板平车用装载加固方案。

2.2 采用新型绳栓和柱插，增设地环，改善共用平车货物装载加固性能

根据调查，目前共用平车的装载加固附件存在着承载能力不足的问题。为此，提出共用平车采用牛角形绳栓（见图8），增大绳栓立柱和横柱断面直径，经对比计算绳栓承载能力可显著提高到50 k N；同时通过适当增加绳栓数量，平车每侧绳栓数量由8个增加到12个，方便就近栓结，减少集中栓结。牛角形绳栓还可起到防止绳索脱落，美化车辆外观的作用。同时适当降低绳栓高度，可有效改善绳栓受力状况，见表2。

平车柱插虽然已经失去了插木柱的作用，但木材集装箱、煤炭散堆箱等仍采用柱插作为加固点，因此共用平车还应保持柱插的数量和位置不变。为了提高承载能力，采用整体式柱插（图9），并将柱插上下口部改为圆弧型，防止硌伤加固绳索。

表2 绳栓参数表

2.3 采用大中梁、小侧梁底架结构，改善平车检查检修不便问题

平车是底架承载结构，中梁和侧梁是其主要承载梁件。因此，中、侧梁截面的选取是平车底架设计的关键。根据中、侧梁的截面大小，平车底架结构可排列出3种方案，各方案对比见表3。

（1）中、侧梁截面均为H630型钢的传统结构（图10）；

（2）中梁H700型钢、侧梁400冷弯槽钢结构（即大中梁、小侧梁结构，图11）；

（3）中梁H400型钢、侧梁H630型钢结构（即小中梁、大侧梁结构，图12）。

图8 牛角型绳栓

图9 整体式柱插

图10 中侧梁均为H630型钢底架

图11 中梁H700、侧梁400冷弯槽钢底架

图12 中梁H400、侧梁H630底架

方案1：集重能力强；垂向弯曲刚度及扭转刚度较大，车体侧滚转动惯量较大；车体制造工艺与现有共用平车相近。缺点是车辆自重较大，列检作业条件未改善。

方案2：集重能力较大；车辆自重最轻；垂向弯曲刚度较大，车体侧滚转动惯量较小；车体制造工艺与现有集装箱专用车相似；列检作业条件得到明显改善。

表3 各方案参数对比表

方案3：车体侧滚转动惯量最大；侧梁有成品，中梁无需抽鱼腹，制造工艺简单。缺点是集重能力小；垂向弯曲刚度及扭转刚度小；车辆自重大；地板面高度比既有共用平车高出60 mm以上；侧梁下翼面距轨面高度更低，更不便列检作业。

通过对上述3种底架结构分析、比较，可以得出采用大中梁小侧梁结构，载重和集重能力较大，车辆自重最轻；垂向弯曲刚度较大，车体制造工艺与现有集装箱专用车相似；列检作业条件得到明显改善。

采用大中梁、小侧梁结构底架的80 t级共用平车样机进行了车体静强度、刚度试验，结果表明车体强度刚度符合TB/T 1335－1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的要求。通过在哈尔滨铁路局进行的整车动力学性能试验，结果表明整车动力学性能满足GB/T 5599－1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》的规定。说明共用平车采用大中梁、小侧梁底架结构是可行的。

3 结束语

共用平车通过采用钢木混合地板结构，可以解决平车地板容易损坏、延长厂段修周期，使共用平车检修周期与敞车、棚车等通用货车保持一致；底架采用大中梁小侧梁结构能够改善平车日常检查检修条件，提高平车运用可靠性；采用新型牛角形绳栓、整体式柱插、增设地环等措施可进一步提高共用平车装载加固性能。

［1］ 铁运2011－207号.铁路货车厂修规程［S］.北京：中国铁道出版社，2012.

［2］ 陈 雷，张志建.70 t级铁路货车及新型零部件［M］.北京：中国铁道出版社，2006.

［3］ 王春山，陈 雷.铁路重载提速货车技术［M］.北京：中国铁路出版社，2010.

［4］ TB/T 1335－1996.铁道车辆强度设计与试验鉴定规范［S］.

［5］ GB/T 5599－1985.铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范［S］.

图5 非标刀具

3 结束语

通过对具有典型牙式离合器结构的零件吊耳进行工艺分析，找到了适合此类零件的加工工艺，如何高效、稳定的生产出合格工件。同时优化后的铣齿工艺、油槽加工工艺对其他产品中具有类似结构也提供了很好的参考价值。

参考文献

［1］ 成大先，等.现代机械设计手册（第1卷）［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［2］ 大连理工大学工程画教研室编.画法几何学［M］.北京：高等教育出版社，1992.

［3］ 袁哲俊，刘华明.金属切削刀具设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［4］ 王先逵.机械制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，1995.

Abstract：In basic brake system，the disc type brake unit and the tread brake unit all have adopted the tooth clutch structure.In this paper，we take a typical part of the tread brake unit for instance，and analyze how to improve reliability and the efficiency in machining，and meanwhile introduced the principle of special fixtures and cutting tools.

Key words：tooth clutch；turn-mill combination；efficiency

Discussion About Improving the Performance of Railway Dual Purpose Flat Wagon

XU Jing
（CSR Erqi Rolling Stock Co.，Ltd.，Beijing 100072，China）

The thesis introduces the development course of railway dual-purpose flat wagon，puts forward the problems existing in the dual－purpose flat wagon and propose concrete measures to improve the problems and at last analyzes these improvement measures.

railway；dual-purpose flat wagon；problems of application；improvement；performance

Processing Technology and Application about the Basic Brake Unit with Tooth Clutch Structure

CHEN Jian，WANG Peng，SUN Guanghe，JIN Xiaobo，DAI Jin
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

U272.3

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.28

1008－7842（2014）03－0111－04

�）女，工程师（

2013－12－16）