KM98AF型煤炭漏斗车研制及技术创新*

张超德, 李亨利, 池 海, 潘树平, 傅茂海, 安 琪

(1 南车眉山车辆有限公司 产品开发部, 四川眉山 620032；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所, 北京 100081;3 西南交通大学机械工程学院, 四川成都 610031)



KM98AF型煤炭漏斗车研制及技术创新*

张超德1, 李亨利1, 池 海2, 潘树平1, 傅茂海3, 安 琪3

(1 南车眉山车辆有限公司 产品开发部, 四川眉山 620032；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所, 北京 100081;3 西南交通大学机械工程学院, 四川成都 610031)

介绍了KM98AF型煤炭漏斗车的研制过程、主要技术参数、主要结构特点、关键技术以及试验、运用考验状况。并对该车技术经济性进行分析。该车的研制以及其中采用的一些技术，对我国铁路其他类型大轴重货车的研制和铁路重载运输的发展，具有借鉴和参考作用。

煤炭漏斗车； 研制； 性能参数； 基本尺寸； 主要结构； 关键技术； 技术经济性

为满足我国30 t轴重重载运输发展需要，提高煤炭运输效率，根据中国南车股份有限公司(以下简称中国南车)科技研究开发计划(2014NCK164)及国家科技支撑计划(国科发计〔2013〕80号)的要求，南车眉山车辆有限公司(以下简称眉山公司)承担课题项目的研究，并进行了KM98AF型煤炭漏斗车的研制。

1 研制过程

KM98AF型煤炭漏斗车(见图1)用于中国标准轨距铁路，采用固定编组运输煤炭，可实现边走边卸的卸货要求。

图1 KM98AF型煤炭漏斗车

2013年9月，眉山公司完成了KM98AF型煤炭漏斗车技术方案设计，并对车体结构强度、刚度以及车辆动力学性能进行了计算分析。2013年11月，眉山公司完成了KM98AF型煤炭漏斗车样机试制。2014年4月，铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站在眉山公司完成了KM98AF型煤炭漏斗车车体静强度试验和冲击试验。2014年5月，中国南车会同神华集团在眉山共同

组织召开了KM98AF型煤炭漏斗车设计方案和样机技术评审，并通过了评审。2014年6月，中国南车以南车股份货车函﹝2014﹞113号文件下发《关于印发30 t 轴重副构架式转向架铝合金煤炭漏斗车和30 t 轴重副构架式转向架技术评审意见的通知》，同意KM98AF型煤炭漏斗车在神华集团线路上开展运行试验。

2 主要技术参数

2.1 主要性能参数

轴重/t 30

载重/t 98

自重/t

单车编组 22,

采用牵引杆5车一组 21.5

自重系数 0.22

容积/m3110

比容系数/(m3·t-1) 1.12

每延米重/(t·m-1)

单车编组 8.36,

采用牵引杆5车一组 8.57

换长/m 1.3

最高运行速度/(km·h-1) 100

最小曲线半径/m 145

制动距离(重车、紧急)/m ≤1 400

全车制动率

空车 20.7%,

重车 11.9%

限界 符合GB 146.1-1983《标准轨距铁路机车车辆限界》的要求

2.2 基本尺寸

车辆长度/mm 14 350

5车一组平均长度/mm 13 998

底架长度/mm 13 550

车辆定距/mm 10 550

车辆最大宽度/mm 3 326

车辆最大高度/mm 3 980

装货口尺寸(长×宽)/mm 13 302×2 813

卸货口尺寸(长×宽)/mm 2 740×562

底门数量 /扇 6

底门开度/(°) 36

车钩中心线距轨面高(空车)/mm 880

转向架固定轴距/mm 1 860

车轮直径/mm 915

3 主要结构

该车主要由车体、底门及底门开闭机构、车钩缓冲装置、转向架和制动装置等组成。

3.1 车体

车体为侧壁与底架共同承载结构，与煤炭接触部位采用铝合金和不锈钢，主要由底架、侧墙、端墙、漏斗和撑杆等组成。脚蹬与侧梁采用专用拉铆钉连接，装用铁路货车车号自动识别标签。侧墙上设有供攀登用的扶梯。

3.2 底门及底门开闭机构

全车共有3组底门开闭机构，每组分别控制一对底门。底门开闭机构由双联杠杆、传动轴、轴承座、关门缓解装置等部分组成，具有双向运行卸货功能，适应车辆掉头后边走边卸的需要。

3.3 车钩缓冲装置

采用E级钢17型车钩、17型锻造钩尾框、HM-1型缓冲器。

当5辆车为一组时，车组内采用短牵引杆连接。

3.4 转向架

采用30 t轴重副构架式径向转向架，安装PAB型集成制动装置。

3.5 制动装置

空气制动装置采用150型控制阀，列车主管定压500 kPa，并能满足主管压力600 kPa的工作要求。预留电空制动安装空间。

手制动装置采用NSW型手制动机。

4 关键技术和创新

4.1 车体重载承载技术

车体为钢铝混合铆接结构，侧墙与底架共同承载，提高了车体承受纵向载荷的能力。

采用贯通中梁结构，有利于车体纵向载荷的传递。

端墙和侧墙采用板梁式直壁结构，具有足够的强度和刚度。中梁上方布置纵向漏斗脊，与车体中央横向漏斗脊形成四个卸货口，底门沿车体横向布置，充分利用了车体下部空间，提高了车辆每延米承重。

4.2 车体轻量化技术

采用轻量化结构设计，车体各梁形成立体交叉封闭框架结构，质量轻，刚度好，变形小。

大量采用铝合金挤压型材，侧墙板为铝合金型材组焊结构，底门板为铝合金整体挤压成型，上侧梁、下托梁、上端梁为铝合金整体型材，自重轻。

侧墙板采用搅拌摩擦焊工艺，焊缝接头增强设计，强度有保证。侧墙板外侧增加条形筋设计，平面度好，外胀小。

4.3 双向运行自动卸货技术

采用地面机械碰撞式底门开闭机构，底门开闭机构具有双向运行卸货功能，能适应车辆掉头卸货需要。

4.4 副构架式径向转向架技术

采用30 t轴重副构架式径向转向架：前后轮对轮轨横向力分配均匀，降低轮轨横向力；大挠度橡胶堆隔离侧架、轮对间振动，减小轮轨垂向力；减小轮对冲角60～80%，避免轮缘接触；改善轮轨接触，降低轮轨磨耗30～50%，延长车轮寿命和换轨周期；径向通过曲线，降低阻力和牵引能耗20%以上；转向架安装PAB型集成制动装置，制动缸与闸调器集成化程度高，双向调节；双推杆设计，改善制动梁受力。

4.5 新型150型制动系统技术

采用150型空气控制阀、GL型组合式集尘器、卡套式法兰等制动新技术，提高车辆制动性能。

150型控制阀是在120阀基础上研制开发的，在保持120阀作用性能和接口尺寸的前提下，主阀采用无滑阀结构，取消研磨；采用夹布橡胶膜板，寿命较120阀膜板提高3倍以上；采用铝合金铸造技术，防锈蚀能力强，质量轻。150阀彻底消除了膜板失效，配合不良等故障，同时提高了紧急阀常用制动安定性，避免意外紧急，可大幅提高检修周期至4年以上。

GL型组合式集尘器采用了由铜基粉末冶金过滤材料烧结的滤尘杯，大幅提高过滤精度，同时具有离心力除尘和重力除尘的双重效果，过滤效果比原集尘器提高30%。

卡套式法兰可有效增强制动管路的连接刚度、提高法兰接头抗变形能力，保证制动管系密封性能。

4.6 新型拉铆紧固连接技术

拉铆钉和套环表面采用锌铝多元合金共渗技术，锌铝共渗合金层与铝合金车体之间的电位差异小，腐蚀速度小，耐腐蚀性能优异。

4.7 车体防腐蚀技术

端墙和侧墙采用板梁式结构，端柱和侧柱外置，车体内壁光滑，不易积煤和冻煤。

与煤炭接触部位采用铝合金和不锈钢，提高了车体防腐蚀性能。

4.8 底开门漏斗车制造技术

研究应用了底开门漏斗车车体制造、地面机械碰撞式底门控制开闭机构安装调试以及大轴重转向架制造等技术。

5 试验验证

5.1 车体结构静强度检验

该车车体静强度按标准TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》规定执行。其中，第1工况纵向拉伸力为2 250 kN、纵向压缩力为2 500 kN，第2工况纵向压缩力为2 800 kN。

2014年2月，铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站依据标准TB/T 1335-1996及TJ/CL 025-2012《大轴重铁路货车总体技术条件(暂行)》对KM98AF型运煤漏斗车样机进行了检验(见图2、图3)，第1工况静强度、第2工况静强度、顶车工况静强度、垂向弯曲刚度均符合标准TB/T 1335-1996和TJ/CL 025-2012的要求[1]。

图2 纵向载荷试验照片

图3 垂向载荷试验照片

5.2 车辆冲击强度检验

该车冲击强度应符合标准TB/T 1335-1996的规定。

2014年5月，铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站依据标准TB/T 1335-1996及TJ/CL 025-2012对KM98AF型运煤漏斗车样品进行了检验(见图4)，车辆冲击强度符合标准TB/T 1335-1996和TJ/CL 025-2012的要求[2]。

图4 冲击试验车辆编组示意图

5.3 线路运用考验

2014年6月， KM98AF型煤炭漏斗车(车号:0099639)在黄骅港顺利完成空车和重车底门开闭性能调试，编入神华公司9501/9502次列车在朔黄线进行试运用考验(见图5)。

图5 运行考验车辆编组

2014年7月3日，KM98AF型煤炭漏斗车在内蒙古补连塔完成第一次装煤，煤炭品种为混煤4400，堆密度为0.84～0.89 t/m3。2014年7月5日上午11点，整列车开始卸货，12点10分卸完，卸货一次性顺利完成，列车无停顿，开关门档工作正常，漏仓传送带送料正常，KM98AF型煤炭漏斗车落料区域、卸货时间和卸净率均能满足设计要求。据统计，KM98AF型煤炭漏斗车每月平均运行里程大约1万km，每月完成4次装载和卸货作业[3]。

6 技术和经济性分析

6.1 技术性分析

(1)单车运能

该车与KM70、C80、C80B等运煤货车主要性能指标比较见表1。

从表中可以看出，KM98AF型运煤漏斗车载重98 t，

表1 主要性能参数比较表

较C80和C80B增加了18 t，单车运能提高22.5%；较KM70增加了28 t，单车运能提高40%。

(2)单元列车运力

列车编组长度主要受机车牵引功率和到发线有效长度的影响。目前我国HX2型电力机车的换长为3.5，机车长度以38.5 m计算，单机能够牵引1万t，双机组合牵引能够牵引2万t，如果需要牵引更大质量的列车则需要更多机车组合牵引或更大功率的机车。因此，KM98AF型运煤漏斗车列车编组长度受线路到发线有效长度的限制。

我国既有通用线路到发线有效长度主要有1 050 m和850 m，1 050 m到发线能够编组6 000 t列车，850 m到发线能够编组5 000 t列车；大秦线、朔黄铁路等到发线有效长为2 800 m，能够编组2万t列车。

对于货物列车到发线的有效长度，其计算公式为：

其中L效为线路的有效长度;L机为机车长度；Q为重车方向的货物列车牵引质量;W为列车平均每延米质量；L附为列车停车时的附加距离，在测算中按照30 m作为停车附加距离。

根据上述公式换算全列车长度(机车长度+货车全长度)。货车全长度的计算公式为：

L=G/q

式中G为牵引质量;q为车辆每延米质量。

在不考虑速度限制和坡度限制的情况下，以HX2型电力机车为例，比较KM98AF型运煤漏斗车和C80型运煤敞车在2 800 m和1 050 m不同到发线下的运量见表2。

表2 不同到发线单元列车总重比较

从表中可以看出，在2 800 m到发线条件下，KM98AF型运煤漏斗车可以编组190辆，牵引载重22 800 t，每列2万t编组列车较C80增加600 t，运能提高2.7%。

6.2 经济性分析

该车底架采用全钢组焊结构，工艺成熟，易于制造。侧墙和端墙采用铆接结构，修理时可挖补和截换，可维护性好。车体与煤炭接触部位采用铝合金和不锈钢，减少了维修工作量，修理费会有所降低。采用副构架径向转向架，降低了车轮和闸瓦的非正常磨耗，车辆和线路维护的费用均会减少。采用地碰式底门开闭机构，不需要机车风源，机车燃动费会有所减少。这些经济性措施的合理应用，提高了该车的经济性，特别是车辆的全寿命周期里，效果会更为突出。

7 结束语

截至目前，KM98AF型运煤漏斗车运行状况良好，装载和卸货作业正常。该车的所有关键技术均具有自主知识产权，综合技术性能处于国际领先水平，得到了神华客户的高度赞誉，该车的成功研制丰富了我国30 t轴重煤炭漏斗车产品种类，具有重大的社会和经济效益。该车采用的车体重载承载技术和轻量化技术，可大量应用于我国各型漏斗车。采用的双向运行自动和快速卸货技术，在我国具有很强的推广意义，完全可以替代我国现有漏斗车的两级传动顶锁式机构卸货装置。研究应用的重载列车制动技术，对保证我国铁路货车运用安全具有重大意义。采用的大轴重副构架式径向转向架技术和重载编组列车运行技术，对我国大轴重铁路货车的研制和重载编组列车技术的发展具有重要的借鉴和参考作用。

[1] 金 星，刘晓刚，郝 伟，等. 30 t轴重新型煤炭漏斗车车体结构强度检验报告[R]，铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站，2014.

[2] 胡海东，马修源，郝 伟，等. 30 t轴重新型煤炭漏斗车车体结构强度检验报告[R]，铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站，2014.

[3] 张超德，陆 强，李 貌，等. 30 t轴重新型煤炭漏斗车卸货性能试验报告[R]，南车眉山车辆有限公司，2014.

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

Development and Technological Innovation of KM98AFType Coal Hopper Car

ZHANGChaode1,LIHengli1,CHIHai2,PANShuping1,FUMaohai3,ANQi3

(1 CSR Meishan Rolling Stock Co., Ltd., Meishan 620032 Sichuan, China； 2 Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railways Sciences, Beijing 100081, China; 3 School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031 Sichuan, China)

This paper in detail introduces KM98AF type coal hopper wagon's development process, main technical parameters, main structure, key technology, test, and application check, and analyzes the vehicle technology economy. The development of the vehicle with some technologies has good reference for the development of other types of large axle load of freight of our country railway and the development of the railway heavy-load transportation.

coal hopper car; research; performance parameters; basic dimensions; main structure; key technology; technology economy

1008-7842 (2015) 03-0042-04

��)男，教授级高级工程师(

2015-01-19)

U272.6+2

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.03.10

*国家科技支撑计划：轴重30 t及以上煤炭运输重载铁路关键技术与核心装备研制(国科发计〔2013〕80号)；中国南车科技研究开发计划：30 t轴重煤炭漏斗车新技术研究及运用(2014NCK164)