40 t轴重铁路矿石敞车

2018-03-06林量才武慧平胡跃明

铁道机车车辆 2018年1期

林量才，武慧平，胡跃明

(中国中车长江车辆有限公司，武汉 430212)

近十几年来，美国、加拿大、澳大利亚、南非、巴西等铁路发达国家，大力发展铁路货物重载运输，极大地提高了铁路运输劳动生产率，铁路货运收入均达到了历史最好水平。目前，铁路货运重载技术已被国际公认为铁路货运的发展方向。

随着铁矿石产量和需求大幅增长，澳大利亚铁路货物重载运输得到了长足的发展。2013年数据显示，澳大利亚铁路总营运里程约3.9万km，铁路货物重载运输约占铁路总货运40%，年增长率达4.5%左右(2000年前约为3.3%)，其中，矿石年运量5.45亿t，占货运总量39%；到2015年，年货运量已超过10亿t。

矿石运量需求的不断增大，促进铁路货车运能和效率不断提升。自2007年以来，澳大利亚主要矿业公司以增大车辆轴重为路线，通过提高车辆载重和列车编组质量，提升铁路货物运能和效率，经过近8年的发展，无论是车辆轴重还是列车编组质量，均处于世界领先水平。

1 40 t轴重矿石敞车技术分析

1.1 车辆概述

为满足澳大利亚矿石铁路运输能力和效率要求，中车长江公司自2007年开始研制40 t轴重铁路矿石敞车，最先的客户是澳大利亚FMG公司，共生产1 400辆，其中，第1批和第2批为耐候钢车辆，第3批和第4批为不锈钢车辆。第1批车辆于2008年4月交付运用，是当时世界上运营的最大轴重铁路货车；第4批车辆于2014年交付使用，运营轴重提高到42 t，是目前运营轴重最大的铁路货车。

2014年中车长江公司根据澳大利亚Roy Hill公司的需求，在充分继承成熟技术的基础上，结合Roy Hill公司线路的运营和技术条件，研制生产了1 196辆RH 40 t轴重不锈钢矿石敞车，其中第1批车辆于2015年4月交付运用。

该车2车1组，1辆为主车、1辆为辅车；车组的主、辅车采用E+级钢重载牵引杆连接，两端分别装用E+级钢重载F/FR型车钩和SL-76型橡胶缓冲器；车组采用双车联控制动技术，主、辅车共用一套制动系统，主控制阀安装在主车上。

车体为全钢焊接结构，采用无侧梁的焊接中梁底架、侧柱内置侧墙等轻量化技术，其中，FMG公司第1、第2批车辆车体结构材料采用Q450NQR1高强度耐候钢，第3、第4批车辆及Roy Hill 公司车辆车体与矿石接触的零部件采用T4003不锈钢，其余采用Q450NQR1高强度耐候钢。

转向架采用变摩擦力减振装置铸钢3大件式、二系弹簧悬挂、侧架柔性对角连接和导框无磨耗结构,装用TMX 单元制动系统。

FMG公司列车按照2辆机车+240辆车的集中牵引方式运行，总牵引质量最大达4.03万t，Roy Hill公司列车按照2组机车分布式牵引方式运行，总牵引质量为3.8万t，年运营里程为25万km；适应于卸料斗边行边装作业，每列车装货时间约2.4 h；采用双车翻车机不摘钩连续翻卸作业，每列车卸货时间约4.7 h。运行编组如图1所示。

1.2 车辆主要性能参数

见表1。

1.3 运用情况分析

现场调研结果表明，车辆技术性能先进，运行安全可靠，可用度保持在98%以上，而且运输效率高，大幅提升了矿石运能。

图1 澳大利亚40 t轴重矿石敞车编组运行图

性能参数FMG公司RoyHill公司轴重/t404240自重/t≤22≤22.7≤22载重/t138145.3138自重系数0.160.1560.16容积/m369(平装)73(堆装)70比容/(m3·t-1)0.50.5最大运行速度/(km·h-1)9080通过最小曲线半径/m100100轨距14351435车钩中心距轨面高度(空车)/mm876876单元车组长度/mm2230022000

1.3.1车体

现场调研和车辆检测结果表明，车辆卸货干净，未发现车体结构件裂损及侧墙、端墙外涨和内凹现象。车辆运行25万km随机抽取2辆车分解检测，上心盘平面磨耗平均为0.5 mm，径向磨耗平均为0.4 mm；旁承磨耗板基本无磨耗。

但发现FMG公司第1批耐候钢车辆运用8年后，上侧板焊缝区域腐蚀严重，最大腐蚀深度约1.7 mm，为板厚的42.5%，需要进行修理。侧柱、端墙板及地板腐蚀较轻，最大腐蚀厚度端墙板及地板小于0.5 mm，侧柱小于1 mm。

不锈钢车辆运用最长为4年，现场发现车体表面腐蚀轻微。与运用相同时段的耐候钢车辆相比，车体耐腐蚀性能明显优良。据我国室内试验结果，T4003不锈钢的煤水和海水腐蚀失重率分别是Q450NQR1耐候钢的1/160和1/11；据澳大利亚测试数据，3Cr12铁素体不锈钢材料在海洋环境中的抗腐蚀能力为未涂装油漆碳钢约250倍；据澳大利亚昆士兰铁路调研，在车辆30年寿命期限内，煤炭漏斗车车体结构采用低合金高强度钢材料的维修费用是采用3Cr12铁素体不锈钢材料的约2.6倍。

1.3.2转向架

由于增加了一系橡胶弹簧，减少了簧下质量，同时采用了较为成熟的轴箱垂直隔振、轮对弹性定位及两侧架弹性交叉杆连接结构，有效的降低了轮轨作用力，减少了车轮和钢轨之间的磨耗提高了转向架的动力学性能。

车辆运行25万km进行动力学性能测试，车体横向、垂向加速度均小于0.2g，与新车状态相当。具体见表2。

表2 运行25万km后车辆动力学测试数据

对5辆车进行分解检查，各零部件无裂损、剥离现象，各摩擦部位磨耗轻微，磨耗情况见表3。

表3 转向架运行25万km后摩擦部位磨耗量

1.3.3连接缓冲装置

列车编组数量和牵引质量提高后，车辆间的纵向载荷也相应增大。据澳大利亚线路测试数据，4万t质量编组列车的最大压缩力约3 900 kN，最大牵引力约2 820 kN；同时，FMG公司车辆翻卸作业采用成列拨车，最大拨车载荷约1 500 kN(第150辆车处)，每天出现1 000 kN的频次达39次。

因此，为适应40 t轴重矿石敞车列车编组质量达到4万t的纵向载荷要求，车辆装用的车钩和牵引杆均采用了新研制的E+级钢材料，与E级钢相比，抗拉和屈服强度指标提高了15%。

车钩钩体、牵引杆、钩尾框等部件的运用情况良好，主要问题是FMG公司第1批和第2批车辆装用的重载车钩铸造钩舌裂损故障较多，这也是重载列车存在的普遍难题。据现场统计，铸造钩舌运用后约4个月发现首个裂损，运用9个月的裂损率为2.92%，运用12个月的裂损率为6.25%，运用13个月的裂损率为8.12%，之后每个月的裂损率保持在5%～7%,运用16个月的裂损率为26.75%。具体见图2所示。

图2 重载车钩铸造钩舌裂损统计图

裂损基本发生在牵引台弯角根部和S面弯角处，据统计，发生在牵引台弯角根部的占93.3%，发生在S面弯角处的占6.7%。

为了解决铸造钩舌裂损较多的问题，FMG公司第3、第4批车辆和Roy Hill公司车辆均装用E+级钢锻造钩舌。FMG公司车辆运用情况表明，锻造钩舌与铸造钩舌相比，运用寿命提高1倍以上，同一时段内的裂损故障降低了约65%；Roy Hill公司由于列车采用机车分布式牵引，车辆运用2年未出现钩舌裂损故障现象。

2 检修制度

车辆采用状态检修为主，定期检修为辅的检修制度。状态修包括对闸瓦、易损易耗件进行检查和更换，以及对车辆故障进行实时检修。定期检修为车辆运行25万km(1年)对主要部位进行检修。同时，铁路线装有轴承自动检测仪，在列车经过时检测轴承温度，及时发现轴承故障。并且每3个月抽检一组车，对车轮轮辋进行超声波探伤检查，并对车轮的踏面轮廓进行检测，以跟踪分析车轮运用状况。

定期检修(年检、25万km)主要内容如下：

(1) 车体

检修车体各部件变形、裂损、磨耗及焊缝裂纹情况；车号是否缺损、脱落、模糊不清等。

(2) 转向架

轮对检查并旋修(按具体技术标准执行)；分解检修弹簧、旁承、承载鞍、车轴、闸瓦、磨耗件、斜楔等配件。

(3) 制动装置

目检空气管路情况，检查空气管路各连接部位紧固状态。

(4) 连接缓冲装置

目检钩体、钩舌的裂损、钩舌S面磨耗情况；检查各连接部位螺栓紧固状态。