一种适合快装快卸模式卷帘棚车的研制

吴 杰，袁国庆，王海静，刘寅华，翟鹏军

(中车山东机车车辆有限公司，山东 济南 250022)

随着电子商务的发展，我国以价值高、批量小、时间紧和个性化为特征的货物快捷运输需求旺盛，快递服务企业业务量已超过美国，成为全球快递第一大国，但快递物品经铁路运输的比重还不到10%。为适应新型经济环境下社会物资运输结构变化，发挥铁路低碳环保、运量大、成本低、准时安全的运输优势，进一步提高铁路运输在快件物流市场的占比，我国正在加速推进新型快捷运输车辆的技术开发，并取得了一定的成效[1]。但所有研发的车辆都存在车门不能同时完全打开的问题。在国外，车辆侧墙全面使用卷帘技术的也尚属空白，瑞士的卷帘棚车仅仅是车门部位使用卷帘。另外瑞士有一种全开折叠侧墙式棚车(图1)，其侧墙折叠举升采用电控系统，满足快装快卸的机械化作业要求，但由于折叠侧墙式棚车车门打开时所需上部空间太大，无法满足我国现有运营装卸场所的空间要求。在中国，卷帘棚车由于存在卷帘门收起时所占空间大的问题一直未能研制成功。为攻克这一难题，中车山东机车车辆有限公司开发出了一种适合铁路快装快卸模式卷帘棚车(图2)。

图1 瑞士全开折叠侧墙式棚车

图2 快装快卸模式卷帘棚车

1 主要特点及主要技术参数

(1) 车辆侧墙全面采用活动钢质卷帘门结构，全车6扇卷帘车门，可单扇开启，也可全部开启。

(2) 传动装置带有平衡系统，采用万向轮、涡轮蜗杆等机构开启卷帘门。卷帘门结构可靠, 开闭灵活且便于操作。

(3) 卷帘门设有防坠落装置，保证了运用安全。

(4) 卷帘门开启后，卷帘门板全部纳入车顶圆弧顶板与顶梁之间，保证了车辆运用安全性，最大限度地利用了车辆内部空间。

(5) 采用17型车钩、120阀、转K6型转向架，结构成熟，性能可靠，有利于车辆的运营维护。

表1为快装快卸模式卷帘棚车主要技术参数。

表1 快装快卸模式卷帘棚车主要技术参数

2 主要结构

该车主要由车体钢结构、卷帘门组成、车钩缓冲装置、制动装置及转向架等组成(图3)。

1.转向架；2底架组成；3.卷帘门组成；4.空气制动装置；5.车顶组成；6.车钩缓冲装置；7.端墙组成；8.手制动装置。图3 快装快卸模式卷帘棚车结构图

2.1 车体钢结构

车体钢结构为全钢焊接的底架承载结构，由底架、端墙和车顶等部件组成[2]。主要型钢和板材均采用Q450NQR1高强度耐候钢。

2.1.1 底架

底架由中梁、侧梁、端梁、枕梁、大小横梁和小纵梁等组焊而成，底架上面铺设厚6 mm的耐候钢花纹地板。中梁采用高820 mm的焊接H型钢，由中梁腹板、隔板、上下盖板组焊成箱形结构，中间制成鱼腹形，1位端中梁上翼缘内侧按规定模压永久性标志；侧梁采用高740 mm的焊接H型钢；装用锻造上心盘、B级铸钢冲击座及C级铸钢前后从板座。

2.1.2 端墙

端墙为板柱式结构，由端柱、角柱、端横带与端墙板组焊而成。端柱采用250 mm×125 mm的H型钢，角柱采用160 mm×100 mm×5 mm的冷弯矩形钢管，端横带采用断面高度为150 mm的帽形冷弯型钢,端墙板采用厚3 mm的耐候钢板。

2.1.3 车顶

车顶组成主要由门柱、车顶纵梁、车顶弯梁、车顶板、导轨组成等部分组成(图4)。门柱采用200 mm×100 mm×5 mm的冷弯矩形钢管；车顶纵梁与车顶弯梁采用冷弯U形结构钢；车顶板采用厚1.5 mm的耐候钢板冷弯制成；导轨组成由底板、腹板、顶板和隔板组焊成箱形结构(图5)，底板为厚6 mm耐候钢板，其上设有用于固定活动隔板等装置的长圆孔。

图4 车顶组成结构

图5 导轨组成结构

2.2 卷帘门组成

卷帘门主要由车门、导轨、平衡系统、传动装置等组成(图6)。车门上设有锁紧装置，车门板采用铝合金材质制成，平衡系统含有弹簧、传动轴、连接轴等装置。传动装置采用蜗轮蜗杆结构，上部操作手柄连接万向节进行转向调节。

图6 卷帘门组成结构

2.3 制动装置

采用主管压力满足500 kPa和600 kPa的空气制动装置。主要由120型控制阀、整体旋压密封式制动缸、ST2-250型双向闸瓦间隙自动调整器、KZW-A型空重车自动调整装置、脱轨自动制动装置等组成。采用NSW-Ⅰ型手制动机。

2.4 车钩缓冲装置

采用E级钢17型车钩、17型锻造钩尾框及MT-2型缓冲器。

2.5 转向架

采用转K6型转向架。

3 计算

3.1 车体静强度仿真计算

参照TB/T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》，采用NX I-DEAS软件对卷帘棚车车体进行了静强度、刚度分析计算。计算载荷工况如表2所示。计算结果表明，在静载荷作用下(工况1)车体挠跨比满足TB/T 1335—1996要求，且各计算工况下车体的最大应力值均小于该工况下的许用应力，均满足设计要求。

表2 计算载荷工况

3.2 动力学计算

参照GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》对快装快卸模式卷帘棚车进行了动力学性能分析计算。计算结果如下：

(1) 各工况下的临界速度均随着踏面等效锥度的增大而减小。踏面等效锥度为0.45 时，各工况的临界速度满足高于构造速度(120 km/h)的要求。各工况满足蛇行运动稳定性要求。

(2) 在美国Ⅴ级谱直线线路条件下，各工况在120 km/h 的速度以内运行时的横向平稳性指标和垂向平稳性指标均小于4.0，达到GB/T 5599—1985的良级以上标准，满足新造货车的平稳性要求。

(3) 在美国Ⅴ级谱直线线路条件下，各工况在120 km/h 速度范围内的横向和垂向最大加速度均随运行速度等级增大而增大。横向最大加速度均小于4.91 m/s2，垂向最大加速度均小于6.87 m/s2，满足GB/T 5599—1985标准要求。

(4) 在美国Ⅴ级谱的直线线路上运行时，各工况在120 km/h 速度范围内运行时的轮轨横向力最大值、轮轴横向力最大值、轮轨垂向力最大值、脱轨系数最大值、轮重减载率最大值和轮对冲角最大值均随运行速度的增大而增大，且均满足GB/T 5599—1985标准规定的限度，直线运行安全性满足要求。

(5) 各工况下以75 mm的欠超高通过R300 m、R400 m、R600 m的小半径圆曲线线路时，轮轨横向力最大值、轮轴横向力最大值、轮轨垂向力最大值、脱轨系数最大值、轮重减载率最大值和轮对冲角最大值均在GB/T 5599—1985标准规定的范围内，表明其曲线运行安全性能满足要求[3]。

4 结束语

快装快卸模式卷帘棚车创新应用成熟的卷帘门作为车辆的侧墙和车门，具有结构简单、制造运营维护成本低、侧面开度大、装卸快捷、容积大、可实施隔仓化运输、安全高速等优点，适应多个机械化装备同时作业，减少了车辆运输货物时的组织和发散时间，提高了车辆运输效率和仓储空间利用率，是一种适应物流市场小批量、多品种“白货”快捷运输的全新车型。