80T吨级运煤专用敞车总体方案设计.docx

西南交通大学本科毕业设计80吨级运煤专用敞车总体方案设计80-T0NCOA1.GONDO1.ACAROVERA1.1.DESIGNOFDEDICATED毕业设计（论文）任务书题目8O吨级运煤专用敞车总体方案设计达到80吨，极大的提高了铁路运能，缓解了当前煤炭运力紧张问题。运煤专用敞车还需要进一步进行结构优化，降低自重。通过本毕业设计，可以使学生掌握运煤专用敞车车车体总体设计的相关知识02、学生应完成的任务1、车体总体方案设计2、完成车体总体装配图（A0）；3、完成车体底架设计（A1）；4、完成车体侧墙设计（A1）:6、完成曲线能力通过等相关计算；7、完成专业外文资料翻译；8、完成设计说明书。3、论文各部分内容及时间分配：（共起周）第一部分收集文献资料，翻译外文资料，初步选型（2周）第二部分总体方案的确定（2周）第三部分，完善车体结构方案，进行有关分析计算（2周）第四部分.完成车体、底架、侧墙组成图（2周）第五部分.编写毕业设计说明书（2周）评阅及答辩（1周）备注指导教师：年月日我国铁路货运实现了跨越式的发展以来，铁路货运能力得到了明显的提高，但依旧无法满足逐渐增长的货物运输需求。近年来，为了满足大秦线开行重载运煤列车的需要，我国机车车辆企业研制出一批载重80t级的专用运煤敞车，并阐述了研制80吨级运煤专用敞车研究的必要性和意义。论文介绍了从建国初期到本世纪初过程中，每个发展阶段具有代表性的一些基本车型，每种车型的基本结构以及所存在的问题。随着新材料，新工艺，新技术的不断诞生以及铁路货车转向架，车钩，制动装置等配套零部件的技术完善，如今，研究开发80t专用运煤敞车已经成为现实。论文中列举了三种可供选择的总体设计方案，通过方案之间的优缺点对比选定一种相对较为合适的方案进行设计。首先进行主要参数和结构的选取，对现有的车型进行研究、改进，选用新型材料、结构已实现降低自重，增大载重的设计要求。确定了设计基本参数后再对车体底架、侧墙、端墙进行细化设计，并对每个部件进行选型和选材。最后，论文详细介绍了车辆的制动系统，确定了制动方式及制动系统选型，并且对紧急制动时的制动距离进行了校核。通过计算校核了车辆的最小曲线通过半径以及曲线通过时车端部和中部能够通过限界，确保了车辆设计的安全性，可靠性，合理性。关键词：80t级敞车；总体设计；车体钢结构AbstractSinceChina'srailfreightdevelopsbyleapsandbounds,therailfreightcapacityhasbeensignificantlyimproved.However,itisstillunabletomeetthegrowingdemandforcargotransport.Inrecentyears,inordertomeettheneedofDatong-Qinhuangdaolineofcoaltrains,Chinahasdevelopedanumberofdedicated80tcoalgondolacar.Thispaperalsostatesthenecessityandsignificanceofthededicated80tcoalgondolacar.ThispaperintroducesrepresentativebasicmodelofeachdevelopmentstagefromthefoundofChinatothebeginningofthiscentury,discussingthebasicstructureofeachmodelandtherelatedproblems.Nowadays,withthedevelopmentofnewmaterials,techniquesandtechnologiesaswellastheimprovementoftherailwayfreightcarbogie,coupler,brakepartsandothersupportingtechnical,thededicated80tcoalgondolacarhasbecomereality.Thisessayliststhreeoptionsfortheoveralldesign.Bycomparingtheadvantagesanddisadvantagesamongthreeoptions,arelativelymoreappropriateprogramdesignwasselected.Inthefirstplace,mainparametersandstructureswillbeselected.Then,studyandimprovementofexistingmodelswillbedonetoselectnewmaterialsandstructuressothattheweightwillbereducedmeetingtheincreasingdesignrequirementsforload.Afterdeterminingthebasicparametersofthedesign,detailsofthebodychassis,sidewallsandendwallswillbedesigned.Atthesametime,eachcomponentsandmaterialswillbeselected.Thispaperusescomputeraideddesigntooptimizethefinalprogramdesing.FinallyJhisarticleintroducesdetailsofthebrakingsystemanddeterminesthebrakingmodeaswellasthebrakingparts.Meanwhile,theemergencybrakingandthebrakingdistancewerechecked.Whilethedesigniscomplete,calculatetheminimumcurveradiusandchecktheabilityofthroughthecurve.Finally,thepaperintroducesthevehicle'sbrakingsystem,determinesthebrakewayandbrakesystemselection,calibratesthebrakingdistancewhenemergencybraking.ChecktheminimumcurveradiusofthevehicleandtheendandcentralcanthroughtheclearancebyCalculating.Ensurethesafetyofvehicledesign,reliabilityandreasonable.Keywords:80tcoalgondolacar;overalldesign;steelbody目录第1章结论错误！未定义书签。11.1 敞车的定义与发展概况11.1.1 敞车的定义与分类11.1.2 我国敞车的发展概况11.2 80吨级运煤专用敞车研究的必要性和意义71.2.1 80吨级运煤专用敞车的创新特点71.2.2 80吨级专用运煤敞车的运用情况91.3 本文研究的主要内容9第2章80t运煤专用敞车总体方案确定112.1 车体总体方案的设计与确定112.1.1 可供选择的方案112.1.2 方案对比分析及最终方案的确定122.2 主要参数选取和说明122.2.1 80t专用运煤敞车基本要求122.2.2 主要参数选取错误！未定义书签。132.3 主要结构的确定错误！未定义书签。142.3.1 车体板、梁、柱厚度的选择及车辆腐蚀性和磨耗影响的分析错误！未定义书签。142.3.2 车体材料的确定错误!未定义书签。142.3.3 底架组成错误！未定义书签。142.3.4 侧墙的组成错误！未定义书签。152.3.5 端墙的组成错误！未定义书签。162.3.6 撑杆错误！未定义书签。172.3.7 下侧门错误！未定义书签。172.3.8 转向架182.3.9 车钩缓冲装置192.3.10 制动装置202.4 主要性能参数及尺寸错误！未定义书签。202.4.1 主要性能参数错误！未定义书签。202.5 车辆的主要创新特点错误!未定义书签。22第3章车体钢结构设计及选材错误！未定义书签。243.1 车体侧墙钢结构设计及选材错误!未定义书签。243.2 车体端墙钢结构及质量253.3 底架钢结构及质量错误!未定义书签。263.4 车体质量及自重系数校核27第4章制动系统284.1 货车制动系统的组成284.2 制动方式的选择284.3 制动机284.4 基础制动设施284.4.1 基础制动装置的形式选择284.4.2 制动缸284.4.3 闸瓦制动间隙调整器294.4.5 闸瓦294.5 紧急制动距离校核294.6 NSW手型制动机324.6.1 主要结构及参数324.6.2 作用原理33第5章车辆曲线能力通过计算校核345.1 车辆能通过的最小曲线半径345.2 车辆车体的曲线通过校核355.2.1 校核车辆端部是否能通过限界365.2.2 校核车辆的中部是否在曲线内侧38结论41致谢42参考文献43第1章绪论1.1 敞车的定义与发展概况1.1.1 敞车的定义与分类所谓敞车其定义是指具有端壁、侧壁、地板而无车顶，向上敞开的货车。主要作用是供运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物，也可用来运送重量不大的机械设备。若在所装运的货物上蒙盖防水帆布或其他遮篷物后，可代替棚车承运怕雨淋的货物，因此敞车具有很大的通用性，在货车组成中占有量最大。敞车按照卸货方式的不同分为两类，第一类是适用于人工或机械装卸作业的通用敞车；另一类是适用于大型工矿企业、站场、码头之间成列固定编组运输，用翻车机卸货的敞车。1.1.2 我国敞车的发展概况铁路敞车在我国的历史发展可以概括成三个阶段：改型整理阶段，自主开发阶段，提高完善阶段。改型整理阶段：在建国初期，我国的铁路上所使用的敞车基本上是解放前遗留来下的旧车。车型比较复杂并且载重小，约有30余种，大多数载重仅有30吨左右。这些车具有一些共同的特点：载重小，强度低，运行性能差，零配件复杂，检修不便。铁道部在对旧车数量，性能进行了调查后，根据当时的车辆技术状况进行了改进，其中一部分过于陈I日的车辆被淘汰，另一部分进行了检修改型，由此在当时的技术条件下仿制产生了第一代敞车C型，满足了国家建设的需要。Cl型敞车是50年代初期，参考日本的敞车图纸仿制设计的车型，该车型载重为20t,最初为钾接结构，后改为焊接结构。该车采用底架承载，钢架木帮结构，但是由于惯性质量原因，该该车型底架强度不足，后来虽采取了加强底架中梁等措施，但在运用过程中仍然不能满足要求，最终该车型于1961年停止生产。敞车改型整理阶段主要受到当时技术水平的限制，设计开发能力低，材料选择困难，生产工艺和技术落后。因此，这一阶段制造的车辆技术水平低，运用性能差，不能满足需求，这批车型在20世纪60年代后期开始逐步淘汰。自主开发阶段：我国自主开发阶段研制的车型以C为代表，它是在Cl型敞车基础上研制设计的，其结构、性能、载重量等有了较大的改进和提高。C5采用底架承载式钢架木帮混合结构，车内长13m,载重60t,底架加接式，随着焊接工艺的发展，1955年改为焊接结构，1957年中梁采用工字钢加上下盖板。1971年铁道部又对CO进行了改进，采用普通低合金钢焊接结构，Co生产年限从1953年至1976,长达24年之久，有许多厂家生产，随着材料和工艺的发展也在进行的着不断的改进，虽然型号只有一种，但是结构不尽相同。该型车较好的满足了当时铁路货运的需求。C0是我国20世纪5070年代的主型敞车。图1.1C型敞车Co在长期的运行过程中，也存在一些问题，其中最主要的问题是中梁的强度和刚度不足，载重量低，无法充分利用铁路资源。随着铁路车辆载重大型化的发展，该型车于2000年前全部被淘汰。自主开发阶段的主要特点为我国有能力设计开发适合我国国情和路况的敞车，并且形成了一批车辆生产基地，为我国车辆技术的发展与提高奠定了基础，也完成了一定的技术储备。提高完善阶段：为了提高我国敞车的工作能力，在铁路敞车的生产过程中不断的采用许多新型材料，加入新技术，新工艺，是敞车的装载性能提高，逐渐形成了通用化，系列化的敞车系列。进入20世纪80年代后，以C?、CS为代表，我国铁路开发了适应重载运输的多种敞车。C是我国采用低合金钢大量生产货车的第一个车型。该车采用全钢结构侧壁承载，自重轻，载重大，可上翻机车卸货。但是C车容比较大，运输过程中经常出现超装，容易发生燃轴、切轴等事故。因此后来改为60t,定型为C20为了充分利用当时的车辆设备，取代陈I日的Co,有关单位有设计了钢木结构的Ca型敞车和全钢结构的C624型敞车。在基础结构上C和C基本相同，通用性相对较强，是当时的主型敞车。1986年，有关部门将该车的主要零部件改用为耐候钢，以此提高敞车的使用年限，形成了C车型。1988年又在C的基础上，改进和加强了端侧板和车门，优化转向架技术，采用新的制动系统，形成了新型产品C4。为了满足不断增长的运量，尤其是为了解决晋煤外运的问题，在保持轴重没有大幅度提高的前提下，1983年铁道部组织相关单位设计改造出短型敞车C。该车基本构采用耐候钢，采用国外引进的高强度车钩和大容量缓冲器。1986年又研制出单元列车敞车，该车装有转动车钩，可在翻车机上不摘钩卸车，定型为Cg.1990年通过对C的改造，采用国产的车钩和缓冲器并在侧墙下增设了下侧门，定型为C。图1.2CZ型敞车随着铁路货运的的发展，1990年铁道部组织相关单位生产出载重75t,车辆总重100l的C型敞车，1992年试制了3辆23t轴重，装有2E轴转向架的C2型通用敞车，并研制出载重90t的三支点六轴敞车。另外，我国还生产了多种专用型敞车，例如低开门M、M2型煤车，载重60t的CF型高边敞车，C型低边敞车和载重31t的米轨通用敞车C4等。根据生产制造年代的顺序，我国敞车的车型发展依次为：C,C6,C,Cso,Co,Cos.Cz.Cca«C.Co.CF,C.Mi.Cc.Ccm.C.C.Ca.C.Co.C.C等。我国敞车的发展伴随着敞车设计和生产水平的不断提高，车辆载重能力不断的提高，结构性能不断的完善和提高，根据货运的需要，不断研制新车型。专用运煤敞车是在敞车发展的过程中形成的一类用于专门运输煤炭任务的敞车。在80年代初期，我国铁路上能够运输煤炭的车型有许多，但都不是具有成列编组的专用运煤敞车。直到1982年，齐齐哈尔车辆厂等单位在C6z的基础上研制出我国第一代运煤专用敞车-C6型敞车，该车的出现填补了我国运煤专用敞车的空白，此车从1984年开始陆续批量生产，至1994年底，累计生产7000量左右，均用于大秦线运煤专用。80年代中期，国家决定在大秦线上推广具有国际先进水平的单元列车式铁路重载运输组织方式，以此加快晋煤外运的速度。由此诞生了C6型单元列车敞车，该车采用美国新技术，装用F型转动车钩，是由齐齐哈尔厂、铁道科学研究院等5个单位共同研制开发。在1987年底通过铁道部初级鉴定，1988年投产150辆，用于大秦线使用。随后，又在C的基础上，研制出国产化的CX型运煤专用敞车，在转动和固定车钩，手动制机，空气制动机，缓冲器均实现了国产化。1990至1998年间共生产6343辆,彻底将大秦线上的全部C,退出。图1.3CX型敞车Ca型敞车运煤时，列车可编挂72辆，编组为单元列车在装货点和卸货点之间运行，保持连续运转。9年的运用考验，Ca型运煤专用敞车能够适应大秦线铁路在翻车机上不摘钩卸车。卸车效率提高高达25%以上。但是C型敞车的载重仅为61t,成列编组的最高时速仅有75Km,已经不适应我国铁路重载的发展和需要。此后齐齐哈尔车辆厂和株洲车辆厂在1998年设计出两种25t轴重全钢浴盆运煤专用敞车，构造速度100kmh,载重76t,投入大秦线运用。随着我国货车发展的趋势，运煤专用敞车的载重在逐渐的增加。在国外，美国早在1960年就开发了单元载重列车用于运输煤炭，为了最大限度的提高列车牵引质量，一方面不断增大牵引数量，另一方面努力提高轴重。南非也是发展运煤重载列车较早的国家，其他国家如俄罗斯、巴西、澳大利亚等也开通了重载运煤列车，其运煤专用敞车的载重均在100t以上。由此可以看出，国外运煤专用敞车的发展趋势是以单位重载为主体，不断的增大车辆的轴重和载重，以及列车编组的数量，达到提高运输效率的目的。2000年，为满足大秦线开行2万吨重载煤炭运输专列的要求，研发了钢浴盆运煤敞车的专用型车辆C6o该车的特点是：一、能偶与秦皇岛三、四期煤码头的拨车机、列车定位机和三车翻车机相匹配，实现不摘钩连续翻卸作业。二、能适应环形装车、直进直出装车利解体装车作业及运行时机车动力集中牵引要求。图1.4C型敞车近年来，为了满足大秦线开行重载运煤列车的需要，我国机车车辆企业研制出一批载重80t级的专用运煤敞车。其中的代表是C和Co,目前己经经过运行试验并投入使用。C0型运煤专用敞车是我国专门为大秦线（大同-秦皇岛）而设计制造的专用敞车。其主要职能是运载煤矿。其主要结构由车体、转向架、制动装置、钩缓装置等组成。车体为双浴盆式、铝合金钾接结构，主要由底架、浴盆、侧墙、端墙和撑杆等部件组成。其中：底架（中梁、枕梁、端梁）为全钢焊接结构；浴盆、侧墙和端墙均采用铝合金板材与铝合金挤压型材的钾接结构；浴盆、侧墙、端墙与底架之间的连接采用钾接结构。采用转K6型转向架或转K5型转向架。制动装置采用空气制动装置，同时设置了ECP电空制动系统的安装座。空气制动装置采用120型控制阀、203mmx254mm整体旋压密封式制动缸、ST2-250型双向闸瓦间隙自动调整器、KZWlG型或TWG-I型无级空重车自动调整装置、高摩合成闸瓦，手制动装置采用NSW型手制动机。车钩缓冲装置采用E级钢16号联锁式转动车钩、E级钢17号固定车钩、MT-2型缓冲器。主要用途：适用于大秦线2万吨重载列车煤炭运输，能与秦皇岛煤码头的三、四期翻车机及附属设备相匹配，实现不摘钩连续翻卸作业；并能适应环形装车、直进直出装车、解体装车作业及运行时机车动力集中牵引要求。图1.5C型敞车为实现大秦铁路2005年运量2亿吨、2010年运量达4亿吨的目标，满足大秦线开行2万吨重载列车的运输要求，2005年研制了80t级C8OA耐候钢和C8OB型不锈钢运煤敞车。该车采用传统敞车的侧壁承载、平底结构，简单、可靠，维护检修方便；采用新型冷弯型钢并优化了断面结构，有效减轻了自重；采用Q450NQRl耐候钢或TCS经济型不锈钢，有效延长了车辆的使用寿命。图1.6Cam型敞车1.280吨级运煤专用敞车研究的必要性和意义当前，我国的专用运煤敞车主要是70t载重级，已不能满足铁路货物运输发展的要求。因此，为了提高铁路货车运能，进而提高货运经济效益，满足大秦线开行2万吨重载列车的要求，实现大秦线年运量由2003的1亿吨到2005年的2亿吨的目标，2005年铁道部组织相关企业研制开发了80吨级载重运煤专用敞车，并于2006年全面投产，以缓解大秦铁路运煤能力不足的局面。大秦线是中国重载铁路腾飞的起跑线，中国能源经济的生命线。它承担着全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。本世纪初，为了缓解日益紧张的运输压力，铁道部对全国铁路车辆制造业进行了市场化运作，实行公开招标、市场化采购C铝合金运煤敞车。该车是国内第一个载重达80吨，第一个采用铝合金车体、双浴盆铝合金哈克螺栓钾接结构的高速、重载铁路货车，具有自重轻、载重大、耐腐蚀的特点，属于与国外先进铁路货车接轨的新型车型，与传统的车辆差异显著，开发难度非常大。之后又相继研制出C和CSm型敞车，对缓解国家煤炭紧张形势，对西煤东运，特别是带动地方经济和西部大开发具有重要意义。从此，中国运煤专用车辆从70t级到80t升级换代，同时为实现我国铁路货车高速、重载的目标更近了一步。1. 2.180吨级运煤专用敞车的创新特点C80型铝合金、C80,型不锈钢重载货车是根据铁道部科技开发计划的安排，为大秦线开行2万吨重载列车研制的重载专用货车，是大秦铁路扩能改造工程的配套项目，也是80吨级专用运煤敞车的代表车型。其主要的技术创新特点包括：1 .应用车辆结构可靠性设计理论和车体轻量化设计技术：(1)完成了提高铝合金、不锈钢车体纵向承载能力和结构疲劳可靠性理论分析与试验研究，首次提出TCS不锈钢材料、焊接接头疲劳极限和不锈钢货车疲劳强度评估标准，解决了不锈钢车体结构疲劳强度设计的技术难题，填补了TCS不锈钢结构疲劳强度设计、评估的空白。(2)突破货车传统结构设计理念，优化车体结构型式、改善载荷传递路径和车体受力状态；C80型铝合金车首次采用双浴盆式整体承载钾接结构、C80B型不锈钢车首次采用无下侧梁底架整体承载焊接结构设计方案；从而突破了轻量化车体设计技术关键，解决了该项目总体设计的首要技术难题，填补了轻量化车体结构设计的国内空白。(3)首次提出了我国2万吨重载列车专用重载货车纵向工况强度考核标准和1万吨列车通用货车纵向工况强度考核标准。2 .应用列车纵向动力学理论，完成了减少长大重载列车车辆之间纵向冲动作用技术研究，首次采用牵引杆、120T型控制阀、大容量缓冲器三项关键技术，显著改善了长大重载列车纵向动力学性能，降低了列车纵向冲动作用力，从车辆方面解决了由于2万吨重载列车长度和牵引重量增加而产生的列车纵向冲动过大的技术难题。3 .应用车辆一轨道耦合作用理论和转向架低动力作用技术，完成了降低25t轴重货车轮轨间垂向、横向动作用力研究和转向架轴箱弹性定位、提高交叉杆疲劳寿命两项技术攻关，降低了25t轴重货车轮轨间垂向、横向动作用力，攻克了三大件转向架轴箱弹性定位可靠、交叉支撑转向架交叉杆疲劳寿命短等技术难题，解决了侧架导框与承载鞍、减振系统斜楔与磨耗板等磨耗严重惯性质量问题，实现了侧架导框与承载鞍无磨耗。为该项目的研制成功和快速推广奠定了重要技术基础，使我国铁路货车走行部关键技术达到了世界先进水平。4 .攻克了TCS不锈钢焊接等制造工艺关键技术，提出了不锈钢货车焊接工艺规范和质量检验规程，填补了国内铁路货车制造业不锈钢焊接技术的空白，带动了耐候钢焊接技术水平的同步提升。5 .攻克了铝合金拉钾接等制造工艺技术难题，完成了铝合金专用拉钾钉、专用拉抑机研制，建设了国内首条铝合金货车制造生产线，解决了铝合金拉钾接等制造工艺技术难题，填补了国内铝合金货车制造技术的空白。6 .完成了不锈钢、铝合金两种重大新材料和不锈钢冷弯型材、铝合金挤压型材、高强度冷弯中梁等19种专用型材开发，为两车的研制成功和批量生产提供了重要的物资保证，并获多项国家专利。1.2.280吨级专用运煤敞车的运用情况C80型铝合金和C80B型不锈钢重载货车通过铁道部科技司、计划司、运输局组织的技术审查后，由齐车公司分别向株洲、眉山、北京二七、济南车辆厂及内蒙古第一机械制造集团公司等铁路货车制造骨干企业进行了技术转让。现已生产C8OB型铝合重载货车5400余辆，投入运用3年多、运行里程80余万公里；生产C8OB型不锈钢重载货车6000余辆，投入运用1.5年、运行里程超过32万公里。目前，C80型铝合金重载货车和C8OB型不锈钢重载货车运行状态良好，满足了大秦铁路开行2万吨重载列车运输要求，为大秦铁路三年迈出三大步即大秦线煤炭年运量2004年达1.5亿吨、2005年达2亿吨、2006年达2.5亿吨提供了装备保障。C80型铝合金、C8OB型不锈钢重载货车分别为铁路货车装备制造企业创造工业产值26.8亿元、25.3亿元。两车的研制成功大大缓解了我国西煤东运的紧张局面，为国民经济又好又快发展提供运力保证；也为神华集团80吨级新型货车选型和我国铁路铝合金、不锈钢重载货车发展奠定了重要技术基础，具有良好的推广应用价值和发展前景。同时，也带动我国钢铁行业的技术发展和铁路70吨级货车的全面升级换代，必将推动我国铁路货车研究、设计、制造、运用、检修、管理等技术水平全面迈上新台阶。两车的研制成功，填补了多项国内空白，达到了国际先进水平，是我国铁路重载运输发展史上的重要里程碑，开辟了中国铁路重载运输的新纪元，使我国铁路重载运输技术水平一步跨入世界先进行列。1.3本文研究的主要内容本文通过参考我国敞车的发展概况，研究了一些具有参考意义的代表车型，通过对现有的车型进行一些设计改进，根据现有条件，完成了一种80t级专用运煤敞车总体方案设计。总体方案的设计主要包括以下几个方面：(1)总体方案的设计和选择。设计了三种不同的总体方案，将三种方案经行对比，确定一个相对较为合适的方案作为本文的总体设计方案。(2)车体钢结构的设计和选型。确定了车体钢结构之后，对车体各组成部分进行选材。(3)制动方式设计和制动系统选型，确定了制动系统后校核车辆的紧急制动距离能够符合国家要求。(4)校核最小曲线通过半径和车辆的曲线通过能力，保证车辆设计的合理性、安全性。本章小结通过本章简单的介绍和回顾了我过铁路运煤车辆的发展和现状，通过对一些具有代表性型车的分析介绍，看出了我过铁路货车发展的迅速和自主创新能力的提高，阐述了80t级运煤专用敞车对我国发展所起的重要意义。第2章80t运煤专用敞车总体方案确定2.1 车体总体方案的设计与确定2.1.1 可供选择的方案方案一1.主要结构由车体，转向架，制动装置，钩缓装置等组成。2 .车体为双浴盆式、铝合金钾接结构，主要由底架、浴盆、侧墙、端墙和撑杆等部件组成。其中：底架（中梁、枕梁、端梁）为全钢焊接结构；浴盆、侧墙和端墙均采用铝合金板材与铝合金挤压型材的钾接结构；浴盆、侧墙、端墙与底架之间的连接采用钾接结构。3 .采用转K6型转向架。4 .制动装置采用空气制动装置和NSW型手制动机。5 .车钩缓冲装置采用E级钢16号联锁式转动车钩、E级钢17号固定车钩、MT-2型缓冲器。方案二1 .主要结构由车体，转向架，制动装置，钩缓装置等组成。2 .车体为有中梁、平地板全钢焊接结构，主要由底架、侧墙、端墙、撑杆和车门等组成。侧、端主要型材，板材及地板采用不锈钢，底架采用高强度耐候钢。3 .采用转K6型转向架。4 .制动装置采用空气制动装置和NSW型手制动机。5 .该车三辆为一组，中部车辆间采用与16、17型联锁式车钩互换使用的牵引杆及配套的钩尾框；车组1位端采用E级钢16型联锁式转动车钩；车组2位端采用E级钢17型联锁式固定车钩；采用MT-2型缓冲器。方案三1 .主要结构由车体，转向架，制动装置，钩缓装置等组成。2 .车体采用高强度耐候钢焊接结构，无侧梁和端梁结构，主要有底架、侧墙、端墙、撑杆和下侧门等组成。侧墙、端墙与底架间采用圆弧板连接。3 .采用转K6型转向架。4 .制动装置采用采用空气制动装置和NSW型手制动机5 .该车三辆为一组，中部车辆间采用与16、17型联锁式车钩互换使用的牵引杆及配套的钩尾框；车组1位端采用E级钢16型联锁式转动车钩；车组2位端采用E级钢17型联锁式固定车钩；采用MT-2型缓冲器。2.1.2方案对比分析及最终方案的确定方案一采用铝合金结构车体，与传统的运煤专用敞车相比，有效的降低了自重，车体采用双浴盆结构，由专门的拉佛钉钾接组成，充分利用了地板下面的空间，使得载重量变大，同时在相同容积的条件下，降低了敞车的重心，所以其运行安全可靠，稳定性好。采用性能较好的转K6型转向架，动力性能良好，最高运行速度可达到120Kmh,制动采用空气制动装置和NSW型手制动机，车钩缓冲装置采用E级钢16号联锁式转动车钩、E级钢17号固定车钩、MT-2型缓冲器。方案二车体采用不锈钢和高强度耐候钢焊接结构，车体结构借鉴国外先进重载敞车结构，采用无侧梁和端梁结构，侧墙、端墙，底架采用圆弧板连接，有效降低车体重量，较好的解决了积煤问题。与方案一相比，制造成本大幅下降，性价比提高，卸货性好，具有相对较好的耐磨性和抗砸性。底架结构与方案一的浴盆式底架相比，更接近国内的通用敞车，结构简单，下部空间大，便于检修。车体采用全钢焊接结构，制造工艺简单，降低了维修的费用，便于批量生产和推广使用。转向架和制动方式，缓冲器与方案一相同。该车三辆为一组，中部车辆间采用与16、17型联锁式车钩互换使用的牵引杆及配套的钩尾框；车组1位端采用E级钢16型联锁式转动车钩，与方案一相比提高了车辆的纵向动力学性能。方案三车体采用高强度耐候钢焊接结构，无侧梁和端梁结构，与前两个方案相比自重轻，载重大。其他设施与方案二相同。通过上述的分析对比，方案二、三中车体材料方面不锈钢和高强度耐候钢相比方案一中的铝合金具有耐腐蚀，耐磨耗，强度高，成本低的优势，车体结构采用全钢焊接结构，制造工艺简单，维修费用低，便于生产和推广，底架采用类似国内通用车底架，较浴盆式底架拥有较高性价比，并且卸货方便。因此，经过方案之间的对比与权衡，决定采用方案二中的结构设计。2.2主要参数选取和说明2.2.180t专用运煤敞车基本要求根据铁道部关于80t运煤专用敞车的规定要求，80t专用敞车研制应达到以下要求:a)载重8Ot;b)轴重25t;c)最高运行速度120kmhd)自重系数WO.252.1.2主要参数选取(1)自重和轴重的确定通过对我国敞车发展的过程了解，可以发现最大限度地减轻车辆自重、提高车辆载重是提高铁路货运能力的有效措施。为了满足大秦线开行2万t重载列车、实现年运量2亿吨的战略目标，研制轴重的25t,最高运行速度120kmh重载列车，车体材料采用新型材料，自重系数WO.25。降低自重，提高轴重是增加敞车载重的最佳方式，也是我国和世界货车发展的主要方向之一。目前我国机车车辆企业研制了的一系列80t级专用运煤敞车正在进行生产和推广。(2)车辆长度的确定该车车辆长度的选取主要是根据秦皇岛三、四期煤码头的翻车机和战线长度来确定的。为了适应翻车机的平台长度，保证翻车机的翻卸可靠，并且留出充分的安全余量，该车的车辆长度初步设计确定为12000mm。(3)车体内长确定参考美国、加拿大等国外单元运煤货车，根据大秦线的铁路运煤经验，当车辆采用转动车钩时，可以提高25%的卸车效率。因此，在车组1位端采用E级钢16型联锁式转动车钩；车组2位端采用E级钢17型联锁式固定车钩。中间加牵引杆，可实现摘钩翻卸车辆，是车辆的翻卸效率提高。通过符合GB146.1-1983标准轨距铁路机车车辆限界的规定要求，车辆不摘钩牵引时，应保证拨车臂与车体不发生干涉。为牵车机、拨车留出足够的工作空间。因此，在车辆设计过程中采用转动车钩，缩短了车体的内长，留出充分的拨车臂正常工作所需要的空间。通过分析计算，该车的车体内长初步确定为10550mm。(4)车辆容积和高度的确定大秦线煤炭的来源主要来自大同煤田，其开采的煤炭比重约为，该车载重为80t,煤炭装载后的堆高大概已经接近或超出车辆的上侧梁，由此计算，车辆载重80t,煤炭比重0.94tm3,该车的设计容积取84.8m2o该车内长取10550mm,内宽2976mm,容积84.8m1.根据此计算得出，该车的内高2707mm,该车的最大高度确定为3767mm,地板高度1060mm。(5)空重车重心高度确定根据铁路技术管理规程规定，铁路车辆无论是空车或者重车，其重心高度不得高于2000mm,如果空车中心高度取在底板面以上不远处，在轴重，自重，限界和翻车机长度的限制下，根据载重和比容系数计算出不同自重洗漱下的容积，从而折算出平地车的重心高度hx=(6)商业运行速度100km/h确定根据我国铁路速运提速战略的要求，铁路货车的运行速度正在逐步的提高。目前25t轴重专用敞车的提速目标是100km/h的商业运行速度，80t载重专用运煤敞车将承担完成我国铁路货运发展的重则，因此，也将商业运行速度定位100kmh02.3主要结构的确定该车车体主要有车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置及转向架等组成。参考国内外载重80t专用运煤敞车的设计，要考虑到腐蚀，磨耗，检修方便等因素，要优化车辆结构，尽量减低自重己达到提高载重的目的。2.3.1 车体板、梁、柱厚(高)度的选择及车辆腐蚀性和磨耗影响的分析铁路货车的腐蚀主要是由大气腐蚀导致，无论表面是否突起，都会对车辆造成一定程度的腐蚀，只是在腐蚀的程度上有所不同。80t运煤专用敞车是专门用来运输煤炭的专用型敞车，而煤炭中含有硫，在有氧气和水分的存在下，会产生对钢具有较强化学腐蚀功能的硫酸根，另外，在冬季运煤时，为了防止煤炭的冻结，需要在车体表面涂上一层防冻液，这也将造成对车辆的严重腐蚀。此外，在装卸货物的过程中，也会对车体表面造成磨耗。因此，在车辆设计的过程中，充分的考虑到腐蚀和磨耗的影响，借鉴相应的数据，确定各墙板、侧柱的厚度。2.3.2车体材料的确定为了保证实现车体性能，该车车体为有中梁、平地板全钢焊接结构，主要由底架、侧墙、端墙、撑杆和车门等组成。侧、端主要型材，板材及地板采用屈服强度为345MP的TCS345不锈钢，底架主要型材、板材采用Q450NQR1高强度耐候钢。并且，为了降低车体的自重，增大载重量，该车的部分磨耗件采用非金属材料。2.3.3底架组成该车底架主要是由中梁、枕梁、大横梁、小横梁、槽型小横梁、纵向梁、地板等组成。地板和圆弧形加强板选用TCS345不锈钢，地板厚6mm;中梁采用屈服强度450MPa的冷弯中梁，枕梁、大横梁、小横梁、纵向梁等均采用Q450NQRI高强度耐候钢，牵引梁和C级铸钢的整体式上心盘及冲击座阻焊在一起。上心盘直径358mm,枕梁为双腹板箱形变截面结构上盖板厚8mm,腹板厚8mm,下盖板厚IOmm,大横梁为大腹板工字型组焊梁，与侧柱相连的小横梁为工字型组焊梁上下盖板厚6mm,腹板厚6mm,其他位置的小横梁及纵向梁为压型槽钢12#120X53X5.5,底架枕梁处设置加长顶车垫板，地板设有排水孔。图2.1底架组成2.3.4侧墙的组成侧墙采用板柱式结构，是由上横梁、侧柱、侧横带、上门框和侧板等组成，材质均为TCS345不锈钢。上侧梁为冷弯矩形方管或C型冷弯型钢，侧柱采用厚度为7mm,断面高度100mm槽型冷弯型钢，上侧梁采用100X60X5的矩形钢管，侧板厚度4mm,侧板于地板间采用圆弧板连接，不仅减少了该处的腐蚀，也解决了该处集煤的问题。如图2.1。图2.2侧墙组成2.3.5端墙的组成端墙由上横梁、三根横带、两根角柱和端板组成，材质均为TCS345不锈钢，上端梁采用100X60X5冷弯矩形方管，横带采用断面高度100mm冷弯压型槽钢，角柱采用压型角钢，端板厚度4mm。上端梁和上侧梁结点处组焊角部加强铁如图2.3