黃 瑞， 鐘曉峰， 趙壽鑫

（中車眉山車輛有限公司產品開發(fā)部， 四川 眉山 620010）

引言

出口澳大利亞N76-AUS 型集裝箱平車是由中車眉山車輛有限公司根據與澳大利亞客戶簽訂的相關供貨合同與技術規(guī)范設計制造，該車適用于在澳大利亞洲際鐵路網（DIRN）1 435 mm 軌距線路上運行，可裝運兩個20 ft 或一個40 ft 集裝箱。2020 年6 月該車完成工作圖樣設計，9 月完成了樣機試制及相關試驗，10 月完成首批批量生產，并交付用戶。

1 主要特點

1）采用等強度理念，車體結構輕量化設計，采用魚刺型底架結構，自重≤16 t，載重76 t，設計軸重25 t，運用軸重23 t，滿足用戶裝載2 個20 ft（單箱總重≤38 t）或1 個40 ft（單箱總重≤38 t）集裝箱的要求。

2）采用下作用式E/F 型鵝頸車鉤，滿足承載面高度及低重心的要求，采用MT-2 型緩沖器及17 型鍛造鉤尾框。

3）采用眉山公司自主研制的150 型制動系統(tǒng)、PAB-Ⅱ型集成制動裝置，簡化制動裝置，制動效率高。車輛每端的兩側采用分叉式主管布置，便于制動連接軟管的連接，有效提高了操作人員編組連掛車輛的效率。

4）走行部采用眉山公司自主研制的HZ25E-AUS型徑向轉向架，具有低噪音、低動力、低磨耗的技術特點，保證車輛有較高的蛇行失穩(wěn)臨界速度，具有優(yōu)良的曲線通過性能，同時采用非金屬常接觸彈性旁承、設置搖枕和軸箱兩級剛度彈簧并配合副構架式徑向裝置，滿足相關規(guī)定的115 km/h 的最高運行速度要求。

5）車輛外形輪廓符合RSSIB AS 7507:2017 Reference Vehicle 3 和RSSIB Reference Vehicle 21 的要求。

2 主要技術參數（見表1）

表1 出口澳大利亞N76-AUS 型集裝箱平車主要技術參數

3 主要結構

該車主要由車體（底架）組成、集裝箱鎖緊裝置、風手制動裝置、車鉤緩沖裝置及徑向轉向架等組成，如圖1 所示。

圖1 出口澳大利亞N76-AUS 型集裝箱平車總體示意圖

3.1 底架組成

該車底架組成采用全鋼焊接式單中梁承載結構，主要由中梁組成、端梁組成、枕梁組成、大橫梁組成和護欄組成等組焊而成，其主要承載部件材質采用Q450NQR1 或Q550NQR1 高強度耐大氣腐蝕鋼。

中梁組成由中梁上蓋板、中梁下蓋板及中梁腹板組焊成中部大兩端小的魚腹形結構，中梁兩端組焊于前從板一體式鑄鋼沖擊座，材質為C 級鋼。后從板座材質為C 級鋼，其與中梁采用鉚接方式連接。上心盤采用直徑為352 mm 的鍛鋼上心盤，上心盤與中梁采用拉鉚釘連接。中梁上蓋板、腹板、下蓋板根據不同受力情況及減重要求均為不同厚度板材多段拼接而成。

端梁組成由端梁下蓋板、端梁腹板、端梁上蓋板組焊而成，其截面由底架兩側向中間方向形成由小變大的變截面箱形結構，在端梁兩側上平面設置可以安裝自動旋鎖的集裝箱鎖緊座板，鎖緊座板采用材質為Q355B 的低合金高強度鋼板制成。

枕梁組成由枕梁下蓋板、枕梁腹板、枕梁上蓋板、封板等組焊而成，其截面由底架兩側向中間方向形成由小變大的變截面箱形結構。

大橫梁組成由大橫梁下蓋板、大橫梁腹板、大橫梁上蓋板、隔板、鎖座板及加強筋等組焊而成變截面箱形結構，在大橫梁兩側上平面設置安裝自動旋鎖的集裝箱鎖緊座板。

護欄組成主要由護欄支撐組成、護欄及護欄支座等組裝而成，其中護欄及護欄支撐采用符合GB/T 6728 的冷彎空心方管制成。

3.2 集裝箱鎖緊裝置

采用TFAD 型全自動旋鎖，每輛車8 套，根據不同的裝箱工況，配備了對應的旋鎖存儲架。

3.3 制動裝置

采用眉山公司自主研制的150 型控制閥空氣制動系統(tǒng)和PAB-II 型單元集成制動裝置。制動裝置主要由坐式150 型控制閥、99 L 儲風缸、40 L 儲風缸、13 L 儲風缸、11 L 儲風缸、WG-1C 型無極傳感閥、T-1A型調整閥、ZJ1 型中繼閥、制動缸軟管、GHP 型組合式集塵器、制動軟管連接器和折角塞門等組成。采用符合GB/T 8163 的普碳鋼管，鋼管內部進行磷化處理。制動裝置各風管間、風管與各閥座間采用法蘭接頭連接，在主管端部設置長度調整管，調整管采用內接活接頭連接。在底架中部設置可雙側操作的FSW 型手制動機，便于在車輛兩側操作，提高便捷性。

3.4 車鉤緩沖裝置

車輛兩端的中梁內裝配符合AAR 標準的E 級鋼、下作用式E/F 型鵝頸車鉤（帶下擋架），配套采用17 型鍛造鉤尾框、合金鋼鉤尾銷和、MT-2 型緩沖器等。

3.5 轉向架

采用HZ25E-AUS 型副構架式徑向轉向架，主要由輪對組成、側架組成、橡膠堆、搖枕組成、PAB-II 型集成制動裝置、滾動軸承裝置、輪對徑向裝置、彈性旁承總成和中央懸掛裝置等零部件組成。輪對徑向裝置由兩個副構架通過兩個連接桿交叉銷接組成，副構架與承載鞍采用拉鉚釘連接，橡膠堆置于承載鞍頂部。減振裝置采用變摩擦減振裝置，主要由斜楔、減振彈簧組成。搖枕承載彈簧采用兩級鋼彈簧組，由承載內、外簧組成。采用AARE 級滾動軸承裝置，采用LZW 鋼車軸、多次磨耗整體輾鋼車輪及高摩合成閘瓦。

4 計算

4.1 車體結構靜強度有限元計算

眉山公司委托西南交通大學根據《合同技術規(guī)范》要求，按照澳大利亞標準AS 7520.2:2012 對N76-AUS 型集裝箱平車進行了車體鋼結構靜強度分析計算[1]。

計算載荷工況有：縱向載荷工況、垂向載荷工況、頂車與起吊載荷工況和車鉤載荷工況等部分。結果表明，車體結構在各工況下的計算應力均小于臨界設計應力，結構靜強度滿足標準要求。

為了解車體結構的安全性，對空車車體穩(wěn)定性、組合工況下的車體穩(wěn)定性和車體模態(tài)均進行了仿真分析。結果表明，車體在各工況下的臨界屈曲因子均大于1，車體一階自振頻率為18.32 Hz，車體結構穩(wěn)定性和振動模態(tài)能夠確保車輛安全運行。

4.2 動力學計算

眉山公司委托西南交通大學根據《合同技術規(guī)范》要求對N76-AUS 型集裝箱平車動力學性能分析，動力學性能分析按照RISSB（Rail Industry Safety and Standards）中AS7509：2017 Rolling Stock - Dynamic Behaviour 標準執(zhí)行。RISSB 標準規(guī)定，車輛動力學性能評價應包含直線上的運行性能（考察其蛇行運動穩(wěn)定性）、通過緩和曲線（扭曲線路）的運行性能以及通過不平順線路的運行性能等[2]。

結果表明：

1）在110%設計速度（即126.5 km/h）以內，新車車輪和磨耗后車輪、新摩擦減振器和磨耗后的減振器等組合工況下，N76-AUS 型集裝箱平車空車車體橫向加速度均方根值分別為0.221 6 g、0.232 6 g、0.230 4 g和0.238 5 g，均小于RISSB AS7509:2017 標準規(guī)定的0.25 g，滿足RISSB AS7509:2017 標準要求的蛇行運動穩(wěn)定性。

2）在較低級線路條件下（按FRA 4 級線路考慮）以110%設計速度（即126.5 km/h）運行，空車在新車車輪和磨耗后的車輪、新摩擦減振器和磨耗后的減振器等組合工況下，車體橫向加速度峰值分別為0.4426g、0.461 0g、0.457 6g、0.476 2g，小于RISSB AS7509:2107標準規(guī)定的0.5g。橫向加速度均方根值分別為0.210 1g、0.226 7g、0.231 4g、0.239 6g，小于RISSB AS7509:2107標準規(guī)定的0.25g。車體垂向加速度峰值分別為0.665 8g、0.680 5g、0.698 1g、0.710 8g，小 于RISSB AS7509:2107 標準規(guī)定的0.8g。垂向加速度均方根值分別為0.316 7g、0.329 0g、0.327 9g 和0.332 5g，小于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的0.35g。其基礎運行橫向和垂向加速度均滿足RISSB AS7509：2107 標準的要求。

3）在扭曲線路上，空車工況下，N76-AUS 型集裝箱平車以5 km/h 以下速度（準靜態(tài)工況）通過RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的扭曲線路（1A 工況、1B 工況）時，車輪最大垂向載荷減載率分別為0.552 4、0.521 8，小于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的0.6，因此在緩和曲線（扭曲線路） 上的運行安全性滿足RISSB AS7509：2017 標準的要求。

4) 在110%設計速度（即126.5 km/h） 以內，N76-AUS 型集裝箱平車在空車、載重30.48 t（1 個40 ft箱）和載重76 t（2 個20 ft 箱）工況下，通過獨立的軌道不平順線路和循環(huán)的軌道不平順線路時，經10 Hz低通濾波后，空車和滿載各工況下，最小的車輪垂向載荷與車輪靜載重比值的最小值為12.67%，大于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的10%。車體垂向加速度的最大值為0.710g，小于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的0.8g。車體橫向加速度最大值為0.435g，小于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的0.5g。持續(xù)50 ms 和1 m 距離的任一車軸L/V 絕對值之和的最大值為1.231，小于RISSB AS7509：2107 標準規(guī)定的1.5。因此，該車通過獨立的軌道不平順線路和循環(huán)的軌道不平順線路時滿足RISSB 標準的要求。

5）在100%設計速度下，考慮軸箱彈簧的影響時，重車工況下力P2為199.16 kN，不考慮軸箱彈簧的影響時，重車工況下力P2為216.24 kN，均小于230 kN，滿足RISSB AS 7508.2 標準的要求。

6）N76-AUS 型集裝箱平車在各工況下轉向架的X 系數、車輪抬升率RWL、通過曲線時的輪對沖角均滿足標準要求。

4.3 疲勞計算

公司委托北京交通大學對N76-AUS 型集裝箱平車車體進行了疲勞壽命仿真分析。分析結果顯示，該車車體結構的疲勞強度滿足AAR 標準MSRP-C-II 2015（AAR M-1001，2015）“貨車設計制造規(guī)范”第七章“新造貨車疲勞設計”中的載荷條件及疲勞極限的評定要求，車體結構的疲勞設計壽命在650 萬km 以上，滿足技術規(guī)范要求[3]。

主要疲勞薄弱部位及疲勞壽命估算：枕內近枕梁處中梁上蓋板與中梁腹板間T 形接頭處的疲勞壽命最短，其疲勞壽命約為740 萬km；其次為端梁腹板與沖擊座間T 形接頭處，其計算壽命約為744 萬km。

5 試驗

5.1 車體結構靜強度試驗

眉山公司檢測中心產品性能試驗室于2020 年8月完成了N76-AUS 型集裝箱平車車體靜強度試驗，試驗內容包括縱向載荷、頂車載荷、垂向載荷、車鉤垂向載荷、單端起吊載荷和垂向彎曲剛度等試驗工況。試驗結果顯示，在縱向壓縮載荷和垂向載荷合成工況下出現最大應力，位于中梁上蓋板與大橫梁位置的圓弧過渡處，其應力值為452.6 MPa，小于材料的許用應力480 MPa，在其余各種工況單獨及組合作用時各應力測點的應力值均小于相對應材料的許用應力[4]。

5.2 制動性能試驗

受客戶委托，中車眉山車輛有限公司產品性能試驗室于2020 年9 月，對試制的N76-AUS 型集裝箱平車進行了制動性能測試，以驗證與主管減壓信號相比，控制閥接收到的空氣壓力信號應穩(wěn)定、及時，無壓力異常波動和異常延遲。

試驗結果表明，N76-AUS 型集裝箱平車在制動管定壓為500 kPa，空車和重車狀態(tài)下，減壓150 kPa進行全作用制動和充風緩解時，控制閥接收的控制閥壓力信號與主管減壓信號一致性較好，且壓力無異常波動，滿足客戶使用要求[5]。

5.3 動態(tài)限界試驗

中車眉山公司產品性能試驗室對試制的N76-AUS 型集裝箱平車進行了動態(tài)限界試驗，以確定車輛在滿載及最大重心高度的情況下，停在模擬的160 mm 超高軌道上車輛的側傾和側向位移符合AS 7507 鐵路機車車輛—車輛限界的要求。

試驗結果表明，N76-AUS 型集裝箱平車車輛車身總側傾、橫向位移都在規(guī)定的范圍內，能夠確保車輛以設計速度運行，而不會侵犯動態(tài)車輛限界。試驗結果滿足相關標準要求，樣車通過動態(tài)限界試驗測試[6]。

6 結語

眉山公司向澳大利亞出口的N76-AUS 型集裝箱平車的研制充分考慮了客戶的實際使用需求，該車結構可靠，各項性能優(yōu)良，主要技術參數滿足技術規(guī)范的要求，獲得了用戶的好評，為公司進一步拓展澳大利亞鐵路貨車市場奠定了基礎。