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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）70T通用敞车总体结构设计年 级: 200X级学 号: 200XXX姓 名: 专 业: 铁道车辆指导老师: XXX200X年 6 月院 系 机械工程系 专 业 铁道车辆 年 级 200X 姓 名 XXX 题 目 70T通用敞车总体结构设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 毕业设计（论文）任务书班 级 0X铁道车辆 学生姓名 学 号 发题日期：200X年 3 月 2 日 完成日期：200X年 6 月 17 日 题 目 70T通用敞车总体结构设计 1、本论文的目的、意义 我国
2、铁路客货混行的运输方式决定了货物列车的运输密度已很难提高，因此，提高货运能力的唯一途径就是增加铁路货车的载重量。增大轴重、减轻自重是提高货车载重的有效途径，也是我国铁路和世界铁路货车的发展方向。根据我国铁路线路和桥梁的现状，发展载重70t 、轴重23 t的新型通用货车，不仅能提高铁路的货运能力，而且还能较好地适应既有铁路线桥的实际状态。 为了尽快提高铁路货运能力，缓解铁路货运的紧张局面，2004 年，铁道部下发了70 t 级新型通用敞车设计任务书。根据科技研究开发计划和任务书的要求，各铁路车辆(集团) 有限责任公司纷纷开始研制开发C70 型敞车。 本设计正是基于这一实际需要而提出。 2、学生应
3、完成的任务 （1）查阅与论文研究相关的中外文献并翻译不少于10000字符的外文资料。 （2）收集国内外相关研究、设计资料，整理、分析研究、设计现状，提出研究目标。 （3）结合研究、设计目的，分析我国铁路敞车中存在的不足，并从实际出发研究设计符合我国铁路运营需求的大吨位通用敞车，并完成其总体结构设计。 （4）完成设计选题报告。 （5）撰写不少于15000字的设计说明书。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 11.5 周）第一部分撰写开题报告； (1周)第二部分资料收集整理、设计构思、拟订设计提纲； (2周)第三部分完成毕业设计初稿并对初稿进行修改； (4.5周)第四部分完成毕业设计说明书的编写和
4、外文翻译； (2周)第五部分毕业设计说明书审核定稿及装订（含图纸打印）。 (1周)评阅及答辩 (1周)备 注 指导教师： 200X年4月9日审 批 人： 200X年4月9日摘 要敞车是一种具有端、侧壁而无车顶的车辆，主要供运送矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物用，也可用来运送重量不大的机械设备。敞车约有35 万辆，占我国货车总量的60%。我国货车总的来说，载重小，运行速度低是我国货车运营能力差的主要原因。所以，要提高我国货车的运营能力，研究设计高速重载货物列车非常重要。本设计基于以上状况，根据车辆设计参考手册的基本理论和敞车车体结构基本参数计算校核原则，对70T通用敞车进行总体结构设计，研究
5、了敞车的性能，改善了敞车现有状况。对敞车的主要结构车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置的主要性能参数和尺寸进行设计计算。本设计主要内容是底架梁的设计，底架是车体的基础、是主要的受力部件。因此底架结构的设计非常关键，通过仔细分析底架受力情况设计中梁、大小横梁、枕梁、端梁和侧梁的尺寸、选材和在底架的布置。最后得出中梁和侧梁的挠度和跨度控制是提高车辆的性能的关键。侧墙、端墙是在底架的设计基础上进行设计的，结合实际受力，侧墙和端墙为板柱式结构，组焊而成，侧墙由上侧梁、侧柱、侧板、连铁、斜撑、侧柱补强板及侧柱内补强座等组焊而成，端墙由上端梁、角柱、横带及端板等组焊而成。同时，分别设计出各构件的参数，使其
6、应力强度达到标准。本设计选用17号车钩，MT-2型缓冲器，转K6型转向架。本设计依据设计手册，利用ANSYS软件，通过车体底架建模和受力分析，进行强度校核，计算结果表明，设计的车体符合标准要求，有一定的适用价值。 关键词： 敞车；车体结构；技术参数；挠度；强度AbstractGondola car is used with transporting large goods:mineral,fabric material,lumber,steel product and so on,and transporting machinery which weight is small.China ho
7、lds about 350000 gondola cars which is 60% in freight car.After 6 times acceleration on passenger train,The techenological level of the speed-increasing has constantly,but freight car is lower compered to passenger train freigh car.With the combination of the need of railway transport development,th
8、e development trend of the high-speed freight car and the suggestions for new design of the high-speed freight car is put forward.So improving freigh car is very critical.With the ever-increasing development of our countrys economy,the demands for high-speed freight car in railway transport will inc
9、rease rapidly. Faced with the demands for high-speed freight car, it is necessary to further develop speed-increasing wagons.This thesis was writed in accordance with reference book of equipment esigning and princinples of technical parameter which teaches the structure of gondola cars .General stru
10、cture of C70 are keystone to the thesis.All of contents are finished by me . Bogie parts and components including general structure of C70 contains designing of structure,technical parameter ,test result and view of gondola cars. Base of vehicle is the most important in all, because it is basis of o
11、ther parts of designs in the otal design. So designing the structure of base is critical. The differences between beam and base of vehicle are analyzed and compared. Accordancing to analysis, research middle beam,pillow beam,lateral beam,breadthwise beam including size,intensity,rigidity material an
12、d dispose. The results of calculation show that the design of middle beam and lateral beam are critical .The contents of further improvement and perfection of middle beam and lateral beam are analyzed, a set of reasonable design method and data process method is summarized, and the relevant data is
13、mainly analyzed, so as to play an instructive role in development of freight car. In the thesis,17 down ube,MT-2 amortize,K6 bogie are slected.The thesis was according to reference book of equipment designing and princinples od technical parameter which teaches the structure of gondola cars.ANSYS so
14、ftware was used to collating the structure and the strenth.The results of calculation show that the design of middle beam and lateral beam are reasonable and can meet the requirements of relevant standards.key words：gondola car;structure;scratch;technical parameter;strenth目 录第1章 绪论11.1 课题的背景 11.2 国内
15、外货车发展运用现状 21.2.1 国外货车21.2.2 国内货车发展现状简述21.3 论文研究的主要内容及基本思路 41.4 小结 4第2章 敞车现状及其评述 52.1 我国敞车发展简述 52.1.1 敞车作用52.1.2 敞车分类52.1.3 敞车发展状况52.2 国外敞车现状 72.3 小结 7第3章 70T通用敞车总体结构设计概述 83.1 70T通用敞车主要特点和结构83.1.1 主要用途83.1.2 主要特点83.1.3 主要结构83.2 70T通用敞车主要性能参数和主要尺寸 103.2.1 主要性能参数 103.2.2 主要尺寸 113.3 小结11第4章 70T通用敞车总体结构设
16、计 124.1 底架12 4.1.1 底架结构124.1.2 底架结构设计134.1.3 底架组装164.2 侧墙18 4.2.1 侧墙结构184.2.2 侧墙结构设计184.2.3 侧墙工艺224.3 端墙24 4.3.1 端墙结构244.3.2 端墙结构设计244.4 车门结构设计274.5 车钩缓冲装置选型304.5.1 车钩选型 304.5.2 缓冲器选型 344.6 制动装置结构设计424.7 转向架的选择434.7.1 转K6的用途434.7.2 转K6的特点434.8 车体组装474.8.1 上部大组装 464.8.2 上部电焊 464.8.3 上部铆钉 464.8.4 钢结构落
17、成交检 464.9 小结46第5章 静强度分析与试验简介475.1 垂直载荷作用下的底架静强度分析485.1.1 具有纵横向对称轴的底架 475.1.2 计算载荷 475.2 静强度试验535.3 冲击试验545.4 动力学试验545. 5 小结 54第6章 70T通用敞车使用与维护 556.1 车辆寿命及检修周期556.2 装卸要求556.3 牵引作业556.4 解冻作业556.5 侧开门使用要求556.6 下侧门使用要求556.7 专用拉钉的要求556.8 小结56结论与展望 57致谢 60参考文献 61第1章 绪 论1.1 课题的背景铁路是我国主要运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用
18、。铁路的客货运量占我国总运量约50%，是国民经济发展的先导。近年来，在改革开放政策的指导下，我国国民经济发展十分迅速，要求铁路运输能力与国民经济发展相适应。由于忽视了铁路的投入，铁路运能的增加不能适应国民经济的发展，这成为制约国民经济发展的瓶颈。这个问题引起全国上下的关注，认识到铁路提前发展的重要性。现在中央决定加大基本设施建设力度，国家已对铁路有较大的投入以改变铁路落后状态。解决铁路车辆运能的根本措施是开行高速旅客列车、重载货物列车、增加新线改造既有线路，增加先进铁路设施。铁路运输是一个系统工程，要提高铁路运能，必须加强铁路中的每一个环节。每一个环节健全了，才能全面提高铁路的运输能力。5铁路
19、车辆是铁路运输中直接载运旅客和货物的工具，是铁路中的一个主要环节。完成铁路运输任务要求有足够数量、品种齐全、质量优异的车辆。铁路的运输任务包括运送旅客和货物两大类。运送旅客和运送货物对车辆的要求是不同的。运送旅客的客车要求运行平稳、乘坐舒适、安全、方便，满足旅客在旅行生活中的各种要求。因此客车上要配备运行平稳的走行装置，车厢内应有舒适的坐席和卧铺，明亮开阔的窗户，性能良好的通风装置、照明装置、加温、降温设施，解决饮水、膳食的设施，卫生设施以及行李设施。车厢内还应有便于旅客上下车和适当活动场所，根据不同要求还要装置广播、电视、通讯设备和安全检测装置。运送货物的车辆则应根据货物不同而有不同的结构。
20、例如有些货物怕日晒雨淋，需要车辆有防雨防晒结构，有些货物需要保温或低温，有些货物是液体，有些是气体，有些是散粒或粉末，有时还要运输活家禽、活水产，铁路应有相应的结构满足这种运输要求。铁路还承担特大特重的货物运输，也应准备某些特种车辆来满足这类货物的运输。有些车要求通用性强，在结构上要考虑运送各种货物的可能性；有些车辆考虑卸货方便，设有自动卸货机构；有的车辆用翻车机卸货，车辆结构要适应翻车机的要求。由于运输的要求的不同，所以旅客车辆有硬坐、软坐、硬卧、软卧、餐车、行李车、邮政车、发电车、公务车等；货车有平车、敞车、棚车、罐车、自翻车、漏斗车、保温车、家禽车等，品种、类型繁多。由于铁路车辆是编组成
21、列运行，车辆与车辆之间有车钩缓冲装置便于列车编组、分解和调移，另外每辆车上均有各自的制动停车装置，而制动缓解的操纵是在列车端部的机车上。因此车辆上的制动装置应能使整列车辆互相配合，动作一致。随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高，车辆上的各种装备也越来越多，因此车辆的自重有越来越大。在同样列车重量下所运的旅客和货物就越少，从而增加运输成本和制造成本。因此在车辆设计和制造时应采用新材料、新工艺、新结构来降低自重。1.2 国内外货车发展运用现状1.2.1 国外货车综观世界各国的铁路运输情况，世界各国货车发展的趋势主要是：不断调整货车车种的构成，以适应本国待运货物的种类；加大载重量，改进车辆结构，
22、减少制造和维修费用以提高铁路货运的经济性。1.2.1.1 根据承运货物的种类和性质研制新型货车在研制新型货车时，各国注意到要最大限度地适应本国所运输货物的种类和性质，在最低的基建投资和运用费用下，尽量保证货物的完整性。因此，世界各国所研制的车种不尽相同。比如法国的通用货车数量较少，而向专业化货车发展。法国研制了很多种专用货车，如：用于运输托盘货物的全侧门棚车；用于运输冶金产品、钢板卷和纸卷等重质货物的活顶车；专运钢板卷的钢板卷运输车；专供运输标准尺寸钢管和铸铁管的钢管运输车；装运集装箱的集装箱平车以及运输小轿车用的专用车等。德国的专用货车也比较多，仅各型漏斗车就有3万多辆。美国的有盖漏斗车近年
23、来需求量也增大，1995年所占生产货车的30%。美国近年来货车车种数量就近1万种。日本1992年货车总数为30000辆，其中私有罐车占39%，石油罐车的运输吨位占货车运输吨位的32%，石油列车的运输收入在日本国铁货物运输中占主要地位。为了解决小汽车运输上的问题，日本国铁开发了小汽车运输架的运输系统。除上述的各国的货车情况，各国还研制了双层集装箱运输车，关节式集装箱运输车等。目前美国、加拿大、墨西哥、日本、西欧和印度等国均开发了很多先进的车辆设备并研制了公路铁路两用车以提高运营能力。1.2.1.2 提高车辆的每延米载重量，开行重载列车，以提高铁路的运输能力 提高货物列车重量，开行重载列车是提高铁
24、路运能的一项重要措施。而重载运输因其运量大、效率高、运输成本低而受到世界各国的广泛重视，发展也很迅速。重载列车主要有单元式（以北美为代表）、整列式和组合式（以前苏联为代表）三种，列车重量在5000t以上。一些国家的单元式列车重量超过万吨。美国开行的一种多单元运煤货车组，由5辆敞车通过铰接式转向架成为一体，车体间有一个铰接转向架连接，只在每年车组的两段设立独立转向架和端墙，敞车车体之间取消端墙以充分利用端部空间，这样可以使相同载重的列车长短缩短30%，在与普通列车相同的情况下，铰接式多单元列车可提高载重30%。加拿大在上世纪80年代末、90年代初开行的第2代单元列车，其基本单元是由无间隙牵引杆将
25、10辆车连接成一个车辆组，以减小车辆间的纵向冲动。车辆组与车辆组之间用传统的车钩缓冲器相连，每3组车编挂于1台可控制的机车之后，形成一个单元列车，还可以根据需要编成多单元列车。南非为开展重载运输，除制造并采用载重量大的新型车辆外，也使用主机无线电遥控操纵同步补机法开行多机牵引的重载单元列车，在上世纪80年代中期，其重载列车长度已达2.3km，列车载重量为10880t。重载运输因列车重量大大高于普通货物列车，因此对机车车辆及轨道结构等均提出更高的要求。货车大型化、增大每辆车的载重能力、提高货车轴重是目前重载货车发展的方向。美国铁路采用的新造货车车轴重都在30t 以上，铝合金敞车、高边车等大型专用
26、货车车轴重高达35.4t的车辆。研究先进的车辆结构形式，应用高强度耐腐蚀钢和铝合金，减轻车辆自重等均是增加车辆载重量的途径。81.2.2 国内货车发展现状简述自20 世纪80 年代改革开放以来，我国铁路货车呈现出了快速发展的良好势头。现在，我国拥有各型货车约62 万辆，其中，国铁货车53 万辆。货车轴重由建国初期的11 t 普遍发展到21 t ,新型货车目前正在向23 t 、25 t 轴重发展。载重由30 t 发展到50 t 、60 t ，进而发展到70 t ，大秦线运煤专用敞车载重已经达到了80 t 。货车商业运营速度也从70 年代的70 km/ h80 km/ h 提高到现在的100 km
27、/ h120 km/ h 。货车制动系统由K2 、GK型三通阀，空重车手动调整，高磷闸瓦发展到性能优良的120 型控制阀、自动空重车调整装置和高摩合成闸瓦。车钩也由强度较低的普通铸钢制造的2 号、13 号车钩发展到由C 级钢、E 级钢制造的高强度13A 型小间隙车钩以及E 级钢材料的联锁型高强度16 号转动车钩、17 号固定车钩。缓冲器由小容量弹簧摩擦式的1 号、2 号，橡胶摩擦式的MX 1 型发展成大容量的弹簧摩擦式的MT 2 型,并正在研制性能优良、容量更大的缓冲器。转向架普遍采用21 t 轴重、商业运营速度为120 km/ h 的转K2型转向架或转K4 型转向架,研制成功了25 t 轴重
28、的转K5 型转向架和低动力型转K6 型转架。时速160 km 的高速货车转向架已经完成线路试验，目前正在加紧研制21 t 、25 t 轴重的新型径向转向架。同时,铁道部决定在3 年5 年内，将现有货车装用的转8A型转向架全部换装为转K2 型转向架，为今后几年普遍开行120 km/ h 货物车创造条件。1.3 论文研究的主要内容及基本思路1.3.1 设计的主要内容1.3.1.1 对70T通用敞车进行总体设计，研究敞车的性能改善敞车现有状况，以达到提高铁路货车的运营能力。1.3.1.2 对敞车的主要结构车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置的主要性能参数和尺寸进行设计计算。1.3.2设计思路提出问题
29、分析问题解决问题得出结论发展前景展望1. 4 小结 本章主要说明本设计的背景、铁路货车发展现状及基本思路。综观世界各国货车发展情况，我国的货车还有待很大的提高。 第2章 70T通用敞车现状及评述2.1 我国敞车发展简述2.1.1 敞车作用 敞车是一种具有端、侧壁而无车顶的车辆，主要供运送矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物用，也可用来运送重量不大的机械设备。2.1.2 分类按卸货方式不同可分为两类：一类是适用于人工或机械装卸作业的通用敞车；另一类是只适用于大型工矿企业、战场、码头之间成列固定编组运输、用翻车机卸货的专用敞车。2.1.3 敞车发展状况 敞车约有35 万辆，占我国货车总量的60%。
30、20世纪50 年代，我国研制了底架承载结构的钢架木墙的C50 系列敞车，载重50 t，底架长度13 m。60 年代研制了侧壁承载结构的C62 型、C65 型敞车,载重达到了60t ,由于C62 型、C65 型敞车整体强度和刚度不足，运用初期就发生了端墙外胀、枕梁裂纹、端墙板、侧墙板腐蚀、大面积破损等问题，不得不进行加强改造。70 年代初研制了钢架木墙的C62M型敞车。80 年代初，在C62M 型敞车的基础上研制了全钢结构的C62A 型敞车，该车采用普碳钢制造，运用后基本适应了运输发展要求，但存在着中立门锁闭不可靠。80 年代末研制了C64型敞车，与C62A 型车相比，该车端墙、上侧梁、上端梁、
31、车内连铁等均有明显改进，基本解决了我国敞车长期以来存在的惯性质量问题，是我国目前运用中技术状态最好的主型敞车。随着我国铁路货车轴重由21 t 向23 t 25 t 发展，目前推出了C70 型敞车（图 2-1）1。1981 年，大秦运煤专线投入运营，我国研制了C61型运煤专用敞车。1987 年，又开发了21 t 轴重的C63 型敞车(在C63A型车的基础上增加了4 个小侧门) ，与C61 型敞车相比，车辆定距加大到7167 m，侧墙刚度有所弱化，除枕柱为双侧柱外，其余部位为单侧柱。采用了性能更好的控制型转向架，并在国内首次采用了16 号转动车钩和17 号固定车钩，适应了秦皇岛3 、4 期翻车机不
32、摘钩连续卸煤的要求，减少了卸煤时间，提高了运输效率。在2002 年以前，该车是大秦线的主型车，C63 型、C63A 型敞车基本经受住了大秦线恶劣运用条件的考验。为进一步提高大秦线的运输力，1998 年生产了200 辆单浴盆式C76 系列敞车。该车采用25 t 轴重转向架，每延米重达到了8133 t 。按所用转向架的不同，分为C76A型、C76B型和C76C型，其中100 辆C76A 型敞车采用25 t 轴重低动力式中交叉转向架(株辆厂方案) ，80 辆C76B型敞车采用25 t 轴重低动力式下交叉转向架，20 辆C76C型敞车采用25 t 轴重低动力式中交叉转向架(齐厂方案) 。2002 年投
33、入使用，2003 年针对该批车在运用中出现的转向架摩擦副异常磨耗、浴盆端部检查作业空间小等问题，分别对这批车进行了改造。2003 年年底,统图后研制生产了200 辆双浴盆式C76型敞车。现在大秦线共有400 辆C76 系列敞车在运用中。2003 年，我国又开发了25 t 轴重、载重80 t 的C80型铝合金运煤专用敞车。该车是我国货车用材方面的一个突破，标志着我国已经掌握了货车采用铝合金板、型材的制造技术。计划用C80 型敞车替换现有的21 t轴重C63型和C63A型敞车,以提高大秦线的运煤能力。图2-1 C70 型敞车 2.2 国外敞车现状美国敞车已经成功地扩充了它的制造和质量的分配，为全球货车联系进行了传统设计。 我们的工程学和制造业职员密切地与我们的国际合伙人合作确保我们的国际产品运行在遇到的铁路基础建设各个不同部分如所期望的超过在世界各处。负责质量制造的职员已经使美国敞车成为用来拖煤的铝制铁路货车的最大北美制造业者.美国货车现在利用在铝制机车建造中的设计知识，提高的制造设备和利用无法相比的经验扩大它的产品线并提供利益给客户。 JAIX型敞车提供宽范围的货车类型，其满足北美装货者煤矿，谷粒
