运煤专用敞车最大合理轴重研究

自重／ ｔ ０ ≤２ ２ ４ 车辆长度／ ｍｍ １ ２ ０ ０ ０ １ ３ ６ ０ ０ 车辆最大 宽度／ ｍｍ ３ １ ８ ４ ３ １ ８ ０
载重ห้องสมุดไป่ตู้ ｔ ８ ０ ９ ６ 车辆最大 高度／ ｍｍ ３ ７ ９ ３ ３ ８ ０ ０
自重 系数 ０ ． ２ ５ ０ ． ２ ５
３· －１） 车辆比容 （ ｍ ｔ
１ ． １ ２～１ ． ０ ４ １ ． １ ６～０ ． ８ ３ １ ． １ ２～１ ． ０ ５ ０ ． ９ １～０ ． ８ ３ １ ． ２ ０～１ ． １ ６ ０ ． ８ ８～０ ． ８ ０
考虑煤炭的煤质特点和地理位置分布 ， 结合既 有通用车 、 运煤专用车的运用经验 ， 根据未来煤炭
我国铁路与美国铁路的线路条件和货车运行速 度均相近 ， 现有 Ｃ ８ ０型和 Ｃ ９ ０型２种大轴重运煤 专用敞车 ， 其主要参数见表 ２。
； 修订日期 ：２ ０ １ ３ ０ ４ １ ０ ０ １ ４ ０ ２ １ １ 收稿日期 ：２ － － － － ） ； 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 （ ） ２ ０ １ ２ Ｇ ０ ０ ２ ６ ２ ０ １ １ Ｊ ＢＭ ２ ４ ７ 基金项目 ： 铁道部科技研究开发计划项目 （ － ， 男 ， 江苏赣榆人 ， 副教授 ， 博士 。 １ ９ ６ ７—） 作者简介 ： 魏玉光 （
３ －１ －３
行设计 ， 则其最 大 宽 度 可 达 ３ １ ８ ０ ｍｍ、 最 大 高 度 可达 ３ ８ ０ ０ｍｍ， 此 时 车 辆 角 部 与 机 车 车 辆 上 部 限 界的最小间距约为 ９ ｍｍ； 若 按 照 电 力 机 车 限 界 进 行设计 ， 则其最 大 宽 度 可 提 升 至 ３ ３ ３ ０ ｍｍ， 最 大 高度可提高 到 ３ ９ ０ ０ ｍｍ， 此 时 ， 车 辆 角 部 与 电 力 机车上部 限 界 的 最 小 间 距 约 为 ２ ２ ｍｍ， 比 按 照 机 车车辆限界设计时显著提高了车辆断面面积 。 由于新建或者改造的重载运煤专线为电气化铁 路 ， 能够满 足 按 电 力 机 车 限 界 设 计 货 车 的 运 行 要 求 。 所以 ， 新型敞车的外部轮廓采用按照电力机车 限界设计的 结 果 ， 即 最 大 宽 度 取 ３ ３ ３ ０ ｍｍ、 最 大 高度取 ３ ９ ０ ０ｍｍ。 新型敞车的车底板距轨面高度建议取与 Ｃ ９ ６ 型敞车的一 致 ， 即 １ ０ ６ ３ ｍｍ。 由 此 确 定 的 新 型 敞 车的车体截面轮廓与机车车辆限界和电力机车限界 的位置关系如图 １ 所示 。
表 １ 美国大轴重运煤专用敞车主要参数
车型 Ｂ ｅ ｔ ｈ Ｇ ｏ ｎ 运煤专用敞车 １ Ｂ ｅ ｔ ｈ Ｇ ｏ ｎ 运煤专用敞车 ２ 轴重／ ｔ ３ ２ ． ４ ３ ３ ２ ． ４ ３ 总重／ ｔ １ ２ ９ ． ７ ０ １ ２ ９ ． ７ ０ 载重／ ｔ １ １ ０ ． ８ ０ １ ０ ９ ． ７ ０ 自重 系数 ０ ． １ ７ ０ ． １ ８ 车辆全长／ ｍｍ １ ５ ３ ７ ８ １ ６ １ ７ ９ 最大宽度／ ｍｍ ３ ２ ４ ５ ３ ２ ４ ６ 最大高度／ ｍｍ ３ ８ ９ ９ ３ ９ １ ２ 每延米重／ ·ｍ－１） （ ｔ ８ ． ４ ３ ８ ． ０ ０
容积／
３ ｍ
比容／ ３· －１） （ ｍ ｔ １ ． ０ ９ １ ． １ ５ 车钩中心线 高／ ｍｍ ８ ８ ０ ８ ８ ０
每延米重／ （ ·ｍ－１） ｔ ８ ． ３ ３ ８ ． ８ ２ 车底板距轨面 高度／ ｍｍ １ ０ ５ ５ １ ０ ６ ３
８ ７ １ １ ０
车内长 × 宽 × 高／ （ ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ） １ ０ ７ ２ ８×２ ９ ４ ６×２ ７ ３ ０ １ ２ ３ １ ０×２ ９ ７ ２×２ ７ ３ １
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ３
，２ Ｍ ａ ０ １ ４ ｙ
运煤专用敞车最大合理轴重研究
魏玉光１， 韦俊峰１， 于跃斌２， 刘海鹏２
（ １． 北京交通大学 交通运输学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４； ） ２． 齐齐哈尔铁路车辆集团有限责任公司 技术中心 ， 黑龙江 齐齐哈尔 １ ６ １ ０ ０ ０ ９ ６ 型 运 煤 专 用 敞 车， 摘 要 ： 在分析我国及美国现有 大 轴 重 运 煤 专 用 敞 车 主 要 技 术 参 数 的 基 础 上 ， 基 于 Ｃ 充分利用标准轨距铁路的机车车辆限界 ， 综合 考 虑 车 辆 比 容 、 车 辆 每 延 米 重 和 桥 梁 适 应 性 等 因 素 ， 通 过 理 论 计 ，每延米重增加到９ · ｍ－１ 。 算建议将新型运煤专用敞车 （ 简称 新 型 敞 车 ） 的 最 大 合 理 轴 重 提 高 到 ３ ２ ． ３ ２ｔ ． ５ １ｔ 新型敞车与国内 Ｃ ８ ０ 型 、Ｃ ９ ６ 型运煤专用敞车相比 ， 单车载重量明显提高 ， 列车编组辆数明 显 减 少 ； 与 美 国 Ｂ ｅ － ｔ ｈ Ｇ ｏ ｎ 运煤专用敞车相比 ， 轴重非常接近 ， 但自重系数较大 ， 因此需要在考虑车辆结构可靠性的基础上进行车 体 ·ｍ－１ ， 应对其 与 桥 梁 的 适 应 轻量化设计 。 新型敞车的每延米重略大于晋中南通道桥梁设计活载的建议值 ９ ． ３ ０ｔ 性进行进一步的检验 ； 新型敞车在满载满容状态下的重车重心高度 达 到 ２ 铁路货物装载加固规 ０ ５ ７ ｍｍ， 超 过 《 则 》 中的重车重心限制高度标准 ２ ０ ０ ０ｍｍ， 建议修改该重车重心高度限制标准 。 关键词 ： 轴重 ； 运煤专用敞车 ； 自重系数 ； 重载运输 ２ ９ ６：Ｕ ２ ７ ２ ． ２ 文献标识码 ：Ａ 中图分类号 ：Ｕ ：１ ／ ｄ ｏ ｉ ０ ． ３ ９ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． １ ５ － ｊ
图 １ 新型敞车 与 机 车 车 辆 限 界 和 电 力 机 车 限 界 的 位 置 关 单位 ：ｍｍ） 系图 （
２ ． ３ 车辆长度的确定 在轴重确定的条件下 ， 车辆的长度与每延米重 成反比 。 单从运量考虑 ， 车辆长度越短 ， 在一定到 发线有效长下的列车编组辆数越多 ， 列车牵引质量 就越大 。 但车辆长度还受到每延米重的限制 ， 若车
［ １］ ［］ 条能够 运 行 ３ ０ｔ 轴 重 货 车 的 重 载 运 煤 专 线 ２ ，
外现有运 煤 专 用 敞 车 参 数 ， 在 Ｃ ９ ６型运煤专用敞 车的基础上 ， 充分利用我国标准轨距铁路机车车辆 限界 ， 综合考虑车辆比容对煤炭装载的适应性 、 车 辆每延米重对桥梁的适应性等因素 ， 确定新型运煤 专用敞车的最大合理轴重 。
第 ３ 期 运煤专用敞车最大合理轴重研究
９ ９
辆长度太短而导致车辆每延米重太大 ， 则对大跨度 桥梁的强度和疲劳寿命影响较大 。 因此 ， 应综合考 虑运能提高和桥梁适应性 ， 选择恰当的每延米重 。 以晋中南通道为例 ， 新建桥梁的设计活载是在
［ ６］ · ｍ－１ ） 新活载 （ 每延 米 重 为 ８ 基础上乘以 ． ５ ０ｔ
新型敞车的外部轮廓 ， 若按照机车车辆限界进
２ 新型运煤专用敞车最大合理轴重的 确定
为了 使 运 煤 专 用 敞 车 的 轴 重 合 理 最 大 化 ， 在 Ｃ ９ ６ 型运煤专用敞车的基础上进一步提高轴重 ， 研 。新型 制新型运煤专用 敞 车 （ 以 下 简 称 新 型 敞 车） 敞车同样采用双浴盆结构 ， 但轴重等主要参数根据 车辆比容 、 车辆限界和桥梁活载等因素确定 。 ２ ． １ 车辆比容的确定 煤炭按 其 开 采 加 工 方 式 不 同 可 分 为 毛 煤 、 原 煤 、 精煤 、 洗选煤 、 块煤 、 煤泥等 ６ 类 。 各类煤炭 的堆比重以 及 换 算 车 辆 比 容 见 表 ３。 由 表 ３ 可 知 ， ·ｍ 各类煤炭堆比重范围主要 在 ０ ． ８ ３～１ ． ２ ５ｔ
之
间 ， 换算车辆比容在 ０ ． ８ ０～１ ． ２ ０ｍ · ｔ 之间 。
表 ３ 各类煤炭的堆比重以及换算车辆比容
品种 毛煤 原煤 精煤 洗选煤 块煤 煤泥 （ ·ｍ－３） 堆比重／ ｔ ０ ． ８ ９～０ ． ９ ６ ０ ． ８ ６～１ ． ２ ０ ０ ． ８ ９～０ ． ９ ５ １ ． １ ０～１ ． ２ ０ ０ ． ８ ３～０ ． ８ ６ １ ． １ ４～１ ． ２ ５
９ ８
中 国 铁 道 科 学 第 ３ ５卷 表 ２ Ｃ ８ ０ 型和 Ｃ ９ ６ 型运煤专用敞车的主要参数
车型 Ｃ ８ ０ Ｃ ９ ６ 车型 Ｃ ８ ０ Ｃ ９ ６
轴重／ ｔ ２ ５ ３ ０ 空车重心 高／ ｍｍ １ ３ ２ ５ １ ０ ２ ０
１ 大轴重运煤专用敞车现状
美国是世界铁路重载运输发达的国家之一 ， 也 是重载单元列车的发源地 。 美国重载铁路的大轴重 运煤专用 敞 车 以 Ｂ ｅ ｔ ｈ Ｇ ｏ ｎ 铝 合 金 敞 车 为 主 型， 轴
［］ 重为 ３ ２ ． ４ ３ｔ３ ， 其主要参数见表 １。
２ ０ １ ４ 年 １ 月开 工 建 设 的 蒙 西 至 华 中 地 区 铁 路 煤 运 通道也是按照 运 行 ３ ０ｔ 轴 重 及 以 上 货 车 标 准 进 行 规划设计的 ， 朔黄线 、 大秦线等部分既有运煤专线 改造后也将 具 备 ３ ０ｔ 轴 重 货 车 的 运 行 条 件 ， 为 此 我国已经研制出 ３ ０ｔ轴重的 Ｃ ９ ６ 型运煤专用敞车 。 随着新建重载运煤专线设计标准的不断提高和 重载技术的不断发展 ， 为了使运煤专用敞车理论上 的轴重合理最大化 ， 从车辆设计的角度 ， 研究运煤 专用敞车最大合理轴重 。 因此 ， 本文通过分析国内
３ · 运输需求 ， 确定新型敞车的车辆 比 容 为 １ ． １ ５ｍ －１［ ４］ ， 对应的煤炭堆比重为 ０ ·ｍ－３ 。 ｔ ． ８ ７ｔ
２ ． ２ 车辆截面轮廓的确定 新型 敞 车 的 尺 寸 必 须 符 合 标 准 Ｇ Ｂ １ ４ ６ ． １— ［ ５］ 标准轨 距 铁 路 机 车 车 辆 限 界 》 中 机 车 车 辆 １ ９ ８ ３《 限界和电力机车限界的上部限界 、 下部限界 ， 其中 上部限界是影响车辆宽度和高度的主要因素 。 该标 准中的机车车辆上部限界与电力机车上部限界的主 要区别是 ： 在高度超过 ３ ６ ０ ０ ｍｍ 时 ， 外 部 轮 廓 尺 寸不 一 样 ； 电 力 机 车 在 距 轨 面 高 ３ ５ ０～１ ２ ５ ０ ｍｍ 范围内限界半宽为 １ ６ ７ ５ｍｍ。
重载 运 输 装 备 技 术 主 要 以 提 高 车 辆 轴 重 为 基 础 ， 同步发展各关键技术 ， 以满足重载运输发展需 求 。 目前 ， 美国 、 加拿大 、 澳大利亚等重载运输发 达国家 的 重 载 煤 炭 运 输 货 车 的 轴 重 主 要 为 ３ ０和 ３ ２ ． ４ ３ｔ 。 我国 大 秦 线 重 载 煤 炭 运 输 专 用 货 车 轴 。 正在建设的晋 中 南 铁 路 通 道 是 我 国 第 １ 重为 ２ ５ｔ
第３ 第３期 中 国 铁 道 科 学 ５卷 ， ２ ０ １ ４ 年 ５ 月 ＣＨ Ｉ ＮＡ Ｒ Ａ Ｉ ＬＷＡＹ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ
）０ 文章编号 ：１ ０ ０ １ ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ４ ３ ０ ０ ９ ７ ０ ５ － － －