近年来，随着国家“公转铁”运输结构的调整，用户对运煤车辆全寿命周期成本的重视，以及铁路工务部门对既有23t轴重线路桥涵的加固，为既有线路开行25t轴重货物列车创造了有力条件。开展25t轴重不锈钢煤炭漏斗车技术研究，为提升铁路货运装备水平，满足现阶段用户煤炭运输要求，具有重要的技术和经济意义。
1 煤炭漏斗车运用调研
1.1 车体材料
我国铁路货车车体用材料主要经历了钢木混合、碳素钢、低合金钢、耐候钢、高强度耐候钢、高耐蚀性耐候钢、铝合金、不锈钢等几个阶段，煤炭漏斗车车体材料也经历了同样的发展阶段。
我国先后研制了K18系列、KM70系列、KM80、KM98等煤炭漏斗车，车体材料涵盖了Q235A普通碳素钢、16Mn低合金钢、09CuPTiRE和09CuPCrNi耐候钢、Q450NQR1高强度耐候钢、S450AW高耐蚀性耐候钢、T4003不锈钢、Al-Mg和Al—Mg—Si系铝合金。
虽然碳素钢、低合金钢、耐候钢、高强度耐候钢、高耐蚀耐候钢等碳钢材料强度、耐腐蚀性能逐步提高，但经多年的运用，耐候钢的耐腐蚀性能虽比普碳钢有所提高，但与煤炭接触部位板材的腐蚀仍很严重，车辆运用两个厂修期后均需进行挖补、截换，难以满足25年的使用寿命及用户对运煤车辆全寿命周期成本的期望。铝合金及不锈钢材质车辆可满足运煤车辆使用寿命和全寿命周期成本，但因铝合金漏斗车制造成本较高，不宜全路推广。目前，随着铁素体不锈钢焊接的工艺性能的提高及原材料成本的降低，不锈钢材质为未来运煤车辆发展方向。
1.2 车体腐蚀情况
目前，大批量使用的煤炭漏斗车主要为70t级KM70型煤炭漏斗车，全国保有量近5000辆。车辆运用工况比较恶劣，车体钢结构不仅承受全温域环境下货物摩擦和腐蚀的影响，还要承受装卸机械的磕碰和人为锤击车体的冲击作用。车辆运用8年后，车体侧墙、端墙、地板、导流板、联系梁等腐蚀严重，侧板与其它部件结合处的焊缝连接处腐蚀严重，车内容易积聚煤粉的地方局部腐蚀，严重者造成局部穿孔。其中导流板、联系梁等最为严重。底架主要骨架如中梁、侧梁、端梁、横梁和枕梁等未与煤炭接触部位状况较好。
1.3 各部件故障情况
（1）拉杆：煤炭漏斗车拉杆与拉杆支座采用焊接连接方式，在运用过程中由于煤炭的堆积腐蚀和车辆装载过程中的碰撞，拉杆和支座的焊缝在长期运用后出现断裂故障，致使拉杆组成失去作用。
（2）底门：煤炭漏斗车在卸煤过程中，底门两侧的煤炭会溢出流落到底门销与锁体间，增加关门阻力，导致底门变形、底门折页与上门框焊缝开裂的现象、底门折页弹性挡圈破裂、底门销套管易丢失。
（3）雨檐及扶梯：煤炭漏斗车用自动化装载设备装载煤炭时，煤炭易撒漏在雨檐及扶梯周围的花纹地板上，长时间的运行过程中，受雨水和煤炭的腐蚀，造成雨檐板与梯柱下部腐蚀严重。
（4）底门开闭机构：减速器蜗杆与密封盖间密封性差，减速箱内部易积水，导致减速器内部元件腐蚀，缩短减速器的使用寿命；连杆因内部铸造缺陷偶发断裂故障；焊接式顶杆易发生空心轴与顶杆尾或调节螺母焊接处有开裂故障；防误转动装置拉环强度较低，易发生断裂、变形等故障；上部传动轴中上曲拐由钩头楔键易窜出，挡铁丢失现象严重。
（5）风控系统：风表、操纵阀手把等不具有防盗功能，容易丢失；双向风缸容易因保养不及时，活塞杆密封件破裂，使双向风缸性能失效。
2 研究目标
根据现有煤炭漏斗车运用调研情况、国内外铁路货车成熟技术和运用经验及铁路最新技术政策，充分考虑车辆使用安全、装卸货及技术经济性等因素，主要研究目标如下：
（1）轴重25t、载重75t、自重不大于25t，车辆使用寿命30年。
（2）车辆应具有较高的耐蚀性能和较高的强度，提高车辆与煤炭接触板材的耐腐蚀性，提升车辆的使用可靠性，降低维护检修成本。
（3）转向架、制动系统、车钩缓冲装置等配件采用既有70t级货车成熟技术。
3 研究方案
根据以上运用调研情况及研究目标，确定以下研究方案：
3.1 主要性能参数与基本尺寸
载重75t、自重约25t、轴重25t、容积86m3、最高运行速度120km/h、限界符合GB146.1-2020；车辆长度14400mm、车辆定距10500mm、车辆最大宽度3325mm、车辆最大高度3883mm、底门数量4个、漏斗板与水平面夹角50°。
3.2 主要结构
研究方案车型主要由车体、底门开闭机构、风控管路装置、制动装置、车钩缓冲装置及转向架等组成（见图1）。
图1 25t轴重侧卸式不锈钢煤炭漏斗车
3.2.1车体
车体为全钢焊接结构，由底架、侧墙、端墙、漏斗、檐板及扶梯、底门、拉杆等部件组成。车体底架承载梁件采用Q450NQR1高强度耐候钢。下侧梁、侧墙组成、端墙组成、底门组成、漏斗组成等部件采用T4003不锈钢。
（1）底架由中梁、侧梁、枕梁、端梁等组成。中梁采用310乙字型钢，侧梁采用材质为T4003不锈钢冷弯槽钢，采用锻造上心盘、铸钢前从板座和从板座。
（2）侧墙为板柱式变截面结构，由侧板、侧柱和上侧梁等组焊而成。侧柱采用冷弯U形型钢，上侧梁采用冷弯矩型空心型钢。
（3）端墙由上端梁、端柱、角柱、横带、斜撑和端板等组焊而成。上端梁采用专用异形冷弯型钢，端柱、横带和斜撑等采用U形冷弯型钢，角柱采用冷弯角钢。
（4）在车体中心设一个横向的中央漏斗脊，与中梁上设置的纵向漏斗脊将全车划分成四个漏斗区，各漏斗脊由V形钢板和筋板组焊而成。
（5）在端墙顶部的外端设置雨檐，雨檐由檐板、支撑梁、边梁等组焊而成。
（6）底门由大横梁、横梁、立柱、上下门框、挡板、立门框、扇形挡板和门板等组焊而成。大横梁、立门框、横梁和立柱采用冷弯型钢。
3.2.2 底门开闭机构
采用两级传动顶锁式底门开闭机构，风动、手动两用，由上部传动装置、连杆、下曲拐、下部传动轴、双联杠杆、长短顶杆和左右锁体等组成，装有改进的防误转动装置。风控装置与手动装置均设在车体一位端的底架上，通过拨叉拨动离合器转换风、手动操纵。下部传动轴采用空心钢管制造，采用防误动减速器、锻造连杆。
3.2.3 风控管路装置
风控装置的旋压式双向作用风缸、给风调整阀、操纵阀、截断塞门、储风缸及风控管路等组成，通过给风调整阀与列车主管连接。
4 计算分析
为验证研究方案的合理性，对研究方案进行了车体静强度和模态分析计算、车体疲劳寿命分析、车辆动力学性能计算、车辆制动性能分析等计算。经计算，车体各部位在静强度计算工况下的最大应力均小于相应材料的许用应力，车体各部位的疲劳寿命均大于500万公里的设计寿命要求，车辆蛇行失稳临界速度高于设计速度，空气制动紧急制动距离小于规定值、依靠手制动机能是车辆停驻在20‰的最大坡道上。
6 结论
25t轴重侧卸式不锈钢煤炭漏斗车的技术研究较好地解决现有煤炭漏斗车运用故障，满足现阶段用户对煤炭漏斗车用于需求，促进25t轴重煤炭漏斗车在我国的发展。
参 考 文 献
[1]刘文胜，程平.KM70型煤炭漏斗车[J].铁道车辆，2006,11:11-12.
[2]何世球，刘凤伟，王宝磊.煤炭漏斗车运用与发展[J].铁道机车车辆.
[3]刘文胜，杨景林.铁素体不锈钢在铁路货车上的应用[J].机械工程与自动化.
作者简介：陈燕（1985—），男，汉族，甘肃张掖人，高级工程师，本科，主要从事铁道车辆设计工作。
