符合TSI规范的Sggmrss90′型关节式集装箱平车研制.pdf

第5期2 0 2 3年9月N o.5S e p t.2 0 2 3研究开发文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 3)0 5-0 0 5 2-0 5符合T S I规范的S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车研制阮 静,白云记,翟鹏军(中车山东机车车辆有限公司 轨道车辆研究所,山东 济南 2 5 0 0 2 2)摘 要:介绍了符合T S I规范的S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车的用途、技术参数、主要特点、主要结构,介绍了该车的相关计算、试验和运用情况。重点介绍了该车所进行的分析计算、试验项点及其符合的标准,相关计算和试验结果均满足相应的标准要求。相关试验均由有资质的试验室进行,试验报告通过了欧盟认可的公告机构的认可。根据欧盟铁路货车的准入要求,对整车及其配套的转向架进行了跨欧大陆铁路系统“铁路车辆-货车”及“噪声”子系统的互操作性技术规范(T S I)认证,取得了欧盟颁发的E C证书;此外该车还进行了通用安全评估认证,取得了欧盟认可的安全评估报告,并顺利在欧盟铁路局注册,获得了欧盟铁路局授权的正式上线许可。关键词:关节式集装箱平车;技术参数;结构;计算;试验;运用中图分类号:U 2 7 2.4 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 3.0 5.0 1 0D e v e l o p m e n t o f S g g m r s s 9 0 T y p e A r t i c u l a t e d C o n t a i n e r F l a t C a r i n A c c o r d a n c e w i t h T S I S p e c i f i c a t i o n sRUAN J i n g,B A I Y u n j i,Z HA I P e n g j u n(W a g o n R e s e a r c h I n s t i t u t e,C R R C S h a n d o n g L o c o m o t i v e&R o l l i n g S t o c k C o.,L t d.,J i n a n 2 5 0 0 2 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e u s a g e,t e c h n i c a l p a r a m e t e r s,m a i n f e a t u r e s a n d m a i n s t r u c t u r e o f t h e S g g m r s s 9 0 t y p e a r t i c u l a t e d c o n t a i n e r f l a t c a r c o n f o r m i n g t o t h e T S I s p e c i f i c a t i o n,a s l o n g a s t h e r e l e v a n t c a l c u l a t i o n s,t e s t s a n d a p p l i c a t i o n s o f t h e c a r.T h e h i g h l i g h t i s t h e a n a l y t i c a l c a l c u l a t i o n,t e s t i t e m s a n d c o r r e s p o n d i n g s t a n d a r d s,a n d t h e r e l e v a n t c a l c u l a t i o n s a n d t e s t r e s u l t s m e e t t h e c o r r e s p o n d i n g s t a n d a r d r e q u i r e m e n t s.T h e r e l e v a n t t e s t s w e r e c o n d u c t e d b y q u a l i f i e d t e s t r o o m s,a n d t h e t e s t r e p o r t s w e r e a p p r o v e d b y t h e E U a c c r e d i t e d i n s t i t u t i o n s.A c c o r d i n g t o t h e a c c e s s r e q u i r e m e n t s o f E U r a i l w a y w a g o n,t h e w h o l e v e h i c l e a n d i t s s u p p o r t i n g b o g i e s h a v e b e e n c e r t i f i e d t o t h e T e c h n i c a l S p e c i f i c a t i o n f o r I n t e r o p e r a b i l i t y(T S I)o f t h e“r a i l w a y r o l l i n g s t o c k-w a g o n”a n d“n o i s e”s u b s y s t e m s o f t h e t r a n s-E u r o p e a n r a i l w a y s y s t e m,a n d g o t t h e E C c e r t i f i c a t e i s s u e d b y E U;I n a d d i t i o n,t h e c a r h a s a l s o u n d e r g o n e a g e n e r a l s a f e t y a s s e s s m e n t c e r t i f i c a t i o n,o b t a i n e d t h e s a f e t y a s s e s s m e n t r e p o r t a p p r o v e d b y E U,s u c c e s s f u l l y r e g i s t e r e d w i t h t h e E u r o p e a n R a i l w a y A d m i n i s t r a t i o n,a n d o b t a i n e d t h e o f f i c i a l o n-l i n e p e r m i s s i o n a u t h o r i z e d b y E u r o p e a n U n i o n A g e n c y f o r R a i l w a y s.K e y w o r d s:a r t i c u l a t e d c o n t a i n e r f l a t c a r;t e c h n i c a l p a r a m e t e r s;s t r u c t u r e;c a l c u l a t i o n;t e s t;a p p l i c a t i o n收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 8第一作者:阮 静(1 9 7 5),女,高级工程师。符合T S I规范的S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车是中车山东机车车辆有限公司为瑞士客户设计生产的。2 0 1 8年6月完成该车及转向架的设计,2 0 2 0年2月完成样车试制及相关试验,2 0 2 0年9月通过转向架及整车的跨欧大陆铁路系统“铁路车辆-货车”子系统的互操作性技术规范(T S I)认证1,2 0 2 1年5月通过通用安全评估(C S M)认证,并取得相应的E C证书和安全评估报告。2 0 2 1年9月完成5 0组批量生产。2 0 2 1年1 1月获得欧盟铁路局(E R A)授权的正式上线许可。图1为S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车外观。符合T S I规范的S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车研制 阮 静,白云记,翟鹏军图1 S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车1 主要用途该车采用单元车组形式,每个单元由2辆车组成,适用于在泛欧1 4 3 5 mm标准轨距线路上运行,主要用于运输集装箱和交换体箱。每个单元车组可承载2个4 5 f t集装箱或2个4 0 f t集装箱或2个3 0 f t集装箱或4个2 0 f t集装箱等多种工况。2 主要技术参数S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车主要技术参数如表1所示。表1 S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车主要技术参数自重/t2 7.5载重/t S线路(A级6 8.5、B级8 0.5、C级9 5.5、D级1 0 7.5)S S线路(A级6 8.5、B级8 0.5、C级9 2.5、D级9 2.5)轨距/mm1 4 3 5轴重/t2 2.5车辆长度/mm2 9 5 9 0车辆定距/mm21 1 9 9 5车辆最大宽度/mm3 0 1 0 集装箱承载面距轨面高(空车)/mm1 1 5 5车钩中心线距轨面高(空车)/mm1 0 0 5通过最小曲线半径(单车)/m7 5最大运营速度/(k m/h)1 2 0车轮直径/mm9 2 0外部环境温度/T 1-T S I WA G(-2 54 0)限界符合E N 1 5 2 7 3-2中的G 1限界3 主要特点(1)车体结构采用了轻量化设计,车组自重2 7.5 t、最大载重1 0 7.5 t,与欧洲大部分正在运行的同类车型相比,质量轻,有效提高了载重;可装运多种集装箱和交换体箱,具有高效便捷等运输优势;(2)采用符合最新T S I规范的Y 2 5 L s s 1-K型转向架,在保留标准接口的前提下,按照全新E N强度标准对构架进行了重构,其轮对和轴箱采用2 5 t轴重的配置,提高了运行安全性;(3)除装有传统的U I C制动测试接头外,还在车体外侧装有新型制动快速测试接头,便于在各种场地快速方便地进行制动压力测试;(4)单元车组内的2辆车之间采用符合E N标准的关节连接器,安全可靠。4 主要结构该车组2辆一组,通过中间的关节连接器组成1个车辆单元,主要由底架与转向架接口装配、底架组成、关节连接器组成、锁闭装置、制动装置、车钩缓冲装置及转向架等部分组成(图2)。1底架与转向架接口装配;2底架组成A;3附件组成;4锁闭装置;5制动装置A;6底架附属件A;7底架与转向架接口(关节);8关节连接器组成;9底架组成B;1 0制动装置B;1 1底架附属件B;1 2转向架;1 3标记;1 4车钩缓冲装置。图2 S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车结构图35第6 0卷第5期2 0 2 3年9月4.1 底架与转向架接口底架与转向架接口装配包括上心盘组成、上旁承组成以及接地线组成等。4.2 底架组成底架组成为全钢焊接结构,主要受力结构材料符合E N 1 0 0 2 5-2:2 0 0 5 热轧结构钢制品 第2部分:非合金结构钢的交货技术条件 标准的牌号为S 3 5 5 J 2+N的合金钢,其他非受力结构材料符合E N 1 0 0 2 5-2:2 0 0 5标准的S 2 3 5 J 2+N合金钢。车体底架分为A和B 2个底架,2个底架通过中间的关节连接器组成一个车辆单元。底架组成A主要由牵枕组成、连接梁组成、横梁组成、侧梁组成等组焊而成(图3)。牵枕组成由端梁、枕梁及牵引梁组焊而成。牵引梁由2个冷弯槽钢焊接而成;枕梁为钢板拼焊的箱型结构;连接梁为上下盖板加腹板组焊成H型结构;横梁及纵梁为热轧或拼接工字形结构;侧梁为上下盖板加腹板组焊成H型鱼腹结构。1端梁组成;2牵引梁组成;3枕梁组成;4连接梁组成;5侧梁组成;6横梁组成1;7小纵梁;8横梁组成2;9左单元关节。图3 底架组成A4.3 关节连接器组成关节连接器用于车组2个车辆单元之间的固定连接,主要由左右单元关节及中间关节等组成。4.4 锁闭装置每个底架侧梁上平面安装有3 6个固定式翻转锁。4.5 制动装置4.5.1 空气制动装置空气制动装置采用符合U I C标准的KNO R R空气制动系统。采用具有自动空重车转换装置的2个K E控制阀、3个制动缸、3个储风缸、3个闸调器、软管联结器、截断塞门、G-P转换装置、ON-O F F转换装置、不锈钢制动管系及不锈钢快装管接头等零部件组成,如图4所示。1软管联结器;2不锈钢制动管系;3储风缸;4G-P转换装置;5K E控制阀;6ON-O F F转换装置;7制动缸;8闸调器;9截断塞门。图4 空气制动装置4.5.2 手制动装置手制动装置位于车体两侧,主要由手轮、螺旋减速器、转换杠杆及拉杆等零部件组成。4.6 车钩缓冲装置车辆两端由符合T S I WAGON和E N标准规定的不连续车钩及车钩弹性系统、侧缓冲器装置等组成的车钩缓冲装置,如图5所示。不连续车钩包括永久固定在牵引钩上的符合E N 1 5 5 6 6:2 0 0 9+A 1:2 0 1 0 铁路应用 铁路机车车辆 牵引装置和螺旋联轴节 标准规定的螺旋车钩、牵引钩和牵引装置。螺旋车钩采用的材质满足大于或等于1 3 5 0 k N拉力的需求,牵引钩及其他传递力的零部件采用45符合T S I规范的S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车研制 阮 静,白云记,翟鹏军的材质满足大于或等于1 5 0 0 k N拉力的需求。车辆两端各装有2个符合E N 1 5 5 5 1:2 0 0 9+A 1:2 0 1 0 铁路应用 铁路车辆 缓冲器 标准的A类侧缓冲器。1侧缓冲器;2牵引钩;3螺旋车钩;4牵引装置。图5 车钩缓冲装置4.7 转向架该车装有3个Y 2 5 L s s 1-K型转向架,该转向架为焊接构架式转向架,主要由构架总成、轮对、轴箱悬挂系统、轴箱总成、基础制动装置等组成,如图6所示。构架总成由焊接构架、轴箱导框、球面下心盘、制动纵向梁和弹性旁承等组成。采用2 5 t轴重轮对,直径为9 2 0 mm的辗钢整体车轮;采用轴重2 5 t的B A 3 8 6型轴箱;轴箱悬挂系统采用单侧利诺尔减振器和内外圈不等高的两级刚度弹簧组成;基础制动装置为吊挂式双侧闸瓦制动结构,采用合成闸瓦。1构架总成;2轮对;3轴箱悬挂系统;4轴箱总成;5基础制动装置。图6 Y 2 5 L s s 1-K型转向架55第6 0卷第5期2 0 2 3年9月5 分析计算5.1 车体静强度及刚度分析根据T S I WAGON规定,依据E N 1 2 6 6 3-2:2 0 1 0 铁路应用 结构要求铁路车辆车身 第2部分:货车 对车体进行了静强度及刚度分析。根据分析要求,分别进行了2 6种集装箱载荷工况计算,包括垂向、纵向及其组合工况,主要计算结果如下:(1)纵向压缩载荷和垂向集装箱组合工况下,侧梁与小横梁的焊缝应力最大,应力为3 0 1 MP a;(2)缓冲器标高5 0 mm纵向压缩载荷和垂向集装箱组合工况下,侧梁与小横梁的焊缝应力最大,应力为2 5 3 MP a;(3)纵向拉伸载荷和垂向集装箱组合工况下,关节交叉梁下盖板折弯圆弧处应力最大,应力为3 2 2 MP a。计算结果表明:各计算载荷工况下产生的应力均小于相应部位材料或焊缝的许用应力,车体强度满足标准要求。垂向载荷工况下,车体的最大变形为2 7.8 mm,满足标准中车体最大变形不得超过车辆定距的千分之三的刚度要求。5.2 车体疲劳强度分析依据D V S 1 6 1 2:2 0 1 4 轨道车辆用钢焊接接头的设计和疲劳等级 对车体进行了疲劳分析,结果表明:各计算载荷工况下产生的热点最大利用率在侧梁下盖板的拼接焊缝处,损伤值为0.8 7 1,少于1;车体各部位的疲劳强度均满足标准要求的21 06次疲劳循环次数要求。5.3 转向架构架强度分析委托德国分析机构依据E N 1 3 7 4 9:2 0 1 1 轮对和转向架 转向架结构要求的规定方法 对转向架构架进行了强度分析。为考核转向架构架的静载荷和疲劳性能,主要进行了垂向,垂向与横向,垂向、横向与扭转,垂向与菱形,垂向与制动,垂向与惯性,垂向与阻尼工况计算。静载荷分析结果表明:在各静载荷工况下,最大应力位置在侧梁下盖板与横梁下盖板连接处,应力为2 8 6 MP a;构架的所有母材和焊缝应力均低于材料的许用应力。疲劳强度分析结果表明:转向架构架寿命最低处在侧梁腹板与腹板加强筋圆弧焊接处,最大利用率为0.8 8 6,小于1,该构架的疲劳强度满足标准要求。6 试验按照T S I WAGON及E N 5 0 2 1 5:2 0 0 9 完工后和投入使用前机车车辆的试验 的规定,样机完成后委托国内有资质的试验公司进行了构架的静强度和疲劳强度试验、车体的静强度和刚度试验。样机出厂后运输到欧洲,委托具备I S O 1 7 0 2 5认证资质的试验公司P R O S E根据T S I规范的规定对整车进行了噪声、制动试验,委托TUV S UD进行了冲击、脱轨安全性试验以及在纵向压缩力下的运行安全试验。因该车转向架及车体的相关参数符合E N标准的相关规定,经N o B o审核,车辆的动力学试验予以豁免。车辆在欧洲开展相关试验之前,2辆样车已在欧洲线路上进行了1 5 0 0 k m的磨合运行试验。6.1 构架静载荷和疲劳强度试验2 0 1 9年1月,完成了构架样机制造,并委托中铁检验认证(青岛)车辆检验站根据E N 1 3 7 4 9:2 0 1 1标准对转向架构架进行了静载荷和疲劳强度试验,试验结果满足标准要求2。6.2 车体静强度试验2 0 1 9年2月,完成了样机制造,并委托中铁检验认证(青岛)车辆检验站依据 E N 1 2 6 6 3-2:2 0 1 0标准进行了车体静载荷和刚度检验,所检项目符合 E N 1 2 6 6 3-1:2 0 1 0+A 1:2 0 1 4 铁路应用 铁道车辆车体的结构要求 第1部分:机车和客车(及货车的替换法)和 E N 1 2 6 6 3-2:2 0 1 0标准要求3。6.3 噪声试验2 0 1 9年1 0月,委托P R O S E公司进行了噪声试验。该车在8 0 k m/h和1 2 0 k m/h速度下通过噪声的A计权声压级为7 6 d B,小于极限值(8 3 d B),试验结果满足E N I S O 3 0 9 5:2 0 1 3 声学 轨道机车车辆发射噪声测量 和 NO 1 3 0 4/2 0 1 4/E U“机车车辆 噪声”有关的互联互通技术规范 的要求4-5。6.4 制动试验2 0 1 9年7月2 0 2 0年2月,由P R O S E公司在瑞士线路上对S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车进行了制动测试,制动试验分别在空车、半载和重车状态下进行,试验结果满足U I C 5 4 4-1:2 0 1 3 制动 制动性能 和E N 1 4 5 3 1-1:2 0 0 5 铁路应用设施 制动距离、减速距离和定位制动的计算方法 第1部分:车组或单独车辆利用平均值计算的通用计算法 要求6。6.5 冲击试验2 0 1 9年9月,委托TUV S UD进行了冲击试验。空车按照1 2 k m/h速度进行冲击测试,重车按照7 k m/h速度进行冲击测试,没有出现任何可见的永久性变形,试验满足E N 1 2 6 6 3-2:2 0 1 0标准要求7。6.6 脱轨安全性试验2 0 1 9年1 0月,委托TUV S UD进 行 了 纵 向 压 缩(下转第6 6页)65第6 0卷第5期2 0 2 3年9月r a i l t r a n s i t v e h i c l e g r o u n d w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o nJ.C o m p u t e r a n d N e t w o r k,2 0 2 1,4 7(1 8):6 9-7 3.6 陈琦.基于5 G技术的城市轨道交通车地数据转储方案研究J.城市轨道交通研究,2 0 2 2,2 5(1):2 3-2 6.C HE N Q i.R e s e a r c h o n u r b a n r a i l t r a n s i t v e h i c l e g r o u n d d a t a d u m p i n g s c h e m e b a s e d o n 5 G t e c h n o l o g yJ.U r b a n M a s s T r a n-s i t,2 0 2 2,2 5(1):2 3-2 6.7 赵伟慧,汪晓臣,孙同庆,等.基于5 G移动通信技术的城市轨道交通车地无线网络协同传输方案J.铁路 计算机应用,2 0 2 1,3 0(5):1 0-1 4.Z HAO W e i h u i,WAN G X i a o c h e n,S UN T o n g q i n g,e t a l.C o o p e r-a t i v e t r a n s m i s s i o n s c h e m e o f u r b a n r a i l t r a n s i t v e h i c l e g r o u n d w i r e l e s s n e t w o r k b a s e d o n 5 G m o b i l e c o mm u n i c a t i o n t e c h n o l o g yJ.R a i l w a y C o m p u t e r A p p l i c a t i o n,2 0 2 1,3 0(5):1 0-1 4.8 周健.城市轨道交通车辆故障预测与健康管理技术研究D.南京:南京师范大学,2 0 2 1.9 宋德刚,牛齐明.高速动车组大数据智能运维系统研究与应用J.铁路计算机应用,2 0 1 8,2 7(1 0):4 4-4 8.S ON G D e g a n g,N I U Q i m i n g.R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f b i g d a-t a i n t e l l i g e n t o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e s y s t e m f o r h i g h s p e e d E-MU sJ.R a i l w a y C o m p u t e r A p p l i c a t i o n,2 0 1 8,2 7(1 0):4 4-4 8.1 0 江炘坤,宋冬利.轨道交通健康管理系统关键技术研究综述J.中国铁路,2 0 2 2(3):1 6-2 2.J I ANG X i n k u n,S ON G D o n g l i.O v e r v i e w o f k e y t e c h n o l o g i e s i n r a i l t r a n s i t h e a l t h m a n a g e m e n t s y s t e mJ.C h i n a R a i l w a y,2 0 2 2(3):1 6-2 2.(上接第5 6页)力下的运行安全试验。TUV S UD在其车辆测试中心按照 E N 1 4 3 6 3:2 0 1 6 铁路设施 铁路车辆运行特性的验收试验 运行性能试验和稳定性试验 的方法1测试了S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车的脱轨安全性,该试验是在空车和部分加载时进行的,以检验最不利的加载条件组合和刚度。在空车和部分加载状态下,2个转向架的最大车轮爬坡量为2 mm,小于极限值(5 mm)。该车符合E N 1 4 3 6 3:2 0 1 6标准要求8。6.7 在纵向压缩力下的运行安全试验2 0 1 9年8月,委托TUV S UD进行了在纵向力作用下的运行安全试验。TUV S UD在一段S曲线(1 5 0 m曲线和反向曲线,中间有6 m直线轨道)上对一辆S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车进行了一系列的推进测试,用于确定可承受的纵向压缩力。总共进行了2 4次有效测试,平均纵向压缩力为2 6 4 k N,在此纵向压缩力下侧轴向力、车轮抬升力和水平方向缓冲器最小重叠的评估标准没有达到极限。在纵向压缩力下的运行安全试验满足E N 1 5 8 3 9:2 0 1 2+A 1:2 0 1 5 铁路应用设施 铁道车辆的运行特性的验收试验 货车 纵向压缩力下运行安全性试验 要求9。7 结束语S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车通过了欧盟的T S I符合性认证、C S M1 0安全评估,并获得了E R A授权的欧盟线路正式上线许可。2 0 2 1年底,该车陆续交付客户并在泛欧大陆上线运营,经过了1年的持续运用,车辆状态良好,获得了客户的高度认可。参考文献:1 跨欧大陆铁路系统“机车车辆-货车”子系统的互操作性技术规范Z.2 0 1 3.2 中铁检验认证(青岛)车辆检验站.Y 2 5 L s s 1-K型转向架构架强度试验报告R.2 0 1 8.3 中铁检验认证(青岛)车辆检验站.S g g m r s s 9 0 型关节式集装箱平车车体静强度试验报告R.2 0 1 8.4“机车车辆 噪声”有关的互联互通技术规范Z.2 0 1 4.5 P R O S E A G.S g g m r s s 9 0 T S I 噪声试验报告R.2 0 2 0.6 P R O S E A G.S g g m r s s 9 0 制动试验报告R.2 0 2 0.7 TUV S UD R a i l Gm b H.S g g m r s s 9 0 冲击试验报告R.2 0 2 0.8 TUV S UD R a i l Gm b H.S g g m r s s 9 0 在扭曲轨道上的脱轨安全性试验报告R.2 0 2 0.9 TUV S UD R a i l Gm b H.S g g m r s s 9 0 在纵向压缩力下的运行安全试验报告R.2 0 2 0.1 0 关于风险评估和评估的通用安全方法Z.2 0 1 3.66