70t级铁路储油罐车焊接结构及工艺设计.docx

沈阳理工大学学士学位论文摘 要随着中国成功地加入世界贸易组织(WTO)，中国的经济取得了空前的高速发展。国家投资基础设施建设的力度越来越大，各种物资的流通运输和周转量逐年增加 ，经济发展对交通运输行业提出了更高的要求和挑战。铁道运输作为国民经济发展的大动脉，货车运能远远不能满足物资运输的需求，铁道运输“重载化”已成为现阶段铁路运输的重要课题。为提高运能，适应国民经济发展的需要，近年来，铁道部实施了跨越式发展战略，铁路货车向“重载化、快捷化”的方向发展，出台了70t级货车的重载技术政策，先后研制成功了70t级新型敞车、平车、棚车等重载货车，为全面开行重载列车创造了条件。70t级新型轻、粘油罐车是按照铁路货车重载技术政策要求设计开发的轴重23t的重载罐车，该车采用无中粱结构，载重较G70和G17B型罐车提高8t和7t。为适应重载，提高了车辆强度校核标准，新型罐车对车辆结构的可靠性提出了更高的要求，牵枕结构作为罐车车承上启下的关键部件，传递着牵引和各项冲击载荷，承载着各种垂向、横向载荷，受力非常复杂，该结构的可靠性直接关系到罐车整车的运行安全。本文通过对70t级新型无中梁罐车牵枕结构的设计、选型和开发思路作以论述，探讨无中粱罐车牵栋结构的一般规律，从而对一般无中梁罐车的设计和选型提供帮助。关键词： 70t级；无中梁罐车；车枕结构；设计；分析AbstractWith China's successful accession to the World Trade Organization (WTO), China's economy has achieved an unprecedented high-speed development. Increasing the intensity of the national investment in infrastructure construction, distribution and transportation of various materials and the turnover increased year by year. Economic development has put forth higher demands and challenges on the transportation industry. Railway Transport as the main artery of the national economic development, , trucked far can not meet the needs of the transportation of materials,and the Railway Transport "overload" has become an important issue of rail transport at the present stage.In order to improve the transport capacity to meet the needs of national economic development, the Ministry of Railways implemented a leap-forward development strategy in recent years which leaded the development of railway wagons to the "overloaded,time-saved" of the direction .It has brought out the overloaded technology policy for 70t class truck including a 70t class of new gondola car, flat car, boxcar and other heavy goods vehicles, and has create the conditions for the full opening line of heavy haul train. 70t class of new light, sticky oil tanker is an overloaded tankers(axle load 23t ), a stub sill tangk car , which is designed and developed with accordance to the requirement of railway wagons overloaded technology policy , its loading capasity is increased by 8t and 7t compared with the G70 and G17B-type tanker. To adapt to overloading, vehicle strength check standards are increased. The new type of tanker claims more reliability of the vehicle structure in which draft sill and body bolster structrer is assembly a key part . Because the part is bared with various force including longitudinal impact force ,vertical and horizontal force ,the reliability of the part is derectly related to the safe running of the whole tank car .This thesis is trying to probe into the general rules for draft sill and body bolster structrer of stub sill tangk car though discussing the design , structure-selected and development ideas of Class 70 ton new type stub sill tangk car and to provide general assistment to the design and structure-selecting of genera stub sill tangk car .Key word :Class 70-ton; Stub sill tangk car ; Draft sill and body bolster structrer ; Design ; Analysis目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 国外无底架罐车的发展历史41.2 国内无底架罐车的发展历史91.2.1 我国铁路罐车的发展现状91.2.2 我国罐车的不足161.2.3 我国罐车的发展趋势171.3 罐车的应用18第二章 罐车的结构设计202.1 罐车介绍及其结构特点202.2 主要性能及参数212.3 主要结构212.3.1 罐体222.3.2 牵枕装置222.3.3 制动装置232.3.4 车钩缓冲装置232.3.5 转向架252.3.6 侧梯及操作台272.4 罐体的受力分析282.4.1 内压力282.4.2 外部过压力302.4.3 垂直力302.4.4 侧向力（离心力和风力）312.4.5 纵向载荷322.5 罐体的设计计算322.6 罐体的计算352.6.1 刚度计算结果422.6.2 强度计算结果422.6.3 车辆设备及结构附件的强度要求432.7 疲劳载荷分析432.8 车辆寿命及检修周期52第三章 罐体的工艺设计553.1 备料的加工工艺553.1.1 钢材的预处理553.1.2 放样、划线与号料553.1.3 下料和边缘加工563.1.4 弯曲和形成563.1.5 焊接材料563.1.6 附件573.2 16MnR的焊接性分析573.2.1 对压力容器用钢基本性能的要求573.2.2 合金元素和杂质对压力容器用钢性能的影响593.2.3 16Mn钢的化学成分和力学性能613.2.4 16Mn钢的焊接性623.3 焊缝分类及接头的选择643.3.1 压力容器焊接接头分类643.3.2 接头的选择643.3.3 焊接方法643.4 罐壁的预作663.4.1 罐壁的分块663.4.2 罐璧排板与连接673.5 封头的预作683.6 罐体的组焊703.6.1 罐体组焊技术要求703.6.2 组焊方法703.6.3 制定焊接工艺应考虑的问题703.7 牵枕装置的工艺流程713.7.1 牵引梁的装配和焊接713.7.2 牵引梁的生产工艺流程713.8 焊接723.8.1 一般要求723.8.2 焊材管理733.8.3 焊接施工733.8.4 修补743.9 检查及验收753.9.1 焊缝的无损检测753.9.2 热处理要求753.9.3 液压试验及其密性试验753.9.4 氮气置换753.10 工装卡具的设计75第四章 结 论774.1 主要结论774.2 展望与设想78致 谢79参考文献81附录A：外文文献83附录B：中文翻译97附录C：焊接工艺卡片110133第一章 绪 论铁路机车车辆是铁路运输的重要设备，机车是牵引列车的动力，车辆是装载旅客及货物的工具。随着铁路建设的飞跃发展，铁路机车车辆也有了很大的进步，相继推出了一系列适应铁路提速.重载需要的新型机车车辆。铁路运输是以铁路作为运输线路，由机械动力牵引车辆运送旅客和货物的运输。与水路运输.公路运输比较，其运输能力大，运行速度快，安全程度高；与航天运输比较，其成本低，受气候影响和地理条件限制小，能连续运行并保证其准确性。适合于大宗货物长途运输和大量旅客运输。中华人民共和国成立前，铁路主要集中在东北和沿海地区，而且铁路标准低.技术设备落后。中华人民共和国成立后，大规模修建铁路，现金全国各省市自治区都有了铁路。铁路运输在中国交通运输业中仍具有重要地位和作用，2003年铁路货车运转量占全国总货运周转量的32.02%以上，铁路客运周转量占全国总客运周转量的34.67%以上。 铁路车辆按用途可分为客车和货车俩大类。铁路货车是供运输货物和为此服务的或原则上编组在货物列车中使用的车辆。按用途可分三类：（1）通用货车，能装在多种货物的货车，包括敞车.棚车和平车。（2）专用货车，专攻运送某些种类的货物的货车，包括罐车.保温车.煤车.矿石车.砂石车.长达货车.守车.通风车.家畜车.活鱼车.水泥车等。（3）特种货车，共特种用途的车辆，如救援车.检衡车.发电车和除雪车等。 通用货车是能装在多种货物的铁路货车。如棚车.敞车和平车等。 敞车的车体两侧及端部设有高度在1.8m以上的固定墙板而无顶棚的铁路货车。可装运各种无需严格防止湿损的货物。如装货后盖上篷布，又可装运怕湿损的货物。主要用于装运散粒货物（如煤.矿石.沙土等）木材.钢材及小型机器设备和集装箱。敞车是铁路货车中数量最多.用途最广的车辆。车辆俩侧的标记符号为“C”。 棚车是车体具有顶棚.侧端墙及门窗的铁路货车。可防止雨水进入车内，用于装运各种需防止湿损.日晒或散失的货物。车内设有安装火炉的烟囱座.床托等装置，有些新造棚车还设有排水孔及便器，必要时可用以运送人员和马匹。棚车车体俩侧的标记符号为“P”。平车底架承载面为一平面的铁路车辆。从结构形式分为平板式.带有翻转的矮端板式及带有翻转的矮侧板的端板式三种型式。在装运长大货物时，可把侧板.端板翻下。平车主要用于装运各种机器，汽车.拖拉机.木材.钢材.桥梁等体积较大的货物，又可借助集装箱来装运其他货物。此外，还可以装载各种军用装备。平车在底架俩侧侧梁上的标记符号为“N”。改革开放以来，随着中国成功地加入世界贸易组织(WTO)，中国经济取得了空前的、前所未有的飞速发展。在中国和世界经济发展格局的影响下，交通运输行业与中国经济一同跨入高速行驶的快车道，发展迅猛。铁路作为中国运输行业的重要组成部分，是国民经济的大动脉，同样在改革开放中不断谋求自身的发展机遇，应对发展中出现的问题。并通过加强国际间的技术交流，请进来、走出去，多领域、全视角地学习和借鉴国外铁路发达国家的成熟技术和宝贵经验，引进国际上铁路运输行业的先进科技和装备。结合中国铁路的实际，实施跨越式发展战略，在消化吸收和系统引进国外先进技术的同时，自力更生，走“引进和自我发展”相结合的道路，不断提高中国铁路技术装备现代化水平，使中国铁路在过去的十年取得令人瞩目的巨大变化，新技术、新工艺和新装备不断地被应用到铁路运输的发展建设中去，为中国的改革开发和国民经济建设发挥了越来越重要的作用。高速发展的经济需要一个快速、便捷、高效的交通运输行业，铁路作为传统的主要运输方式，承载着全国客运四分之三、货运超半数的运输量。新形势下，原有的铁路运输模式和技术装备水平已经不能满足新经济需要，铁路运输正在向世界铁路“重载化”运输的方向发展。面对新形势，近几年来中国铁路为适应国民经济的发展步伐，着力解决铁路货运运能严重滞后的问题，从2l世纪初开始在全路范围实施跨越式发展战略，提出了中国铁路“重载化、快捷化”的发展思路，同时紧跟世界铁路的前沿技术，适时引进，广泛应用各种新技术、新工艺和新装备。成功研发并推广运用25t轴重转K6和转K5型转向架；70t级敞车、平车、棚车等23t重货车先后开发并试制成功；各类与重载技术相匹配的重要零部件(如：17型车钩及配套钩尾框、MT一2大容量缓冲器、KzwA型空重车自动调整装置、10英寸旋压密封式制动缸、铁道货车脱轨自动制动装置等)成功通过运用考验，铁路实现货运重载的技术条件日趋成熟，中国铁路的重载时代已经到来。铁路罐车是运输石油、液化气、酸类和化学制剂等货物、液体食物产品(如：牛奶、植物油、酿酒原料)以及某些散装(粉状的)货物的主要运输工具，是铁路货车大家庭的重要成员。按照现代的分类方法，罐车全部属于专业化的运输工具。我国铁路罐车为适应铁路跨越式发展的技术政策，满足货物运输重载化、快捷化要求，提高罐车运输能力，实现中国铁路主型罐车的更新换代，西安厂从2003年起开始研制开发无中梁70t级轻、粘油重载罐车。该车按新的货车强度考核标准进行设计，采用心盘承载，轴重23t，载重比G70K型罐车提高8t，高业运营速度从100kmh高到120kmh，罐体采用了对称布置的直角斜锥斜底结构，对车辆结构整体的安全性、可靠性提出了更高、更具体的要求，对重载、高速条件下无中梁罐车结构强度、刚度的可靠性、安全性方面提出了新的课题。特别是无中梁罐车牵枕结构作为铁路罐车承上启下的关键结构，是主要承力部件，承受车辆的各种纵向冲击力和心盘载荷，受力情况非常复杂，整个结构直接关系到罐车的运行安全。因此，为满足70t级轻、粘油罐车的速度快、载重大的设计要求，适应牵引万吨列车的需要，设计一种安全可靠，材料利用车高，能够保证重载罐车在运营过程中的冲击和承载要求的重载罐车牵枕结构是本文急需解决的重要课题。罐车是用来装运各种液体、液化气体及粉末状等货物的一种车体成罐形的车辆。这些货物包括汽油、原油、各种粘油、植物油、液氨、酒精、水、各种酸碱类液体、水泥、氧化铅粉等。罐车在铁路运输中占有很重要的地位，约占我国货车总数的18。解放初期我国只能生产载重25t、有效容积仅为30.5m³的油罐车，1953年开始设计制造了载重50t、有效容积为51m³的全焊结构罐车，以后又制造了有效容积60m³、载重52t的罐车以及有效容积77m³载重63t的各种罐车。目前我国生产的直径和容积最大的罐车是中部直径为3100m m，有效容积为110m³的GQ型液化气体罐车，其罐体呈鱼腹形1。罐车的标记载重过去是指装水时的重量，所以50t的载重量意味着罐体容积为50m³。现在的标记载重量是以实际所装运油类、酸碱类的比重计算的。由于各种液体和密度不同罐车的实际载重量就须根据所运货物的性质来确定。因此，罐车的装载能力以体积来度量更为合适。罐内液体的重量不是用过磅来量得，而是测量罐体内所盛液体水平的高度，然后根据罐体容积表查得所盛液体的重量。对于每一种规格的罐体，均有其容积折算表。罐车均为整体承载结构，大部分罐车的车体都是由罐体和底架两大部分组成。由于罐体是一个卧式整体简型结构，具有较大的强度和刚度，罐体不但能承受所装物体的重量，而且也可承担作用在罐体上的纵向力。因此，罐车的底架较其它货车底架结构简单，有的罐车取消了底架，称为无底架罐车。本工程学士学位论文的研究课题就是通过对70t级轻、粘油无中梁重载罐车牵枕结构的设计、选型和开发思路作以论述，探讨和总结无中梁罐车牵枕结构的一般规律，从而对无中梁类罐车的牵枕结构设计和制造提供帮助。本论文所作的主要工作如下：一、阐述国外无中梁罐车发展历史，总结论述国外无中梁罐车牵枕装置的结构组成及特点，指明了我国无中梁罐车未来的发展方向；同时，对我国无中梁罐车从无到有的发展历程进行介绍，总结了我国无中梁罐车从运用实践中取得的经验教训，为70t级无中梁罐车设计提供借鉴。二、通过对国际上著名的铁路运营公司实施重载货运的情况介绍，从重载运输采用的新技术、新成果以及重载运输带来的经济效益和发展前景等方面，综合分析和阐述重载货运的成功经验和铁路发展的重要意义，提出重载运输对无中梁罐车牵枕结构的要求。三、通过对70t级轻、粘油罐车牵枕结构设计的问题分析，牵引梁和枕梁结构的设计选型，不同结构方案的有限元对比分析计算，以及关键结构的计算研究，论述了无中梁罐车牵枕结构的受力特性及一般规律，通过方案对比说明选型的合理性。四、为了验证牵枕结构强度和刚度的可靠性，本文采用ANSYS有限元计算分析软件，依据70t级货车强度考核标准对设计的牵枕结构进行了有限元的静强度计算，结果表明牵枕结构在各载荷工况下，各部件材料许用应力能够满足TBT1335的标准要求。同时，反映了在不同工况条件下牵枕结构的应力分布特性。五、为提高车体抗疲劳设计水平、避免设计缺陷、提高产品可靠性，采用AAR机务规程(第章新造货车的疲劳设计)车体疲劳设计方法，计算车体各部位在垂向、侧滚、扭转、车钩垂向及纵向载荷谱作用下的疲劳寿命。评价车体疲劳寿命是否满足使用要求、指出疲劳薄弱部位、给出疲劳寿命指标、避免设计缺陷、提高产品疲劳寿命及其可靠性。1.1 国外无底架罐车的发展历史无中梁罐车起源于德国，20世纪中期在美国开始大量使用。目前，除部分装运腐蚀性介质的罐车外，大部分罐车(包括液化气体罐车)都采用无中梁结构。前苏联、日本、南非、德国也向无中梁罐车结构方向发展。北美铁道车辆中罐车占17，罐车的最初运用应归功于宾夕法尼亚州米德维尔德Densore兄弟。为了将宾夕法尼亚油田的原油高教地运出，他们亍1865年将2个巨大的术桶放在平车上，安装密封盖后，这些车能装载1325m3(3 5009a1)的油。随着安全的提高和桶的有效运用，这些“油罐车”立刻得到成功地运用”。不久，随着Densmore设计的改进和普及，一位发明者将2个桶合而为一，将桶纵向放在平车上。1869年，为防止桶板间的泄漏，宾夕法尼亚约克市的Empire运输公司将铆接的铁罐直接安装在木制底架上而代替垂直的木桶。Empire公司的车辆采用了这种设计型式，在以后的90年，普遍保持了该种型式。除了全金属罐体外，在罐顶设有给货物提供热膨胀空间的空气包、用于“呼吸”的气孔和底部用于快速卸货的阀门。这些车运营了多年，将原油运输到炼油厂，再将荷炼产品运输给批发高。正是在这一阶段，“罐车”这一名词开始使用。1900年，随着对更长、更快列车的强烈需要，标准石油公司的John VanDyke设计了1种全新的罐车，该罐车采用双行铆的钢罐。为了利用更强的罐体，他废弃了底架，把罐体直接铆接在中梁的鞍座上，并直接放在转向架上。牵引梁装在鞍座上。尽管van Dyke所设计的结构证明是可行的，但仅有少量车投入运用，该车是现代无中梁罐车的前身。Van Dyke所设计的结构起初并没有得到人们真正的认识，随着设计手段的提高以及对罐车结构的深入了解，对材料利用率的进一步提高，人们开始认识到这种结构的所带来的巨大价值，与有中梁罐车相比无中梁罐车有其无法比拟的优越性。采用无中梁结构最直接的效果是降低了自重，提高了罐车载重，降低了运营成本，提高了运输效车，简化了检修作业。因此，从20世纪50年代以来在北美制造的所有罐车几乎都是无中梁设计，并在AAR机务手册罐车分艇中对无中梁罐车牵枕结构进行了详尽的规定和要求，这些都对无中梁罐车的普及和标准化生产创造了条件，目前无中梁罐车技术日趋成熟，已成为国际铁路罐车的主型结构。但是，从无中梁罐车的运用情况来看，这种结构也存在一定的事故隐患，在20世纪90年代初期，至少有1 2个梁断裂发生在此时期的无中梁罐车上。1100辆车的检查结果表明，疲劳断裂绝大部分发生在这种设计的牵引梁与罐体连接处。因此，保证牵枕结构的使用寿命。”，提高结构的可靠性，成为北美铁路的关键课题”。为进一步认识无中梁结构，解决因疲劳造成的结构失效，北美铁路成立了一个委员会，这个技术委员会后来被称之为“牵引梁工作组(SSwG)”。它的成员包括一些制造厂高和车主，FRA、从R、铁道发展学会(RPI)、加拿大运输公司以及化学制造高协会，该委员会雇用了相当于一个独立的第三方项目管理的西南研究学会(swRI)，采用失效容限分析的方法对无中梁牵枕结构进行全尺寸疲劳裂纹扩展预测验证试验，目标是用试验方法验证失效容限分析研究办法。通过大量的试验验证，对无中梁罐车牵枕结构有了更深入的了解，提出对每一罐车均要进行失效容限分析的要求，目前此项工作仍在进行中“”。至今，大型罐车已成为美国的主型罐车。法国使用110m³的液氨和液化石油气罐车，同本已推广745m³的液化石油气罐车。在这些大型罐车中，不少采用无底架结构，也有采用有底架结构的。通常罐车可分为非压力罐车、压力罐车和其它罐车。非压力罐车的罐体壁厚相对压力罐车较薄，供通常情况下运输无危险和低蒸发压力、低介质有毒液体货物，也包括食物如液体糖和蔬菜油；化学品如乙二醇乙烯、橡胶浆和硫磺；石油产品如燃料和润滑油及各种陶粘土泥浆。压力罐车罐壁更厚，装载高蒸汽压力压缩的、液化的商品，以及常温下通常为气体的物质，这包括液化石油气、氯气、无水氨和二氧化碳5。1.1.1国外无中粱罐车牵枕结构的结构组成及特点国外研究无中梁罐车起步较早，20世纪中期无中梁罐车在美国开始大量使用。经过几十年的运用考验和理论研究，各罐车设计、制造厂先后西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第6页研制开发了具有各自特点的无中梁罐车，积累了大量的设计制造经验，形成了相关的无中梁罐车牵枕结构的从R标准“。几种无中梁罐车的牵枕结构，形式各异、各具特点，现将北美几种常见的牵枕结构形式及特点介绍如下：1.1.2 牵引粱腹板美国无中梁罐车为了提高罐内运输介质的卸净车，方便清洗作用，罐体结构经历了从圆柱形筒体结构向直角斜锥圆截面斜底罐体结构和浅“V”形圆柱简体结构的改进。改进后罐车罐体底板由罐体两侧封头处向中部倾斜，早期的斜底罐体结构采用直锥结构，结构对罐体板材的前期下料、焊接等预处理工序要求较高，工艺相对较为复杂：为改善其工艺性，美国罐车又设计了浅“V”形圆柱简体结构，由两截圆柱形筒体拼焊成对称布置的“V”形结构。因为罐车牵枕结构是通过牵引梁与罐体底部牵引梁上盖板焊接成为一体，因此随着罐体形式的不同，牵引梁腹板各异，常见有“截面不变型”和“截面渐变型”两种。“截面不变型”牵引梁主要用于圆柱形筒体结构，“截面渐变型”牵引梁主要用于斜底罐体结构和浅“V”形圆柱简体结构。但罐体尾部的腹板均相同，呈线性递减。1.1.3 前从板座美国罐车的前从板座结构的发展经历了“焊接式前从板座”、“分体式铸造前从板座”以及“一体式铸造前从板座”等阶段的改进恤。车辆载重的不断提高，万吨列车普遍开行，车辆承受的纵向冲击力不断提高，使“焊接前从板座”经常在从板座根部焊缝处出现焊接裂纹，影响到铁路罐车的运行安全。为保证运输安全，提高前从板座结构的可靠性，解决焊接结构焊接应力较大的问题，随着铸造水平的提高，铸造材料的机械性能更加优越， B级钢、c级钢材质的“铸造前从板座”被广泛应用到罐车牵枕结构中，很好地满足了因牵引力的不断提高对前从板座结构强度的要求¨。同时，前从板座与牵引梁直接的连接形式也从原来的焊接连接变成拉挤铆钉连接形式，采用铆接结构提高了前从板座的抗剪切性能，避免了因焊接裂纹造成的车辆检修次数，同时方便了检修作用。1.1.4后从板座和上心盘座随着铸造水平的提高和贯彻一体化设计的思想，北美铁路罐车后从板座和上心盘座的结构设计经历了较大的变化和改进，由过去相对独立的后从板座和上心盘座改进成将后从板座和上心盘座铸造成一体，有的罐车则将后从板座、上心盘座及上心盘铸造成一体，通过焊接与牵引梁、枕梁连接起来共同承担车辆载荷，这样改进的最大优点是从设计上简化了制造，节约了成本，同时提高了结构的可靠性；但是，一体式结构也对铸件的质量、焊接缺陷的检验、控制以及检修作业提出了更高的要求在美国通常对该部结构实施与整车等寿命设计，实现免维护、零检修，当然这样做起来很不容易心“。1.1.5 枕梁结构罐车所装运的介质多为易燃、易爆、有毒、腐蚀等危险的石油化工产品，罐车在运行中的安全性和可靠性直接危及铁路运输安全和铁路沿线公民的生命安全。因此，北美铁路一直致力于铁路罐车的可靠性研究，降低因罐车事故对周围环境的破坏和人员、财产损失。 枕梁结构是罐车的主要传力和承力的安全部件，各生产厂均对枕梁的受力状况进行优化分析和研究，设计出了多种型式枕梁，经分类汇总可分为以下几种： 1“单腹板+侧盖板+顶车箱形”结构(见图11)。为NATx公司的无中梁罐车枕梁结构。由枕梁腹板、“7”形侧盖板和顶车用箱形结构组成。该结构的特点是：侧盖板与枕梁腹板间的施焊空间小，对焊缝要求较高；采用双腹板顶车箱形结构，焊缝多，压型件多，工艺性较差。在早期的无中梁罐车上使用。 图11 2“单腹板+侧盖板(无顶车箱形)”结构(见图12)。为CELX公司。、RELX公司的无中梁罐车枕梁结构多采用单腹板侧盖板结构。结构简单，但对腹板和盖板的强度、刚度有更高的要求。是无中梁罐车枕梁的主要形式之一。 图12 3“单腹板+侧盖板+矩形型钢起吊连杆(无 顶车箱形)”结构(见图13)。该结构在单腹板、侧盖板结构的基础上增加了矩形型钢起吊连杆结构，在满足枕梁受力的同时，方便制造、检修过程中的吊装罐体作业(如GATx公司采用该结构作为主型结构)。 图134“单腹板(小)+顶车筋板和盖板(无侧盖板) ”结构(见图14)。该车枕梁在鞍座边角处取消了侧盖板，枕梁仅由单腹板和下盖板组成，为保证罐车在承受心盘冲击、侧滚、扭转、顶车工况条件下的可靠性，因此枕梁腹板和下盖板均被设计的比较强大来保证安全。 图14 5“单腹板+短侧管+下盖板+顶车腹板”结构 (见图15)。为改善侧盖板和无侧盖板单腹板枕梁鞍座边角处的受力状况，鞍座边角处采用了圆管结构，枕梁下盖板下侧焊接单腹板、顶车下盖板结构。 图156“单惺板+下盖板+侧管支柱”结构(见图16)。Procor公司的主型罐车采用单腹板、侧管支柱结构，用钢管代替侧盖板，既优化了结构、 简化了工艺，又提高了顶车工况的构定性，改善了鞍座边角处的应力水平。 图167“双腹板+下盖板+宽侧盖板”结构(见图17)。针对低重心、压力罐车采用了双腹板、宽侧盖板结构，增强了枕梁的结构强度和刚度，降低了鞍座边角处的应力水平，提高了牵枕结构的可靠性。 图17。1.2 国内无底架罐车的发展历史1.2.1 我国铁路罐车的发展现状解放后，随着社会主义建设事业的发展，特别是石油工业的迅猛发展，要求铁路车辆部门提供大量质量良好的罐车，以解决运能和运量的矛盾。因此，我国铁路车辆部门于建国后不久即着手设计、制造铁路罐车。1953年以前制造的罐车是仿照日伪图纸进行的。1953年以后开始自行设计和制造。多年来，经过不断地实践、认识及改进，使罐车的技术性能逐步提高，结构日趋完善。铁路罐车从大结构上可分为有中梁罐车和无中梁罐车。我国早期的罐车产品均为有中梁结构，罐体通过罐带和上下鞍结构安装在底架上，由中梁来传递牵引力。1953年设计制造的G50型轻油罐车和G10型浓硫酸罐车的底架，其中梁采用300×89×11.5的槽钢和8mm厚的上、下盖板，侧梁采用200×73×7的通长槽钢，两枕粱之间设有两对大横梁。考虑到罐体的刚度比较大，罐体的自重与载重等垂直载荷绝大部分又是直接经心盘传给转向架的；同时我国的铁路车辆都是采用自动车钩和中央缓冲器来传递纵向力的，中梁主要承受牵引力和冲击力，这就给逐步简化罐车底架结构提供了根据。1956年设计、制造的G50型轻油罐车，侧梁改为140×58×6的槽钢。1957年设计、制造的G50型轻油罐车，端侧梁改为200×73×7的槽钢，取消了两枕梁间的侧梁和两对大横梁及中梁下盖板。1959年设计、制造的G50型轻油罐车，改变了枕梁两端的罐带座和顶车支架部分的结构，同时采用160×63×7槽钢的端侧梁。多次改进过的底架结构，经过多年来的运用实践，表明它有着足够的强度和刚度，同时它还具有自重轻、便于生产与检修等优点，是我国铁路有中梁罐车底架的主要结构形式6。随着生产的不断发展和焊接工艺水平的提高，同时考虑到罐体的强度和刚度比中梁的强度和刚度大的多，纵向力可由罐体来承受，因此这就给设计制造无中梁罐车提供了依据。1958年以来，为了探索既适合运用、方便检修，又可减轻车辆自重的无中梁罐车结构，先后共设计、制造了十余种无中梁罐车。我国的第一辆无中梁轻油罐车是大连机车车辆厂于1958年试制成功的(G60型轻油罐车)。该车罐体采用3号普通碳素钢焊接而成，各部分板厚为：上板9mm，端板llmm，除鞍座部分12mm外，底架中部11mm。罐体内径为2800mm端板曲率半径为3500mm，端板过渡半径为100mm。罐体总容积为80.79m³，空气包为椭圆形。这种罐车共试制了两辆，运用两年以后经静强度试验表明，无中梁罐车结构是合理和可行的，可以投入生产。但由于当时水压机设备的原因，大批生产罐体内径为2800mm的罐车尚有困难，因此，大连工厂于19601961年间又设计并批量生产了罐体内径为2600mm的G16型无中梁、无空气包轻油罐车7。在总结无中梁罐车设计及制造等方面经验的基础上，大连机车车辆厂和四方车辆研究所共同设计并试制成功了无空气包、倾斜底、罐体内径为2800mm，端板曲率半径为3500mm，端板过渡半径为250mm，容积为80m³的G19型无中梁轻油罐车。G19型轻油罐车试制完成后，在寒冷地区投入运用，并进行了静强度试验。试验结果再次肯定了罐体是能够承担纵向载荷作用的。此后，大连工厂先后设计了罐体总容积为110m³的DLH9型无中梁液化气体罐车及援坦赞铁路用的无中梁轻油罐车。1970年设计、试制了两列G17A型无中梁粘油罐车专列，并投入运用考验。与此同时，又设计并批量生产量容积为60m³的G60A型无中梁轻油罐车。无中梁轻油罐车与有中梁轻油罐车相比，不仅降低了自重系数，而且罐体中心至轨面的距离也降低了3080mm，从而改善了罐车的运行平稳性。由于无中梁罐车取消了罐带、罐体托板及垫木等，因此大大地减轻了自重并方便了制造和检修，同时减小了木材的大量使用。 但均因计划经济时期的种种原因没有形成规模，并没有针对无中梁罐车运用中发现的问题做进一步深化分析、研究和完善，直到20世纪九十年代初，油品的运输仍然以G60轻油罐车和G17型粘油罐车为主；真正意义上的无中梁罐车的代表车型是2lt轴重的G70型轻油罐车以及随后研制的G