论文部分内容阅读
[摘 要]文章详细介绍了CKD9B型内燃机车司机室钢结构的组成和结构设计，对其前脸、侧墙、顶盖和后墙从高强度轻量化设计的角度进行了详细的结构介绍。
[关键词]司机室 钢结构 内燃机车 高强度 轻量化
中图分类号：G51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0055-01
1.概述
CKD9B型电传动内燃机车是我公司为出口新西兰国家铁路（Kiwi Rail 公司）设计生产的客、货运干线内燃机车。机车装用MTU20V4000R43 柴油机，装车功率2700kW，机车最大起动牵引力370 kN，最高运行速度100km/h。采用交直流主传动，交流辅助传动，WABTEC 26-L制动系统。其车体是外廊式底架承载双司机室结构。本文主要介绍其司机室钢结构的设计内容。
2.司机室钢结构的整体设计
司机室钢结构整体可分为六大部分，即司机室前脸，司机室前窗框，司机室左侧墙，司机室右侧墙，司机室后墙和司机室顶盖。最大外形尺寸1937×2810×2200mm。窗框部分采用后倾角设计并与顶盖连接，最大限度的满足司机室前方的视野要求。
在设计重量方面，为了满足出口新西兰CKD9B型内燃机车的轴重要求，司机室钢结构的整体设计重量约为1.4吨。所有钢结构均采用焊接性能优良的低合金高强度结构钢板材，经激光切割、折弯、压型等工艺加工制造而成，低合金高强度结构钢具有很好的低温特性，使机车能满足-40℃的低温运行环境要求。不仅满足了钢结构自身的整体强度，而且还在其基础上进一步优化了设计重量，使司机室钢结构达到了高强度轻量化的设计要求。
3.司机室前脸设计
前脸的设计不仅要考虑其外形的美观大方，还需要考虑其结构强度和安全性。
在机车行进过程中，司机室前脸需要承受来自机车前进方向的空气阻力，而且还需要为前窗、刮雨器、标志灯、前罩板等附件设备的安装预留空间和安装接口，所以司机室前脸在整体司机室钢结构中起着至关重要的作用，因此对于它的设计不仅需要考虑其自身的结构强度，还需要考虑其上设备的安装空间等因素。
司机室前脸采用板与方管连接结构，设计重量约为528.7Kg，其上覆以蒙皮，蒙皮采用厚钢板压型而成，后部设计有加强筋板和方管并且与前窗框的鼻梁相连接，形成整体承载结构，以增加其刚度。司机室前脸装配的拐角处采用独立的立柱装配结构并于筋板、方管及蒙皮以焊接的形式相连接。筋板与方管焊接后的缝隙处以打胶的形式进行密封，防止漏水。
4.司机室前窗框设计
司机室前窗框的设计在考虑其结构强度和安全性的基础上，还要充分考虑到驾驶员的视野以及瞭望角度。
司机室前窗框主要分为前窗框钢结构、蒙皮、刮雨器垫板、头灯安装座、红标志灯安装座和风喇叭安装座六部分组成。设计重量约为225.6kg。前窗框采用梁与U型槽钢的拼接结构，窗框的中间设计有一根鼻梁，以加强结构强度。根据《GB/T6769-2000机车司机室布置规则》和《GB5914.1-2000机车司机室瞭望条件》中的相关技术要求，前窗框的设计宽度为2636毫米，窗距地板面高度约1米，这样可以保证无论司机处于坐着或站着的状态驾驶机车，均可以清楚的瞭望机车前进方向的路轨和信号情况。前窗框蒙皮采用厚钢板压型而成，前窗安装有刮雨器，后部设计有加强筋板，缝隙处均已打胶的形式进行密封以增加其刚度。焊接时必须保证焊缝密封，防止漏水。
5.司机室左、右侧墙的设计
司机室侧墙在装配时与机车纵向面之间存在2°的夹角，这样可在保证司机室内部空间足够的情况下，减小机车行进时的空气阻力。从司机室的整体结构来看，司机室侧墙结构主要承受来自司机室前方的压力，并且将压力分解之后均匀的传向车体的后方，从而使应力流可以均匀的流向整个车体的侧墙，以实现整个车体钢结构整体承载的目的；与此同时司机室侧墙结构还需承载来自司机室顶盖的重量，因此在设计上应使其结构具有较高的刚度和较强的承载能力。
司机室侧墙的主要由蒙皮与骨架组成，并且左、右侧墙采用对称的设计结构，只在个别梁的结构上进行微调，以适应个别设备走管走线的需要。基本对称的设计结构使司机室左、右侧墙的承载状态基本相同，避免了左、右侧墙因结构上的差异而导致的受力不均匀。侧墙骨架中布置有上悬梁和立柱，其内部衬有加强筋板，起主要的支撑和承载作用，其间还布置有侧窗窗框、横纵向槽钢梁、角钢梁，分别起到连接和加强的作用。与此同时除了横向与纵向布梁之外，在骨架里还增加了斜向的支撑梁。斜向支撑梁的布置使骨架的局部形成桁架结构，增加了结构强度，提高了承载能力。侧墙蒙皮采用薄钢板压型而成，覆盖在骨架外侧，与骨架采用断续焊方式连接。
6.司机室顶盖的设计
在司机室钢结构中，顶盖将司机室前脸、左右侧墙和后墙连接成为一个整体，形成一个完整的箱型结构。其中顶盖主要受到来自机车横向的压力和自身的重力作用，因此在其结构设计中，横向的布梁显得尤为重要。
司机室顶盖主要分为蒙皮和顶棚骨架两部分，设计重量约为228kg。顶棚骨架钢结构纵向采用两根矩形梁支撑，举行两之间依靠横向的梁装配相连接，顶棚骨架中心附以顶灯安装法兰，顶灯安装法兰同样连接两根纵向的矩形梁，形成整体承载结构，增强顶棚的强度和刚性。顶棚骨架中相应走管的横梁开孔处衬有加强槽钢，为风笛走管预留的开孔方式从上一代车的开放孔更改为封闭的圆孔已加强骨架的强度及可靠性。为风笛走管预留的开孔处进行预埋管的结构，各梁之间的的间隙应尽量均匀，保证叫薄的蒙皮在焊接时的平面度要求。蒙皮与顶棚骨架之间采用断续焊的方式连接，焊接蒙皮之前应先阻焊预埋的管子，并对预埋管进行水压实验。
7.司机室后墙的设计
司机室的后墙在整车的钢结构中承受一部分由车体底架传递的弯曲载荷，对其结构强度也有较高的要求，而且由于后墙上安装有司机室的后门、添乘座椅和灭火器等装置，对于司机室后墙的强度及刚度要求尤为重要。后墻门框是采用板厚较厚的压型槽钢拼接成的框架结构，其余的骨架也均采用压型槽钢组成，骨架上还设有添乘座椅的安装法兰。与此同时为了保证蒙皮在焊接时的平面度要求，在骨架的适当部位还设有角钢作为支撑。
8.结束语
CKD9B型电传动内燃机车司机室钢结构在设计上采用了标准化的设计理念，不仅满足了安全性、可靠性的要求，而且还是司机室钢结构达到了高强度轻量化的设计要求。为内燃机车司机室的技术创新提供了新的经验与借鉴。
[关键词]司机室 钢结构 内燃机车 高强度 轻量化
中图分类号：G51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0055-01
1.概述
CKD9B型电传动内燃机车是我公司为出口新西兰国家铁路（Kiwi Rail 公司）设计生产的客、货运干线内燃机车。机车装用MTU20V4000R43 柴油机，装车功率2700kW，机车最大起动牵引力370 kN，最高运行速度100km/h。采用交直流主传动，交流辅助传动，WABTEC 26-L制动系统。其车体是外廊式底架承载双司机室结构。本文主要介绍其司机室钢结构的设计内容。
2.司机室钢结构的整体设计
司机室钢结构整体可分为六大部分，即司机室前脸，司机室前窗框，司机室左侧墙，司机室右侧墙，司机室后墙和司机室顶盖。最大外形尺寸1937×2810×2200mm。窗框部分采用后倾角设计并与顶盖连接，最大限度的满足司机室前方的视野要求。
在设计重量方面，为了满足出口新西兰CKD9B型内燃机车的轴重要求，司机室钢结构的整体设计重量约为1.4吨。所有钢结构均采用焊接性能优良的低合金高强度结构钢板材，经激光切割、折弯、压型等工艺加工制造而成，低合金高强度结构钢具有很好的低温特性，使机车能满足-40℃的低温运行环境要求。不仅满足了钢结构自身的整体强度，而且还在其基础上进一步优化了设计重量，使司机室钢结构达到了高强度轻量化的设计要求。
3.司机室前脸设计
前脸的设计不仅要考虑其外形的美观大方，还需要考虑其结构强度和安全性。
在机车行进过程中，司机室前脸需要承受来自机车前进方向的空气阻力，而且还需要为前窗、刮雨器、标志灯、前罩板等附件设备的安装预留空间和安装接口，所以司机室前脸在整体司机室钢结构中起着至关重要的作用，因此对于它的设计不仅需要考虑其自身的结构强度，还需要考虑其上设备的安装空间等因素。
司机室前脸采用板与方管连接结构，设计重量约为528.7Kg，其上覆以蒙皮，蒙皮采用厚钢板压型而成，后部设计有加强筋板和方管并且与前窗框的鼻梁相连接，形成整体承载结构，以增加其刚度。司机室前脸装配的拐角处采用独立的立柱装配结构并于筋板、方管及蒙皮以焊接的形式相连接。筋板与方管焊接后的缝隙处以打胶的形式进行密封，防止漏水。
4.司机室前窗框设计
司机室前窗框的设计在考虑其结构强度和安全性的基础上，还要充分考虑到驾驶员的视野以及瞭望角度。
司机室前窗框主要分为前窗框钢结构、蒙皮、刮雨器垫板、头灯安装座、红标志灯安装座和风喇叭安装座六部分组成。设计重量约为225.6kg。前窗框采用梁与U型槽钢的拼接结构，窗框的中间设计有一根鼻梁，以加强结构强度。根据《GB/T6769-2000机车司机室布置规则》和《GB5914.1-2000机车司机室瞭望条件》中的相关技术要求，前窗框的设计宽度为2636毫米，窗距地板面高度约1米，这样可以保证无论司机处于坐着或站着的状态驾驶机车，均可以清楚的瞭望机车前进方向的路轨和信号情况。前窗框蒙皮采用厚钢板压型而成，前窗安装有刮雨器，后部设计有加强筋板，缝隙处均已打胶的形式进行密封以增加其刚度。焊接时必须保证焊缝密封，防止漏水。
5.司机室左、右侧墙的设计
司机室侧墙在装配时与机车纵向面之间存在2°的夹角，这样可在保证司机室内部空间足够的情况下，减小机车行进时的空气阻力。从司机室的整体结构来看，司机室侧墙结构主要承受来自司机室前方的压力，并且将压力分解之后均匀的传向车体的后方，从而使应力流可以均匀的流向整个车体的侧墙，以实现整个车体钢结构整体承载的目的；与此同时司机室侧墙结构还需承载来自司机室顶盖的重量，因此在设计上应使其结构具有较高的刚度和较强的承载能力。
司机室侧墙的主要由蒙皮与骨架组成，并且左、右侧墙采用对称的设计结构，只在个别梁的结构上进行微调，以适应个别设备走管走线的需要。基本对称的设计结构使司机室左、右侧墙的承载状态基本相同，避免了左、右侧墙因结构上的差异而导致的受力不均匀。侧墙骨架中布置有上悬梁和立柱，其内部衬有加强筋板，起主要的支撑和承载作用，其间还布置有侧窗窗框、横纵向槽钢梁、角钢梁，分别起到连接和加强的作用。与此同时除了横向与纵向布梁之外，在骨架里还增加了斜向的支撑梁。斜向支撑梁的布置使骨架的局部形成桁架结构，增加了结构强度，提高了承载能力。侧墙蒙皮采用薄钢板压型而成，覆盖在骨架外侧，与骨架采用断续焊方式连接。
6.司机室顶盖的设计
在司机室钢结构中，顶盖将司机室前脸、左右侧墙和后墙连接成为一个整体，形成一个完整的箱型结构。其中顶盖主要受到来自机车横向的压力和自身的重力作用，因此在其结构设计中，横向的布梁显得尤为重要。
司机室顶盖主要分为蒙皮和顶棚骨架两部分，设计重量约为228kg。顶棚骨架钢结构纵向采用两根矩形梁支撑，举行两之间依靠横向的梁装配相连接，顶棚骨架中心附以顶灯安装法兰，顶灯安装法兰同样连接两根纵向的矩形梁，形成整体承载结构，增强顶棚的强度和刚性。顶棚骨架中相应走管的横梁开孔处衬有加强槽钢，为风笛走管预留的开孔方式从上一代车的开放孔更改为封闭的圆孔已加强骨架的强度及可靠性。为风笛走管预留的开孔处进行预埋管的结构，各梁之间的的间隙应尽量均匀，保证叫薄的蒙皮在焊接时的平面度要求。蒙皮与顶棚骨架之间采用断续焊的方式连接，焊接蒙皮之前应先阻焊预埋的管子，并对预埋管进行水压实验。
7.司机室后墙的设计
司机室的后墙在整车的钢结构中承受一部分由车体底架传递的弯曲载荷，对其结构强度也有较高的要求，而且由于后墙上安装有司机室的后门、添乘座椅和灭火器等装置，对于司机室后墙的强度及刚度要求尤为重要。后墻门框是采用板厚较厚的压型槽钢拼接成的框架结构，其余的骨架也均采用压型槽钢组成，骨架上还设有添乘座椅的安装法兰。与此同时为了保证蒙皮在焊接时的平面度要求，在骨架的适当部位还设有角钢作为支撑。
8.结束语
CKD9B型电传动内燃机车司机室钢结构在设计上采用了标准化的设计理念，不仅满足了安全性、可靠性的要求，而且还是司机室钢结构达到了高强度轻量化的设计要求。为内燃机车司机室的技术创新提供了新的经验与借鉴。