鐵路平車采用鋼木混合地板的探討

關(guān)雪梅，于世明，戴安國

（南車二七車輛有限公司 產(chǎn)品開發(fā)部，北京 100072）

我國鐵路平車多采用木質(zhì)地板，一般為紅松、黃花松等厚度 70 mm 的大徑材硬木。平車木地板結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主要由木地板、壓鐵、壓條、墊木、埋木卡鐵及螺栓組成。壓鐵和壓條置于木地板上，通過螺栓將木地板固定在平車底架上。由于底架上各橫、縱梁不在同一平面，墊木可保證木地板處于同一平面，而埋木卡鐵則起到為墊木定位的作用。平車采用木質(zhì)地板能夠較方便地釘入扒鋦釘，以便將擋木等加固器材固定，同時(shí)木材與裝載貨物之間具有較高的摩擦系數(shù)，便于對(duì)所裝載貨物進(jìn)行加固。我國鐵路平車經(jīng)過幾十年的發(fā)展，許多性能都得到了提升，但平車木地板結(jié)構(gòu)在運(yùn)用中尚存在一些問題。

1 木地板平車存在的主要問題

（1）木地板易破損。平車木地板普遍存在易破損問題，一般段修時(shí)需要對(duì)破損的地板進(jìn)行補(bǔ)修，而廠修時(shí)木地板損壞嚴(yán)重，基本上要對(duì)全部地板進(jìn)行更新。由于木地板易損壞，無法保證較長(zhǎng)的使用壽命，因此平車的檢修周期較一般通用車短，段修期1年(一般通用車2年)，廠修期5年 (一般通用車8年)。從入廠廠修的平車狀態(tài)來看，除木地板外，平車主要鋼結(jié)構(gòu)如中梁、側(cè)梁、枕梁、橫梁、端梁等技術(shù)狀態(tài)較好，其他制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等部件均與通用車型壽命相同，如果延長(zhǎng)地板壽命則可以適當(dāng)延長(zhǎng)平車廠修周期。

（2）竹木復(fù)合層積材地板運(yùn)用可靠性較差。平車地板還曾采用竹木復(fù)合層積材地板。根據(jù)對(duì) 2005—2007 年生產(chǎn)的 500 余輛竹木混合地板平車的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)用后，其外觀狀態(tài)優(yōu)于普通木地板，但芯材腐爛嚴(yán)重。因此，竹木復(fù)合層積材地板在廠修時(shí)需要全部更換成木質(zhì)地板。

（3）壓鐵等配件損壞、丟失。平車木地板還存在地板壓鐵和壓條損壞、變形、丟失，地板緊固螺栓和螺母松動(dòng)、丟失等現(xiàn)象。在車輛運(yùn)用中，由于螺栓與螺母間未采取可靠的防松措施，在地板壓鐵和壓條受到貨物碾壓時(shí)，其端部易發(fā)生翹起、損壞，甚至出現(xiàn)配件嚴(yán)重變形及丟失等情況。受木地板結(jié)構(gòu)的影響，在站段現(xiàn)場(chǎng)如果更換個(gè)別破損的地板，需要拆下兩側(cè)長(zhǎng)度約 3 m 的壓鐵及緊固螺栓，工作量大，而且操作困難。

2 改進(jìn)平車地板的設(shè)想

平車地板在使用中因破損、折斷、腐爛等原因，修換率較大，這也是平車檢修周期短的主要原因。同時(shí)地板損壞后拆解和修復(fù)工作量較大。因此，平車地板的改進(jìn)應(yīng)重點(diǎn)考慮如何保護(hù)木地板，同時(shí)便于維修。國外平車地板除有鋼地板、木地板外還有鋼木混合地板，如圖 1、圖2所示。

分析國外平車鋼木混合地板，主要具有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）每個(gè)木地板單元周圍均有鋼制結(jié)構(gòu)保護(hù)，即使履帶反復(fù)碾壓，由于有鋼質(zhì)地板的支撐和保護(hù)，可以減少木制地板的損壞，從而延長(zhǎng)木地板使用期限，使平車的檢修周期適當(dāng)延長(zhǎng)。

（2）木地板被劃分成較小的單元，易于檢修和更換，方便作業(yè)。

（3）節(jié)約木材，特別是對(duì)地板材料的直徑?jīng)]有特殊的要求。

3 平車采用鋼木混合地板的試驗(yàn)

借鑒國外平車采用鋼木混合地板的經(jīng)驗(yàn)，其主要是在底架上方沿著車體縱向分別交替鋪設(shè)木地板和鋼地板。為了驗(yàn)證鋼木混合地板的使用性能，主要進(jìn)行了以下相關(guān)試驗(yàn)。

3.1 鋼木混合地板裝載履帶式裝備適應(yīng)性試驗(yàn)

在運(yùn)輸履帶式裝備時(shí)，車輪前后一般都會(huì)設(shè)有擋木，但也有部分履帶式裝備不另設(shè)加固裝置，運(yùn)輸中完全依靠摩擦力克服慣性力。因此，鋼木混合地板是否具有良好的防滑性能、滿足履帶式裝備的運(yùn)輸要求成為試驗(yàn)的關(guān)鍵。

為此，在鋼木混合地板和木制地板裝載坦克的對(duì)比沖擊試驗(yàn)中，試驗(yàn)以 NX17K型共用平車為對(duì)比車，試驗(yàn)樣車地板按鋼、木地板寬度比例不同設(shè)計(jì)了多種方案，分別裝載1輛 59 式坦克，裝載后坦克處于制動(dòng)位，不采取其他捆綁加固措施；沖擊速度范圍為 4～7 km/h，在每個(gè)速度級(jí)下沖擊3次，沖擊車總重為 100 t。對(duì)比測(cè)試坦克滑移量，以驗(yàn)證鋼木混合地板裝載履帶式裝備的適應(yīng)性，同時(shí)確定鋼地板和木地板的合理寬度比例，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同木地板形式裝運(yùn) 59 式坦克沖擊試驗(yàn)結(jié)果

（1）鋼地板寬 100 mm、木地板寬 300 mm 的鋼木混合地板裝載坦克后承受沖擊時(shí)，坦克滑移距離在 4～7 km/h 的沖擊速度下均小于 NX17K裝載坦克的滑移距離，因此可認(rèn)為鋼地板寬 100 mm、木地板寬 300 mm 的鋼木混合地板對(duì)裝載坦克具有較好的適應(yīng)性。

（2）鋼地板寬 100 mm、木地板寬 100 mm 的鋼木混合地板裝載坦克后承受沖擊時(shí)，在 4～5 km/h的沖擊速度段內(nèi)，坦克滑移距離與 NX17K裝載坦克的滑移距離相近，但 6～7 km/h 的沖擊速度下坦克滑移距離明顯超過NX17K裝載坦克的滑移距離。因此可認(rèn)為鋼地板寬 100 mm、木地板寬 100 mm 的鋼木混合地板對(duì)裝載坦克的防滑能力低于 NX17K型平車，不適應(yīng)坦克的裝載。

（3）鋼木混合地板平車裝載坦克等履帶式車輛時(shí)，改變了以往完全靠木地板提供的摩擦力克服慣性力的方式，當(dāng)平車受到?jīng)_擊時(shí)，坦克除受到地板的摩擦力外，鋼地板還對(duì)履帶形成剛性阻擋，即通過鋼地板的邊緣卡住坦克履帶的凸緣，從而有效地阻止坦克的滑移，如圖3所示。

圖3 鋼地板邊緣防止坦克履帶滑移示意圖

3.2 鋼木混合地板裝載典型貨物對(duì)比沖擊試驗(yàn)

根據(jù)《鐵路貨物裝卸加固規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱《加規(guī)》)的規(guī)定，貨物在裝載時(shí)，應(yīng)使用必要的裝載加固材料和裝置。平車的裝載加固方案都是基于木質(zhì)地板而制訂的，為驗(yàn)證這些裝載加固方案是否適用于鋼木混合地板平車，從《加規(guī)》規(guī)定的 558 種采用平車及共用平車裝載的定型方案中，選擇了鋼卷和箱式貨物2種典型貨物，分別在鋼木混合地板和木地板上進(jìn)行沖擊對(duì)比試驗(yàn)。

為使除地板結(jié)構(gòu)以外的其他沖擊條件基本相同，被試車輛選擇了同一輛 NX70型共用車。首先，將鋼木混合地板固定在 NX70型共用車上 (鋼地板寬100 mm，木地板寬 300 mm) 進(jìn)行試驗(yàn)。其次，再按同樣方式在木地板上進(jìn)行試驗(yàn)。被試車輛分別裝載鋼卷和箱式貨物，并嚴(yán)格按照《加規(guī)》的規(guī)定裝載和加固，其中箱式貨物分為直接置于地板上 (模擬裝載機(jī)械設(shè)備) 和墊有橫墊木2種方式。沖擊對(duì)比試驗(yàn)共計(jì) 6個(gè)工況，各工況下緊固貨物的鋼絲繩預(yù)緊力均設(shè)為10 kN，沖擊車總重 100 t，沖擊速度均為 5 km/h，每個(gè)工況沖擊5次。對(duì)比測(cè)試貨物在地板上的滑移距離和鋼絲繩上的拉力增加值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，在 5 km/h 沖擊速度下，各工況下貨物在2種地板上的位移量基本沒有差異。而當(dāng)貨物裝在鋼木混合地板上時(shí)其加固繩索上的最大拉伸力略大于在木地板上的拉力，但拉伸力增加值均在10% 以內(nèi)。裝鋼卷、直接裝箱式貨物和墊有橫墊木的箱式貨物 3 種裝載工況下其加固繩索的拉力分別增加了 7.57%、9.64% 和 3.80%，表明在貨物與地板間增加墊木等隔層可降低2種地板對(duì)加固繩索拉力產(chǎn)生的差異。

表2 不同地板結(jié)構(gòu)裝載典型貨物沖擊試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

4 結(jié)論與建議

（1）我國鐵路平車的地板普遍采用木地板結(jié)構(gòu)，但木地板存在易破損、易腐蝕等問題。借鑒國外成熟經(jīng)驗(yàn)，平車地板采用鋼木混合結(jié)構(gòu)可以有效保護(hù)木地板，方便地板維護(hù)，從而延長(zhǎng)平車的檢修周期。

（2）鋼質(zhì)和木質(zhì)比例適當(dāng)?shù)匿撃净旌系匕澹梢詽M足坦克等履帶式裝備的運(yùn)輸，由于目前試驗(yàn)中裝載的貨物類型有限，而且各種貨物裝載加固位置和方式存在較大差異，鋼木混合地板需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)加固位置和加固器材進(jìn)行調(diào)整，既有裝載加固規(guī)程對(duì)鋼木混合地板的技術(shù)要求，需進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)和運(yùn)用考驗(yàn)。

（3）對(duì)于貨物裝在鋼木混合地板上時(shí)拉力增大的問題，可以考慮在鋼質(zhì)地板上設(shè)置拉環(huán)等加固點(diǎn)，通過增加貨物加固繩索以降低每根繩索的拉伸力。

（4）鋼木混合地板在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮在鋼地板上增加摩擦力或止擋，防止貨物打滑；木地板高度應(yīng)高于鋼質(zhì)地板，使貨物裝載時(shí)首先與木地板接觸，增加貨物的摩擦力。

（5）對(duì)固定木地板的螺栓應(yīng)實(shí)施防松、防盜等設(shè)計(jì)。