肯尼亞X70型集裝箱專用平車自動(dòng)制動(dòng)閥損壞的分析及改進(jìn)

馬勇

（中國路橋蒙內(nèi)鐵路運(yùn)營公司，內(nèi)羅畢 00100）

0 引言

肯尼亞蒙巴薩—內(nèi)羅畢標(biāo)軌鐵路（蒙內(nèi)鐵路）開通運(yùn)營2 年多以來，運(yùn)輸安全基本穩(wěn)定。但截至2019 年9月30日，在內(nèi)羅畢ICD及賴茨港站內(nèi)已檢查發(fā)現(xiàn)集裝箱平車脫軌自動(dòng)制動(dòng)閥（簡稱脫軌閥）損壞300起，其中有51 起還直接導(dǎo)致了車輛脫線，成為蒙內(nèi)鐵路目前突出的安全隱患問題，且嚴(yán)重干擾了正常的運(yùn)輸秩序。因此，有必要對問題造成的原因進(jìn)行全面分析，并提出相應(yīng)的整改措施。

1 車輛概況

1.1 車輛用途

X70型集裝箱專用平車在蒙內(nèi)鐵路線路上使用（見圖1），載質(zhì)量70 t ，可裝運(yùn)單箱總質(zhì)量不大于35 t 、外形尺寸復(fù)合ISO 68 規(guī)定的2 個(gè)20 ft 集裝箱或1 個(gè)40 ft集裝箱［1］。

1.2 車輛主要性能參數(shù)

X70型集裝箱專用平車的主要性能參數(shù)見表1。

1.3 主要結(jié)構(gòu)

X70型集裝箱專用平車主要由底架、集裝箱鎖閉裝置、制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置和轉(zhuǎn)向架等部分組成。

圖1 X70型集裝箱專用平車運(yùn)輸40 ft集裝箱

表1 X70型集裝箱專用平車的主要性能參數(shù)

鎖閉裝置：底架上裝有集裝箱鎖閉裝置，兩端為固定式鎖閉裝置，中部為推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置，鎖頭均采用改進(jìn)型F-TR鎖，材質(zhì)為E級鋼。

為防止車輛脫軌后走行距離過長，該型車輛加裝有脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置，列車中任意車輛脫軌后，車軸將壓上脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置U 形拉環(huán)，進(jìn)而脫軌閥拉桿被拉斷，脫軌支路空氣與大氣溝通，全列車立即制動(dòng)［2］。

2 F-TR鎖工作原理

F-TR 鎖是我國自主研發(fā)的新型集裝箱鎖，具有獨(dú)特的鷹頭結(jié)構(gòu)，共有3 個(gè)斜面對集裝箱角件發(fā)生作用（見圖2）［3］。

圖2 F-TR鎖頭結(jié)構(gòu)和實(shí)物

當(dāng)集裝箱裝載時(shí)，集裝箱角件先沿著落箱上導(dǎo)向斜面向一側(cè)滑移，而后又沿著落箱下導(dǎo)向斜面向相反方向滑移，使集裝箱角件卡在F-TR 鎖的鷹頭下面。當(dāng)集裝箱起吊時(shí)，集裝箱角件沿著出箱導(dǎo)向斜面滑移出來。該鎖的鎖閉原理是鎖芯頭部的偏心結(jié)構(gòu)以及F-TR鎖組裝后其鎖頭外寬尺寸大于集裝箱角件孔的外寬尺寸，并將集裝箱進(jìn)出鎖頭的運(yùn)動(dòng)形式由垂直的單一形式轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪边\(yùn)動(dòng)+平面轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形式來鎖固集裝箱。為保證F-TR 鎖發(fā)揮作用，1 臺(tái)集裝箱的4 個(gè)FTR 鎖布置時(shí)，鷹頭方向?yàn)橥送?、兩端反向布置。角件在F-TR鎖頭上的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖3。

圖3 角件在F-TR鎖頭上的運(yùn)動(dòng)軌跡

3 集裝箱起吊操作規(guī)程

由于F-TR 鎖具有較強(qiáng)的鎖閉性能，在吊卸集裝箱時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行鐵路裝卸作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［4-7］。

3.1 裝箱前的準(zhǔn)備

（1）檢查鎖頭表面情況。鎖頭表面無裂紋、無變形等缺陷。

（2）檢查車體上各鎖的安裝方向。同一箱位的4個(gè)鎖頭須同端同向、兩端反向（見圖4）。

圖4 同一箱位的4個(gè)F-TR鎖頭布置示意圖

3.2 裝載集裝箱

（1）保證集裝箱下落平穩(wěn)，不允許發(fā)生劇烈碰撞。

（2）當(dāng)集裝箱下落到離鎖頭上平面高度約120 mm時(shí)，稍作停頓，等確認(rèn)集裝箱的4個(gè)底角件分別與鎖頭對準(zhǔn)后，方可繼續(xù)下落，裝箱到位（見圖5）。

圖5 裝箱過程示意圖

3.3 卸集裝箱

（1）起吊設(shè)備與集裝箱上角件配合好后，點(diǎn)動(dòng)試吊。

（2）無異常情況后，慢速豎直起吊，直至集裝箱的4 個(gè)下角件與各鎖體上平面之間的距離均大于110 mm（見圖6）。

（3）快速提升并吊離車體，完成卸箱。

4 卸箱時(shí)造成集裝箱帶起車體的原因

根據(jù)以上對F-TR 鎖頭的工作原理分析可知，在集裝箱卸箱時(shí)，集裝箱下部角件需沿著鎖頭卸箱導(dǎo)向面向上移動(dòng)，而卸箱導(dǎo)向面為斜面，導(dǎo)致集裝箱在向上移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而集裝箱在靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，鎖頭的4個(gè)卸箱導(dǎo)向面會(huì)對角件提供旋轉(zhuǎn)力矩，產(chǎn)生該力矩的力會(huì)反作用到鎖頭上。集裝箱提升速度越快，集裝箱角件沿鎖頭卸箱導(dǎo)向面的滑移速度越快，從而集裝箱的旋轉(zhuǎn)速度也越快，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩也越大，從而作用在鎖頭上的反作用力也越大。當(dāng)該反作用力的向上分力大于X70型集裝箱專用平車車體的重量時(shí)，集裝箱會(huì)將平車車體帶起［8-11］。起箱時(shí)集裝箱角件與F-TR鎖頭之間的相互作用力見圖7。

圖6 卸箱過程示意圖

圖7 起箱時(shí)受力示意圖

當(dāng)提升速度較慢時(shí)，集裝箱角件沿卸箱導(dǎo)向面的移動(dòng)速度較慢，集裝箱旋轉(zhuǎn)速度較低，所產(chǎn)生的作用力F較小，反作用力F’也較小，從而鎖受到的向上的分力F2’也較小。當(dāng)F2’小于集裝箱平車車體質(zhì)量時(shí)，車體不會(huì)被帶起。反之，當(dāng)提升速度較快時(shí)，集裝箱角件沿卸箱導(dǎo)向面的移動(dòng)速度較快，集裝箱旋轉(zhuǎn)速度較快，所產(chǎn)生的作用力F較大，反作用力F’也較大，從而鎖受到的向上的分力F2’也較大。當(dāng)F2’大于集裝箱平車車體質(zhì)量時(shí)，車體即會(huì)被帶起。

當(dāng)車體自重越大時(shí)，所需帶起力F2’也越大。意味著當(dāng)集裝箱提升速度相同的情況下，車體自重越大，對防止車體被帶起是有積極作用的。而X70型集裝箱專用平車由于要滿足載質(zhì)量和軸重的關(guān)系，限制了車體的自重。所以只能通過降低起箱速度來防止帶起車體問題的發(fā)生。

5 脫軌閥損壞原因分析

根據(jù)以上分析可知，造成集裝箱卡住帶起車體的原因?yàn)榧b箱提升速度過快造成。而車體被集裝箱帶起以后，車體與轉(zhuǎn)向架分離，由于轉(zhuǎn)向架車軸與脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置中脫軌閥拉環(huán)間的相互作用，導(dǎo)致脫軌閥遭到破壞。而脫軌閥設(shè)計(jì)之初的原理就是為了車輛在運(yùn)用過程中發(fā)生脫軌事故而緊急破壞脫軌閥，從而達(dá)到緊急制動(dòng)的目的。而卸箱時(shí)車體被帶起，對于脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置而言，與脫軌工況一樣。從而同樣會(huì)破壞脫軌閥。

通過對內(nèi)羅畢ICD 及賴茨港站內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，肯尼亞港務(wù)局裝卸作業(yè)人員完全未按照集裝箱起吊操作規(guī)程進(jìn)行裝卸作業(yè)，一是起吊過程中沒有任何點(diǎn)動(dòng)試吊過程；二是起吊時(shí)沒有確認(rèn)是否有異常情況，做到慢速豎直起吊，吊裝過程中箱體與車體分離瞬間起吊速度都很快；三是起重指揮人員沒有進(jìn)行任何確認(rèn)，甚至很多情況下都是背對集裝箱站立，沒有發(fā)揮指揮作用。

6 結(jié)論及改進(jìn)措施

X70型集裝箱專用平車是經(jīng)過我國長期大量運(yùn)用考驗(yàn)過的產(chǎn)品，F(xiàn)-TR 型鎖閉裝置原理簡單可靠，且運(yùn)用成熟。車輛本身的設(shè)計(jì)，能夠很好地滿足集裝箱的裝卸要求及運(yùn)輸功能。而在蒙內(nèi)鐵路開通運(yùn)營以來，已發(fā)生高達(dá)300起因卸箱造成車輛脫軌及脫軌閥損壞的事故，事故的原因是當(dāng)?shù)匮b卸作業(yè)人員操作不當(dāng)。根據(jù)上述分析提出以下改進(jìn)措施：

（1）加強(qiáng)裝卸作業(yè)人員的培訓(xùn)。由公司商務(wù)外聯(lián)部發(fā)正式函至肯尼亞港務(wù)局，要求港務(wù)局操作集裝箱的作業(yè)人員須為經(jīng)過培訓(xùn)且合格的操作人員（包括起重工和指揮人員）。只有起重工對起重設(shè)備操作熟練，工作時(shí)“細(xì)致、細(xì)心”，才能避免卸箱時(shí)集裝箱帶起車體，造成脫軌閥損壞甚至車輛脫軌問題的發(fā)生。

（2）由F-TR 鎖的作用機(jī)理，其特殊結(jié)構(gòu)對于起箱作業(yè)時(shí)的作業(yè)要求較高，稍有不慎，很容易造成箱體與車體分離不暢，而當(dāng)?shù)刈鳂I(yè)在“細(xì)致、細(xì)心”上的不足，使得作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行難以短期到位，這是中國裝備在肯尼亞遇到“水土不服”，也是導(dǎo)致問題頻發(fā)的另一重要原因，需要從技術(shù)層面加以解決。

2019年6月14日，邀請了我國F-TR 鎖技術(shù)人員到達(dá)內(nèi)羅畢，按預(yù)先制定的技術(shù)方案對2輛車（X7020107，X7020304）進(jìn)行了F-TR 鎖修形，6 月18 日，機(jī)輛部、運(yùn)輸部組織有關(guān)人員，對修形后的車輛在賴茨港進(jìn)行了集裝箱吊裝試驗(yàn)，試驗(yàn)過程表明修形改造后的車輛，箱體與F-TR 鎖的分離較未改造過的車輛明顯順暢，并且，這2 輛車目前經(jīng)修形之后已投入運(yùn)用近4 個(gè)月，4個(gè)月以來沒有發(fā)生任何安全問題，修形方案的安全性能也能滿足要求，經(jīng)前期初步詢價(jià)，完成所有車輛F-TR鎖修形的總費(fèi)用約人民幣80萬元。

（3）考慮在賴茨港站及ICD內(nèi)加裝“點(diǎn)動(dòng)試吊”安全量值控制系統(tǒng)，或給門吊加裝箱底與車地板間距離智能感應(yīng)系統(tǒng)，目前這2個(gè)系統(tǒng)在我國一些地方已經(jīng)開始采用，實(shí)際運(yùn)用效果較佳，但價(jià)格較高，若在ICD和賴茨港均安裝1套，約需人民幣400萬元。

綜合以上措施，為徹底解決肯尼亞X70型集裝箱專用平車自動(dòng)制動(dòng)閥損壞的問題，需進(jìn)行必要投入，對集裝箱平車F-TR鎖頭進(jìn)行修形。