用于馱背運(yùn)輸?shù)膸杰囕v裝載栓固技術(shù)要求的研究

鄒懷森 宗成強(qiáng) 李善坡 霍孟坤

1. 北京馱豐高新科技股份有限公司 北京 102208

2. 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院運(yùn)輸車輛運(yùn)行安全技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100088

3. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所 北京 100081

1 前言

馱背運(yùn)輸是指將裝有貨物的一種運(yùn)載工具放置在另一種運(yùn)載工具上進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞?，屬于多式?lián)運(yùn)的范疇。鐵路馱背運(yùn)輸方式可以將公路靈活、便捷的特點(diǎn)與鐵路運(yùn)量大、安全可靠的優(yōu)勢結(jié)合在一起，能夠快速、可靠地運(yùn)輸貨物，提高運(yùn)輸效率。同時(shí)由于其經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，馱背運(yùn)輸已經(jīng)成為歐美發(fā)達(dá)國家多式聯(lián)運(yùn)和門到門運(yùn)輸?shù)慕M織形式之一。隨著我國高速鐵路網(wǎng)的不斷完善和既有線路的技術(shù)改造，鐵路貨物運(yùn)輸能力得到有效釋放，為鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級提供了有利條件[1]。

2014年10月，國務(wù)院印發(fā)《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2014－2020年)》提出了加快推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展，探索構(gòu)建馱背運(yùn)輸?shù)榷嗍铰?lián)運(yùn)體系[2]。2015年，交通運(yùn)輸部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展多式聯(lián)運(yùn)示范工程的通知》（交運(yùn)發(fā)[2015]107號），將推進(jìn)多式聯(lián)運(yùn)的發(fā)展作為今后我國貨運(yùn)工作的重點(diǎn)工作之一。2016年，交通運(yùn)輸部等18個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布《交通運(yùn)輸部等十八個(gè)部門關(guān)于進(jìn)一步鼓勵(lì)開展多式聯(lián)運(yùn)工作的通知》（交運(yùn)發(fā)[2016]232號），大力支持“推廣先進(jìn)運(yùn)輸組織模式”，其中包含馱背運(yùn)輸模式[3]。

盡管鐵路貨運(yùn)管理部門對貨物裝載加固有著專門的規(guī)章，但這些規(guī)章沒有專門針對鐵路馱背運(yùn)輸車裝載馱背運(yùn)輸廂式貨車的相關(guān)規(guī)定，因此有必要對馱背運(yùn)輸廂式貨車的裝載栓固技術(shù)進(jìn)行研究，為馱背運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展提供技術(shù)支撐。本文主要從裝載要求、栓固要求、栓固裝置技術(shù)要求等方面展開研究。

2 裝載要求

裝載要求分為基本要求、馱背運(yùn)輸車輛貨物裝載、馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的裝載三大部分。其中馱背運(yùn)輸車輛貨物裝載的相關(guān)要求是適用于所有裝貨區(qū)域結(jié)構(gòu)型式為封閉貨廂的裝載。

2.1 基本要求

為了保證馱背運(yùn)輸車輛駛?cè)腓F路馱背運(yùn)輸車后，鐵路馱背運(yùn)輸車重心橫向偏移量可控，對馱背運(yùn)輸車輛左右輪胎的質(zhì)量偏差極限值進(jìn)行計(jì)算。按照《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（TG/HY 102-2015，簡稱《加規(guī)》）中的相關(guān)規(guī)定，貨物總重心投影橫向偏離鐵路貨車縱中心線距離不超過100 mm[4]，考慮目前馱背運(yùn)輸車輛輪胎與鐵路馱背運(yùn)輸車側(cè)墻間隙為20 mm，馱背運(yùn)輸車輛總重心投影偏離鐵路馱背運(yùn)輸車縱中心線距離按最大80 mm對其偏載值進(jìn)行估算，在馱背運(yùn)輸車輛質(zhì)量為40 t時(shí)，左右輪胎偏差8%，相當(dāng)于左右輪胎偏差為2 000 kg，具有可操作性和實(shí)施性。

相關(guān)計(jì)算方法如下：按照《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（GB 1589-2016）規(guī)定中三軸半掛車軸組（并裝三軸）的承載最高為24 t，貨廂寬度為2 550 mm，縱向中心線偏差為80 mm進(jìn)行計(jì)算，假定半掛車軸組所在的左側(cè)輪胎、右側(cè)輪胎為一獨(dú)立部分，進(jìn)行貨物裝載質(zhì)心位置計(jì)算。由于目前半掛車普遍使用雙胎，因此半掛車輪胎中心距TR通常為1 820～1 860 mm（見圖1），在計(jì)算裝貨后的縱向中心線位置時(shí)，以1 820 mm為參考進(jìn)行左右兩側(cè)輪胎上對應(yīng)承載質(zhì)量的計(jì)算。

圖1 貨物裝載質(zhì)心最大偏移距離計(jì)算

假設(shè)單側(cè)輪胎上的質(zhì)量分別為x噸、y噸，其質(zhì)心位置位于870 mm處，以其中一側(cè)為支點(diǎn)建立相應(yīng)的平衡方程式（1）：

可得左右兩側(cè)輪胎上對應(yīng)承載質(zhì)量分別為x=13.05 t，y=10.95 t。

再以輪胎間距為1 860 mm進(jìn)行計(jì)算，半掛車滿載時(shí)左右兩側(cè)輪胎的承載質(zhì)量分別為x=13.03 t，y=10.97 t。

按照三軸半掛車軸組質(zhì)量最大值為24 t，此時(shí)左右兩側(cè)輪組的質(zhì)量偏差分別為2.1 t和2.06 t，三軸半掛車軸組總質(zhì)量的偏差為8.8%和8.6%。根據(jù)從嚴(yán)控制、取整的原則，該值應(yīng)取8%。

2.2 馱背運(yùn)輸車輛貨物裝載要求

通過國內(nèi)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，如使用馱背運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)低附加值的貨物，其經(jīng)濟(jì)性很差，因此，推薦運(yùn)輸帶包裝的成件貨物。對于某些情況非托盤單元的貨物裝載，在裝載時(shí)難以實(shí)現(xiàn)與其他貨物的相容，需要根據(jù)其特點(diǎn)確定擺放的位置。

貨物裝載時(shí)，需要注意車輛的軸荷分配，不合理的軸荷分配會導(dǎo)致半掛車駛?cè)腓F路馱背運(yùn)輸車后，造成鐵路機(jī)車的轉(zhuǎn)向架軸荷超出限值要求，因此特別強(qiáng)調(diào)車輛軸荷分配合理。

貨物裝載過程中推薦廂內(nèi)左右對稱裝載，主要原因是鐵路馱背運(yùn)輸車對車輛偏載的相關(guān)要求，為避免車輛稱重時(shí)兩側(cè)輪胎的質(zhì)量偏差過大而需要對馱背運(yùn)輸車輛重新調(diào)整裝載，影響運(yùn)輸效率。

另外，多數(shù)半掛車裝載后的空間區(qū)域狹窄，不具備再次進(jìn)入貨廂內(nèi)對貨物進(jìn)行栓固的可能，因此推薦貨物裝載與栓固同步進(jìn)行，至于栓固的方式可由貨運(yùn)企業(yè)根據(jù)栓緊力的計(jì)算情況進(jìn)行合理的選擇。JT/T 882—2014中第4章5.3條規(guī)定了道路運(yùn)輸車輛貨物裝載的基本原則與裝載方式，也同樣適用于馱背運(yùn)輸車輛。

密度、質(zhì)量較大的貨物宜放置在車廂中下部，主要原因包括：a.放在車廂中部有利于牽引銷與后軸（組）進(jìn)行合理的軸荷分配；b.放在中下部時(shí)，不會損傷下方貨物，且如瞬時(shí)沖擊較大，可先沖擊前方的貨物，避免沖擊貨廂，導(dǎo)致廂體產(chǎn)生永久變形。

由于馱背運(yùn)輸車輛承運(yùn)的貨物多種多樣，運(yùn)輸過程中不免會遇到高寬比較大的不穩(wěn)定裝載物，不穩(wěn)定裝載物更易產(chǎn)生傾覆。為了保障運(yùn)輸貨物的安全，在標(biāo)準(zhǔn)中提出不穩(wěn)定裝載物不宜單獨(dú)進(jìn)行裝載，宜進(jìn)行單獨(dú)加固或與其他裝載物進(jìn)行配裝的相關(guān)要求，一方面可提高不穩(wěn)定裝載物的穩(wěn)定性，另一方面可提高貨廂容積利用率。

2.3 馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的裝載要求

馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上裝載時(shí)，馱背運(yùn)輸車輛總重心投影宜位于鐵路馱背運(yùn)輸車縱、橫中心線的交叉點(diǎn)上。然而馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背車的實(shí)際裝車過程中，不免存在一定偏差，為確保鐵路馱背運(yùn)輸車受力合理，馱背運(yùn)輸車輛應(yīng)合理裝載，按照《加規(guī)》中的相關(guān)規(guī)定，馱背運(yùn)輸車輛總重心投影橫向偏移量不得超過100 mm。四軸鐵路馱背運(yùn)輸車每個(gè)轉(zhuǎn)向架所承受的貨物質(zhì)量不超過其允許載質(zhì)量的一半，兩轉(zhuǎn)向架承受質(zhì)量之差不大于10t，關(guān)節(jié)式馱背運(yùn)輸車每根軸所承受的質(zhì)量不超過允許的最大軸重，且應(yīng)滿足自身安全要求。

馱背運(yùn)輸車輛的門窗需要進(jìn)行鎖閉，防止門窗在運(yùn)行途中打開造成貨物侵限擊打鐵路線路設(shè)備或其他安全事故，對貨物造成貨損貨差和對車輛造成損壞。駐車制動(dòng)應(yīng)處于制動(dòng)狀態(tài)，用于最大限度利用輪胎與車地板間的滑動(dòng)摩擦力，有利于后續(xù)馱背運(yùn)輸車輛的栓固作業(yè)。半掛車的支承裝置處于收起狀態(tài)時(shí)，可避免鐵路馱背運(yùn)輸車在編組作業(yè)過程中對其產(chǎn)生沖擊力，保護(hù)支承裝置（見圖2）。

圖2 半掛車支承裝置收起后進(jìn)行栓固

鉸接列車、廂式半掛車的總高度絕大部分為4 000 mm，其裝載到鐵路馱背運(yùn)輸車上會發(fā)生超限情況?，F(xiàn)有鐵路規(guī)章允許一定限度的超限車輛運(yùn)行，但會導(dǎo)致運(yùn)費(fèi)的增加甚至需降速運(yùn)行，考慮到為不影響未來馱背運(yùn)輸發(fā)展，所以不宜超限，如超限則需核定超限等級并按《鐵路超限超重貨物運(yùn)輸規(guī)則》（TG/HY 106-2016）相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3 栓固要求

栓固要求包括馱背運(yùn)輸車輛貨物栓固、馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的栓固兩大部分的內(nèi)容[5]。

3.1 馱背運(yùn)輸車輛貨物栓固

中間阻斷裝置規(guī)格參照歐洲相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)要求。經(jīng)過對國內(nèi)相關(guān)零部件生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研得知，12 kN的阻斷裝置是國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品中的加強(qiáng)型產(chǎn)品，也是現(xiàn)階段銷售較多的產(chǎn)品之一。按照貨物均勻裝載，14.6 m貨廂裝載32 t，平均每米的載荷為2.2 t，中間阻斷裝置一般用于阻擋單層貨物（重量約為1.1 t），12 kN的中間阻斷裝置可以滿足1 g加速度的移動(dòng)沖擊。

貨物在貨廂內(nèi)采用摩擦栓緊（頂部下拉栓緊）方式栓固時(shí)，由于預(yù)緊力不足可能導(dǎo)致貨物有增大移動(dòng)量的趨勢，因此摩擦栓緊時(shí)的栓緊力必須重點(diǎn)要求。

貨物在貨廂中的固定宜采取組合栓固的方式，主要原因是組合方式對貨物的固定是較為經(jīng)濟(jì)、高效的手段之一，同時(shí)配合限位裝置的使用，更能實(shí)現(xiàn)貨物安全有效的栓固。

3.2 馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的栓固要求

對于帶空氣懸架的馱背運(yùn)輸車輛，需要將其懸架調(diào)整到馱背運(yùn)輸狀態(tài)，一方面可以降低馱背運(yùn)輸車輛的高度，另一方面可有效地降低或者消除空氣懸架在馱背運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的共振。

按《加規(guī)》第四十三條第一款規(guī)定：輪式貨物順裝時(shí)，輪徑1 000 mm以下的前輪（組）前端、后輪（組）后端以及輪徑1 000 mm及以上的前后輪（組）前后端，均應(yīng)安放相應(yīng)規(guī)格的掩擋，掩緊釘固，并采用八字形等拉牽加固。這一規(guī)定主要是針對現(xiàn)有的普通木地板平車或無端側(cè)墻的專用平車，采用拉牽加固主要是防止貨物的橫向移動(dòng)及傾覆（見圖3）。

圖3 貨物拉牽加固

歐洲的馱背運(yùn)輸車輛在馱背運(yùn)輸過程中，只需要簡單的阻擋即可，基本不需要其他拉牽操作，裝載與運(yùn)輸效率即可大大提升。歐洲推薦馱背運(yùn)輸車輛優(yōu)先采用固定式牽引座和輪擋組合固定形式，鉸接列車優(yōu)先采用輪擋阻擋固定形式，半掛牽引車優(yōu)先采用牽拉栓緊裝置和輪擋組合栓固形式，從而實(shí)現(xiàn)車輛的快速裝卸與固定。

目前研發(fā)出的鐵路馱背運(yùn)輸車均是帶有側(cè)墻的凹底專用平車，橫向摩擦力不足時(shí)，通過在鐵路馱背運(yùn)輸車側(cè)墻與輪胎側(cè)面間填充掩擋材料防止載貨汽車或半掛車的橫向移動(dòng)。鐵路馱背運(yùn)輸車帶有的輪擋（見圖4）可以阻止載貨汽車或半掛車的縱向移動(dòng)，固定式牽引座可以與半掛車牽引銷連結(jié)。沖擊試驗(yàn)表明，在QT1、QT2型馱背運(yùn)輸車上僅布置4個(gè)對稱放置的合格輪擋對車輛進(jìn)行阻擋栓固時(shí)，能夠滿足總質(zhì)量為49 t的汽車列車和總質(zhì)量為40 t的半掛車加固安全要求。

圖4 鉸接列車縱向栓固輪擋布置示意

對于馱背車輛裝載后，是否需要進(jìn)行橫向輔助加固，則需要對馱背運(yùn)輸車輛的輪胎與鐵路馱背運(yùn)輸車地板面間的摩擦力進(jìn)行校核，摩擦力不滿足時(shí)，需要對車輛進(jìn)行橫向加固。

此外，馱背運(yùn)輸車輛裝載到鐵路馱背運(yùn)輸車上之后，由于高度較高，因此在大轉(zhuǎn)彎的狀況下有橫向側(cè)傾的可能。為了克服該問題，鐵路馱背運(yùn)輸車在設(shè)計(jì)過程中，將兩側(cè)擋板升高，超出半掛車的承載面（見圖5），同時(shí)由于馱背運(yùn)輸車輛裝載完成后，貨箱側(cè)面與鐵路馱背運(yùn)輸車間的間隙較小，且車輛大轉(zhuǎn)彎時(shí)限速行駛，可最大程度上避免馱背運(yùn)輸車輛橫向失穩(wěn)。

4 栓固裝置技術(shù)要求

栓固裝置主要指輪擋和固定式牽引座，作為確保馱背運(yùn)輸安全的重要裝置，須滿足相應(yīng)技術(shù)要求。按《加規(guī)》中的相關(guān)規(guī)定，單獨(dú)使用輪擋防止輪式貨物縱向滾動(dòng)時(shí)，輪擋需要的最低高度h輪按式（2）計(jì)算：

圖5 鐵路馱背運(yùn)輸車擋板與貨箱高度對比

式中：Q總為車輛總重，t；D為車輛輪胎直徑，mm。

新設(shè)計(jì)輪擋強(qiáng)度定型前，需要與對鉸接列車、半掛車的加固狀態(tài)進(jìn)行校核。固定式牽引座的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)滿足TB/T 3550.2-1996的相關(guān)規(guī)定，并需要進(jìn)行考核。此外，牽引座上的銷孔直徑應(yīng)與GB/T 4606規(guī)定的50號牽引銷相匹配，未來我國將主要使用50號牽引銷，其承載能力完全可以滿足40 t的需求。

5 結(jié)語

本文主要從裝載要求、栓固要求、栓固裝置技術(shù)要求等方面對馱背運(yùn)輸廂式貨車的裝載栓固技術(shù)進(jìn)行了研究。其中，對裝載要求從基本要求、馱背運(yùn)輸車輛貨物裝載、馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的裝載等進(jìn)行了分析，對栓固要求從基本要求、馱背運(yùn)輸車輛貨物栓固、馱背運(yùn)輸車輛在鐵路馱背運(yùn)輸車上的栓固等進(jìn)行了分析，對栓固裝置技術(shù)要求從輪檔和固定式牽引座的要求進(jìn)行了分析，研究結(jié)果對馱背運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有一定的借鑒意義。