適應(yīng)托盤貨物裝載的鐵路貨車關(guān)鍵技術(shù)研究

王 毅，徐 誌，趙壽鑫，楊發(fā)先

(中車眉山車輛有限公司 產(chǎn)品開發(fā)部，四川 眉山 620020)

1 研究背景

托盤運(yùn)輸與集裝箱運(yùn)輸、馱背運(yùn)輸已成為全球公認(rèn)的3種聯(lián)運(yùn)方式，受到了世界各國(guó)的關(guān)注。“托盤物流”和“集裝箱物流”作為集裝單元化物流的兩大分支系統(tǒng)，逐漸成為現(xiàn)代物流和供應(yīng)鏈中不可或缺的組成部分。

美國(guó)和歐盟超過80%的商品由托盤運(yùn)載，但我國(guó)托盤運(yùn)輸比例僅為23%左右，導(dǎo)致我國(guó)社會(huì)物流費(fèi)用一直居高不下。2018年，我國(guó)物流總費(fèi)用與GDP的比例為14.8%，而發(fā)達(dá)國(guó)家的物流總費(fèi)用僅占GDP的8%左右。為降低物流成本和提高流通效率，商務(wù)部、財(cái)政部等十部委聯(lián)合印發(fā)實(shí)施《國(guó)內(nèi)貿(mào)易流通標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)“十三五”規(guī)劃》，“支持以標(biāo)準(zhǔn)托盤(1.2 m×1.0 m)及其循環(huán)共用為切入點(diǎn)，推動(dòng)上下游物流設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化更新與改造，帶動(dòng)供應(yīng)鏈或區(qū)域范圍內(nèi)普及及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)托盤，實(shí)施帶盤運(yùn)輸”。目前我國(guó)鐵路沒有專用的托盤運(yùn)輸車輛，以托盤作為運(yùn)輸集裝單元的貨物主要通過通用棚車、加蓋蓬布的通用敞車以及集裝箱平車來運(yùn)輸。我國(guó)托盤的保有量已超過10億片，預(yù)計(jì)2021年適合托盤集裝化的貨物運(yùn)量將達(dá)到4.7×108t，托盤運(yùn)輸潛在市場(chǎng)廣闊[1]。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外鐵路托盤貨車的研究

美國(guó)、歐盟、澳大利亞等國(guó)托盤尺寸標(biāo)準(zhǔn)高度統(tǒng)一，托盤循環(huán)共用系統(tǒng)建設(shè)完備，托盤包裝設(shè)計(jì)要求嚴(yán)苛，為實(shí)現(xiàn)托盤多式聯(lián)運(yùn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。鐵路托盤專用貨車在國(guó)外得到了廣泛的運(yùn)用。

國(guó)外鐵路托盤貨車主要有以下2種：一種是歐盟采用的全側(cè)開門棚車，裝卸效率高，托盤貨物兩層堆疊，要求貨物外形尺寸規(guī)整、輕質(zhì)、不怕壓，對(duì)包裝設(shè)計(jì)要求高，如圖1所示。另一種是澳大利亞采用的大容積棚車，空間利用率高、載重大，車輛內(nèi)部設(shè)置托盤架，上下層托盤貨物不接觸，最多可實(shí)現(xiàn)3層托盤貨物堆疊，適用于重質(zhì)、怕壓、外形不規(guī)則、高附加值的貨物，便于車站配貨，適應(yīng)性更廣，如圖2所示。

(a) 車型外觀

(a) 車型外觀

2.2 國(guó)內(nèi)鐵路托盤貨物運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化托盤的市場(chǎng)占有率僅25%，標(biāo)準(zhǔn)化托盤的循環(huán)共用只有2%。托盤貨物運(yùn)輸在各種運(yùn)輸方式中所占比例如下：水運(yùn)為48%，公路運(yùn)輸為41%，鐵路運(yùn)輸為9%，航空運(yùn)輸為2%。托盤包裝沒有強(qiáng)制規(guī)范，為節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)大多采用裸裝(圖3)，導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸貨損率高。2018年中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第一次會(huì)議明確強(qiáng)調(diào)：“調(diào)整運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，減少公路運(yùn)輸量，增加鐵路運(yùn)輸量”。交通部、財(cái)政部和中國(guó)鐵路總公司將密集推出相關(guān)新政策。

(a) 袋裝托盤貨物

據(jù)調(diào)研了解，我國(guó)適合托盤運(yùn)輸?shù)耐ㄓ门镘囕d盤率在80%左右，小于14.6 m公路半掛車95%的載盤率[2]。2個(gè)國(guó)標(biāo)托盤并排擺放寬度為2.4 m，與鐵路通用棚車的內(nèi)部尺寸(車寬通常在2.8 m左右)不匹配，車輛橫向空間間隙大導(dǎo)致貨物易倒塌。因此采用鐵路進(jìn)行托盤運(yùn)輸時(shí)，需特別定制尺寸為1 362 mm×1 052 mm×135 mm (長(zhǎng)×寬×高)的非標(biāo)托盤。中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司率先開行了礦泉水托盤運(yùn)輸專列試點(diǎn)，采用叉車25 min就完成了裝車作業(yè)，相當(dāng)于之前4名裝卸工人花費(fèi)4 h裝載60 t礦泉水的工作量。采用托盤集裝化運(yùn)輸后，礦泉水的破損率由3.15‰下降到0.95‰，礦泉水外包裝污損率由36.5‰下降到 3.6‰[3]。但非標(biāo)托盤與集裝箱和卡車的兼容性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)公鐵聯(lián)運(yùn)，客戶需額外增加倒裝費(fèi)用。這也導(dǎo)致采用鐵路通用棚車進(jìn)行托盤運(yùn)輸和公路半掛車相比，難以發(fā)揮運(yùn)量大、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，無(wú)法吸引客戶。而集裝箱托盤運(yùn)輸?shù)妮d盤率在90%左右，這也與目前鐵路托盤運(yùn)輸大部分都采用集裝箱運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀相吻合。

從運(yùn)輸貨物品類分析，輕、中質(zhì)、高附加值的托盤貨物，單托盤載重0.5～1 t，要求車輛容積大，裝盤數(shù)量多。但這些托盤貨物對(duì)列車到達(dá)的時(shí)效性要求高，目前大都采用公路運(yùn)輸。鐵路運(yùn)輸必須轉(zhuǎn)變觀念，提升服務(wù)質(zhì)量，才能與公路運(yùn)輸進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，這是今后鐵路托盤貨運(yùn)的發(fā)展方向。

目前，鐵路運(yùn)輸化肥及農(nóng)藥的運(yùn)量最大，超過1×108t，貨源穩(wěn)定。化肥、農(nóng)藥等袋裝貨物屬于低附加值、重質(zhì)貨物，單托盤載重1～1.5 t，要求車輛載重大，該品類貨物對(duì)列車到達(dá)的時(shí)效性要求不高，但由于運(yùn)輸距離長(zhǎng)，對(duì)鐵路貨運(yùn)的依賴性高。托盤棚車能運(yùn)輸化肥等袋裝托盤貨物，一方面符合國(guó)家物流發(fā)展大趨勢(shì)，迎合國(guó)鐵集團(tuán)提升運(yùn)力、降本增效的變革思路；另一方面可節(jié)省大量的裝卸勞動(dòng)力和包裝成本，提高流通效率，為進(jìn)一步降低鐵路運(yùn)價(jià)創(chuàng)造了條件，更有利于鐵路運(yùn)輸發(fā)揮運(yùn)量大、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)與公路運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)。

從調(diào)研分析可以得出以下結(jié)論：鐵路的上游生產(chǎn)企業(yè)、鐵路局自身以及鐵路的下游用戶終端出于成本考慮都在大量開展托盤運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)。如果鐵路貨運(yùn)能將上游和下游企業(yè)成功對(duì)接，便可實(shí)現(xiàn)托盤一貫化運(yùn)輸。目前鐵路已經(jīng)出現(xiàn)裝卸勞動(dòng)力緊張的情況，未來將面臨勞動(dòng)力短缺的困境，托盤棚車研制勢(shì)在必行。

3 集裝箱托盤運(yùn)輸與托盤棚車運(yùn)輸選型

我國(guó)既有站線長(zhǎng)度主要以1 050 m、850 m為主，按標(biāo)準(zhǔn)托盤(1.2 m×1.0 m)計(jì)算，托盤棚車比X70型集裝箱平車(裝載20 ft集裝箱)整列車裝載托盤數(shù)量提高了36%，采用棚車運(yùn)輸托盤具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1) 提升鐵路運(yùn)力。托盤棚車比集裝箱托盤運(yùn)輸載運(yùn)量大，減少“虧噸”，能提高鐵路運(yùn)輸能力，減少運(yùn)營(yíng)成本，提高運(yùn)輸效率，采用托盤棚車還可有效增加“天窗”時(shí)間。

(2) 投資少。托盤棚車適應(yīng)性更強(qiáng)，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地及裝卸設(shè)備的要求沒有集裝箱運(yùn)輸那么高，與集裝箱中轉(zhuǎn)站同等規(guī)模的托盤貨運(yùn)站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用不到集裝箱中轉(zhuǎn)站的10%。

(3) 運(yùn)價(jià)低。因托盤造價(jià)低，可推行循環(huán)共用系統(tǒng)，互為抵補(bǔ)；而集裝箱造價(jià)較高，有固定歸屬，必須返空。在現(xiàn)行鐵路貨物運(yùn)費(fèi)核收上，整車貨物按噸計(jì)費(fèi)，集裝箱按箱計(jì)費(fèi)，采取的是新線新價(jià)、優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的價(jià)格政策，而雜散貨運(yùn)仍采用國(guó)家定價(jià)方式。集裝箱運(yùn)價(jià)一般高于整車運(yùn)價(jià)，低于零擔(dān)運(yùn)價(jià)。目前鐵路棚車容積均在120 m3以上，如果運(yùn)輸輕質(zhì)貨物，40 ft集裝箱不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

4 托盤棚車設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

(1) 采用澳大利亞大容積棚車托盤分層載貨結(jié)構(gòu)，適應(yīng)我國(guó)目前鐵路非標(biāo)托盤大量運(yùn)輸化肥等大宗散貨的需要，兼顧滿足我國(guó)1.2 m×1.0 m標(biāo)準(zhǔn)托盤的運(yùn)輸要求。

(2) 車輛在滿足運(yùn)輸托盤貨物的同時(shí)，兼顧通用棚車的運(yùn)輸需求，但車輛需增加內(nèi)襯和通風(fēng)器，車門鎖及欄桿采用通用棚車的部件，方便操作者使用。

(3) 托盤棚車應(yīng)在車輛自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸不采用任何包裝的袋裝、箱裝托盤貨物的要求，這也符合我國(guó)現(xiàn)階段托盤運(yùn)輸現(xiàn)狀。

4.2 車輛長(zhǎng)度的選取

根據(jù)裝載托盤的數(shù)量和質(zhì)量確定車輛長(zhǎng)度，據(jù)站線編組計(jì)算得知，并列放置28排，共裝載64個(gè)托盤，車輛長(zhǎng)度為19 296 mm的托盤棚車可最大發(fā)揮車輛載重優(yōu)勢(shì)。

4.3 車輛高度的選取

車輛最大高度選擇與既有P70型通用棚車一致，為4 770 mm。

4.4 車輛寬度的選取

車輛既裝載1.2 m×1.0 m國(guó)標(biāo)托盤又兼顧現(xiàn)有鐵路非標(biāo)托盤運(yùn)輸?shù)男枰?，根?jù)GB 146.1—1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》進(jìn)行計(jì)算，確定車輛內(nèi)寬為2 800 mm。

4.5 車輛載重和車輛容積

結(jié)合P66K、P66H及P70A型活動(dòng)側(cè)墻棚車的研制經(jīng)驗(yàn)，車輛自重設(shè)計(jì)目標(biāo)確定為28 t，車輛載重確定為66 t，經(jīng)三維模型測(cè)算，車輛容積確定為163 m3。

4.6 關(guān)鍵技術(shù)

(1) 研究了一種托盤貨物伸縮防護(hù)裝置,如圖4所示，包括防護(hù)板、伸縮機(jī)構(gòu)、氣囊及氣動(dòng)控制系統(tǒng)等。該防護(hù)裝置可以使托盤既能運(yùn)輸采用捆扎、 收縮薄膜等方式將貨物與托盤固定好的貨物，也能運(yùn)輸未經(jīng)過任何包裝的袋裝、箱裝托盤貨物，節(jié)省捆扎包裝費(fèi)用；同時(shí)，帶有伸縮防護(hù)裝置的托盤應(yīng)滿足既能運(yùn)輸1.2 m×1.0 m國(guó)標(biāo)托盤又兼顧現(xiàn)有鐵路非標(biāo)托盤運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

圖4 托盤貨物伸縮防護(hù)裝置斷面原理圖

(2) 托盤棚車在側(cè)墻上設(shè)計(jì)高度可調(diào)的座板，實(shí)現(xiàn)上下兩層托盤不直接接觸，分層裝載，從源頭上解決上層托盤貨物發(fā)生倒塌，下層托盤貨物被壓壞的問題，降低貨損率。將上下層托盤貨物隔開的托盤支架設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)高度，能充分發(fā)揮棚車內(nèi)高3 m的優(yōu)勢(shì)，給車站、貨場(chǎng)提供更多的托盤堆疊組合方案。

(3) 針對(duì)部分托盤不上車需要換盤的貨物，設(shè)計(jì)了新型托盤支架結(jié)構(gòu)，如圖5所示。托盤支架采用鋁合金材質(zhì)降低自重，既能適應(yīng)叉車換盤作業(yè)，又能在貨物進(jìn)行鐵路運(yùn)輸過程中起到中轉(zhuǎn)作用。

圖5 適應(yīng)機(jī)械化換盤需要的托盤支架

5 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)展托盤運(yùn)輸是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要托盤使用企業(yè)、租賃企業(yè)、第三方物流企業(yè)、鐵路運(yùn)輸部門之間的相互協(xié)作。通過以上分析對(duì)比可以清晰地得出采用托盤貨車運(yùn)輸?shù)姆绞礁m合我國(guó)國(guó)情。