關(guān)于木地板平車(chē)運(yùn)用中起火故障分析及改進(jìn)建議

周 文

(中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 株洲車(chē)輛段，湖南 株洲 412000)

列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)速較大，鐵路平車(chē)木地板如果遇到火源極易發(fā)生火災(zāi)事故，嚴(yán)重影響車(chē)輛運(yùn)行安全，給鐵路運(yùn)輸秩序帶來(lái)極大干擾,因此研究木地板車(chē)輛防火措施對(duì)列車(chē)安全運(yùn)行有重大意義。

1 問(wèn)題提出

2019年以來(lái)，全路發(fā)生多起列車(chē)運(yùn)行中起火事故，都是木地板平車(chē)木地板陰燃冒煙的情況。其中幾個(gè)典型案例是：

(1) 2019年8月31日，57091次列車(chē)行至滬昆線下行楊市—漣源站間時(shí)，因機(jī)后第5位車(chē)輛車(chē)體兩側(cè)冒煙停車(chē)，構(gòu)成一般D10事故，定車(chē)輛檢修部門(mén)次要責(zé)任；

(2) 2019年10月31日，31045 次列車(chē)行至京廣線沙口站時(shí)，因機(jī)后第30、31、32車(chē)輛冒煙停車(chē)，構(gòu)成一般D10事故，定車(chē)輛檢修部門(mén)主要責(zé)任；

(3) 2020年3月18日，21051次列車(chē)行至北同蒲線原平站時(shí)，機(jī)后第6位NX17K型平車(chē)5276373號(hào)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架上方木地板冒煙，經(jīng)檢查為外來(lái)火源致木地板陰燃；

(4) 2020年4月4日，27104次列車(chē)行至蘭新線奎屯站時(shí)，尾部前10位NX17K型平車(chē)5276958號(hào)車(chē)輛中部車(chē)底冒煙。

圖1為平車(chē)木地板陰燃冒煙現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 平車(chē)木地板陰燃冒煙現(xiàn)場(chǎng)

2 防火板對(duì)轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架有效性探討

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，原石家莊車(chē)輛廠于1972年首次對(duì)防火板提出了要求，規(guī)定防火板寬度200 mm、長(zhǎng)度400 mm，用于當(dāng)時(shí)裝用轉(zhuǎn)4型、新轉(zhuǎn)6型、轉(zhuǎn)6A型、新轉(zhuǎn)8型轉(zhuǎn)向架的棚車(chē)和平車(chē)。

1976年，原鐵道部下達(dá)了(76 )鐵工字1178號(hào)文《關(guān)于貨車(chē)防火板措施建議方案的批復(fù)》對(duì)貨車(chē)防火板重新做了規(guī)定，該規(guī)定沿用至今(今裝用轉(zhuǎn)K2等轉(zhuǎn)向架的提速貨車(chē)依然采用該規(guī)定)。該文件規(guī)定：防火板為平板形或曲折形，厚度2～3 mm，長(zhǎng)度大于850 mm，寬度大于400 m；防火板縱向中心線與中梁縱向中心線的間距為720～800 mm，與地板下表面的間距需大于35 mm(原結(jié)構(gòu)小于35 mm者除外)，與枕梁上蓋板重合量不小于20 mm；防火板以螺栓組裝或分段焊接加固，段焊長(zhǎng)度30～50 mm。

裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的木地板平車(chē)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置示意圖如圖2所示。

圖2 裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的木地板平車(chē)

車(chē)輛制動(dòng)時(shí)閘瓦貼緊踏面，如果閘瓦表面有硬塊或者缺陷，與車(chē)輪踏面摩擦?xí)r將產(chǎn)生“火星流”，“火星流”會(huì)沿踏面切線方向飛出。在忽略車(chē)輛振動(dòng)、風(fēng)速、火星碰到障礙物反彈、火星重力等對(duì)火星運(yùn)動(dòng)的影響前提下，可利用圖2所示的作圖法求得“火星流”對(duì)平車(chē)木地板下表面的影響區(qū)段。列車(chē)按圖2所示的方向運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)時(shí)1位輪對(duì)閘瓦與踏面產(chǎn)生的“火星流”對(duì)車(chē)體木地板下表面的影響區(qū)段為AD之間；列車(chē)按圖2所示的反方向運(yùn)行時(shí)，2位輪對(duì)產(chǎn)生的“火星流”對(duì)車(chē)體木地板下表面的影響區(qū)段為CB之間；同理可得到3位、4位輪對(duì)產(chǎn)生的“火星流”對(duì)木地板的影響區(qū)段。

《鐵路貨車(chē)段修規(guī)程》規(guī)定，鐵路貨車(chē)允許裝用輪對(duì)輪徑為760～840 mm，結(jié)合圖2計(jì)算出AO、BO、CO、DO各區(qū)段數(shù)值如表1所示。

表1 AO、BO、CO、DO各區(qū)段計(jì)算值 mm

從表1可以看出：理論上現(xiàn)用的防火板對(duì)于裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的車(chē)輛可以有效避免“火星流”帶來(lái)的火災(zāi)隱患。但在實(shí)際運(yùn)用中，車(chē)輛的振動(dòng)、蛇行運(yùn)動(dòng)、火星碰到障礙物后反彈、外力因素(風(fēng)等)均會(huì)改變“火星流”的運(yùn)動(dòng)軌跡，使部分火星越過(guò)防火板到達(dá)木地板下表面而引發(fā)火災(zāi)。圖3所示為平車(chē)木地板下表面防火板以外區(qū)域的“火星流”痕跡。

圖3 平車(chē)木地板下表面防火板以外區(qū)域的“火星流”痕跡

3 原因分析

燃燒的3個(gè)條件分別是可燃物、氧化劑(助燃劑)、點(diǎn)火源(或者高溫)，其中空氣就是助燃劑，本文從點(diǎn)火源(或者高溫)、可燃物兩方面來(lái)分析木地板平車(chē)木地板著火的原因。

3.1 點(diǎn)火源(或者高溫)分析

對(duì)于在線路上運(yùn)行的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，由于線路未全面封閉，未熄滅的煙頭等外來(lái)火源將其地板引燃的可能性很大；另外由于列車(chē)運(yùn)行時(shí)頻繁制動(dòng)，閘瓦與車(chē)輪踏面間摩擦產(chǎn)生的“火星流”持續(xù)濺向車(chē)體底部也會(huì)引起火災(zāi)。貨車(chē)提速以來(lái)，平車(chē)防火板尺寸未進(jìn)行相應(yīng)更改，防火板尺寸過(guò)小，無(wú)法對(duì)木地板進(jìn)行有效防護(hù)，致使部分火星繞開(kāi)防火板直接濺到木地板上，造成平車(chē)底部木地板溫度持續(xù)上升直至起火。

圖4為以120 km/h的速度運(yùn)行貨車(chē)制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的ANSYS熱力學(xué)模型，該車(chē)采用高磨合成閘瓦進(jìn)行踏面制動(dòng)。

分析圖4所示車(chē)輪的ANSYS熱力學(xué)模型，結(jié)果顯示：在不考慮偏載及踏面表面缺陷、閘瓦熔渣等引起踏面局部溫度陡升的情況下，制動(dòng)26 s時(shí)踏面表面溫度高達(dá)290 ℃(圖4中紅色區(qū)域溫度為291.7 ℃)[2-3]，高于木材著火點(diǎn)。若考慮踏面表面缺陷或者閘瓦熔渣等極限情況，“火星流”溫度會(huì)更高。

圖4 踏面制動(dòng)時(shí)車(chē)輪熱力學(xué)模型

3.2 可燃物分析

平車(chē)木地板由于未進(jìn)行阻燃處理而成為了可燃物。當(dāng)木材遇100 ℃高溫時(shí),木材中的水分開(kāi)始蒸發(fā)；溫度達(dá)180 ℃時(shí), 木材開(kāi)始分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點(diǎn)的焦油成分等；溫度達(dá)到250 ℃時(shí)木材熱解反應(yīng)急劇進(jìn)行，可燃?xì)怏w大量放出并在空氣中氧的作用下著火燃燒[4]。在典型案例(1)事故現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)查人員用煙頭(中心溫度700～800 ℃)對(duì)平車(chē)中腐蝕的碎屑進(jìn)行測(cè)試，不到1 min就引燃起火。目前的平車(chē)木地板材質(zhì)本身存在的問(wèn)題主要有：

(1) 木地板標(biāo)準(zhǔn)陳舊。目前執(zhí)行的鐵路貨車(chē)木材設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是TB/T 1134—1974《貨車(chē)木材技術(shù)》，該標(biāo)準(zhǔn)多年未更新，難以適應(yīng)重載、高速的現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸要求。

(2) 木材品質(zhì)不能保證。木材硬度及含水率難以檢測(cè)，判斷屬于何種樹(shù)木更是困難，因此，車(chē)輛運(yùn)用維修部門(mén)(車(chē)輛段站修、檢修車(chē)間)對(duì)木材品質(zhì)的檢查難度大。

(3) 平車(chē)木地板后期維修成本高。尤其是裝用坦克等重型機(jī)械的情況，其履帶或者用于固定的釘子對(duì)木材表面損傷較大，更易造成木材腐朽而縮短使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，目前大約2～3年就會(huì)整車(chē)更換一次木地板，更換1輛NX17K型通用平車(chē)木地板所需木材的成本約13 000元。

(4) 腐朽、破損的木地板存在縫隙、破洞時(shí)，給外來(lái)火源提供了藏身之地，也是火災(zāi)隱患。

4 改進(jìn)方案

4.1 改進(jìn)防火板尺寸

實(shí)際運(yùn)用情況表明，防火板尺寸已經(jīng)不能完全起到有效防護(hù)的作用，建議在滿足現(xiàn)有《鐵路貨車(chē)段修規(guī)程》相關(guān)要求的前提下，將車(chē)輛兩端防火板延長(zhǎng)至端梁并焊接在端梁上，將車(chē)輛中部防火板延長(zhǎng)至合適尺寸，確保底部火星不會(huì)濺射到木地板。

4.2 木地板防腐防火處理

建議對(duì)木地板進(jìn)行防腐防火處理，提高平車(chē)木地板的阻燃性能。具體方法有：

(1) 對(duì)木地板涂刷無(wú)鹵阻燃劑[5]。無(wú)鹵阻燃劑是廣泛應(yīng)用于我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的防腐防火材料,使用無(wú)鹵阻燃劑對(duì)木地板進(jìn)行處理可以大幅提高木地板防腐防火性能，但一旦涂刷層破損,阻燃性能隨即消失。

(2) 采用真空加壓浸漬法用阻燃溶液(脒基脲磷酸鹽GUP/八硼酸鈉水溶液)處理平車(chē)木地板。文獻(xiàn)[6]的研究結(jié)果表明，阻燃效果最佳的處理方式是：阻燃液濃度10%、真空度0.1 MPa、真空時(shí)間10～20 min、加壓壓力0.6 MPa、加壓時(shí)間20～30 min。文獻(xiàn)[7]的試驗(yàn)研究表明，經(jīng)過(guò)阻燃劑處理的木材阻燃氧指數(shù)能達(dá)到42.5，符合國(guó)家對(duì)阻燃木材氧指數(shù)的要求(大于27)，大幅提高了木材的阻燃性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的改進(jìn)方案可有效消除木地板車(chē)輛火災(zāi)隱患，且改進(jìn)成本較低。平車(chē)木地板經(jīng)過(guò)防腐防火處理，可大幅降低其后期維護(hù)成本，延長(zhǎng)使用壽命，減少整修時(shí)間，增加貨物裝載率。所以對(duì)現(xiàn)有木地板車(chē)輛進(jìn)行防火板改造和防腐防火處理，對(duì)提高鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和安全性有重大意義。