公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車的研究探討

閆 海 軍

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧 大連 116052)

我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中大型設(shè)備的研發(fā)、制造及應(yīng)用越來越多，因此對(duì)大件貨物運(yùn)輸?shù)氖袌?chǎng)需求也不斷增加。大部分大件貨物是國家重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，主要包括發(fā)電設(shè)備、輸變電設(shè)備、 軋機(jī)設(shè)備以及煉油廠、化肥廠等的大型裝備等，這些設(shè)備能安全、迅速運(yùn)達(dá)目的地對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。中國鐵路長大貨物車車型譜系列化已初具規(guī)模，鉗夾車、凹底平車、落下孔車、長大平車及雙聯(lián)平車是現(xiàn)階段涵蓋了長大貨物車家族的五大車型，最大載重達(dá)450 t，最大裝貨長度達(dá)16.1 m，最大車輛長度近70 m。車輛性能先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，但目前大部分鐵路長大貨物車無法提供“門到門”全程運(yùn)輸服務(wù)，需要利用公路車從鐵路站點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)至目的地。新的需求帶來長大貨物車更新?lián)Q代的新機(jī)遇，因此，迅速提高長大貨物車裝備水平，研發(fā)公鐵聯(lián)運(yùn)的長大貨物車是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)。鉗夾車在長大貨物車中適應(yīng)性最強(qiáng)，功能最先進(jìn)，更適宜研制開發(fā)公鐵聯(lián)運(yùn)。

1 國內(nèi)外鉗夾車發(fā)展概況

鉗夾車由鉗形梁將整車對(duì)稱分為2個(gè)相同的半節(jié)車，貨物被夾持或懸掛在2個(gè)鉗形梁之間與鉗形梁構(gòu)成一個(gè)整體，成為整個(gè)車輛的一部分。鉗夾車適合裝運(yùn)短、粗、重等自承式貨物，如發(fā)電機(jī)定子、變壓器等。

鉗夾車能最有效地利用鐵路限界空間，除了不適合運(yùn)輸特別長的貨物外，是運(yùn)輸能力最強(qiáng)、運(yùn)輸范圍最廣的運(yùn)輸工具。鉗夾車不僅能運(yùn)輸自承式貨物，還可通過附加裝備運(yùn)輸沒有自承載能力的貨物。鉗夾車裝有多導(dǎo)向-側(cè)移機(jī)構(gòu)，減小了車輛中部通過曲線時(shí)的偏移量，適應(yīng)斷面尺寸較大貨物的運(yùn)輸。

鉗夾車裝載方式如圖1所示：(1)托鉤式。貨物下部四角安裝掛貨鉤，鉗夾車上部壓柱點(diǎn)對(duì)應(yīng)處安裝連接塊。(2)端蓋式。貨物兩端安裝端蓋結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)度螺栓與貨物連接。(3)凹底式。2個(gè)半節(jié)車采用中部凹底架連接，貨物安裝于凹底架上。(4)側(cè)梁式。2個(gè)半節(jié)車采用2片側(cè)梁連接，貨物承載加固于兩側(cè)梁上。(5)框架式。2個(gè)半節(jié)車采用整體框架連接，貨物承載加固于框架內(nèi)。(6)托梁式。相當(dāng)于托鉤式的變種，貨物下部用鉸接的貫通梁進(jìn)行連接。

圖1 鉗夾車裝載方式

1.1 國外鉗夾車

20世紀(jì)30年代，德國開發(fā)了世界第一臺(tái)重型液壓掛車，德國、美國、意大利及法國等發(fā)達(dá)國家用于大件貨物公路運(yùn)輸?shù)能囕v已形成系列化、規(guī)范化，并大批量使用，在公路鉗夾車及公鐵聯(lián)運(yùn)方面也相繼研制開發(fā)出了多種車型。

20世紀(jì)70—80年代，德國、美國、法國及前蘇聯(lián)等國家設(shè)計(jì)制造了20～32軸、載重450 t～500 t鉗夾車，捷克、瑞典等國家引進(jìn)了32軸載重500 t的鉗夾車。1979年，前西德Krupp公司為美國Combustion Engineering公司研制了1輛CEBX800型36軸載重807 t鉗夾車，目前該車歸屬于Westinghouse公司。1982年，美國南方鐵路公司利用CEBX800型鉗夾車采用托梁承載方式將2個(gè)重716.6 t、長度近38 m的鍋爐從查爾斯頓運(yùn)至南卡羅來納州的切羅基核電站，運(yùn)輸總質(zhì)量為773 t。圖2為德國Railion公司鉗夾車，該車通過轉(zhuǎn)接裝置實(shí)現(xiàn)了鐵路運(yùn)輸與公路運(yùn)輸之間的轉(zhuǎn)換。

圖2 德國Railion公司鉗夾車

1.2 國內(nèi)鉗夾車

1959年，我國為裝運(yùn)120 MW及240 MW變壓器研制了D20型載重280 t鉗夾車，1974—1996年間又陸續(xù)研制了D35型32軸載重350 t鉗夾車、D35型24軸載重280 t鉗夾車和D30A型載重300 t鉗夾車，這4種車型目前均已報(bào)廢。1998年，借鑒德國載重500 t鉗夾車的先進(jìn)技術(shù)研制了D38型載重380 t鉗夾車，該車完成了三峽工程電力設(shè)備300 MW換流變壓器的運(yùn)輸，成為我國600 MW發(fā)電機(jī)定子等大型設(shè)備的主要運(yùn)輸工具。2007年在D38型鉗夾車基礎(chǔ)上通過優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)，提升車輛技術(shù)性能研制了DQ35型載重350 t鉗夾車。2009年研制了DQ45型載重450 t鉗夾車(圖3)，該車滿足1 000 MW發(fā)電機(jī)定子的整體運(yùn)輸要求。

圖3 運(yùn)輸中的DQ45型載重450 t鉗夾車

我國在大件貨物公路運(yùn)輸領(lǐng)域起步較晚。20世紀(jì)70年代末，仿制法國大件貨物公路運(yùn)輸車研發(fā)了我國第一臺(tái)100 t液壓掛車。國產(chǎn)液壓掛車至今已生產(chǎn)到了第二、第三代，產(chǎn)品也從剛開始仿造國外樣車發(fā)展到自主研發(fā)，技術(shù)已基本成熟。載重300～500 t橋架式、鉗夾式運(yùn)輸車是近些年新研發(fā)的車型，可完成大型變壓器等貨物的運(yùn)輸。圖4為橋架式公路運(yùn)輸車外觀及其大型變壓器運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)。

圖4 橋架式公路運(yùn)輸車外觀及其大型變壓器運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)

2 大件貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵問題

大件貨物運(yùn)輸?shù)淖罨疽缶褪且^對(duì)保證貨物的安全，即要安全、可靠地將貨物由生產(chǎn)地運(yùn)送到使用地，同時(shí)還要考慮運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。公路車輛雖然能夠?qū)⒇浳飶纳a(chǎn)地運(yùn)送到使用地提供“門到門”的運(yùn)輸服務(wù)，但公路運(yùn)輸受政策法規(guī)、公路等級(jí)、氣候條件及運(yùn)行速度等影響，且運(yùn)輸過程中對(duì)沿途交通影響較大，不適宜長距離運(yùn)輸。

目前大部分大件貨物發(fā)貨和收貨單位都是新建的廠區(qū)，由于沒有鐵路專用線，大件貨物鐵路運(yùn)輸車輛無法提供“門到門”全程運(yùn)輸服務(wù)，需要利用公路車進(jìn)行短距離的運(yùn)輸，將貨物從生產(chǎn)廠房運(yùn)送到鐵路專用編組線或站場(chǎng)裝車后進(jìn)行鐵路運(yùn)輸，再將貨物從鐵路站場(chǎng)運(yùn)送到使用地。這兩段公路運(yùn)輸?shù)亩蔚惯\(yùn)需要租賃起重機(jī)，租借專用貨場(chǎng)，還需要對(duì)不合格的貨場(chǎng)進(jìn)行修整，增加了資金投入和物流成本，還影響大件貨物全程物流的時(shí)效性。另外，二次倒運(yùn)時(shí)需對(duì)貨物進(jìn)行二次吊運(yùn)裝卸和加固，不但耗費(fèi)加固材料，還可能對(duì)貨物造成損壞。圖5和圖6分別為鐵路鉗夾車港口和站場(chǎng)二次裝卸現(xiàn)場(chǎng)。

圖5 鐵路鉗夾車港口二次裝車現(xiàn)場(chǎng)

圖6 鐵路鉗夾車站場(chǎng)卸車轉(zhuǎn)運(yùn)公路車現(xiàn)場(chǎng)

3 設(shè)計(jì)原則

公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車運(yùn)輸可實(shí)現(xiàn)快捷換裝，減少繁瑣的作業(yè)程序和作業(yè)量，降低貨物裝卸車物流成本，提高貨物送達(dá)速度，提高大件貨物全程物流的競(jìng)爭(zhēng)力。按照互利共贏原則，公鐵大件貨物運(yùn)輸企業(yè)有必要組建聯(lián)合體對(duì)公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車技術(shù)進(jìn)行共同研發(fā)，共同投標(biāo),協(xié)同運(yùn)輸，共同受益。

公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車技術(shù)含量高、系統(tǒng)性強(qiáng)，涉及鐵路、橋梁、隧道、裝載加固、運(yùn)用與檢修維護(hù)等方面。設(shè)計(jì)時(shí)，需按照長大貨物車的車輛結(jié)構(gòu)、制造工藝、線路運(yùn)行、現(xiàn)場(chǎng)裝卸貨的特殊性制訂相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)研究裝載加固和車輛控制技術(shù)，加強(qiáng)運(yùn)輸過程中的安全檢測(cè)，確保安全運(yùn)輸。由于鐵路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)效性優(yōu)勢(shì)特別適用于長大貨物的長距離運(yùn)輸，因此，公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車在總體設(shè)計(jì)時(shí)，中間長距離用時(shí)較多的路段采用鐵路運(yùn)輸，兩端短距離用時(shí)比較少的路段采用公路車運(yùn)輸。公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)有：

(1) 轉(zhuǎn)換接口。

考慮公鐵聯(lián)運(yùn)的方便性，公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車轉(zhuǎn)換接口的尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)滿足鐵路鉗夾車及公路鉗夾車結(jié)構(gòu)的要求?，F(xiàn)有鐵路鉗夾車和公路鉗夾車的車體結(jié)構(gòu)相似，均由鉗形梁和調(diào)寬連接桿等組成，只是車輛走行部結(jié)構(gòu)區(qū)別較大，采用各自的走行部結(jié)構(gòu)。用于鐵路運(yùn)輸?shù)你Q夾車走行部結(jié)構(gòu)移動(dòng)心盤、大底架、小底架及轉(zhuǎn)向架等按現(xiàn)有鐵路車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；用于公路運(yùn)輸?shù)你Q夾車走行部結(jié)構(gòu)軸線單元模塊運(yùn)輸車及均載車架按公路車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此需設(shè)計(jì)一個(gè)兼顧公路及鐵路鉗夾車的通用的轉(zhuǎn)換接口將其上部鉗形梁和調(diào)寬連接桿等與下部連接，轉(zhuǎn)換接口采用一個(gè)帶有心盤及旁承的過渡橋架結(jié)構(gòu)。

(2) 考核標(biāo)準(zhǔn)。

公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車需兼顧公路、鐵路車輛2種考核標(biāo)準(zhǔn)。公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車下部結(jié)構(gòu)可以按照公路、鐵路車輛各自相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行考核；中間的承載結(jié)構(gòu)則應(yīng)同時(shí)滿足公路、鐵路2種考核標(biāo)準(zhǔn)，包括靜強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力學(xué)性能的要求，以及材料許用應(yīng)力、安全系數(shù)的選取。

(3) 主要技術(shù)參數(shù)。

公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車自重、載重、車輛長度以及軸距等主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)同時(shí)考慮公路、鐵路橋梁、涵洞的承載能力以及公路等級(jí)等；車輛的斷面尺寸以及所承運(yùn)貨物的外形尺寸等則根據(jù)限界、隧道、通過曲線、公路凈空高度等限制因素確定。

(4) 液壓電氣裝置。

液壓電氣裝置是車輛關(guān)鍵性能參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，貨物的裝卸，車輛的起升、下降、調(diào)平，公鐵轉(zhuǎn)換等操作都需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成。采用大行程液壓旁承以適應(yīng)公鐵聯(lián)運(yùn)線路路況的多變、不平順等不利因素，液壓電氣裝置可控制導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以減小車輛通過曲線時(shí)的中部偏移量。

4 公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車運(yùn)輸方案案例

某甲醇合成塔為圓筒形結(jié)構(gòu)，長度約20 m，直徑4 m，質(zhì)量360 t，用公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車進(jìn)行運(yùn)輸，采用托梁式裝載方式。公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車主要技術(shù)參數(shù)

該公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車中部承載結(jié)構(gòu)主要由承載架、連接底架、加固框架等組成。圓筒形合成塔公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車運(yùn)輸方案如圖7所示。

圖7 圓筒形合成塔公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車運(yùn)輸方案

4.1 承載架

承載架為箱形焊接結(jié)構(gòu)，主要由心盤梁、鉗形梁、壓柱裝置、車耳等組成。其中心盤梁主要由上下蓋板、腹板及隔板組焊而成，鉗形梁主要由縱向腹板、上下蓋板及隔板等組焊而成，壓柱裝置主要由壓柱頭、螺桿及螺桿座等組焊而成。

4.2 連接底架及加固框架

連接底架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由側(cè)梁、橫梁、鞍座、卡帶、卡帶螺栓及連接銷等組成。加固框架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要由圓弧框架、壓柱座等部分組成。圖8為連接底架及加固框架結(jié)構(gòu)。

圖8 連接底架及加固框架結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大件貨物運(yùn)輸市場(chǎng)時(shí)效性、機(jī)動(dòng)性的要求越來越高，研制開發(fā)適應(yīng)公鐵聯(lián)運(yùn)的長大貨物車，尤其是大力發(fā)展公鐵聯(lián)運(yùn)鉗夾車，把公路、鐵路的聯(lián)合運(yùn)輸納入車輛總體設(shè)計(jì)中，可以產(chǎn)生巨大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。