一種鐵路集裝箱—汽車兩用貨車研發(fā)思路

李 政，劉寅華，王力爭(zhēng)

（中車山東機(jī)車車輛有限公司，濟(jì)南 250022）

隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和消費(fèi)形式的改變，在國(guó)家的宏觀調(diào)控下，在各個(gè)因素影響下，在環(huán)保、多式聯(lián)運(yùn)、鐵路貨運(yùn)增量等方面鐵路貨運(yùn)市場(chǎng)潛力巨大，對(duì)鐵路貨運(yùn)事業(yè)提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。集裝箱和小汽車運(yùn)輸市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛，研制一種能同時(shí)適合集裝箱和小汽車運(yùn)輸?shù)奶胤N車輛，可為我國(guó)開(kāi)展多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸提供一種新思路。

1 國(guó)內(nèi)外鐵路運(yùn)輸汽車現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外鐵路運(yùn)輸汽車現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家的鐵路商品汽車運(yùn)輸?shù)氖袌?chǎng)份額可以占到目標(biāo)市場(chǎng)的50%～70%。加拿大CN鐵路公司研發(fā)了三層商品汽車專用車，每輛車平均能夠裝載15輛商品汽車，CN公司商品汽車三層專用車，如圖1所示［1］；德國(guó)雙層運(yùn)輸汽車專用車可實(shí)現(xiàn)整體式升降的雙層裝載，如圖2所示。

圖1 CN鐵路公司研發(fā)了三層商品汽車專用車

圖2 德國(guó)的雙層運(yùn)輸汽車專用車

1.2 國(guó)內(nèi)鐵路運(yùn)輸汽車現(xiàn)狀

隨著鐵路貨車運(yùn)輸汽車市場(chǎng)需求的不斷變化，國(guó)內(nèi)鐵路貨車雙層運(yùn)輸汽車專用車AQ系列經(jīng)歷了從1989年研制的第1代SQ1型到2018年研制的SQ8型的發(fā)展過(guò)程，其中SQ6其占保有總量的90%左右，是鐵路運(yùn)輸商品車的主力車型［2］。

SQ系列基本滿足我國(guó)鐵路運(yùn)輸汽車的要求，隨著運(yùn)輸汽車市場(chǎng)擴(kuò)大，考慮車輛的通用性及汽車運(yùn)輸?shù)母叻迤?，SQ系列運(yùn)力不足情況，而汽車運(yùn)輸?shù)牡?，車輛則閑置較多，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，大部分汽車運(yùn)輸專用車往往也是滿載去，空車回，不能形成對(duì)流雙向運(yùn)輸，返回運(yùn)力資源也存在浪費(fèi)，時(shí)效性差［2］。

2 鐵路集裝箱—汽車兩用車的研發(fā)技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，車輛需具備較好的通用性，自重小，載重大，能適應(yīng)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有商品汽車運(yùn)輸?shù)囊螅哂袑?duì)流雙向運(yùn)輸功能即運(yùn)輸乘用車或集裝箱，設(shè)計(jì)車輛的技術(shù)成熟可靠，便于檢修，車輛應(yīng)符合環(huán)保、鐵路主要技術(shù)政策和相關(guān)法律法規(guī)要求，最為重要的是解決SQ系列汽車運(yùn)輸運(yùn)力資源浪費(fèi)的問(wèn)題，提高時(shí)效性。

2.2 主要結(jié)構(gòu)

該車主要由上部底架、下部底架、升降機(jī)構(gòu)、集裝箱鎖閉裝置、防護(hù)欄、風(fēng)手制動(dòng)裝置、車鉤緩沖裝置、車體附件、走行部等部分組成，如圖3所示。

圖3 集裝箱—汽車兩用車結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)及可靠性研究

實(shí)現(xiàn)集裝箱和汽車運(yùn)輸?shù)碾p功能運(yùn)輸關(guān)鍵在于車輛的轉(zhuǎn)換功能和上部底架的整體升降作用，通過(guò)對(duì)升降裝置、地面輔助設(shè)施、下部底架及上部底架結(jié)構(gòu)形式、裝載對(duì)象（集裝箱、汽車數(shù)量等）等方面的研究，對(duì)成熟技術(shù)的選型、應(yīng)用等方面的考慮以確保該設(shè)計(jì)車型的功能性應(yīng)用。

2.3.1 升降裝置及輔助設(shè)施

我國(guó)SQ系列雙層裝載采用的是依靠升降裝置的平衡配重原理使上部底架運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛在升、降位置的裝卸貨作業(yè)，結(jié)構(gòu)笨重、操作效率較低。研發(fā)一種變速齒輪箱結(jié)構(gòu)的杠桿傳動(dòng)式升降裝置，操縱升降裝置實(shí)現(xiàn)上部底架的升降，利用齒輪、渦輪等的傳動(dòng)比，使操作端的輸入力降到人為可操作的范圍，通過(guò)連接軸與曲柄組成可調(diào)節(jié)上部底架的升降裝置；車輛每端附近配備有2個(gè)可兩側(cè)獨(dú)立操作的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)與連接軸接口配合，帶動(dòng)連接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整上部底架的升降。升降裝置結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，其結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

圖4 升降裝置結(jié)構(gòu)形式

圖5 升降裝置結(jié)構(gòu)原理圖

2.3.2 下部底架與上部底架的結(jié)構(gòu)形式

上、下部底架的地板為防滑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有安裝汽車輪胎捆綁器的安裝孔；上部底架設(shè)為平整的底架，并安裝翻轉(zhuǎn)式集裝箱裝置，用于裝載集裝箱；上部落到下部底架上，在縱向沖擊及慣性作用下，僅僅靠升降裝置是無(wú)法支撐2個(gè)20 ft集裝箱的裝載，升降裝置容易造成損壞，因此在上部底架、下部底架安裝止擋裝置，即上部底架設(shè)有止擋塊，焊接在上部底架的集裝箱鎖座下部，既是對(duì)集裝箱鎖處的補(bǔ)強(qiáng)作用，又是上部底架的固定點(diǎn)，如圖6所示。下部底架加強(qiáng)梁處焊接止擋座，用于固定上部底架，如圖7所示，端梁處焊接定位器，用于限位上部底架的升降，起到定位作用，在上部底架降落到下部底架時(shí)止擋塊落到止擋座中，在縱向力，扭轉(zhuǎn)等工況考核時(shí)保證升降裝置不受力，安全可靠。

圖7 止擋座、定位器安裝示意圖

2.3.3 裝載對(duì)象

集裝箱裝載：上部底架降落到與下部底架接觸固定后便可利用上部底架的集裝箱鎖閉裝置裝載集裝箱，集裝箱裝載工況如圖8所示。

圖8 集裝箱裝載工況

雙層汽車裝載：升降裝置兩端形成高低差，如圖9所示，通過(guò)升降裝置調(diào)整上部底架的位置，通過(guò)打開(kāi)上部底架的活動(dòng)渡板使其與站臺(tái)搭接或?qū)?，保證汽車能夠駛?cè)肷喜康准苤付ㄎ恢谩．?dāng)上部底架裝載完成后，關(guān)閉上部底架的活動(dòng)渡板，調(diào)整升降裝置的位置，保證上部底架處于水平工作位；打開(kāi)下部底架的活動(dòng)渡板，進(jìn)行下部底架的裝載。

圖9 雙層裝載汽車工況

單層汽車裝載時(shí)：通過(guò)調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)上部底架的整體升降作用，上部底架降落到與下部底架接觸固定后便可單層裝載汽車，如圖10所示。

2.3.4 可靠性研究

采用70 t級(jí)貨車廣泛使用的配置，采用17型車鉤裝置；MT-2型緩沖器；空氣制動(dòng)裝置采用120閥制動(dòng)系統(tǒng)；集裝箱鎖閉裝置采用推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置；采用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架；采用在歐洲運(yùn)輸汽車專用車上已廣泛應(yīng)用的升降裝置，在成熟技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)，根據(jù)TB/T 1335—1996的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行有限元分析，使車輛的可靠性得到理論上的保證。

2.4 車輛主要參數(shù)及裝載工況

車輛主要性能參數(shù)及尺寸見(jiàn)表1，裝載運(yùn)輸工況見(jiàn)表2、表3。

表1 主要性能參數(shù)及尺寸

表2 裝載運(yùn)輸工況

表3 乘用車裝車工況

2.5 車型特點(diǎn)

鐵路集裝箱—汽車兩用車具有運(yùn)輸集裝箱的平車功能，也具有雙層運(yùn)輸汽車專用車的功能，有如下特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)多裝載工況，可以裝載2×20 ft或1×40 ft/45 ft的集裝箱，也可以實(shí)現(xiàn)汽車裝載。

（2）車輛自重小、載重大，自重小于30 t，載重61 t。

（3）上部底架裝卸汽車操作簡(jiǎn)便。集裝箱—汽車兩用車通過(guò)調(diào)節(jié)升降裝置實(shí)現(xiàn)上部裝載面的整體升降，使上部底架的渡板與貨場(chǎng)站臺(tái)對(duì)接，無(wú)需借用如移動(dòng)式爬梯類的輔助設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)上部底架的車輛裝卸，作業(yè)效率高。

（4）在運(yùn)輸?shù)钠嚐o(wú)法滿足編組的要求時(shí)可以裝運(yùn)集裝箱，編組靈活，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，時(shí)效性強(qiáng)，不會(huì)造成使用車輛時(shí)的資源浪費(fèi)，避免單向運(yùn)輸小汽車，返回運(yùn)力資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重的現(xiàn)象［2］。

3 應(yīng)用前景

隨著人們的生活水平提高，商品車的購(gòu)置也隨著增長(zhǎng)，國(guó)鐵集團(tuán)與一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車公司、上汽集團(tuán)3大汽車集團(tuán)紛紛簽訂戰(zhàn)略協(xié)議，力爭(zhēng)大客戶全年發(fā)運(yùn)量占商品汽車運(yùn)輸總量的80%以上，按照此前制定的《2018-2020年貨運(yùn)增量行動(dòng)方案》，2018-2020年，商品汽車鐵路運(yùn)量也以每年20%～30%的增長(zhǎng)，而多式聯(lián)運(yùn)模式下集裝箱化運(yùn)輸是一種趨勢(shì)，鐵路集裝箱—汽車運(yùn)輸兩用車的研發(fā)可以提高鐵路貨車綜合運(yùn)營(yíng)能力，多功能的運(yùn)輸會(huì)使鐵路運(yùn)輸事業(yè)更具靈活性，更加快捷，時(shí)效性強(qiáng)，同時(shí)為多式聯(lián)運(yùn)提供多一種的選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景。