棒材鐵路發(fā)運(yùn)裝載加固方式研究

寧春明，李世強(qiáng)

（廣西柳鋼物流有限責(zé)任公司，廣西柳州 545003）

柳鋼集團(tuán)本部生產(chǎn)的建材，大多通過鐵路火車運(yùn)輸外發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年僅從火車發(fā)運(yùn)中心發(fā)出的建材就有36393節(jié)車皮，平均每天發(fā)運(yùn)量約為100個(gè)車皮，按棒材占建材75%的比例計(jì)算，棒材的火車發(fā)運(yùn)量約為27295節(jié)車皮。2016年1月1日，中國鐵路總公司施行了新的《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》，棒材的鐵路發(fā)運(yùn)必須在該規(guī)則下進(jìn)行裝載加固才能滿足鐵路的規(guī)則。鐵路貨車運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的調(diào)整，給鐵路裝載加固材料和裝置等相關(guān)運(yùn)輸配套生產(chǎn)企業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。目前柳鋼物流公司開始介入柳鋼棒線的火車發(fā)運(yùn)工作。

1 目前棒材鐵路發(fā)運(yùn)裝載加固方式

1.1 裝載加固暫行方案

《南寧局集團(tuán)公司鐵路貨物裝載加固暫行方案》以下（簡稱《加固暫行方案》）中要求，對長6250～12000mm成捆棒材敞車發(fā)運(yùn)，加固材料為條形草支墊或稻草繩。裝載方法是在車輛中部裝載一垛，貨垛重心投影位于貨車的縱、橫中心線的交叉點(diǎn)上，貨垛下在車輛橫中心線兩側(cè)對稱加墊2道條形草支墊或稻草繩把（每道并列擺放2根），裝滿車寬；加固方法是貨物與車地板間、各捆間鋪墊2道條形草支墊或稻草繩把。目前，柳鋼主要使用條形草支墊（規(guī)格為2200mm×160mm×70mm）方案，如圖1所示。廣西區(qū)內(nèi)發(fā)貨要求60t、70t通用敞車每車皮各需要墊14、18根條形草支墊，發(fā)往云南、貴州、四川的棒材則要求加倍墊支墊，每車皮墊需墊24～28根支墊。

圖1 條形草支墊裝載加固方式

1.2 條形草支墊成本

據(jù)了解，2019年前柳鋼集團(tuán)采購條形草支墊每根費(fèi)用為18元，2020年以后每根費(fèi)用增至23元，不排除以后繼續(xù)提價(jià)的可能。如按每天發(fā)運(yùn)棒材100個(gè)車皮，每車皮平均墊16根支墊計(jì)算，每天需要1600根，支墊費(fèi)用為1600×23=36800元，即每天需要支付3.68萬元的稻草費(fèi)。如果加上廣西鋼鐵公司的棒材鐵路發(fā)運(yùn)量，整個(gè)柳鋼集團(tuán)用于購買支墊的費(fèi)用還要多。

1.3 條形草支墊供應(yīng)情況

目前，柳鋼條形草支墊供應(yīng)商僅有1～2家，供貨量為一天一車，一車1800根，僅夠112個(gè)車皮使用。供貨商也為稻草材料供應(yīng)不足而發(fā)愁。供貨商主要在農(nóng)村各地以收購的形式收集條形草支墊，由于農(nóng)村已經(jīng)大量使用機(jī)械化收割稻谷，收割的同時(shí)直接粉碎稻草，因此稻草的供應(yīng)量日趨減少，勢必影響條形草支墊的供應(yīng)量。如果柳鋼集團(tuán)火車棒材發(fā)貨量進(jìn)一步加大，條形草支墊的供應(yīng)問題將更加突出，會(huì)嚴(yán)重影響鋼材鐵路發(fā)運(yùn)。

1.4 條形草支墊存在的問題

（1）隨著農(nóng)村水稻收割機(jī)械化，稻草粉碎還田，稻草資源日趨匱乏，未來將面臨無稻草可用。

（2）需要有倉庫堆放，不能淋雨，對消防要求高，有安全隱患。

（3）每次裝車現(xiàn)場都會(huì)留下很多碎草，影響環(huán)境衛(wèi)生，需要及時(shí)打掃現(xiàn)場。

（4）稻草支墊使用后變形嚴(yán)重，只能一次性使用，使用完后還需要處理。

（5）需要嚴(yán)格控制貨物的裝車溫度，以防條形草支墊焦煳、燃燒造成失效。

（6）一個(gè)車皮的棒材運(yùn)輸需要條形草支墊費(fèi)用為216～468元，價(jià)格不低。

2 棒材裝載加固方案

隨著火車的提速，鐵路對貨物裝載加固方式也提出了新的要求。條形草支墊已經(jīng)不適合未來鐵路貨物運(yùn)輸?shù)囊螅瑸榇?，要探索提高貨物裝載加固效率、降低加固成本的途徑。

2.1 新加固材料應(yīng)具備特點(diǎn)

《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》第七十條規(guī)定：積極發(fā)展、優(yōu)先使用可循環(huán)使用、經(jīng)濟(jì)可靠的符合國家相關(guān)政策的裝載加固材料及裝置。針對條形草支墊存在的問題，有必要找到一種替代產(chǎn)品，一種低成本可多次復(fù)用的棒型材料運(yùn)輸座架，在滿足鐵路運(yùn)輸要求的情況下，替代傳統(tǒng)稻草支墊進(jìn)行棒形材料的火車運(yùn)輸。該產(chǎn)品應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①重復(fù)使用，耐用耐磨；②便于存放和返程運(yùn)輸；③使用成本比條形草支墊低；④防火防潮。

2.2 新方案

按照新型加固材料的特點(diǎn)原則，加固材料優(yōu)選金屬材料。具體方案如圖2所示，一套座架自重約為1.5t，棒材座架由底架、端欄、邊欄條一、邊欄條二、扁通墊、U型連接架、邊欄座、銷耳和卡檔等組成，在敞車上成對組合使用。棒材座架折疊后的狀態(tài)如圖3所示，棒材座架的邊欄及扁通墊能夠放倒，便于疊放運(yùn)輸。

圖2 棒材座架組成

圖3 棒材座架折疊狀態(tài)

2.3 棒材座架特點(diǎn)

（1）底架由多根扁通墊焊接而成，承受棒材的重量。

（2）端欄由多根扁通墊及鋼板焊接而成，起著阻擋棒材在敞車長度方向移動(dòng)的作用。

（3）邊欄由鋼板折彎成U型鋼，起著阻擋棒材在敞車寬度方向移動(dòng)的作用；邊欄底部通過銷耳鉸接到底架的兩側(cè)上，能夠立起和放倒；在邊欄的槽內(nèi)通過連接架來連接扁通墊；邊欄分為邊欄一和邊欄二兩種，邊欄一連接的扁通墊起著隔開底層和二層棒材的作用，邊欄二連接的扁通墊起著隔開二層和三層棒材的作用。

（4）扁通墊起著隔開底層、二層及三層棒材的作用，便于穿鋼絲繩進(jìn)行棒材的吊裝；兩側(cè)的扁通墊錯(cuò)開布置，便于放倒時(shí)不相互干涉。

（5）卡擋作用是固定座架在敞車的相應(yīng)固定位上。

（6）由于連接架的兩組銷孔有一定距離（假設(shè)50mm），連接架連接的扁通墊在上翻和下翻之間有±50mm的調(diào)節(jié)余地，方便調(diào)節(jié)扁通墊的放置高度，以適應(yīng)在裝載不同高度的棒材時(shí)，扁通墊均能與棒材良好接觸。

2.4 座架材料的選擇

將座架作為加固裝載方案，就要考慮座架返回發(fā)貨點(diǎn)的成本費(fèi)用問題，座架的體積及重量的大小都會(huì)大大影響棒材運(yùn)輸?shù)奈锪鞒杀尽Ｔ跐M足座架強(qiáng)度的情況下，需要想盡辦法減輕座架的重量，因此座架以扁通墊型材結(jié)構(gòu)材料為主。

2.5 受力分析方法

《加固暫行方案》中規(guī)定，當(dāng)車地板鋪墊的2道條形草支墊間距在7000～8700mm時(shí)，70t通用敞車容許裝載量最大為65t。每個(gè)底架的承重部分主要由2根120mm×80mm×8mm的扁通墊承擔(dān)，由于座架是成對組合使用，即每根扁通墊最大承受重力65/4=16.25t，即1625kgf（15925N）。扁通墊是用鋼板或者帶鋼制作，選用材料Q325。為了保證座架的使用安全，按安全系數(shù)為3進(jìn)行受力分析。SolidWorks Simulation是一個(gè)與SolidWorks完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，提供了應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析方案，借助完全嵌入SolidWorks 3D CAD的一致、強(qiáng)大且直觀的仿真功能，設(shè)計(jì)人員可在設(shè)計(jì)過程的早期了解產(chǎn)品性能及受力情況，避免成本高昂的過度設(shè)計(jì)，可以利用Solidworks Simulation對座架進(jìn)行靜態(tài)受力分析。現(xiàn)以單根扁通墊為例，說明使用SolidWorks軟件做受力分析的方法及步驟。

（1）先在SolidWorks建立單根扁通墊的三維模型。

（2）打開Simulation插件，點(diǎn)擊新算例，在常規(guī)模擬選擇靜應(yīng)力分析。

（3）在“應(yīng)用材料”里的材料庫里找到屈服強(qiáng)度為325N/mm的金屬材料，這里選擇“AISI鋼，冷拔（ss）”，點(diǎn)擊應(yīng)用。

（4）在“夾具顧問”選擇“固定幾何體”，選擇扁通墊的三維模型的底面。

（5）在“外部載荷顧問”選擇“力”，方向選“法向”，選擇扁通墊的三維模型的上表面，力的大小輸入1625kgf。

（6）選擇“網(wǎng)格”，根據(jù)情況選擇網(wǎng)格的密度并生成網(wǎng)格。

（7）點(diǎn)擊“運(yùn)行此算例”，就可以得到運(yùn)行的結(jié)果。應(yīng)力情況如圖4所示，可以看出最大應(yīng)力為45.17MPa，而材料的屈服強(qiáng)度為325MPa，325/45.17≈7.2，即安全系數(shù)達(dá)到7倍以上，表明選用的材料滿足現(xiàn)場的應(yīng)用場合。

圖4 單根扁通墊的靜應(yīng)力分析

2.6 使用方法

按每層的棒材貼緊端欄按層錯(cuò)開擺放，并用扁通墊隔開不同層的棒材，替代稻草加固，滿足棒材的敞車安全運(yùn)輸要求。

（1）先將兩個(gè)棒材座架成對放進(jìn)敞車，并將座架的卡擋卡進(jìn)敞車的卡座上。

（2）將放倒的所有邊欄條及扁通墊立起來，吊放第一層棒材，棒材的端頭要求靠近座架的一側(cè)端欄，并放滿座架寬度。

（3）將邊欄條一的扁通墊放倒于第一層棒材上，吊裝第二層棒材，棒材的端頭要求與第一層錯(cuò)開擺放，靠近座架的另一側(cè)端欄，如圖5所示。

圖5 兩層棒材堆放狀態(tài)

（4）將邊欄條二的扁通墊放倒于第二層棒材上，吊裝第三層棒材，棒材的端頭要求靠近座架的一側(cè)端欄，并放滿座架寬度，如圖6所示。

圖6 三層棒材堆放狀態(tài)

3 預(yù)期效益

一套棒材座架的材料及制作成本約為1.6萬元，當(dāng)前條形草支墊成本為368元/車皮，只要棒材座架的返程運(yùn)費(fèi)、折舊費(fèi)及管理成本少于368元，就可以產(chǎn)生一定的效益。據(jù)了解，廣東返回柳州的汽車運(yùn)費(fèi)約為100元/t，一套棒材座架的返程費(fèi)用為150元；每套座架按5年折舊，每年使用50次，每次折舊費(fèi)約為64元；管理費(fèi)每套每次按20元，即每個(gè)車皮棒材座架的成本費(fèi)用約為234元。相比條形草支墊，使用棒材座架每個(gè)車皮可以節(jié)省134元的費(fèi)用，按年發(fā)運(yùn)棒材27295個(gè)車皮，估計(jì)每年將給柳鋼集團(tuán)帶來365萬元以上收益。

4 結(jié)論

《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》第七十一條規(guī)定：符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新型裝載加固材料及裝置，取得技術(shù)檢測合格報(bào)告后即可使用。由于棒材座架屬于新型裝載加固裝置，涉及裝載加固材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要公司與鐵道部運(yùn)輸局及鐵道部標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所等相關(guān)單位進(jìn)行多次溝通，并經(jīng)多次試驗(yàn)、技術(shù)檢查、整改以形成新的裝載加固材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，棒材座架才能投入實(shí)際應(yīng)用。棒材座架的方案已經(jīng)申請國家實(shí)用新型專利，如棒材座架能夠推廣使用，將推動(dòng)柳鋼集團(tuán)乃至全國鋼企的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有很好的社會(huì)效益。