敞車避免集重裝載的探究

姜 瑞，劉勝元，劉新花

(1.呼和浩特鐵路局集寧機務段;2.蘭州鐵路局;3.蘭州交通大學交通運輸學院)

敞車避免集重裝載的探究

姜 瑞1，劉勝元2，劉新花3

(1.呼和浩特鐵路局集寧機務段;2.蘭州鐵路局;3.蘭州交通大學交通運輸學院)

敞車是鐵路運輸的主要車型，敞車集重裝載最易引發安全事故。在鐵路貨物方面，尤其是如何避免敞車集重裝載直接影響著貨物、車輛和行車的安全，關系到國家、鐵路、托運人的利益，對鐵路運能的影響也極大，因此科學合理的避免敞車集重裝載是當前亟待解決的課題。首先通過介紹敞車的定義、車體結構特點、設計用途，考慮在裝載集重貨物時，應滿足裝車后所產生的工作彎曲力矩不大于其最大容許彎曲力矩的條件，分析了車體承受均布載荷后受力與歪曲力矩的關系，并分析了敞車中部和兩端三處承載的情況。最后，通過案例分析提出了相應的擴大貨物裝載加固方法，以供相關工作人員參考。

敞車;集重貨物;裝載;運輸安全

1 敞車避免集重裝載

1.1敞車簡述

敞車是鐵路運輸的主要車型，約占總數的62%，而平車只占運用車總數的4%左右，因此需大量的使用敞車來裝運闊大貨物。長期以來存在平車數量不足敞車易于取得的情況，故在此著重研究敞車。所謂敞車是指具有端壁、側壁、地板而無車頂，向上敞開的貨車，主要供運送煤炭、礦石、礦建物資、木材、鋼材等大宗貨物用，也可用來運送重量不大的機械設備。

1.2 集重貨物的特點

集重貨物是指重量大于所裝車輛負重面長度的最大容許載重量的貨物。集重貨物的特點是重量較大，支重面長度較小。例如鋼錠、鋼坯、鋼卷、大型電機等。因而貨物裝車后，重量將較為集中地落在車輛的局部地板上。車底架上每單位長度上有一個最大容許彎曲力矩［M］，如果作用于車底架的工作彎曲力矩［M］超過其最大容許彎曲力矩［M］時，會使車底架受到損傷，甚至斷裂，造成嚴重的行車事故。因此，在裝載集重貨物時，應選擇合適的車輛，確定合理的裝載方案，使貨物裝車后所產生的工作彎曲力矩不大于其最大容許彎曲力矩，即要滿足M≤［M］，以保證貨物與車輛的安全。

1.3 車體承受均布載荷后受力與歪曲力矩的關系

板上面均布裝載為例來分析車體的受力情況，如圖1所示。

圖1 車體承受均布載荷時各處的彎曲力矩

從圖中我們可以清楚地觀察到，車體在承受均布載荷時，它在橫中心線C上的彎曲程度最大，也即彎曲力矩最大。因此，在一般情況下，車底架中梁的中心線處也最容易出現問題。貨物作用于車底架上的工作彎曲力矩的大小，則與貨物支重面長度、寬度和其在車底板上的裝載位置、裝載方法等因素有密切的關系。同一重量的貨物用同一種車輛裝載，貨物的支重面長度越大，則其所產生的彎曲力矩越小，因為彎曲力矩M，其計算公式為

式中:M為彎曲力矩，N·m;F為作用于支點上的力，N;L為受到的力與支點之間的距離，m。

車輛裝載貨物之后，力都是先由枕梁傳到轉向架，再由轉向架傳到鋼軌上的，轉向架即為其支點。所以在F一定的條件下，貨物支重面長度越大，受力處于枕梁之間的距離就越小，即L越小，則其彎曲力矩M也就越小。反之，亦然。

車輛底架橫中心線處的彎曲力矩

式中:l為車輛銷距，cm;M'為支重面的長度，cm;Q為貨物的重量，kg;M為車底架橫中心線處的彎曲力矩，N·cm。

式中:l為車輛銷距，cm;k'為支重面的長度，cm;Q為貨物的重量，kg;M'為車底架橫中心線處的彎曲力矩，N·cm。

對式(1)與式(3)進行比較，因為 k'＞k，所以 M ＞M'。即車體承載貨物后，貨物支重面長的車底架的工作彎曲力矩要比支重面短的小。這就說明同一重量的貨物，支重面越長，則越能有效地避免集重，有效地提高敞車的承載能力和利用率。同樣也可以采用加墊橫墊木來避免貨物集重。

1.4 敞車的結構特點和設計用途

敞車的結構主要有車體，車底架以及兩副轉向架組成。車地板為鋼地板，底架主要有中梁，側梁，枕梁以及橫梁和端梁組成，其中中梁由兩根工字型鋼梁對在一起組成，是車底架中最主要的組成部分。

敞車的主要用途是裝載重量能均勻分布在車地板上的貨物，特別是煤炭，冶煉，礦建材料等貨物，以及能布滿車底板的成件包裝貨物，還可以運輸木材，集裝箱以及部分重量不大的機械設備。敞車的梁為普通的鋼架結構梁，屬于底架與側壁同時承載，車底架的中，側梁均為等斷面結構，主型敞車的中梁截面高度在310 mm左右，側梁截面高度在240 mm以下，其強度和剛度較差，同時，敞車垂直載荷是按均布設計的，未考慮集中載荷無集載能力參數，也即設計師未考慮集重貨物的裝載需求隨意其承載集中載荷的能力相對較低。1.5 敞車中部和兩端三處承載

一車裝載奇數件貨物又無法將它們分為重量和長度相等的兩部分時，可在車輛中部和兩端三處承載，以避免偏載，偏重和集重。

根據貨物的長度，對于敞車中部和兩端三處承載，又分為兩種情況:(1)貨物長度不大于3.8 m，在車輛兩枕梁內外等距離、寬度不小于1.3 m范圍內和車輛中部三處承載。(2)靠車輛兩端墻向中部連續裝載，每端裝載長度超過3.8 m，且在車輛中部裝載貨物。

對于第一種情況，因為車輛的中部是彎曲力矩最大的部位，通過對車輛各項性能的計算和實驗得出，車輛中部承受的貨物的重量不得大于13 t，全車裝載重量不得超過57 t。70 t通用敞車的各項性能相對于60 t敞車都有所提高，所以它規定中部裝載貨物重量不得超過25 t，全車裝載量不得超過65 t。對于車輛中部貨物的承載寬度沒有要求。

對于第二種情況，同樣，中部所裝載的貨物重量不得超過13 t。當兩貨物的裝載寬度不小于2.5 m時，全車裝載重量不得超過57 t。當兩端貨物的裝載寬度不小于1.3 m，不足2.5 m時，全車裝載重量不得超過55 t。

圖2 敞車中部和兩端三處承載示意圖

現階段需要敞車承受集中載荷的貨物主要是大型鋼材，如鋼錠、鋼坯、卷板等，上述五種工況基本上可以滿足運輸生產要求。

上述各工況中，關于貨車的承載面寬度不得小于1.3 m的要求是根據敞車地板面寬度確定的。敞車地板實際可用到的承載寬度是2.6 m左右，貨物寬度不足1.3 m，可通過采用雙排或多排擺放方法，使車輛負重面寬度不小于1.3 m;無法雙排或多排擺放時，可采用加墊長度不小于1.3 m的橫墊木，使車輛負重面寬度達到1.3 m或其以上。承載面小于1.3 m時，將使其承載能力顯著降低，故應予避免。

2 案例分析

例:現有一批卷鋼，直徑1 100 mm，高800 mm，件重6 t，現要求用60 t或61 t敞車來裝運，該如何裝載?

解:

方法一:對于上述的這些卷鋼，因為車輛的最大容許載重量為60 t，所以最多可以裝9件。通過研究發現，當敞車的承載面寬度小于1.3 m時，其承載能力顯著降低，所以應予避免這種情況。若在車地板上單排等距裝載，如圖3所示。

圖3 卷鋼在車地板上單排等距裝載示意圖

這樣裝載有兩方面的不妥。其一:違反了《加規》規定的最小負重面寬度為1 300 mm的規定。其二:通過實驗和計算得出，60 t通用敞車在兩枕梁間承受均布載荷時，若負重面的寬度在1 300～2 500 mm之間，長度為9 000 mm時，容許的載重量為30 t，而本裝載方案為36 t，顯然會造成集重，威脅到運輸安全，因此不可以采用。

方法二:兩端和中部三處承載，如圖4所示。

這種裝載方法避免了上一種方法的兩枕梁間造成集重的問題，同時，也符合中部所裝貨物的重量不大于13 t，總重不超過57 t的要求，但是，它還是犯了和上一種方法同樣的錯誤，就是負重面的寬度小于了1 300 mm，這樣車輛的中梁和橫梁將受到較為集中的載荷，車輛的承載能力將顯著下降。這種裝載方法仍然會造成集重，不合理。

圖4 卷鋼裝載示意圖

方法三:兩端和中部三處承載，如圖5所示。

圖5 卷鋼裝載示意圖

因為這種類型的卷鋼高度和直徑都不是很大，可以采用立裝的方法。要想使承載面寬度大于1 300 mm，比較簡單的方法有兩種，(1)在卷鋼下面放置橫墊木。(2)并排裝載。顯然，由于這種卷鋼的直徑小等因素，在其下面加墊橫墊木是不可行的。因此，采取并排裝載的方法來使其承載面寬度大于1 300 mm。車輛的標記載重量為60 t，所以最多可以裝載這樣的卷鋼9件，可在車輛中部裝載一件，其余分為兩部分裝載車輛的兩端重心分別落在車輛轉向架中心銷上。在裝載時要在卷鋼與車底板之間鋪稻草墊來防止卷鋼在運輸過程中發生位移。這樣就可以使負重面的寬度大于1 300 mm，避免了集重，既保證了運輸的安全，又最大限度的利用了車輛的承載能力。

加固方法:由于卷鋼直接用鋼絲繩或盤條進行加固時，容易造成貨物損壞。因此，只有將其裝在2個尺寸為2 200 mm×2 200 mm×100 mm和1個尺寸為1 100 mm×1 100 mm×100 mm的“井”字形木托架上，用直徑為6.5 mm的鋼絲繩4股反右字形進行加固，在卷鋼與鋼絲繩的接觸點處用鋼支架，以免損壞卷鋼，然后用釣鉤勾住鋼絲繩，以免其滑落。

3 結論

(1)裝載集重貨物時，應優先選用平車。由于集重能力的原因不能滿載而迫切需要滿載的，可選用平車裝載。普通平車集載能力仍不足的可使用D型車。

(2)抓緊研制集載能力大的新型敞車。可以考慮設計制造一種中梁和側梁為魚腹型的，集載能力較強的新型敞車。同時，借鑒國外經驗，制造專用貨車。這樣既可節省加固材料，又能確保運輸安全。

(3)對一些裝載工況較好的貨物，科學地制定裝載加固方案，在確保車輛完好和運輸安全的前提下，盡可能實現滿載。

隨著敞車避免集重裝載的理論研究在不斷的深入，裝載加固方案也在不斷地完善之中。論文中還存在很多不足之處，例如對敞車裝載集重貨物時的典型案例進行了分析，缺乏全面性;對避免敞車集重裝載的建議不是很全面。

［1］陳宜吉.鐵路貨運組織［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］中華人民共和國鐵道部.鐵路貨物裝載加固規則［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］中華人民共和國鐵道部.常用裝載加固材料與裝置［M］.北京:中國鐵道出版社2006.

［4］ 李源青.敞車避免集重裝載的探討［J］.上海:上海鐵道科技，2004，(3).

［5］李笑紅，王占國.合理利用敞車避免集重裝載［J］.鐵道貨運，2000，(5).

U291

C

1008－3383(2014)08－0200－02

2014－06－17

姜瑞(1986－)，男，甘肅武威人，助理工程師;劉勝元(1981－)，男，甘肅武威人，助理工程師。