用于馱背運輸的廂式車輛裝載栓固技術要求的研究

鄒懷森 宗成強 李善坡 霍孟坤

1. 北京馱豐高新科技股份有限公司 北京 102208

2. 交通運輸部公路科學研究院運輸車輛運行安全技術交通行業重點實驗室 北京 100088

3. 中國鐵道科學研究院集團有限公司運輸及經濟研究所 北京 100081

1 前言

馱背運輸是指將裝有貨物的一種運載工具放置在另一種運載工具上進行運輸的方式，屬于多式聯運的范疇。鐵路馱背運輸方式可以將公路靈活、便捷的特點與鐵路運量大、安全可靠的優勢結合在一起，能夠快速、可靠地運輸貨物，提高運輸效率。同時由于其經濟節能、綠色環保的特點，馱背運輸已經成為歐美發達國家多式聯運和門到門運輸的組織形式之一。隨著我國高速鐵路網的不斷完善和既有線路的技術改造，鐵路貨物運輸能力得到有效釋放，為鐵路貨運產品轉型升級提供了有利條件[1]。

2014年10月，國務院印發《物流業發展中長期規劃(2014－2020年)》提出了加快推進多式聯運發展，探索構建馱背運輸等多式聯運體系[2]。2015年，交通運輸部、國家發展改革委聯合發布《關于開展多式聯運示范工程的通知》（交運發[2015]107號），將推進多式聯運的發展作為今后我國貨運工作的重點工作之一。2016年，交通運輸部等18個部門聯合發布《交通運輸部等十八個部門關于進一步鼓勵開展多式聯運工作的通知》（交運發[2016]232號），大力支持“推廣先進運輸組織模式”，其中包含馱背運輸模式[3]。

盡管鐵路貨運管理部門對貨物裝載加固有著專門的規章，但這些規章沒有專門針對鐵路馱背運輸車裝載馱背運輸廂式貨車的相關規定，因此有必要對馱背運輸廂式貨車的裝載栓固技術進行研究，為馱背運輸的快速發展提供技術支撐。本文主要從裝載要求、栓固要求、栓固裝置技術要求等方面展開研究。

2 裝載要求

裝載要求分為基本要求、馱背運輸車輛貨物裝載、馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的裝載三大部分。其中馱背運輸車輛貨物裝載的相關要求是適用于所有裝貨區域結構型式為封閉貨廂的裝載。

2.1 基本要求

為了保證馱背運輸車輛駛入鐵路馱背運輸車后，鐵路馱背運輸車重心橫向偏移量可控，對馱背運輸車輛左右輪胎的質量偏差極限值進行計算。按照《鐵路貨物裝載加固規則》（TG/HY 102-2015，簡稱《加規》）中的相關規定，貨物總重心投影橫向偏離鐵路貨車縱中心線距離不超過100 mm[4]，考慮目前馱背運輸車輛輪胎與鐵路馱背運輸車側墻間隙為20 mm，馱背運輸車輛總重心投影偏離鐵路馱背運輸車縱中心線距離按最大80 mm對其偏載值進行估算，在馱背運輸車輛質量為40 t時，左右輪胎偏差8%，相當于左右輪胎偏差為2 000 kg，具有可操作性和實施性。

相關計算方法如下：按照《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》（GB 1589-2016）規定中三軸半掛車軸組（并裝三軸）的承載最高為24 t，貨廂寬度為2 550 mm，縱向中心線偏差為80 mm進行計算，假定半掛車軸組所在的左側輪胎、右側輪胎為一獨立部分，進行貨物裝載質心位置計算。由于目前半掛車普遍使用雙胎，因此半掛車輪胎中心距TR通常為1 820～1 860 mm（見圖1），在計算裝貨后的縱向中心線位置時，以1 820 mm為參考進行左右兩側輪胎上對應承載質量的計算。

圖1 貨物裝載質心最大偏移距離計算

假設單側輪胎上的質量分別為x噸、y噸，其質心位置位于870 mm處，以其中一側為支點建立相應的平衡方程式（1）：

可得左右兩側輪胎上對應承載質量分別為x=13.05 t，y=10.95 t。

再以輪胎間距為1 860 mm進行計算，半掛車滿載時左右兩側輪胎的承載質量分別為x=13.03 t，y=10.97 t。

按照三軸半掛車軸組質量最大值為24 t，此時左右兩側輪組的質量偏差分別為2.1 t和2.06 t，三軸半掛車軸組總質量的偏差為8.8%和8.6%。根據從嚴控制、取整的原則，該值應取8%。

2.2 馱背運輸車輛貨物裝載要求

通過國內實地調研發現，如使用馱背運輸轉運低附加值的貨物，其經濟性很差，因此，推薦運輸帶包裝的成件貨物。對于某些情況非托盤單元的貨物裝載，在裝載時難以實現與其他貨物的相容，需要根據其特點確定擺放的位置。

貨物裝載時，需要注意車輛的軸荷分配，不合理的軸荷分配會導致半掛車駛入鐵路馱背運輸車后，造成鐵路機車的轉向架軸荷超出限值要求，因此特別強調車輛軸荷分配合理。

貨物裝載過程中推薦廂內左右對稱裝載，主要原因是鐵路馱背運輸車對車輛偏載的相關要求，為避免車輛稱重時兩側輪胎的質量偏差過大而需要對馱背運輸車輛重新調整裝載，影響運輸效率。

另外，多數半掛車裝載后的空間區域狹窄，不具備再次進入貨廂內對貨物進行栓固的可能，因此推薦貨物裝載與栓固同步進行，至于栓固的方式可由貨運企業根據栓緊力的計算情況進行合理的選擇。JT/T 882—2014中第4章5.3條規定了道路運輸車輛貨物裝載的基本原則與裝載方式，也同樣適用于馱背運輸車輛。

密度、質量較大的貨物宜放置在車廂中下部，主要原因包括：a.放在車廂中部有利于牽引銷與后軸（組）進行合理的軸荷分配；b.放在中下部時，不會損傷下方貨物，且如瞬時沖擊較大，可先沖擊前方的貨物，避免沖擊貨廂，導致廂體產生永久變形。

由于馱背運輸車輛承運的貨物多種多樣，運輸過程中不免會遇到高寬比較大的不穩定裝載物，不穩定裝載物更易產生傾覆。為了保障運輸貨物的安全，在標準中提出不穩定裝載物不宜單獨進行裝載，宜進行單獨加固或與其他裝載物進行配裝的相關要求，一方面可提高不穩定裝載物的穩定性，另一方面可提高貨廂容積利用率。

2.3 馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的裝載要求

馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上裝載時，馱背運輸車輛總重心投影宜位于鐵路馱背運輸車縱、橫中心線的交叉點上。然而馱背運輸車輛在鐵路馱背車的實際裝車過程中，不免存在一定偏差，為確保鐵路馱背運輸車受力合理，馱背運輸車輛應合理裝載，按照《加規》中的相關規定，馱背運輸車輛總重心投影橫向偏移量不得超過100 mm。四軸鐵路馱背運輸車每個轉向架所承受的貨物質量不超過其允許載質量的一半，兩轉向架承受質量之差不大于10t，關節式馱背運輸車每根軸所承受的質量不超過允許的最大軸重，且應滿足自身安全要求。

馱背運輸車輛的門窗需要進行鎖閉，防止門窗在運行途中打開造成貨物侵限擊打鐵路線路設備或其他安全事故，對貨物造成貨損貨差和對車輛造成損壞。駐車制動應處于制動狀態，用于最大限度利用輪胎與車地板間的滑動摩擦力，有利于后續馱背運輸車輛的栓固作業。半掛車的支承裝置處于收起狀態時，可避免鐵路馱背運輸車在編組作業過程中對其產生沖擊力，保護支承裝置（見圖2）。

圖2 半掛車支承裝置收起后進行栓固

鉸接列車、廂式半掛車的總高度絕大部分為4 000 mm，其裝載到鐵路馱背運輸車上會發生超限情況。現有鐵路規章允許一定限度的超限車輛運行，但會導致運費的增加甚至需降速運行，考慮到為不影響未來馱背運輸發展，所以不宜超限，如超限則需核定超限等級并按《鐵路超限超重貨物運輸規則》（TG/HY 106-2016）相關規定執行。

3 栓固要求

栓固要求包括馱背運輸車輛貨物栓固、馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的栓固兩大部分的內容[5]。

3.1 馱背運輸車輛貨物栓固

中間阻斷裝置規格參照歐洲相關產品的技術要求。經過對國內相關零部件生產企業調研得知，12 kN的阻斷裝置是國內現有產品中的加強型產品，也是現階段銷售較多的產品之一。按照貨物均勻裝載，14.6 m貨廂裝載32 t，平均每米的載荷為2.2 t，中間阻斷裝置一般用于阻擋單層貨物（重量約為1.1 t），12 kN的中間阻斷裝置可以滿足1 g加速度的移動沖擊。

貨物在貨廂內采用摩擦栓緊（頂部下拉栓緊）方式栓固時，由于預緊力不足可能導致貨物有增大移動量的趨勢，因此摩擦栓緊時的栓緊力必須重點要求。

貨物在貨廂中的固定宜采取組合栓固的方式，主要原因是組合方式對貨物的固定是較為經濟、高效的手段之一，同時配合限位裝置的使用，更能實現貨物安全有效的栓固。

3.2 馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的栓固要求

對于帶空氣懸架的馱背運輸車輛，需要將其懸架調整到馱背運輸狀態，一方面可以降低馱背運輸車輛的高度，另一方面可有效地降低或者消除空氣懸架在馱背運輸過程中產生的共振。

按《加規》第四十三條第一款規定：輪式貨物順裝時，輪徑1 000 mm以下的前輪（組）前端、后輪（組）后端以及輪徑1 000 mm及以上的前后輪（組）前后端，均應安放相應規格的掩擋，掩緊釘固，并采用八字形等拉牽加固。這一規定主要是針對現有的普通木地板平車或無端側墻的專用平車，采用拉牽加固主要是防止貨物的橫向移動及傾覆（見圖3）。

圖3 貨物拉牽加固

歐洲的馱背運輸車輛在馱背運輸過程中，只需要簡單的阻擋即可，基本不需要其他拉牽操作，裝載與運輸效率即可大大提升。歐洲推薦馱背運輸車輛優先采用固定式牽引座和輪擋組合固定形式，鉸接列車優先采用輪擋阻擋固定形式，半掛牽引車優先采用牽拉栓緊裝置和輪擋組合栓固形式，從而實現車輛的快速裝卸與固定。

目前研發出的鐵路馱背運輸車均是帶有側墻的凹底專用平車，橫向摩擦力不足時，通過在鐵路馱背運輸車側墻與輪胎側面間填充掩擋材料防止載貨汽車或半掛車的橫向移動。鐵路馱背運輸車帶有的輪擋（見圖4）可以阻止載貨汽車或半掛車的縱向移動，固定式牽引座可以與半掛車牽引銷連結。沖擊試驗表明，在QT1、QT2型馱背運輸車上僅布置4個對稱放置的合格輪擋對車輛進行阻擋栓固時，能夠滿足總質量為49 t的汽車列車和總質量為40 t的半掛車加固安全要求。

圖4 鉸接列車縱向栓固輪擋布置示意

對于馱背車輛裝載后，是否需要進行橫向輔助加固，則需要對馱背運輸車輛的輪胎與鐵路馱背運輸車地板面間的摩擦力進行校核，摩擦力不滿足時，需要對車輛進行橫向加固。

此外，馱背運輸車輛裝載到鐵路馱背運輸車上之后，由于高度較高，因此在大轉彎的狀況下有橫向側傾的可能。為了克服該問題，鐵路馱背運輸車在設計過程中，將兩側擋板升高，超出半掛車的承載面（見圖5），同時由于馱背運輸車輛裝載完成后，貨箱側面與鐵路馱背運輸車間的間隙較小，且車輛大轉彎時限速行駛，可最大程度上避免馱背運輸車輛橫向失穩。

4 栓固裝置技術要求

栓固裝置主要指輪擋和固定式牽引座，作為確保馱背運輸安全的重要裝置，須滿足相應技術要求。按《加規》中的相關規定，單獨使用輪擋防止輪式貨物縱向滾動時，輪擋需要的最低高度h輪按式（2）計算：

圖5 鐵路馱背運輸車擋板與貨箱高度對比

式中：Q總為車輛總重，t；D為車輛輪胎直徑，mm。

新設計輪擋強度定型前，需要與對鉸接列車、半掛車的加固狀態進行校核。固定式牽引座的結構強度應滿足TB/T 3550.2-1996的相關規定，并需要進行考核。此外，牽引座上的銷孔直徑應與GB/T 4606規定的50號牽引銷相匹配，未來我國將主要使用50號牽引銷，其承載能力完全可以滿足40 t的需求。

5 結語

本文主要從裝載要求、栓固要求、栓固裝置技術要求等方面對馱背運輸廂式貨車的裝載栓固技術進行了研究。其中，對裝載要求從基本要求、馱背運輸車輛貨物裝載、馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的裝載等進行了分析，對栓固要求從基本要求、馱背運輸車輛貨物栓固、馱背運輸車輛在鐵路馱背運輸車上的栓固等進行了分析，對栓固裝置技術要求從輪檔和固定式牽引座的要求進行了分析，研究結果對馱背運輸的發展具有一定的借鑒意義。