適應托盤貨物裝載的鐵路貨車關鍵技術研究

王 毅，徐 誌，趙壽鑫，楊發先

(中車眉山車輛有限公司 產品開發部，四川 眉山 620020)

1 研究背景

托盤運輸與集裝箱運輸、馱背運輸已成為全球公認的3種聯運方式，受到了世界各國的關注。“托盤物流”和“集裝箱物流”作為集裝單元化物流的兩大分支系統，逐漸成為現代物流和供應鏈中不可或缺的組成部分。

美國和歐盟超過80%的商品由托盤運載，但我國托盤運輸比例僅為23%左右，導致我國社會物流費用一直居高不下。2018年，我國物流總費用與GDP的比例為14.8%，而發達國家的物流總費用僅占GDP的8%左右。為降低物流成本和提高流通效率，商務部、財政部等十部委聯合印發實施《國內貿易流通標準化建設“十三五”規劃》，“支持以標準托盤(1.2 m×1.0 m)及其循環共用為切入點，推動上下游物流設施的標準化更新與改造，帶動供應鏈或區域范圍內普及及應用標準托盤，實施帶盤運輸”。目前我國鐵路沒有專用的托盤運輸車輛，以托盤作為運輸集裝單元的貨物主要通過通用棚車、加蓋蓬布的通用敞車以及集裝箱平車來運輸。我國托盤的保有量已超過10億片，預計2021年適合托盤集裝化的貨物運量將達到4.7×108t，托盤運輸潛在市場廣闊[1]。

2 國內外現狀

2.1 國外鐵路托盤貨車的研究

美國、歐盟、澳大利亞等國托盤尺寸標準高度統一，托盤循環共用系統建設完備，托盤包裝設計要求嚴苛，為實現托盤多式聯運打下了堅實基礎。鐵路托盤專用貨車在國外得到了廣泛的運用。

國外鐵路托盤貨車主要有以下2種：一種是歐盟采用的全側開門棚車，裝卸效率高，托盤貨物兩層堆疊，要求貨物外形尺寸規整、輕質、不怕壓，對包裝設計要求高，如圖1所示。另一種是澳大利亞采用的大容積棚車，空間利用率高、載重大，車輛內部設置托盤架，上下層托盤貨物不接觸，最多可實現3層托盤貨物堆疊，適用于重質、怕壓、外形不規則、高附加值的貨物，便于車站配貨，適應性更廣，如圖2所示。

(a) 車型外觀

(a) 車型外觀

2.2 國內鐵路托盤貨物運輸的現狀

我國標準化托盤的市場占有率僅25%，標準化托盤的循環共用只有2%。托盤貨物運輸在各種運輸方式中所占比例如下：水運為48%，公路運輸為41%，鐵路運輸為9%，航空運輸為2%。托盤包裝沒有強制規范，為節省運輸費大多采用裸裝(圖3)，導致鐵路運輸貨損率高。2018年中央財經委員會第一次會議明確強調：“調整運輸結構，減少公路運輸量，增加鐵路運輸量”。交通部、財政部和中國鐵路總公司將密集推出相關新政策。

(a) 袋裝托盤貨物

據調研了解，我國適合托盤運輸的通用棚車載盤率在80%左右，小于14.6 m公路半掛車95%的載盤率[2]。2個國標托盤并排擺放寬度為2.4 m，與鐵路通用棚車的內部尺寸(車寬通常在2.8 m左右)不匹配，車輛橫向空間間隙大導致貨物易倒塌。因此采用鐵路進行托盤運輸時，需特別定制尺寸為1 362 mm×1 052 mm×135 mm (長×寬×高)的非標托盤。中國鐵路上海局集團有限公司率先開行了礦泉水托盤運輸專列試點，采用叉車25 min就完成了裝車作業，相當于之前4名裝卸工人花費4 h裝載60 t礦泉水的工作量。采用托盤集裝化運輸后，礦泉水的破損率由3.15‰下降到0.95‰，礦泉水外包裝污損率由36.5‰下降到 3.6‰[3]。但非標托盤與集裝箱和卡車的兼容性較差，無法實現公鐵聯運，客戶需額外增加倒裝費用。這也導致采用鐵路通用棚車進行托盤運輸和公路半掛車相比，難以發揮運量大、價格低的優勢，無法吸引客戶。而集裝箱托盤運輸的載盤率在90%左右，這也與目前鐵路托盤運輸大部分都采用集裝箱運輸的現狀相吻合。

從運輸貨物品類分析，輕、中質、高附加值的托盤貨物，單托盤載重0.5～1 t，要求車輛容積大，裝盤數量多。但這些托盤貨物對列車到達的時效性要求高，目前大都采用公路運輸。鐵路運輸必須轉變觀念，提升服務質量，才能與公路運輸進行競爭，這是今后鐵路托盤貨運的發展方向。

目前，鐵路運輸化肥及農藥的運量最大，超過1×108t，貨源穩定。化肥、農藥等袋裝貨物屬于低附加值、重質貨物，單托盤載重1～1.5 t，要求車輛載重大，該品類貨物對列車到達的時效性要求不高，但由于運輸距離長，對鐵路貨運的依賴性高。托盤棚車能運輸化肥等袋裝托盤貨物，一方面符合國家物流發展大趨勢，迎合國鐵集團提升運力、降本增效的變革思路；另一方面可節省大量的裝卸勞動力和包裝成本，提高流通效率，為進一步降低鐵路運價創造了條件，更有利于鐵路運輸發揮運量大、價格低的優勢與公路運輸競爭。

從調研分析可以得出以下結論：鐵路的上游生產企業、鐵路局自身以及鐵路的下游用戶終端出于成本考慮都在大量開展托盤運輸及倉儲。如果鐵路貨運能將上游和下游企業成功對接，便可實現托盤一貫化運輸。目前鐵路已經出現裝卸勞動力緊張的情況，未來將面臨勞動力短缺的困境，托盤棚車研制勢在必行。

3 集裝箱托盤運輸與托盤棚車運輸選型

我國既有站線長度主要以1 050 m、850 m為主，按標準托盤(1.2 m×1.0 m)計算，托盤棚車比X70型集裝箱平車(裝載20 ft集裝箱)整列車裝載托盤數量提高了36%，采用棚車運輸托盤具有以下優勢：

(1) 提升鐵路運力。托盤棚車比集裝箱托盤運輸載運量大，減少“虧噸”，能提高鐵路運輸能力，減少運營成本，提高運輸效率，采用托盤棚車還可有效增加“天窗”時間。

(2) 投資少。托盤棚車適應性更強，對作業場地及裝卸設備的要求沒有集裝箱運輸那么高，與集裝箱中轉站同等規模的托盤貨運站的基礎設施建設費用不到集裝箱中轉站的10%。

(3) 運價低。因托盤造價低，可推行循環共用系統，互為抵補；而集裝箱造價較高，有固定歸屬，必須返空。在現行鐵路貨物運費核收上，整車貨物按噸計費，集裝箱按箱計費，采取的是新線新價、優質優價的價格政策，而雜散貨運仍采用國家定價方式。集裝箱運價一般高于整車運價，低于零擔運價。目前鐵路棚車容積均在120 m3以上，如果運輸輕質貨物，40 ft集裝箱不具備競爭優勢。

4 托盤棚車設計

4.1 設計目標

(1) 采用澳大利亞大容積棚車托盤分層載貨結構，適應我國目前鐵路非標托盤大量運輸化肥等大宗散貨的需要，兼顧滿足我國1.2 m×1.0 m標準托盤的運輸要求。

(2) 車輛在滿足運輸托盤貨物的同時，兼顧通用棚車的運輸需求，但車輛需增加內襯和通風器，車門鎖及欄桿采用通用棚車的部件，方便操作者使用。

(3) 托盤棚車應在車輛自身結構設計上實現運輸不采用任何包裝的袋裝、箱裝托盤貨物的要求，這也符合我國現階段托盤運輸現狀。

4.2 車輛長度的選取

根據裝載托盤的數量和質量確定車輛長度，據站線編組計算得知，并列放置28排，共裝載64個托盤，車輛長度為19 296 mm的托盤棚車可最大發揮車輛載重優勢。

4.3 車輛高度的選取

車輛最大高度選擇與既有P70型通用棚車一致，為4 770 mm。

4.4 車輛寬度的選取

車輛既裝載1.2 m×1.0 m國標托盤又兼顧現有鐵路非標托盤運輸的需要，根據GB 146.1—1983《標準軌距鐵路機車車輛限界》進行計算，確定車輛內寬為2 800 mm。

4.5 車輛載重和車輛容積

結合P66K、P66H及P70A型活動側墻棚車的研制經驗，車輛自重設計目標確定為28 t，車輛載重確定為66 t，經三維模型測算，車輛容積確定為163 m3。

4.6 關鍵技術

(1) 研究了一種托盤貨物伸縮防護裝置,如圖4所示，包括防護板、伸縮機構、氣囊及氣動控制系統等。該防護裝置可以使托盤既能運輸采用捆扎、 收縮薄膜等方式將貨物與托盤固定好的貨物，也能運輸未經過任何包裝的袋裝、箱裝托盤貨物，節省捆扎包裝費用；同時，帶有伸縮防護裝置的托盤應滿足既能運輸1.2 m×1.0 m國標托盤又兼顧現有鐵路非標托盤運輸的需要。

圖4 托盤貨物伸縮防護裝置斷面原理圖

(2) 托盤棚車在側墻上設計高度可調的座板，實現上下兩層托盤不直接接觸，分層裝載，從源頭上解決上層托盤貨物發生倒塌，下層托盤貨物被壓壞的問題，降低貨損率。將上下層托盤貨物隔開的托盤支架設計成可調節高度，能充分發揮棚車內高3 m的優勢，給車站、貨場提供更多的托盤堆疊組合方案。

(3) 針對部分托盤不上車需要換盤的貨物，設計了新型托盤支架結構，如圖5所示。托盤支架采用鋁合金材質降低自重，既能適應叉車換盤作業，又能在貨物進行鐵路運輸過程中起到中轉作用。

圖5 適應機械化換盤需要的托盤支架

5 結束語

發展托盤運輸是一個系統工程，需要托盤使用企業、租賃企業、第三方物流企業、鐵路運輸部門之間的相互協作。通過以上分析對比可以清晰地得出采用托盤貨車運輸的方式更適合我國國情。