我国铁路平车装载加固技术改进探讨

2013-09-03戴安国于世明

铁道货运 2013年3期

戴安国，于世明，张忠

（南车二七车辆有限公司产品开发部，北京 100072）

1 我国铁路平车发展概述

目前，我国铁路通用平车 ( 不包括集装箱专用平车 ) 的主要车型为 N17系列、NX17系列、NX70和NX70A等车型。截至 2012 年底，我国铁路通用平车保有量为 3.6 万辆，约占货车总数的 4.2%，其中N17系列等普通平车数量约为 1.2 万辆，NX17系列、NX70、NX70A等车型的平车数量约为 2.4 万辆。

铁路平车主要用于运送钢材、汽车、机械设备、集装箱、军事装备、长钢轨、混凝土预制梁等货物。按平车结构分类，我国铁路通用平车的底架长度分为 13 m 和 15.4 m 2 种。其中，N17系列普通平车从1971 年开始研制，载重为 60 t，底架长度为 13 m，地板为全木地板结构；NX17系列、NX70、NX70A等车型为共用平车，兼有普通平车和集装箱车2 种功能，地板也采用木地板结构，但在集装箱箱锁处设置有可翻转的集装箱锁闭装置。NX17系列车型从 1998 年开始研制，载重为 60 t，其中 NX17A系列车型的底架长度为 13 m，NX17B系列车型的底架长度为 15.4 m。NX70、NX70A车型为我国 2005 年以后开发的载重 70 t 级共用平车，其中 NX70车型底架长度为 15.4 m，NX70A车型底架长度为 13 m。从 1998 年开始我国新造平车均为共用平车，随着既有普通平车使用寿命到期，数量已逐年减少。

2 我国铁路平车装载加固现状

2.1 平车装载加固概述

根据平车结构特点，平车货物的装载加固主要依靠货物 ( 或草支垫和货物转向架等 ) 与平车木地板的摩擦力，以及钢丝绳等加固线与平车绳栓、支柱槽等栓结点拉牵实现货物在运输中的固定。

在《铁路货物装载加固规则》中，平车及共用平车货物装载加固定型方案包括装载卷钢、轮式机械、机械装备等各型货物。平车装载卷钢运输如图 1 所示。

2.2 既有平车装载加固存在的问题

图 1 平车装载卷钢运输

（1）木地板容易破损。平车采用木地板结构，对加大与货物间的摩擦力、方便钢钉钉入等起到重要作用，但在日晒雨淋的腐蚀及装载货物的磨损下，木地板容易出现破损，影响平车货物装载加固的可靠性。

（2）绳栓等加固栓结点强度及数量不足。绳栓是平车捆绑货物时的主要栓结点之一，N17、NX17系列车型等 60 t 平车使用的绳栓截面尺寸相对较小，材质为 ZG230-450，该绳栓的承载能力较低，在运用中易出现绳栓变形、断裂的情况。NX70、NX70A等 70 t级平车采用加强型绳栓，绳栓结构进行了优化，材料采用屈服强度为 280 MPa 的 B 级钢，承载能力有所提高。近几年，随着我国货物列车编组数量的增加，货物惯性力也随之增大，对加固栓结点的承载能力及数量提出了更高的要求。

（3）端门变形。平车在装载轮式车辆时，一般均通过端部站台进行滚装滚卸，平车端门在放倒后可方便轮式车辆滚装滚卸。多年来，我国平车端门均采用材质为 Q235 的热轧角钢作为上、下边梁，在装载某些新型特种轮式装备时可能导致端门变形，影响平车运用，平车入厂检修时发现的端门变形情况如图2 所示。

3 我国铁路平车装载加固技术改进探讨

3.1 改进平车地板结构

3.1.1 采用新型地板材料

图 2 平车端门变形情况

平车的木地板容易破损已成为平车的常见质量问题， 2005 年我国研究了竹木复合层积材地板，并试装了 500 余辆平车，但经过一段时间的运用后发现，试装的竹木复合层积材地板虽然外观状态保持良好，但内部芯材腐蚀严重。因此，试装的竹木复合层积材地板在平车厂修时全部更换成木地板。

分析国外平车使用的地板材料，采用钢木混合地板具有抗货物碾压强度高、节省木材资源等优点。生产厂家在新型平车开发中研究了采用钢木混合地板的可行性，并进行了钢木混合地板装载坦克、钢卷、箱式货物等典型货物的适应性试验研究。研究表明，平车采用合适的钢、木地板宽度比例，可使钢木混合地板对装载坦克等典型货物具有较好的适应性[1]，为充分验证钢木混合地板的装载性能，还将进行装载加固试验。

3.1.2 优化平车地板端部结构

平车地板端部采用端压铁及螺栓连接在底架端梁上，由于平车端门在放倒后与地板端部具有较大间隙，因此轮式车辆的车轮从端门滚动到地板时对地板端部有较大的冲击，造成端部木地板开裂或端压铁变形，如图 3 所示。同时，由于平车在运行时端门处于关闭状态，竖立的端门妨碍利用端梁上绳栓进行捆绑加固。因此，需要对平车地板端部结构进行优化。为了在轮式车辆滚装时保护木地板，在平车底架的端梁上焊接槽型钢制地板，同时由于此槽钢地板已限制了端部木地板在车辆纵向的移动，因此可以取消容易出现破损的端压铁。

此外，为方便利用端梁上绳栓进行捆绑加固，该槽型钢地板与端梁外侧面留有一定间隙，使端门关闭后加固线可从间隙处通过，以方便货物的捆绑加固。新型平车地板端部如图 4 所示。

图 3 平车端压铁外胀变形情况

图 4 新型平车地板端部

3.2 优化加固栓结点

3.2.1 提高绳栓强度

针对平车既有绳栓出现的强度储备不足，以及采用 2 个铆钉连接方式导致绳栓纵向承载能力较差等问题，设计采用新型牛角形绳栓，该绳栓材质为 C 级钢，底座设置有 4 个铆接孔，可与平车侧梁通过拉铆钉连接，绳栓头部采用逐渐向内收缩的牛角形结构，有利于防止运用中加固线的脱出。牛角形绳栓与既有绳栓结构对比如图 5 所示。

图 5 牛角形绳栓(左)与既有绳栓(右)结构对比

为评估牛角形绳栓与既有绳栓的承载性能，分别对牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓进行仿真计算，计算时在绳栓上施加 45° 斜向上的作用力。牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓的仿真计算结果如表 1 所示。

表 1 牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓的仿真计算结果

由表 1 可知，既有 70 t 平车绳栓在 4 t 拉力作用下，应力已接近绳栓屈服强度；牛角形绳栓在 6 t 拉力作用下，应力仍距绳栓屈服强度有一定余量，与既有 70 t 平车绳栓相比，其承载能力提高 50% 以上。其仿真计算应力图如图 6 所示。

图 6 牛角形绳栓(左)与既有70 t平车绳栓(右)仿真计算应力图

3.2.2 增加绳栓数量

我国铁路平车从 60 t 级的 N17、NX17系列车型发展至 70 t 级 NX70、NX70A等车型，平车整体性能得到较大提升，绳栓结构也有所优化，但绳栓数量一直未改变，均为每侧 8 个，每个端部 2 个。在对平车货物捆绑加固的调研中发现，由于栓结点数量和位置的限制，经常出现同一栓结点捆绑多道加固线的情况，如图 7 所示，显著增大了对栓结点的作用力。为避免出现加固线集中栓结的情况，将平车每侧绳栓数量由既有的 8 个增加到 12 个，可较好地满足货物加固栓结的需要，并减少加固线集中栓结的现象。

3.2.3 增设地环

军事运输等平车运用部门建议在平车地板上增设地环，以方便对货物进行捆绑加固。美国等国家在平车地板上设置有地环作为货物栓结点。

图 7 平车加固线集中栓结情况

地环的设置应避免影响平车地板的整体结构，考虑到目前我国共用平车地板结构的特点，在集装箱锁闭装置外侧的钢地板处增设内凹式地环。这样既增加货物栓结点，又方便货物的装载加固，而且对平车地板结构基本无影响。平车集装箱锁闭装置及内凹式地环如图 8 所示。

图 8 平车集装箱锁闭装置及内凹式地环

3.3 改进平车端门结构

针对既有平车端门强度储备不足的问题，设计采用高强度冷弯矩形管作为端门的上、下边梁，在保持端门接口尺寸不变的基础上，可将端门抗弯截面模数提高 20%，同时由于冷弯矩形管采用屈服强度为 450 MPa 的高强度耐候钢，相比既有端门采用的 Q235 热轧角钢提升 91%，因此新型端门整体承载能力显著提升。并且，采用矩形管结构端门可取消原结构中角钢与门板的对接焊缝，可改善制造工艺，平车的新型端门和既有端门截面如图 9 所示。