集装箱专用平车加装承载板实现滚装运输技术研究

申楠公，王 曦，陈 慆

(陆军军事交通学院 军事交通运输研究所，天津 300016)

1 集装箱专用平车用于滚装运输需求分析

1.1 运输需求

滚装运输是指将货物牵引进入运载工具后，再进行货运运输的一种运输方式。在铁路运输中，需要使用滚装运输的货物主要包括汽车、轮式和履带式工程机械、军用特种装备等。从铁路货车的特点看，没有顶棚、侧墙和端墙的铁路平车最适合开展滚装运输。目前，我国铁路平车主要包括通用平车(以N 系列为主)、平车—集装箱两用平车(以NX系列为主，以下简称“共用平车”)和集装箱专用平车(以X 系列为主)3类。其中，通用平车因具有木质整体地板、承重梁等利于滚装运输结构，一直是滚装运输的主力[1]。共用平车设计用途以集装箱吊装运输为主，但也可以用于滚装运输。集装箱专用平车设计用途为集装箱吊装运输，不能用于滚装运输。从应急角度考虑，集装箱专用平车应具备滚装运输功能，以弥补应急情况滚装运输所需平车数量缺口，完善自身应急保障能力。

（1）弥补应急情况滚装运输所需平车数量缺口。目前，铁路通用平车的运输需求不足，自1997年后就已经停产，现有车辆也陆续达到使用年限而面临报废。在重大自然灾害、安全事故等应急情况下，对于汽车、工程机械的滚装运输需求仍较大，此外铁路军事运输等特定运输对滚装运输需求也非常大[2]，而通用平车受到保有量少、车况条件差、集结调配困难等影响，可用数量明显不足，即使将共用平车作为补充，数量仍时常出现缺口。如果考虑使用集装箱专用平车弥补，受制于自身特点，汽车、工程机械、军用特种装备等滚装运输货物只能依托集装箱吊装，难度大、受限多、耗时长，难以满足应急要求，亟需在集装箱专用平车上补充滚装运输功能。

（2）完善自身应急保障能力。相对于共用平车，集装箱专用平车在运输集装箱上，具有方便高效、成本低、安全性高的优势，是铁路集装箱运输的优选车型。随着集装箱多式联运的蓬勃发展和铁路系统对发展集装箱运输的高度重视[3-4]，集装箱专用平车的产量不断提升[5]，目前保有量占铁路平车保有量的比重已经超过其他2类平车之和，几乎成为现阶段的主流平车车型。由于部分应急情况下对滚装运输的需求较大，而集装箱专用平车仅具有单一的集装箱运输功能，限制了其在应急条件下作用的发挥，在国家大力健全应急管理体系，提高处理急难险重任务能力的背景下，需要通过增加滚装运输功能，实现自身应急保障能力的完善。

1.2 存在的问题及解决方法

结合集装箱专用平车用于滚装运输应急需求，分析集装箱专用平车用于滚装运输存在的主要问题，针对这些问题，提出解决思路。

（1）存在问题。集装箱专用平车一般由底架、集装箱锁闭装置、门挡、风制动装置、手制动装置、车钩缓冲装置及转向架等组成，由于在设计时只考虑了集装箱吊装运输，结构上存在多个不利于滚装运输的问题，具体如下。一是地板问题。车辆底架是由板材及型钢组成的框架结构[6]，地板为中空的骨架式结构，无整体地板，汽车、工程机械、军用特种装备等无法滚装上车，车上也不能妥善安置。二是承重问题。车辆为整体承重结构，与通用平车相比，缺少承重梁，只能承载集装箱等均布载荷货物，即使补齐地板的空洞，也无法承载具有集中载重的滚装运输货物。三是捆绑加固问题。车辆骨架式地板的材质为金属，且侧梁和端梁基本没有拴结点，无法如通用平车采用铁路捆绑加固器材实施有效固定。四是滚装通行问题。车辆集装箱锁闭装置为固定式锁头，端部门挡是固定式门挡，均不可折叠，各车之间无法形成利于滚装通行的通道。

（2）解决方法。针对集装箱专用平车用于滚装运输存在的问题，通过增加承重主梁、加铺木地板、切除集装箱锁头、更换固定门档为折叠式、在侧梁焊接拴结点等，可以实现将集装箱专用平车用于滚装运输，但是改动量大、耗时长、恢复困难，集装箱专用平车也几乎被完全改造为通用平车。考虑集装箱专用平车主要用途是运输集装箱，将集装箱专用平车完全改造为通用平车既不经济，也无法满足应急使用要求。为此，考虑通过加装承载板，实现对车辆地板的补全和承载面的垫高，保证滚装运输。在车型方面，选择保有量最大的X 6K 型和X70型集装箱专用平车，以使研究更具普遍性。

2 集装箱专用平车加装承载板实现滚装运输技术分析

2.1 承载板设计

（1）数量。承载板的加装拟充分利用集装箱专用平车现有的集装箱锁头。X6K 型和X 70型集装箱专用平车均设置了8个集装箱锁头，如果承载板为1或2块时，尺寸、自重过大，不利于操作；如果承载板为8块或更多时，需要额外拼接，结构强度将会下降。因此，设定每车使用4块承载板，每块分别占用2个锁头。

（2）尺寸。承载板长度接近20 ft 国际标准集装箱的长度，以覆盖车辆端部和中部的2个集装箱锁头，方便承载板的固定。宽度接近侧梁到端门的距离，即可有效扩大地板面积，又能方便两车间用于滚装运输的渡板的搭设。高度拟定为手制动机到车辆承载面的高度，虽然车上最高设施有侧梁扶手、端部门挡和手制动机，但侧梁扶手位于侧梁边缘，端部门挡位于车辆正中间，对滚装运输影响较小，而手制动机位于车辆端部中央，滚装通行时轮胎或履带会与之发生干涉，对滚装运输造成限制。

（3）材质。承载板的材质为木和钢，其中木材质与通用平车相同，钢材质为高强度耐大气腐蚀钢Q450NQR1，与集装箱专用平车相同。

（4）结构。承载板由承载面、横支撑架、渡板、斜支腿、受力面、绳拴组成。承载板结构示意图如图1所示。

图1承载板结构示意图Fig.1 Schem atic diagram of carrier p late structure

承载板上部中央为木质结构承载面，厚度与共用平车木板厚度相同；四周则为钢制结构，靠近侧梁侧钢制边框宽度与共用平车侧梁压铁宽度相同，另一侧钢制边框宽度与共用平车地板压条宽度相同，两端钢制边框宽度与集装箱锁闭装置宽度相同。承载板下部为钢制结构受力面，形状类似槽钢，并在位于车辆端部侧边缘设有一定厚度的边框，便于利用端部门挡卡紧，防止承载板出现沿侧梁方向的位移，边框下部正对集装箱锁头处设置国际标准集装箱角件，以便与锁头卡紧实现承载板的有效固定。槽钢内部沿侧梁方向均布三道横梁，与侧梁垂直方向均布五道纵梁，用于承担滚装运输货物的下压力。

承载板的渡板设在承载板位于车辆端部侧。高度、厚度与共用平车端壁板相同，以便于货物滚装通过；渡板长度与承载板宽度相同，以避免与端部门挡发生干涉；渡板通过翻转结构与承载板端部边板连接，渡板翻转后利用2个横支撑架支撑。横支撑架位于承载板端部边框外侧，并与端部边框相连，横支撑架下部连接斜支腿，斜支腿下部设置可与端梁固定的装置，在使用时可以顶靠并牢固固定于端梁，达到支撑横支撑架的作用。横支撑架尺寸、设置位置与共用平车端壁板支架相同。绳拴是滚装运输实施捆绑加固的必要环节[7]，目前侧梁和端梁基本没有拴结点，需要焊接绳拴。但是由于加装作业地点条件有限，可能无法实施焊接作业，由此考虑将承载板带渡板的端部当做NX 17K 型共用平车的1位端，参照NX17K 型共用平车侧梁设置绳栓的位置，在承载板位于侧梁侧钢制边框焊接4个与共用平车使用绳拴规格一致的绳拴，以满足应急运输需要。

2.2 加装改造方法

通过固定式锁头将4块承载板牢固固定。在具备焊接条件的前提下，在底架侧梁参照NX17K 型共用平车设置绳栓的位置焊接16个绳栓。集装箱专用平车加装承载板示意图如图2所示。

3 加装承载板后集装箱专用平车滚装运输能力分析

3.1 承载能力校核

通过加装承载板，集装箱专用平车克服了自身结构在实现滚装运输中存在的地板、捆绑加固和滚装通行问题，但是承重能力仍需校核。受集装箱专用平车整体承载能力限制，结合汽车、工程机械等滚装运输货物实际，确定加装承载板后的集装箱专用平车滚装最大承载能力为25 t，并根据《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》(TB/T 1335—1996)进行校核。校核过程如下。

图2 集装箱专用平车加装承载板示意图Fig.2 Schematic diagram of f itting carrier p late on container special fat car

按《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》规定，承载能力的计算模型，应施加以下载荷：垂向静载荷、垂向动载荷、侧向力。假定滚装运输货物具有4个车轮，则垂向静载荷为单个车轮轮重6.25 t，并可根据该规范给定的计算方法计算得出垂向动载荷为1.875 t，侧向力为0.625 t。在垂向静载荷6.25 t 条件下，根据铁路货车应力(UIC577)的有关规定，载荷面积可按350mm×200 mm 计算。

将载荷施加到加装承载板后的集装箱专用平车，并将平车离散成板单元，采用四边形单元，局部三角形过渡，单元长度小于等于10mm，最后将该结构分成207 516个四边形单元，210 201个节点，加装承载板的集装箱专用平车受力有限元分析如图3所示。根据分析结果，底架上最大应力在货物车轮载荷的下方，为257 MPa，而底架材质为Q450NQR1钢，其许用应力为281MPa，即底架上最大应力不大于许用应力，不会对车体本身造成任何不利的影响。由此可知，25 t 货物可在加装承载板的集装箱专用平车实现滚装运输。

3.2 适运范围分析

通过对比加装后承载面高度与货物最小离地间隙、渡板间距与货物轮胎内侧或履带内侧间距、运输宽度限制与货物宽度、承载质量与货物质量，可以分析得出适运范围。

（1）高度。由于承载板高度与手制动机平齐，在这一高度上，X 6K 型集装箱专用平车最高设施端部门挡超过80 mm，X70型超过130 mm，低于大部分汽车和工程机械的最小离地间隙，可确保这些滚装运输货物顺利通过。

（2）渡板间距。经计算得出，2块装载板的渡板间距为780 mm，绝大部分汽车内侧轮胎和履带式工程机械内侧履带在此间距下均能顺利通过。

（3）宽度。由于侧梁扶手的存在，对滚装运输仍有一定的限制，考虑避让至少25 mm，则滚装运输货物宽度为不大于2 700 mm，大部分汽车和轮式工程机械，以及部分履带式工程机械满足这一限制，但部分履带式工程机械超宽无法通过。

（4）质量。加装承载板后的车辆滚装运输承载能力不低于25 t，大部分汽车和轮式工程机械，以及部分履带式工程机械自重低于此值，可以运输，但部分履带式工程机械超重无法运输。

综上所述，集装箱专用平车加装承载板后，可满足大部分汽车和轮式工程机械的滚装运输需要，也能满足部分履带式工程机械的滚装运输需要。

4 结束语

图3加装承载板的集装箱专用平车受力有限元分析Fig.3 Force analysis diagram of f itting carrier p late on container special fat car

受市场需求萎缩、维护成本高等因素影响，通用平车的数量逐步萎缩，但在特定运输情况和应急情况下，利用通用平车开展滚装运输仍有很大需求量，如何快速弥补缺口是一个比较突出的问题，特别是军事运输中这一问题更加明显，国外甚至会大量储备平车自备车[8]。因此，集装箱专用平车装载板方案，制造和维护成本相比直接制造通用平车低，可以满足大部分货物滚装运输需要，解决应急情况下滚装运输货物使用平车缺口问题，不断完善自身应急运输功能。