罐式集装箱列车端渡板安全间隙计算及状态优化

梁 峰

(中国石化青岛炼油化工有限责任公司，山东青岛 266500)

罐式集装箱是一种安全性高、事故危害小、高效、环保的运输工具[1]，在运输化学品、化工液体等方面有巨大的优越性，不仅在远洋运输方面有广泛的应用，在内陆运输也表现出很大的市场趋势[2]。

罐式集装箱具有槽罐车和集装箱的组合优势。罐式集装箱专列不解列卸车技术，使用密闭的万向管道系统替代软管，符合国家危险化学品装卸的相关安全要求[3]，提高了卸车效率。在新技术使用过程中发现，列车端渡板的开、闭状态，对卸车安全、行车安全、卸车效率和劳动强度等影响较大，需对列车各种端渡板状态安全间隙进行计算，采取安全、高效的运行方式。

1 基本情况

某石化企业通过罐式集装箱列车将船用燃料油运输至港口附近的卸车栈台，利用新开发的罐式集装箱专列不解列卸车及卸油臂技术，将燃料油自铁路栈台密闭卸车，并管输至港区油库。

1.1 卸车流程

采用的燃料油罐式集装箱专列定点往返，循环使用。每列专列由44节NX70A型铁路平车组成，每节车厢上装有2台罐式集装箱。列车行车时，移走卸油臂，需关闭端渡板，满足有关铁路规定，保证列车行车安全，如图1所示；卸车作业时，连接卸油臂，打开端渡板，满足卸车操作,保证卸车人员安全，如图2所示。

图1 罐式集装箱列车及关闭状态的端渡板

图2 不解列卸车设施及打开状态的端渡板

1.2 车厢结构

循环使用的专列车厢均为NX70A同一车型的铁路平车[4]，图3为该车型车厢及装载罐式集装箱后的结构。

图3 NX70A型铁路平车结构示意

NX70A型平车车钩缓冲装置采用17型车钩和MT-2(或HM-1)型缓冲器，其结构如图4所示，相关参数见表1。

图4 车钩及缓冲装置组成结构

表1 车钩和缓冲器相关参数

车厢端渡板打开后，相当于车厢地板延伸。根据设计数据，打开车厢两端的端渡板，地板面分别向车厢两端延伸385 mm，地板面总长度从13 000 mm延伸至13 770 mm。

2 安全间隙计算

为保证卸油操作和人身安全，卸油过程须打开相邻的两端渡板；完成卸油后，需关闭端渡板以保障行车安全。若相邻车厢端渡板均打开或单侧打开，车钩缓冲器被最大行程压缩，同时又通过最小曲线半径，两种极端条件相叠加的情况下，相邻车厢端面不发生刚性碰撞，则认为列车处于安全状态；否则需要关闭一侧或两侧的端渡板，保证列车安全。船用燃料油自生产厂至港口附近的卸车栈台约60 km，途径路段的实际最小曲线半径均大于200 m，NX70A型平车车钩缓冲器被压缩至最大行程83 mm，通过最小曲线半径为200 m。在相邻两端渡板均关闭的计算基础上，计算端渡板均打开状态，或两端分别一开一闭状态，进行列车安全风险辨识分析。

2.1 车厢在曲线轨道上的偏移量计算

NX70A等4轴的列车车厢在曲线半径为R的曲线轨道线路上，车厢与转向架和轨道与轨道中心线的相对状态，如图5所示。车厢中部向轨道中心线曲线内侧偏移，端部向外侧偏移。偏移量大小与车辆长度、车辆定距、转向架固定轴距以及曲线半径有关。

图5 车厢在曲线形轨道上的状态示意

将图5简化为图6所示，车厢几何中心对轨道中心的偏移量Δ，可按公式(1)计算[7]。

(1)

针对实际使用的NX70A车型，公式(1)计算所用的参数见表2。

图6 列车车厢在曲线线路上偏移情况

表2 计算车厢偏移所需参数 mm

根据公式(1)和表2数据，计算出列车通过实际的最小曲线半径铁道线时，车厢几何中心对轨道中心的最大偏移量Δ≈53 mm。

2.2 相邻车厢端渡板均关闭状态下的端面最小间隙计算

按公式(2)～(7)及表3，计算图7所示的两车厢相邻端面最小距离d[8]。

图7 曲线形轨道上相邻车厢端面距离示意

计算所需公式为：

OE=R-Δ

(2)

(3)

P′C′=AP-AC′cosγ′

(4)

(5)

(6)

两车钩的水平摆角γ＇=α+α＇

(7)

相邻车厢两端面的最小距离

d=2×(P′C′-C′Fsinγ′)

(8)

其中O为铁路曲线半径的圆心，A、B分别为车钩尾销中心，E为车厢几何中心，F为车厢端面距圆心最近点，P为两车钩相连的轮廓中心点，C′为车厢轴线与端面交点，P′为相邻车厢相邻C′连线的中点，计算d所需用的参数见表3。

表3 计算相邻车厢端面最小距离所需参数 mm

计算出两相邻车厢端面最小距离d=698 mm。说明相邻车厢端面空间足够大，行车安全。此时两车车钩水平摆角等于γ′，均为1.98°，说明两车厢轴线接近呈一条直线。

2.3 相邻端渡板一开一闭时间隙计算

车厢端梁上焊接有支撑架，用于打开端渡板的支撑。车厢相邻端渡板分别处于打开、关闭状态，行车是否安全，要看打开端渡板的外沿是否与相邻的端梁和相邻端梁上的端渡板支撑架有安全间隙。

2.3.1打开的端渡板与相邻关闭端渡板侧车厢端梁的间隙计算

将一扇端渡板打开平放后，相当于车厢地板面沿打开的端渡板单端延伸385 mm。

图8是在图7基础上，将一端(图中为左端)的端渡板打开，KM为385 mm。相邻车厢端面最小距离为等腰梯形KMNF对角线长度MF；根据几何关系，等腰梯形KMNF的底角等于车钩的水平摆角1.98°，与γ′相等；下底KF为相邻车厢端渡板均关闭状态下的端面最小间隙d，为698 mm。

图8 端渡板一开一闭示意

等腰梯形上底，MN=KF-2·KM·cosγ′

(9)

根据托勒密定理，MF2=KM2+MN·KF

(10)

则对角线长度

(11)

代入数据，则MF=313 mm，即相邻车厢端面处，打开的端渡板与关闭端渡板侧的端梁，最小距离为313 mm。打开的端渡板与相邻关闭端渡板侧车厢端梁的间隙足够大，可满足行车安全要求。

另外，相邻车厢最小距离为313 mm，较相邻两端渡板均关闭状态下的间距698 mm，减小了385 mm。间距减小值与车厢地板面延伸量385 mm相等。说明可简化计算，即认为相邻两节车厢基本在一条直线上，车厢一端或两端的增加量，与相邻车厢空间的减小量对应相等。

2.3.2打开的端渡板与相邻车厢端梁上的支撑架间隙计算

两相邻车厢，受制造偏差、集装箱重量偏差、燃料油装载量或残余量偏差等多因素影响，底架相对于铁轨面的高度可能不完全一致，存在打开的端渡板与关闭端渡板一侧的支撑架发生刚性碰撞的可能。图9为实际使用车型的端渡板支撑架示意。

图9 端渡板支撑架示意

先计算端渡板均关闭状态下相邻端面对应支撑架前沿的间距，再计算打开一侧端渡板后的端渡板与相对的支撑架前沿间距。

参照图7和表3计算原理，对图9中的g、h进行现场测绘调整。g为焊接在同一端梁上的第一、第四位置的支撑架中心线距离，为2 600 mm(计算时相当于图7和表3中的2C′F)；h为端渡板支撑架伸出端梁的距离，为295 mm，则缓冲器最大压缩时尾销中心至支撑架前沿平面的距离为630 mm，为h与图7和表3中的AC′之和。将表3中的C′F替换为1 300 mm、AC′替换为630 mm，其余数据不变，利用公式(2)～(8)和替换数据后的表3，计算得出图9所示的端渡板均关闭状态下的相邻端面最近支撑架的间距i为121 mm(此处i相当于图7中的d)。打开一侧的端渡板后，现场测绘的端渡板外沿较支撑架外沿伸出90 mm，根据打开的端渡板与相邻关闭端渡板侧车厢端梁的间隙计算中可简化计算的结论，即相邻两节车厢基本在一条直线上，打开的端渡板与邻端支撑架外沿的间距为在121 mm的基础上缩减90 mm，即为31 mm。即在相邻端渡板一开一闭状态时，打开的端渡板运行时不会碰撞到对端支撑架外沿。根据设计经验，列车通过曲线时，缓冲器被压缩的行程远达不到最大，实际打开的端渡板与邻端支撑架外沿的间距远大于31 mm，相邻车厢间距足够安全。

因此，相邻车厢两端渡板一开一闭的状态下，车厢间隙满足列车安全运行要求。

2.4 相邻端渡板均打开时间隙计算

根据2.2中相邻车厢端渡板均关闭状态下的端面最小间距698 mm，采用打开的端渡板与相邻关闭端渡板侧车厢端梁间隙计算结论，单侧端渡板打开时车厢地板延伸385 mm，相邻两端渡板均打开，需增加相邻车辆端面空间770 mm，超出了已有的698 mm，重叠72 mm。故相邻端渡板均打开状态时，存在相邻端渡板碰撞的可能性，对行车安全构成风险。

2.5 计算结果

综上，以相邻端渡板均关闭为计算基础，对一开一闭、均打开等状态的间隙进行了进一步计算，相关计算结果见表4。

表4 相邻车厢最小间距计算结果汇总 mm

计算结果表明，相邻端渡板均关闭、一开一闭两种状态下，可满足列车安全行车要求；均打开的状态下，存在端渡板互相碰撞的风险。

3 计算结果应用

根据中国铁路总公司《铁路货物装载加固规则》(铁总运【2015】296号)，“涂打“○关”的平车在运行时，端板应处于立起关闭状态”。但该条同时指出，“特殊情况下，在安装车钩缓冲停止器后允许将端板放倒运行；或将两平车相邻端的一辆平车的端板采取可靠吊起措施后，可将另一辆平车的端板放倒运行”。

针对罐式集装箱不解列卸车需要相邻端渡板一开一闭状态的需求，铁路站段方面认为《铁路货物装载加固规则》规定的“特殊情况下”是特指运输超长货物，而罐式集装箱不属于超长货物，能否行车时将相邻端板一开一闭，难以确定和找到实施依据。根据以上计算结果，与铁路部门进行了技术论证讨论，最终铁路部门认可计算结果，同意专列运行方式由相邻两端渡板全关闭改进为一开一闭的状态。

自改进措施实施以来，卸油后保持相邻端渡板一开一闭状态，省去了卸车前打开端渡板、卸车后关闭端渡板的重复性操作，每列车节省卸车操作时间约1.5 h，提高卸车效率12%，同时降低了劳动强度，也有利于罐式集装箱不解列卸车新技术的推广应用。