500m长钢轨普通平车装运纵向卸轨方案研究

(北京中铁科客货运输技术有限公司 运输技术研发中心，北京 100081)

1 500 m 长钢轨装运卸轨发展现状分析

1.1 500 m 长钢轨装运方案

为满足铁路建设发展需要，长钢轨运输技术和长钢轨运输设备随着铁路发展不断创新完善。目前，我国铁路长钢轨采用专用车装运和普通平车装运2种方式。在500 m 长钢轨运输方面，2005 年完成了T11BK 型运轨专用车(简称“T11 专用车”)的设计和试制工作，T11 专用车的最大特点是车组本身具备作业车，能够进行纵向卸载新长钢轨和回收旧长钢轨作业[1]。T11 专用车为方便纵向卸轨使用的是单根紧固装置，用螺栓和上下夹铁将钢轨夹紧，T11 专用车紧固装置结构如图1 所示。2008 年，通过借鉴100 m 长钢轨普通平车装运方案和T11 专用车的成功经验，通过理论计算、座架设计、方案制定，科研院所提出500 m 长钢轨普通平车装运方案，同年试验成功并投入应用。与T11 专用车相比，500 m 长钢轨普通平车装运方案利用普通平车运输具有运输成本低、生产周期短、专用装载加固装置拆装灵活、车辆利用率高等优点。500 m 长钢轨普通平车装运方案中钢轨的紧固方式为横向整层紧固，这种紧固方式经过多年的应用被证明非常安全可靠，紧固装置用6 根螺栓将同一层钢轨捆绑为一个单元，卡在座架隔梁上。500 m 长钢轨普通平车装运方案紧固装置如图2 所示。

1.2 500 m 长钢轨装运横向装卸方案

图1 T11 专用车紧固装置结构Fig.1 Structure of fastening device for T11

图2 500 m 长钢轨普通平车装运方案紧固装置Fig.2 Fastening device for 500 m long rail transportation by ordinary flat car

目前，长钢轨装车一般是在全国16 个焊轨基地进行，各焊轨基地500 m 长钢轨装卸的方式基本相同，均采用龙门吊组成的排吊形式，龙门吊之间间隔15 m 左右，数量一般在30～ 36 个，龙门吊的结构形式和作业原理也基本相同。电动走行小车安装在大梁上，在小车的底部安装有电葫芦，通过电葫芦控制吊具起降。采用集控系统，在长钢轨吊运过程中控制龙门吊同步起落、同步运行，防止吊运过程中长钢轨发生扭曲变形。这种装卸方式通常称为“群吊横向吊装装卸”，具有效率高，安全性好，对装载加固装置损伤极小等优点。500 m 长钢轨生产完成后，选用T11 专用车或者500 m 长钢轨普通平车装运方案将500 m 长钢轨装载运输至各建设项目的铺轨基地，同样用群吊将钢轨卸载至存轨场。

1.3 500 m 长钢轨纵向卸轨方案需求及影响因素分析

铁路新线开始铺轨时一般从铺轨基地采用简易的运轨支架进行二次装运，将500 m 长钢轨运输到新建线路上，这种简易支架运输安全性较差，不适合长距离运输长钢轨，也不能通过既有线，影响既有线行车安全。由于现场卸轨位置不固定，卸轨条件也受限制，长钢轨运输到现场后需要纵向卸载并铺设到新建线路上[2]。

虽然传统卸轨方式应用良好，但随着铁路建设的不断发展，施工工艺复杂性不断提高，施工难度不断加大，500 m 长钢轨运输方面除了传统的运输需求，还经常面对以下3 种特殊情况下的运输需求。①无铺轨基地施工。一般铺轨基地占地面积至少6 km2左右，如果考虑到制梁、存放轨枕等就需要更大的面积，一些铁路建设项目特别是大城市周边项目很难找到合适的地点用作铺轨基地，因而需要制定无铺轨基地的施工工艺，500 m 长钢轨无法进行二次装运，必须从焊轨基地一次运输到新建线路上。②铺轨基地位置问题。虽然建设了铺轨基地，但因占地面积等原因，地理位置不是十分理想，从铺轨基地运输500 m长钢轨需要经过一段既有线，从铺轨基地二次装运500 m 长钢轨不能使用简易支架。③施工工期的影响。为节省时间，提高效率，建设单位希望能够避免二次装运500 m 长钢轨，直接将500 m 长钢轨从焊轨基地运到新建线路上。以上3 种特殊情况都需要经过既有线运输500 m 长钢轨并且需要纵向卸载长钢轨，目前只能使用T11 专用车，因T11 专用车成本较高，数量较少，均配属给各铁路局集团公司用于铁路大修换轨，任务非常繁忙，很少有空闲能够满足新线建设运轨需求，新线建设运轨绝大多数采用500 m 长钢轨普通平车装运方案。

因此，建设单位对采用500 m 长钢轨普通平车装运方案进行纵向卸轨的需求非常迫切，而采用500 m长钢轨普通平车装运方案直接进行纵向卸轨存在着整层紧固局限性、卸轨阻力过大、滚轮磨损严重等问题。

2 500 m 长钢轨普通平车装运纵向卸轨解决方案

500 m 长钢轨普通平车装运方案设计理念以简易、经济、安全为核心，实践也证明了其运用效果符合设计理念。但是，由于长钢轨运输安全的特殊性，不能轻易改变方案中任何结构，也不能轻易增加任何设备，使得增加纵向卸轨功能的研究非常困难。针对500 m 长钢轨普通平车装运方案直接纵向卸轨存在的整层紧固局限性、卸轨阻力过大、滚轮磨损严重等问题，提出相应解决方案。

（1）安装单根紧固装置。500 m 长钢轨列车经过既有线运输，到达卸轨现场后，首先卸掉第4 层2个紧固装置，这样整个第4 层钢轨纵向紧固全部解除。由于卸掉2 根钢轨后，还需要继续运行一段距离后再进行卸轨作业，但缺少2 根钢轨会导致整层紧固装置失效。在没有紧固措施的情况下，该层剩余钢轨容易发生窜动，不能保证行车安全[3]。因此，要解决纵向卸轨问题，首先需要解决卸掉部分钢轨后其他钢轨的纵向紧固问题，也就是必须把钢轨分别紧固互不干涉，这种装置被称为单根紧固装置。单根紧固装置必须有锁定座架进行配合，因而采用现有座架加装单根紧固装置。由于座架最上面一层没有隔梁，因而需要在座架上安装一个单根紧固隔梁，受现场条件限制，为降低操作难度将单根紧固隔梁分为2 段。单根紧固装置的形式及紧固方式多种多样，最常见的单根紧固装置是T11 专用车的紧固装置，500 m 长钢轨普通平车装运方案中相邻钢轨间没有足够的空间安装螺栓，因而这种方案无法直接采用。受卸轨现场条件的限制，单根紧固装置不仅要安全可靠，又要轻便易操作，经过多次优化试验最终采用钢轨轨头上方安装锁轨卡子的方式，卡子分为2 半，用螺栓连接到一起，在钢轨上表面和卡子之间塞入斜铁，使钢轨与卡子之间卡紧。单根紧固装置如图3 所示。

（2）安装卸轨辅助滚轮。500 m 长钢轨普通平车装运方案中使用72 个座架运输长钢轨，每个座架上有50 个滚轮分别支撑50 根钢轨，为了保证长钢轨运输的安全性，座架滚轮采用滑动摩擦轴承，滑动摩擦系数μ为0.17，摩擦系数较大[4]。钢轨纵向卸载需要用卷扬机把钢轨拉出，再利用铺轨机将钢轨铺设到轨枕上。一根钢轨质量m为30 t，现场采用的卷扬机功率P=136 kW，最大牵引力Fmax=60 kN，则钢轨在平直线路上卸轨阻力N=mgμ=30×9.8×0.17=49.98 kN，牵引力富余量δ=(Fmax-N)/Fmax=16.7%。在水平直线上卷扬机牵引力富余量已经不足20%，如果在曲线上坡路段，很难保证卷扬机牵引力顺利卸下钢轨。此外，钢轨装载完成后，钢轨之间缝隙较小，由于紧固装置的作用，钢轨在紧固装置处轨底侧边是贴合在一起的，个别钢轨有可能是相互堆叠的状态，这也增加了纵向卸轨的阻力。此外，由于间隔不规律，个别钢轨压在2 个滚轮之间，导致纵向卸轨的时候不仅阻力增加，滚轮磨损非常严重，卸轨完成后，座架的维修工作量非常大，也影响座架的使用寿命及长钢轨运输安全[5-6]。

图3 单根紧固装置Fig.3 Single fastening device

为妥善解决钢轨纵向卸载牵引力不足问题及滚轮磨损严重的问题，在卸轨现场增加卸轨辅助滚轮来辅助进行卸轨作业，使待卸钢轨与座架及其他钢轨进行分离。具体操作步骤如下：在座架隔梁的一侧用千斤顶顶起待卸钢轨，在顶起一定高度后，在座架隔梁的另一侧垫上卸轨辅助滚轮，滚轮内部采用滚动轴承，摩擦系数为0.001 8～ 0.002 8[7]，大幅度降低了纵向卸轨的阻力，滚轮边缘凸起，防止钢轨横向移动，每根钢轨用72 个(对称卸载2 根钢轨共144 个)卸轨辅助滚轮把钢轨垫起后，再进行纵向卸轨作业，这样即可将钢轨顺畅卸下，用铺轨机配合将钢轨直接铺设在新建线路上。加装卸轨辅助滚轮如图4 所示。

图4 加装卸轨辅助滚轮Fig.4 Added trolley wheel with rolling bearing

对卸轨辅助滚轮强度进行校核计算，根据滚轮承载位置计算滚轮承载钢轨的重量，滚轮承载计算结果如表1 所示。由表1 可以看出，两端第3 个滚轮径向载荷P最大为4.6 kN。

选用圆锥滚子轴承32916 型，主要参数：直径d=80 mm，Cr=79.2 kN，C0r=128 kN，寿命Lh=500 h，卸轨速度v=0.6 km/h，寿命因数fh=1，力矩载荷因数fm=1.5，速度因数fn=1.043，冲击载荷因素fd=1.5，温度因数fT=1，安全因数S0=2，P0=P=4.6 kN[7-8]。基本额定动载荷C=fhfmfdP/fnfT=9.92 kN，基本额定静载荷C0=S0P0=9.2 kN，经计算得出C＜Cr，C0＜C0r，选用轴承能够满足要求。

卸载完对称的2 根钢轨并将其铺设到线路上后，长钢轨列车沿着这2 根钢轨继续向前运行500 m 后，拆除待卸钢轨上的卡子，继续卸载长钢轨，卸轨完成铺设到线路上后，长钢轨列车继续向前运行卸轨，由外侧至内侧依次对称卸载钢轨，卸钢轨时先拆除钢轨上面的卡子与斜铁。第4 层钢轨卸载完毕后，卸载第3 层钢轨。跟第4 层一样，拆除第3 层2 个紧固装置，第1、第2、第3 层钢轨可利用座架自带的隔梁锁定钢轨，不需要再加装隔梁，直接安装卡子和斜铁。第3 层卸载完成后卸载第2 层和第1 层，操作步骤与第3 层相同，直至50 根钢轨全部卸载完成。

500 m 长钢轨普通平车装运纵向卸轨方案的主要特点：①不改变500 m 长钢轨普通平车装运方案，所有加装设备都在卸轨现场进行，不会对长钢轨运输安全造成影响；②充分考虑到现场施工条件，加装设备单件质量不超过40 kg，不需要起重设备辅助；③单根锁定座架直接利用现有座架，避免了安装单根锁定座架给长钢轨运输造成安全隐患；④单根锁定装置结构简单，方便操作，锁定可靠；⑤利用卸轨辅助滚轮使座架与待卸钢轨分离，避免了卸轨给座架造成的损伤。

3 结束语

500 m 长钢轨是目前铁路运输的最长货物，其运输安全是铁路运输的重中之重。基于不改变装载加固方案和不影响装载加固装置使用寿命的大原则下，提出500 m 长钢轨普通平车装运纵向卸轨解决方案，保证了长钢轨运输安全。该方案在阳安铁路(阳平关—安康)和牡佳铁路(牡丹江—佳木斯)应用效果良好，解决了采用500 m 长钢轨普通平车装运方案跨既有线运输500 m 长钢轨纵向卸轨的难题，方案理论与实际相符，单根紧固装置安装简单，紧固钢轨效果良好，卸轨辅助滚轮能够有效地降低卸轨阻力，卸轨作业完成后，座架状态良好，最大限度降低纵向卸轨对座架的损伤，避免了座架维修造成的经济损失，大幅度减少了座架返回后的维修整备时间，节省了长钢轨运输成本，提高了铺轨效率。

表1 滚轮承载计算结果Tab.1 Roller bearing calculation table