适应托盘货物装载的铁路货车关键技术研究

王 毅，徐 誌，赵寿鑫，杨发先

(中车眉山车辆有限公司 产品开发部，四川 眉山 620020)

1 研究背景

托盘运输与集装箱运输、驮背运输已成为全球公认的3种联运方式，受到了世界各国的关注。“托盘物流”和“集装箱物流”作为集装单元化物流的两大分支系统，逐渐成为现代物流和供应链中不可或缺的组成部分。

美国和欧盟超过80%的商品由托盘运载，但我国托盘运输比例仅为23%左右，导致我国社会物流费用一直居高不下。2018年，我国物流总费用与GDP的比例为14.8%，而发达国家的物流总费用仅占GDP的8%左右。为降低物流成本和提高流通效率，商务部、财政部等十部委联合印发实施《国内贸易流通标准化建设“十三五”规划》，“支持以标准托盘(1.2 m×1.0 m)及其循环共用为切入点，推动上下游物流设施的标准化更新与改造，带动供应链或区域范围内普及及应用标准托盘，实施带盘运输”。目前我国铁路没有专用的托盘运输车辆，以托盘作为运输集装单元的货物主要通过通用棚车、加盖蓬布的通用敞车以及集装箱平车来运输。我国托盘的保有量已超过10亿片，预计2021年适合托盘集装化的货物运量将达到4.7×108t，托盘运输潜在市场广阔[1]。

2 国内外现状

2.1 国外铁路托盘货车的研究

美国、欧盟、澳大利亚等国托盘尺寸标准高度统一，托盘循环共用系统建设完备，托盘包装设计要求严苛，为实现托盘多式联运打下了坚实基础。铁路托盘专用货车在国外得到了广泛的运用。

国外铁路托盘货车主要有以下2种：一种是欧盟采用的全侧开门棚车，装卸效率高，托盘货物两层堆叠，要求货物外形尺寸规整、轻质、不怕压，对包装设计要求高，如图1所示。另一种是澳大利亚采用的大容积棚车，空间利用率高、载重大，车辆内部设置托盘架，上下层托盘货物不接触，最多可实现3层托盘货物堆叠，适用于重质、怕压、外形不规则、高附加值的货物，便于车站配货，适应性更广，如图2所示。

(a) 车型外观

(a) 车型外观

2.2 国内铁路托盘货物运输的现状

我国标准化托盘的市场占有率仅25%，标准化托盘的循环共用只有2%。托盘货物运输在各种运输方式中所占比例如下：水运为48%，公路运输为41%，铁路运输为9%，航空运输为2%。托盘包装没有强制规范，为节省运输费大多采用裸装(图3)，导致铁路运输货损率高。2018年中央财经委员会第一次会议明确强调：“调整运输结构，减少公路运输量，增加铁路运输量”。交通部、财政部和中国铁路总公司将密集推出相关新政策。

(a) 袋装托盘货物

据调研了解，我国适合托盘运输的通用棚车载盘率在80%左右，小于14.6 m公路半挂车95%的载盘率[2]。2个国标托盘并排摆放宽度为2.4 m，与铁路通用棚车的内部尺寸(车宽通常在2.8 m左右)不匹配，车辆横向空间间隙大导致货物易倒塌。因此采用铁路进行托盘运输时，需特别定制尺寸为1 362 mm×1 052 mm×135 mm (长×宽×高)的非标托盘。中国铁路上海局集团有限公司率先开行了矿泉水托盘运输专列试点，采用叉车25 min就完成了装车作业，相当于之前4名装卸工人花费4 h装载60 t矿泉水的工作量。采用托盘集装化运输后，矿泉水的破损率由3.15‰下降到0.95‰，矿泉水外包装污损率由36.5‰下降到 3.6‰[3]。但非标托盘与集装箱和卡车的兼容性较差，无法实现公铁联运，客户需额外增加倒装费用。这也导致采用铁路通用棚车进行托盘运输和公路半挂车相比，难以发挥运量大、价格低的优势，无法吸引客户。而集装箱托盘运输的载盘率在90%左右，这也与目前铁路托盘运输大部分都采用集装箱运输的现状相吻合。

从运输货物品类分析，轻、中质、高附加值的托盘货物，单托盘载重0.5～1 t，要求车辆容积大，装盘数量多。但这些托盘货物对列车到达的时效性要求高，目前大都采用公路运输。铁路运输必须转变观念，提升服务质量，才能与公路运输进行竞争，这是今后铁路托盘货运的发展方向。

目前，铁路运输化肥及农药的运量最大，超过1×108t，货源稳定。化肥、农药等袋装货物属于低附加值、重质货物，单托盘载重1～1.5 t，要求车辆载重大，该品类货物对列车到达的时效性要求不高，但由于运输距离长，对铁路货运的依赖性高。托盘棚车能运输化肥等袋装托盘货物，一方面符合国家物流发展大趋势，迎合国铁集团提升运力、降本增效的变革思路；另一方面可节省大量的装卸劳动力和包装成本，提高流通效率，为进一步降低铁路运价创造了条件，更有利于铁路运输发挥运量大、价格低的优势与公路运输竞争。

从调研分析可以得出以下结论：铁路的上游生产企业、铁路局自身以及铁路的下游用户终端出于成本考虑都在大量开展托盘运输及仓储。如果铁路货运能将上游和下游企业成功对接，便可实现托盘一贯化运输。目前铁路已经出现装卸劳动力紧张的情况，未来将面临劳动力短缺的困境，托盘棚车研制势在必行。

3 集装箱托盘运输与托盘棚车运输选型

我国既有站线长度主要以1 050 m、850 m为主，按标准托盘(1.2 m×1.0 m)计算，托盘棚车比X70型集装箱平车(装载20 ft集装箱)整列车装载托盘数量提高了36%，采用棚车运输托盘具有以下优势：

(1) 提升铁路运力。托盘棚车比集装箱托盘运输载运量大，减少“亏吨”，能提高铁路运输能力，减少运营成本，提高运输效率，采用托盘棚车还可有效增加“天窗”时间。

(2) 投资少。托盘棚车适应性更强，对作业场地及装卸设备的要求没有集装箱运输那么高，与集装箱中转站同等规模的托盘货运站的基础设施建设费用不到集装箱中转站的10%。

(3) 运价低。因托盘造价低，可推行循环共用系统，互为抵补；而集装箱造价较高，有固定归属，必须返空。在现行铁路货物运费核收上，整车货物按吨计费，集装箱按箱计费，采取的是新线新价、优质优价的价格政策，而杂散货运仍采用国家定价方式。集装箱运价一般高于整车运价，低于零担运价。目前铁路棚车容积均在120 m3以上，如果运输轻质货物，40 ft集装箱不具备竞争优势。

4 托盘棚车设计

4.1 设计目标

(1) 采用澳大利亚大容积棚车托盘分层载货结构，适应我国目前铁路非标托盘大量运输化肥等大宗散货的需要，兼顾满足我国1.2 m×1.0 m标准托盘的运输要求。

(2) 车辆在满足运输托盘货物的同时，兼顾通用棚车的运输需求，但车辆需增加内衬和通风器，车门锁及栏杆采用通用棚车的部件，方便操作者使用。

(3) 托盘棚车应在车辆自身结构设计上实现运输不采用任何包装的袋装、箱装托盘货物的要求，这也符合我国现阶段托盘运输现状。

4.2 车辆长度的选取

根据装载托盘的数量和质量确定车辆长度，据站线编组计算得知，并列放置28排，共装载64个托盘，车辆长度为19 296 mm的托盘棚车可最大发挥车辆载重优势。

4.3 车辆高度的选取

车辆最大高度选择与既有P70型通用棚车一致，为4 770 mm。

4.4 车辆宽度的选取

车辆既装载1.2 m×1.0 m国标托盘又兼顾现有铁路非标托盘运输的需要，根据GB 146.1—1983《标准轨距铁路机车车辆限界》进行计算，确定车辆内宽为2 800 mm。

4.5 车辆载重和车辆容积

结合P66K、P66H及P70A型活动侧墙棚车的研制经验，车辆自重设计目标确定为28 t，车辆载重确定为66 t，经三维模型测算，车辆容积确定为163 m3。

4.6 关键技术

(1) 研究了一种托盘货物伸缩防护装置,如图4所示，包括防护板、伸缩机构、气囊及气动控制系统等。该防护装置可以使托盘既能运输采用捆扎、 收缩薄膜等方式将货物与托盘固定好的货物，也能运输未经过任何包装的袋装、箱装托盘货物，节省捆扎包装费用；同时，带有伸缩防护装置的托盘应满足既能运输1.2 m×1.0 m国标托盘又兼顾现有铁路非标托盘运输的需要。

图4 托盘货物伸缩防护装置断面原理图

(2) 托盘棚车在侧墙上设计高度可调的座板，实现上下两层托盘不直接接触，分层装载，从源头上解决上层托盘货物发生倒塌，下层托盘货物被压坏的问题，降低货损率。将上下层托盘货物隔开的托盘支架设计成可调节高度，能充分发挥棚车内高3 m的优势，给车站、货场提供更多的托盘堆叠组合方案。

(3) 针对部分托盘不上车需要换盘的货物，设计了新型托盘支架结构，如图5所示。托盘支架采用铝合金材质降低自重，既能适应叉车换盘作业，又能在货物进行铁路运输过程中起到中转作用。

图5 适应机械化换盘需要的托盘支架

5 结束语

发展托盘运输是一个系统工程，需要托盘使用企业、租赁企业、第三方物流企业、铁路运输部门之间的相互协作。通过以上分析对比可以清晰地得出采用托盘货车运输的方式更适合我国国情。