孫躍坤，唐宏偉，鮑平鑫，鄭 旭

(1.軍事交通學(xué)院聯(lián)合投送系，天津300161;2.總后勤部 軍事交通運(yùn)輸部，北京100842)

特種裝備是指用于作戰(zhàn)和保障作戰(zhàn)及其他軍事行動(dòng)，具有信息化、一體化、大型化特征，且對(duì)軍事運(yùn)輸有特殊要求、需要重點(diǎn)防護(hù)的武器系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)和技術(shù)設(shè)備［1］。特種裝備鐵路運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)復(fù)雜，涉及裝備的安全性分析、模擬仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證、運(yùn)輸環(huán)境設(shè)計(jì)、加固技術(shù)運(yùn)用等諸多方面內(nèi)容。目前，一些裝備主管部門(mén)在裝備運(yùn)輸性要求上觀念淡薄，下達(dá)裝備研制任務(wù)只提運(yùn)用指標(biāo)，不提運(yùn)輸要求;一些設(shè)計(jì)研發(fā)單位對(duì)裝備運(yùn)輸性要求不清楚，對(duì)相關(guān)的國(guó)標(biāo)和行標(biāo)不了解，加之國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)在裝備運(yùn)輸性管理方面與鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在一定差異，影響裝備的鐵路運(yùn)輸組織以及部隊(duì)的列裝列配，從而制約戰(zhàn)斗力的快速形成?；?GJB 3008A—2004《鐵路軍事運(yùn)輸裝載標(biāo)準(zhǔn)——裝載加固基本要求》、鐵運(yùn)〔2006〕161號(hào)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》、鐵運(yùn)〔2007〕62號(hào)《鐵路超限超重貨物運(yùn)輸規(guī)則》、GJB5733—2006《軍事裝備運(yùn)輸性基本要求》等要求，結(jié)合近幾年來(lái)特種裝備鐵路軍事運(yùn)輸裝運(yùn)方案編制實(shí)踐，提出特種裝備鐵路裝運(yùn)方案基本構(gòu)架和編制要求，對(duì)于規(guī)范特種裝備裝運(yùn)方案編制，增加在特種裝備研制過(guò)程中貫徹運(yùn)輸性要求的主動(dòng)性，并快速形成保障能力具有重要意義。

1 特種裝備裝運(yùn)方案基本構(gòu)架

特種裝備具有信息化水平高、危險(xiǎn)程度高、運(yùn)輸要求高、組織保障復(fù)雜等特點(diǎn)，編制特種裝備鐵路裝運(yùn)方案，應(yīng)包括以下5項(xiàng)內(nèi)容。

1.1 鐵路裝運(yùn)方案

裝運(yùn)方案涉及特種裝備鐵路運(yùn)輸屬性與運(yùn)輸要求界定、安全責(zé)任區(qū)分、裝卸載注意事項(xiàng)、組織管理要求、試運(yùn)組織基本條件以及車型選用、裝載方法、加固要求等內(nèi)容。它是在安全綜合分析、裝載加固方案、運(yùn)輸組織及應(yīng)急保障預(yù)案確定后，綜合提煉出的結(jié)論性內(nèi)容，需要在運(yùn)輸組織過(guò)程中進(jìn)行全面貫徹落實(shí)。

1.2 綜合分析報(bào)告

綜合分析報(bào)告主要包括企業(yè)資質(zhì)、裝備戰(zhàn)技指標(biāo)適應(yīng)性分析、火工品鐵路運(yùn)輸危險(xiǎn)性分析、裝備運(yùn)輸強(qiáng)度安全性分析等內(nèi)容。危險(xiǎn)性安全分析主要包括火工品的理化特性、組成結(jié)構(gòu)、電磁干擾、環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容;強(qiáng)度安全分析包括設(shè)計(jì)原理、運(yùn)輸試驗(yàn)驗(yàn)證、模擬仿真或數(shù)據(jù)計(jì)算等內(nèi)容，涵蓋主體結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸包裝、內(nèi)外部連接部件等方面。

1.3 裝載加固方案

裝載加固方案主要包括裝備規(guī)格、準(zhǔn)用貨車、加固材料、加固裝置、裝載方法、加固方法、其他要求和附件等內(nèi)容。主要是根據(jù)裝備在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的溫度、濕度、震動(dòng)、電磁環(huán)境適應(yīng)性和車種車型適應(yīng)性，選擇裝載方式，制訂配載方案，確定運(yùn)行條件，計(jì)算加固強(qiáng)度，挑選加固器材，明確加固方法，設(shè)計(jì)裝載加固方案。

1.4 運(yùn)輸組織及應(yīng)急保障預(yù)案

運(yùn)輸組織主要包括發(fā)到場(chǎng)地條件、車輛挑選及安全措施、裝卸作業(yè)組織、連掛方式、編組隔離和調(diào)車作業(yè)、運(yùn)行組織、押運(yùn)工作等，應(yīng)急保障預(yù)案包括組織措施、應(yīng)急處置、應(yīng)急保障器材、應(yīng)急措施和后期處理等。該部分是結(jié)合相關(guān)規(guī)章制度和運(yùn)輸組織工作實(shí)際，對(duì)運(yùn)輸組織重點(diǎn)事項(xiàng)和關(guān)鍵問(wèn)題的細(xì)化。

1.5 相關(guān)資料

主要是指能夠?qū)ρb備鐵路運(yùn)輸安全起到支撐、證明作用的材料，以及相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告、試驗(yàn)證明等資料，且不便在上述4項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明的可作為相關(guān)資料，對(duì)裝備鐵路運(yùn)輸安全性起到支撐性作用。

2 特種裝備運(yùn)輸環(huán)境因素

特種裝備鐵路運(yùn)輸安全涉及氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、化學(xué)性物資、機(jī)械活性物質(zhì)、生物環(huán)境等因素的影響。在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中主要考慮氣候環(huán)境和機(jī)械環(huán)境兩個(gè)方面。

2.1 氣候環(huán)境

氣候環(huán)境條件主要根據(jù)我國(guó)范圍內(nèi)可能遇到的氣候情況及載運(yùn)工具內(nèi)的微氣候情況綜合確定。鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，對(duì)氣候環(huán)境諸要素中影響較大且最為關(guān)注的是溫度環(huán)境，即特種裝備的運(yùn)輸溫度環(huán)境問(wèn)題，它主要是由特種裝備的本身結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)輸包裝特點(diǎn)、使用載運(yùn)工具類型、運(yùn)輸組織方式和所經(jīng)由地區(qū)溫度環(huán)境極值等綜合確定。

在全國(guó)671個(gè)測(cè)站中，我國(guó)的高溫記錄極值為47.7℃，加之夏天太陽(yáng)直接輻射導(dǎo)致封閉艙室內(nèi)附加升溫，所以國(guó)軍標(biāo)將70℃作為鐵路運(yùn)輸環(huán)境溫度最高值;我國(guó)的低溫記錄極值為－52.3℃，時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率為1%的低氣溫全國(guó)工作極值為－48.8℃，所以國(guó)軍標(biāo)將－50℃作為鐵路運(yùn)輸環(huán)境溫度最低值［2］。由于鐵路線路走向與氣象測(cè)站有一定的距離，加之特種裝備在封閉艙室內(nèi)附加升溫，故將－40℃作為鐵路運(yùn)輸環(huán)境溫度最低值。

特種裝備的運(yùn)輸溫度環(huán)境指標(biāo)不能滿足上述溫度極值要求的，鐵路運(yùn)輸時(shí)段、運(yùn)輸區(qū)域?qū)?huì)受到一定限制，以保障運(yùn)輸安全和產(chǎn)品性能穩(wěn)定。

2.2 機(jī)械環(huán)境

鐵路運(yùn)輸機(jī)械環(huán)境包括運(yùn)輸振動(dòng)、運(yùn)輸沖擊兩個(gè)方面。由于軌道的不均勻或粗糙，軌道接點(diǎn)的不連續(xù)，車輪不圓整或不平衡等因素均能引起載運(yùn)工具的垂向振動(dòng);由于列車起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)車等作業(yè)以及通過(guò)道岔和曲線路段，能造成對(duì)載運(yùn)工具的縱向和橫向沖擊，并作用于特種裝備上，共同構(gòu)成了裝備運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械環(huán)境。不同的軍事裝備物資，國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的要求大不相同，與目前鐵路執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也存在一定的差異。因此，按照列車運(yùn)行速度不大于120 km/h、調(diào)車連掛速度不大于5 km/h的運(yùn)行環(huán)境條件，以及裝載位置情況，確定特種裝備運(yùn)輸受力環(huán)境比較科學(xué)。

(1)縱向慣性力?？v向慣性力的大小由特種裝備自身質(zhì)量、列車制動(dòng)時(shí)運(yùn)行速度或者調(diào)車作業(yè)時(shí)沖擊速度大小等情況綜合決定，影響特種裝備鐵路運(yùn)輸過(guò)程中縱向的穩(wěn)定性，是決定特種裝備加固強(qiáng)度的主要影響因素。計(jì)算公式為

式中:t0為裝備每噸受到的縱向慣性力，kN/t;Q為裝備質(zhì)量，t。

不同加固形式每噸裝備產(chǎn)生的縱向慣性力的大小不同:采用剛性加固時(shí)，t0=26.69 －0.13Q總;采用柔性加固時(shí)29.85。其中Q總為裝備質(zhì)量與車輛質(zhì)量之和，t。

(2)橫向慣性力。橫向慣性力主要在列車行經(jīng)曲線或者進(jìn)入側(cè)線道岔時(shí)產(chǎn)生的離心力、曲線外軌超高所產(chǎn)生的水平分力等運(yùn)輸環(huán)節(jié)中產(chǎn)生。橫向慣性力的大小由特種裝備自身質(zhì)量、所使用車輛型號(hào)、裝載位置，以及行經(jīng)線路曲線半徑大小或者線路道岔型號(hào)的大小等決定，影響特種裝備鐵路運(yùn)輸過(guò)程中橫向的穩(wěn)定性。計(jì)算公式為

式中n0為裝備每噸所受到的橫向慣性力，kN/t。

使用不同車型和不同的裝載位置影響每噸裝備的橫向慣性力，計(jì)算方法為其中:c為裝備質(zhì)心偏離車輛橫中心線距離，mm;d為車銷間距離，mm。

(3)垂直慣性力。垂直慣性力主要在列車行經(jīng)鋼軌接縫處、線路下沉以及車輛彈簧的沉浮運(yùn)動(dòng)等運(yùn)輸環(huán)節(jié)中發(fā)生。垂直慣性力作用方向依次向上或向下交替變化，其大小由特種裝備自身質(zhì)量、所使用車輛型號(hào)、裝載位置、行經(jīng)線路質(zhì)量、鋼軌型號(hào)以及長(zhǎng)度等情況決定，對(duì)摩擦力的大小構(gòu)成影響。計(jì)算公式為

式中q垂為裝備每噸所受到的垂直慣性力，kN/t。

使用不同車型和不同的裝載位置每噸裝備產(chǎn)生的垂直慣性力的大小不同:使用敞車和普通平車裝載時(shí);使用長(zhǎng)大貨物車裝載時(shí)

(4)風(fēng)力。風(fēng)力有縱向力、側(cè)向力之分。縱向風(fēng)力是縱向慣性力的反作用力，不會(huì)對(duì)特種裝備運(yùn)輸穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，因此只考慮側(cè)向風(fēng)力的影響。風(fēng)力的大小由列車行經(jīng)地域的氣候、特種裝備側(cè)向的迎風(fēng)面的大小等因素決定。當(dāng)風(fēng)力的方向與橫向慣性力方向一致時(shí)，風(fēng)力有可能對(duì)特種裝備或者列車的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。計(jì)算公式為

式中:q為側(cè)向計(jì)算風(fēng)壓，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，受風(fēng)面為平面時(shí)，q=0.49 kN/m2，受風(fēng)面為圓球體或圓柱體側(cè)面時(shí)，q=0.245 kN/m2;F為裝備側(cè)向迎風(fēng)面積，m2。

(5)摩擦力。摩擦力大小由特種裝備的質(zhì)量以及特種裝備底座材質(zhì)與貨車地板間的摩擦系數(shù)所決定。摩擦力越大，特種裝備在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性越高，也是決定特種裝備加固強(qiáng)度的主要影響因素。計(jì)算公式如下:

縱向摩擦力:

橫向摩擦力:

式中μ為摩擦系數(shù)。

3 特種裝備加固方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)主要根據(jù)裝備戰(zhàn)技指標(biāo)、外部形態(tài)、規(guī)格大小、安全特性等條件，選擇適型貨車，預(yù)設(shè)裝載狀態(tài)，確定加固方式和加固強(qiáng)度，最終形成裝載加固方案［3］。

3.1 穩(wěn)定性分析

特種裝備在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中有傾覆穩(wěn)定性和水平移動(dòng)穩(wěn)定性之分，是決定加固方式和加固方法的基本依據(jù)。

3.1.1 裝備傾覆穩(wěn)定性

特種裝備的傾覆穩(wěn)定性分為縱向和橫向。計(jì)算方法如下:

縱向:

橫向:

式中:a為裝備質(zhì)心所在橫向垂直平面至裝備傾覆點(diǎn)之間的距離，mm;b為裝備質(zhì)心所在縱向垂直平面至裝備傾覆點(diǎn)之間的距離，mm;T為裝備的縱向慣性力，kN;N為裝備的橫向慣性力，kN;h為裝備質(zhì)心自傾覆點(diǎn)所在水平面起算的高度，mm;W為作用于裝備上的風(fēng)力，kN;h風(fēng)為風(fēng)力合力作用點(diǎn)自傾覆點(diǎn)所在水平面起算的高度，mm。

當(dāng)傾覆穩(wěn)定系數(shù)η小于1.25時(shí)，需要采取加固措施，防止裝備傾覆。故在軍事裝備研發(fā)過(guò)程中，盡量加大裝備支重面的長(zhǎng)度或者支重點(diǎn)間的距離，特殊情況下可采取加裝墊木等措施，以增強(qiáng)裝備的傾覆穩(wěn)定性，從而減少裝備運(yùn)輸?shù)募庸虖?qiáng)度。

3.1.2 裝備水平穩(wěn)定性

特種裝備的水平穩(wěn)定性分為縱向和橫向。計(jì)算方法如下:

縱向:

橫向:

當(dāng)ΔT、ΔN大于0時(shí)，應(yīng)采取加固措施，防止裝備水平位移。故在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中，可以加墊摩擦系數(shù)較高的材料，以降低△T、△N的數(shù)值，增強(qiáng)裝備的水平穩(wěn)定性，從而減少裝備運(yùn)輸?shù)募庸虖?qiáng)度。

3.2 加固強(qiáng)度確定

根據(jù)特種裝備運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生作用力數(shù)據(jù)，按照平衡穩(wěn)定性原則，確定能夠滿足特種裝備運(yùn)輸安全要求的加固器材、加固方式。

3.2.1 采用對(duì)稱拉牽加固時(shí)，每根拉牽繩應(yīng)承受的力

對(duì)稱拉牽加固時(shí)，拉牽位置如圖1所示。

圖1 拉牽對(duì)稱加固示意

當(dāng)同一方向有n根拉牽繩時(shí)，每根應(yīng)承受的拉力可按下式計(jì)算:

防止縱向移動(dòng)時(shí):

防止橫向移動(dòng)時(shí):

防止縱向傾覆時(shí):

防止橫向傾覆時(shí):

式中:l縱為裝備縱向傾覆點(diǎn)至拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)所在橫向垂直平面間的距離，mm;l橫為裝備橫向傾覆點(diǎn)至拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)所在縱向垂直平面間的距離，mm。

每根拉牽繩應(yīng)承受的力:

選用鋼絲繩拉牽時(shí)，鋼絲繩的破斷拉力不得小于2S。選用鍍鋅鐵線或盤(pán)條拉牽時(shí)，每根拉牽繩需要股數(shù)為

式中P許為一股鍍鋅鐵線或盤(pán)條的許用拉力，kN。

3.2.2 采用非對(duì)稱拉牽加固時(shí)，每根拉牽繩應(yīng)承受的力

非對(duì)稱拉牽加固時(shí)，拉牽位置如圖2所示。

圖2 拉牽非對(duì)稱加固示意

式中:b左、b右分別為A方向或B方向兩側(cè)左、右拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)至裝備質(zhì)心所在縱垂直平面的距離，mm;AC左、AC右為左、右拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)所在橫向垂直平面分別至車輛上拴結(jié)點(diǎn)之間的距離，mm;BC左、BC右為左、右拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)所在縱向垂直平面分別至車輛邊線的距離，mm;BO左、BO右為左、右拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)自車地板面起算的高度，mm。

式中l(wèi)左、l右為左、右拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)至裝備質(zhì)心所在橫向垂直平面的距離，mm。

每根拉牽繩應(yīng)承受的力:

當(dāng)同一方向有n根拉牽繩時(shí)，在計(jì)算防止特種裝備縱向移動(dòng)需要拉牽繩承受的拉力時(shí)，b左及b右應(yīng)分別取同一方向上左側(cè)或右側(cè)各拉牽繩在裝備上拴結(jié)點(diǎn)至裝備質(zhì)心所在縱向垂直平面距離的平均值;BO、BC取較大者，AC取較小者。在計(jì)算防止特種裝備橫向移動(dòng)需要拉牽繩承受的拉力時(shí)，l左、l右應(yīng)分別取同一方向左側(cè)或右側(cè)各拉牽繩在特種裝備上拴結(jié)點(diǎn)至特種裝備質(zhì)心所在橫向垂直平面距離的平均值;BC取較小者，BO、AC取較大者。

3.3 特種裝備加固技術(shù)措施

在特種裝備研制過(guò)程中貫徹運(yùn)輸性要求，盡量降低裝備質(zhì)心高度，預(yù)留捆綁加固點(diǎn)，是提升裝備適運(yùn)性的關(guān)鍵所在。

3.3.1 特種裝備質(zhì)心超高的加固技術(shù)

我國(guó)鐵路作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，重車質(zhì)心高超過(guò)2 m時(shí)車輛運(yùn)行速度就要受到限制。為此，特種裝備在研制過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡可能地降低質(zhì)心高度，盡量減少鐵路運(yùn)輸限制。如果裝備質(zhì)心較高對(duì)鐵路運(yùn)行速度構(gòu)成影響時(shí)，一是裝備研究時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮運(yùn)輸過(guò)程中的配重措施;二是預(yù)留掩擋加固的位置，降低質(zhì)心相對(duì)高度，提高裝備傾覆穩(wěn)定系數(shù);三是在加固系留點(diǎn)的設(shè)計(jì)上，盡可能保持在中間上部位置，并增加系留點(diǎn)的數(shù)量，以提高加固方案的適應(yīng)性。

3.3.2 特種裝備自重較大的加固技術(shù)

特種裝備具有大型化的發(fā)展趨勢(shì)，帶來(lái)了加固強(qiáng)度的增大。由于裝備以及鐵路車輛使用材料的限制，對(duì)強(qiáng)度有一定的限制。一是在加固點(diǎn)材料選取上，應(yīng)與鐵路載運(yùn)工具的丁字鐵相適應(yīng)，保持在98 kN左右;二是在加固材料的選取上，一般應(yīng)選擇公稱抗拉強(qiáng)度1 670 N/mm2、直徑9.3 mm、許用拉力不小于22.8 kN的鋼絲繩雙股，便于操作和加固，并以此設(shè)計(jì)加固點(diǎn)數(shù)量;三是加固點(diǎn)盡可能設(shè)計(jì)在距裝備底部400 mm位置，盡可能增加縱向分力，減少加固器材使用數(shù)量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)裝備研發(fā)能力的提升，大量的特種裝備不斷列裝部隊(duì)，全域化的廣泛運(yùn)用、多樣化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、快速化的機(jī)動(dòng)保障，對(duì)裝備研發(fā)貫徹鐵路運(yùn)輸性要求提出了更高要求。加大裝備運(yùn)輸性宣貫力度，規(guī)范特種裝備裝運(yùn)方案編制，對(duì)于提高軍事交通運(yùn)輸快速保障能力具有重要意義。

［1］ 鮑平鑫，王飛，寧偉宇.特種裝備物資鐵路運(yùn)輸知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，16(5):19-23.

［2］ 周俊森，周心才，王樹(shù)榮.軍用物資運(yùn)輸環(huán)境條件:GJB3493—98［S］.北京:中國(guó)人民解放軍總裝備部，1998.

［3］ 曾運(yùn)清，王軍，王康.鐵路提速后輪式裝備捆綁加固方案研究［J］.軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，13(3):14-18.