屁中華 李興 李寶瑞

摘要：通過對(duì)馱背多功能運(yùn)輸車運(yùn)輸集裝箱和半掛車的裝載加固裝置進(jìn)行理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，表明馱背多功能運(yùn)輸車運(yùn)輸集裝箱和半掛車的裝載加固方案是合理可行、安全可靠的。

關(guān)鍵詞：馱背多功能運(yùn)輸車;集裝箱;半掛車;裝載加固

中圖分類號(hào)：U294

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kjycx.2019.09.049

公鐵聯(lián)運(yùn)可以有效解決鐵路運(yùn)輸“之前一千米”和“最后一千米”的問題，是一種“門到門”的高效運(yùn)輸方式[l]，集裝箱運(yùn)輸和馱背運(yùn)輸是公鐵聯(lián)運(yùn)的兩種最主要形式。馱背多功能運(yùn)輸車是一種既能滿足集裝箱運(yùn)輸，又能滿足馱背運(yùn)輸?shù)膶Ｓ描F路貨車，如圖1所示。《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《加規(guī)》）要求貨物均衡、穩(wěn)定、合理地分布在貨車上，能經(jīng)受正常調(diào)車作業(yè)以及列車運(yùn)行中所產(chǎn)生各種力的作用，在運(yùn)輸全過程中，不發(fā)生移動(dòng)、滾動(dòng)、傾覆、倒塌或墜落等情況[2]。馱背多功能運(yùn)輸車作為一種適合集裝箱運(yùn)輸和馱背運(yùn)輸?shù)膶Ｓ密囕v，需同時(shí)滿足適應(yīng)集裝箱和半掛車的裝載加固方案。本文以集裝箱鎖閉裝置、活動(dòng)鞍座裝置、輪胎固定裝置為研究對(duì)象，就集裝箱和半掛車的裝載加固方案進(jìn)行了理論計(jì)算與試驗(yàn)。

1 集裝箱裝載加固方案

鐵路運(yùn)輸集裝箱較為成熟可靠的裝載加固方式是采用集裝箱鎖閉裝置。馱背多功能運(yùn)輸車底架上設(shè)有集裝箱鎖閉裝置，車輛兩端各設(shè)置2個(gè)推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置，車輛中部設(shè)有4個(gè)翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置，鎖頭均為鷹頭鎖，能滿足運(yùn)輸2只20 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱或1只40 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱或1只45 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的要求。推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置是一種成熟可靠的集裝箱鎖閉裝置，在我國(guó)鐵路集裝箱平車和出口鐵路集裝箱平車上廣泛使用。中部的翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置是一種適應(yīng)集裝箱和半掛車運(yùn)輸?shù)男滦脱b置，工作位時(shí)翻出鎖座，可以裝載集裝箱，非工作位時(shí)，收起鎖座，不影響半掛車的裝卸。翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置上還設(shè)有防跳裝置，在工作位時(shí)防止因鎖座上下跳動(dòng)造成集裝箱側(cè)滾，非工作位時(shí)防止因鎖座橫向擺動(dòng)侵入限界。

2 半掛車裝載加固方案

2.1 活動(dòng)鞍座裝置

馱背多功能運(yùn)輸車一端設(shè)有活動(dòng)鞍座，活動(dòng)鞍座用來承載半掛車的前端部分。在車輛垂向，鞍座高度可調(diào)整，以適應(yīng)不同高度的半掛車;在車輛縱向，鞍座可移動(dòng)，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的半掛車。工作狀態(tài)下，鞍座鎖閉裝置可以對(duì)半掛車牽引銷鎖閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)半掛車前部的垂向和橫向固定，鞍座在縱向方向是自由的，可以減輕半掛車對(duì)鞍座的縱向沖擊。

2.2 輪胎固定裝置

輪胎固定裝置用于固定半掛車輪胎部分，由三組固定式卡座、一組活動(dòng)式卡座及地板等組成，輪胎垂向支撐由地板和卡座共同提供，縱向約束則由卡座提供，橫向約束由地板和橫向止擋提供。地板面涂有防滑材料，最大限度提高車輪和地板間的摩擦系數(shù)。通過對(duì)現(xiàn)有半掛車軸距、輪徑、車輛長(zhǎng)度分析，并結(jié)合輪胎彈性變形量，合理匹配固定卡座和活動(dòng)卡座的相對(duì)位置，滿足現(xiàn)有1 0.8 - 13.75 m范圍內(nèi)不同車輛長(zhǎng)度、不同軸距、不同輪胎外徑半掛車的裝載加固要求。

3 相關(guān)計(jì)算分析

針對(duì)馱背多功能運(yùn)輸車裝載加固方案的三套關(guān)鍵裝置，即集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動(dòng)鞍座裝置和輪胎固定裝置采用有限元方法進(jìn)行了靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的分析。

3.1 計(jì)算依據(jù)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱TB/T 1335）對(duì)集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度計(jì)算分析，依據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱加規(guī)）和TB/T 1335對(duì)活動(dòng)鞍座裝置和輪胎固定裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析;參考標(biāo)準(zhǔn)AAR M952-2008《lntermodalContainer Support and Securement System for Freight Cars》（以下簡(jiǎn)稱AAR M952）對(duì)集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動(dòng)鞍座裝置進(jìn)行了沖擊強(qiáng)度計(jì)算分析，分析在各向沖擊加速度載荷作用下的受力狀態(tài)，評(píng)估其沖擊強(qiáng)度;參考EN 12663-2：2010《Railway applications - Structural requirements of railwayvehicle bodies - Part 2：Freight wagons》（以下簡(jiǎn)稱EN 12663）對(duì)輪胎固定裝置進(jìn)行了縱向沖擊強(qiáng)度分析;參考EN 12663和ERRI B12/RP17《Programe of tests to be carried out onwagons with steel under-frame and body structure and their caststeel frame bogies》（以下簡(jiǎn)稱ERRI B12/RP17）規(guī)定的車體垂向和橫向疲勞載荷及評(píng)價(jià)方法，對(duì)集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動(dòng)鞍座裝置進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度計(jì)算分析。各裝載加固裝置計(jì)算依據(jù)如表1所示。

3.2 計(jì)算載荷

車輛中部的翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置在裝載兩個(gè)20 ft集裝箱時(shí)使用，每個(gè)集裝箱總質(zhì)量按35 t計(jì)算，以此來考慮翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置的靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。半掛車總質(zhì)量40 t，根據(jù)半掛車設(shè)計(jì)要求，取最惡劣的工況下鞍座承載20 t來考慮活動(dòng)鞍座裝置的靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度?？紤]40 t半掛車相對(duì)承載車體具有縱向沖擊加速度時(shí)，輪胎固定裝置各部位受力狀態(tài)，評(píng)估其沖擊強(qiáng)度。

AAR M-952規(guī)定了集裝箱的最大三向沖擊加速度，分別為縱向2g，橫向0.5 g和垂向2g，為保守起見，縱向加速度取為3g。集裝箱縱向總沖擊載荷由任意2個(gè)鎖座平均承擔(dān)，橫向總沖擊載荷由任意2個(gè)鎖座平均承擔(dān)，垂向總沖擊載荷由4個(gè)鎖座平均承擔(dān)。對(duì)于活動(dòng)鞍座裝置，分別取活動(dòng)鞍座承受的半掛車各向沖擊加速度為垂向2g，橫向0.5g和縱向0.5 g，縱向取0.5g加速度為考慮活動(dòng)鞍座可能存在縱向的異?？芰η闆r。對(duì)于輪胎固定裝置，當(dāng)半掛車相對(duì)承載車體具有較大縱向沖擊時(shí)，輪胎固定裝置將承受高值縱向沖擊載荷，參考EN 12663分析40 t半掛車相對(duì)承載車體具有2g縱向沖擊加速度時(shí)輪胎固定裝置受力狀態(tài)，評(píng)估其沖擊強(qiáng)度。參考EN 12663對(duì)車體垂向和橫向疲勞載荷的規(guī)定，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動(dòng)鞍座裝置的垂向疲勞載荷為：平均載荷為垂向靜載荷，垂向動(dòng)載荷幅值為0.3倍的垂向靜載荷;橫向疲勞載荷為：平均載荷為垂向靜載荷，橫向動(dòng)載荷為為0.2倍的垂向靜載荷。

3.3 計(jì)算結(jié)果

在靜強(qiáng)度載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動(dòng)鞍座裝置和輪胎固定裝置各部位的計(jì)算應(yīng)力均小于制造材質(zhì)的許用應(yīng)力，滿足靜強(qiáng)度評(píng)定要求;在沖擊載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動(dòng)鞍座裝置和輪胎固定裝置各關(guān)鍵部位的計(jì)算應(yīng)力均小于制造材質(zhì)的屈服極限，滿足沖擊強(qiáng)度評(píng)定要求;在疲勞載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動(dòng)鞍座裝置疲勞最薄弱部位的計(jì)算應(yīng)力幅小于該結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力幅，疲勞強(qiáng)度滿足評(píng)定要求。

4 相關(guān)試驗(yàn)研究

4.1 靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)

2017-08-11，中車山東機(jī)車車輛有限公司對(duì)集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動(dòng)鞍座裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究，測(cè)試在極限載荷下的靜強(qiáng)度和運(yùn)營(yíng)載荷下的抗疲勞性能，驗(yàn)證裝置的可靠性。試驗(yàn)依據(jù)TB/T 1335、EN 12663、《加規(guī)》及GB/T 200692006《道路車輛牽引座強(qiáng)度試驗(yàn)》進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果顯示，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置在各工況下最大應(yīng)力小于所用材料的屈服極限，進(jìn)行1 000萬次疲勞載荷試驗(yàn)后，進(jìn)行探傷，未發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋或斷裂以及干擾或降低其使用功能的永久變形;活動(dòng)鞍座裝置在各工況下最大應(yīng)力小于所用材料的許用應(yīng)力，進(jìn)行200萬次垂向疲勞試驗(yàn)后，對(duì)所有焊縫進(jìn)行全面探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋或斷裂以及干擾或降低其使用功能的永久變形。

4.2 車輛靜強(qiáng)度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)

2017-11.由中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證（青島）車輛檢驗(yàn)站有限公司在青島進(jìn)行了馱背多功能運(yùn)輸車靜強(qiáng)度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，馱背多功能運(yùn)輸車靜強(qiáng)度試驗(yàn)各項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目符合TB/T 1335標(biāo)準(zhǔn)的要求。

沖擊試驗(yàn)工況下，裝載集裝箱時(shí)，車輛所有測(cè)點(diǎn)的最大合成應(yīng)力小于材料的第二工況許用應(yīng)力，沖擊試驗(yàn)后翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置技術(shù)狀態(tài)良好，沒有發(fā)生損傷;裝載半掛車時(shí)，車輛所有測(cè)點(diǎn)的最大合成應(yīng)力小于材料的第二工況許用應(yīng)力，沖擊過程中未產(chǎn)生半掛車脫離和傾覆，半掛車裝載加固方案滿足安全運(yùn)輸要求。

4.3 線路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

2018-05.由中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證（青島）車輛檢驗(yàn)站有限公司在國(guó)家能源集團(tuán)的朔黃鐵路神池南站和東冶站之間進(jìn)行了線路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間在翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動(dòng)鞍座裝置和輪胎固定裝置上貼應(yīng)變片，對(duì)其動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。線路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果顯示，各裝載加固裝置所有測(cè)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力最大值均小于所用材料的許用應(yīng)力。

5 結(jié)論

通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，馱背多功能運(yùn)輸車提供的集裝箱和半掛車裝載加固方案合理可行、安全可靠，目前該車在國(guó)家能源集團(tuán)的線路上運(yùn)用考核，運(yùn)用期間裝載加固方案安全穩(wěn)定，為我國(guó)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展提供了一種新的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[l]張四梅，陳京亮，劉作義.我國(guó)鐵路發(fā)展馱背運(yùn)輸技術(shù)路線研究[J].中國(guó)鐵路，2016（ ll）：32.

[2]洪原山，周曉峰，成建民.TB/T 1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社， 1996.

[3恰明新，王新成，李永福.GB/T 20069-2006道路車輛牽引座強(qiáng)度試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)出版社，2006.