景傳峰，金曉平，羅桂瓊，高建華，舒 麟

（中車長江車輛有限公司，武漢 430212）

隨著人民生活由溫飽型向小康型發(fā)展，人們對食品衛(wèi)生安全的要求越來越高。以鮮奶、啤酒、礦泉水等為代表的常溫類貨物，采用普通運輸方式很容易發(fā)生品質(zhì)變壞、口感變差、甚至腐壞等食品安全衛(wèi)生問題，越來越不適應(yīng)市場要求，用戶越來越希望采用保溫運輸。

現(xiàn)代冷藏運輸有控溫運輸和保溫運輸兩種型式。控溫運輸主要采用以機械冷藏車、蓄冷車為代表的有冷源冷藏車通過制冷機組或蓄冷元件提供的冷量將貨物溫度控制在要求的范圍內(nèi)，主要運輸凍結(jié)和冷卻貨物。而保溫運輸是利用裝備隔熱性能減少車內(nèi)外熱量交換來減緩運輸過程中貨物溫度的變化，使貨物溫度保持在一定范圍內(nèi)，主要運輸鮮奶、啤酒、礦泉水等常溫類貨物。雖然一些控溫運輸車輛也可用于隔熱保溫運輸，但其購置成本遠大于隔熱保溫車，制冷設(shè)備的閑置將提高運用成本，因此保溫運輸一般采用專門的隔熱保溫車。

與控溫運輸相比，隔熱保溫運輸無需能源消耗，節(jié)能環(huán)保。從運輸裝備技術(shù)特點來看，隔熱保溫運輸裝備結(jié)構(gòu)簡捷，無與運輸功能相關(guān)的機械部件及其他附屬裝置，因而車輛使用壽命長，維護成本低，是冷藏運輸綜合經(jīng)濟性較佳的一種運輸方式，是冷藏運輸?shù)闹匾M成部分。美國和蘇聯(lián)的有關(guān)研究表明，鐵路冷藏運輸采用控溫運輸和保溫運輸相結(jié)合的方式最有利于提升運輸能力，并大大降低運營費用。

圖1 鐵路棚車和公路汽車土保溫運輸

1 中國鐵路隔熱保溫運輸現(xiàn)狀及存在的問題

近年來，鮮奶、啤酒、礦泉水等常溫類貨物產(chǎn)銷兩旺，運輸市場巨大。此類貨物的運輸，目前主要采用公路貨車、鐵路棚車和機械保溫車等3種運輸方式。

公路貨車運輸時，采用在貨物上苫蓋草墊、棉被等土辦法進行保溫，保溫性差，貨物品質(zhì)無保證，存在著貨物腐壞等貨損。但公路運輸時間短，能門到門，在一定程度上可減輕保溫性差的影響，公路運量占據(jù)80%的市場份額。

鐵路棚車運輸時，采用在地板上鋪彩條布和草墊、四周加隔熱板等簡易保溫措施，保溫性難以保證，并且鐵路運輸時間長，造成貨物品質(zhì)下降，冬季時貨物凝結(jié)成塊，夏季時酒瓶炸裂。所采取的簡易保溫措施，每車增加數(shù)千元的材料費和1～2 h的工作量，經(jīng)濟性差。保溫材料為一次性使用，造成大量保溫材料浪費，污染環(huán)境，用戶反映強烈。

隨著國家食品安全相關(guān)政策及管控力度的加強和人民食品衛(wèi)生安全意識的不斷提高，鐵路冷鏈運輸已成為鐵路貨運重要發(fā)展方向之一，隔熱保溫運輸市場需求持續(xù)快速增長。中鐵特貨公司采用制冷機組老化的B22、B23型機械冷藏車在不開機情況下進行鮮奶、啤酒、礦泉水的保溫運輸，由于其不需采取額外保溫措施，作業(yè)效率高，無一次性保溫成本支出，貨物品質(zhì)好，深受客戶青睞，在牛奶運輸裝貨點，貨主優(yōu)先選擇采用機械冷藏車進行隔熱保溫運輸。但B22、B23型機械冷藏車安裝有制冷機組，自重大，占用車內(nèi)空間，容積和載重偏小，影響了運輸效益的提高；B22、B23型機械冷藏車采用客車轉(zhuǎn)向架，不屬于貨車列檢正常作業(yè)范圍，需配備生活工作車和隨車乘務(wù)員進行列檢作業(yè)，增加巨大的乘務(wù)成本支出，影響了鐵路保溫運輸?shù)母偁幜?；并且B22、B23型機械冷藏車數(shù)量不足，且須主要滿足冷藏運輸需求，難以提高鐵路隔熱保溫運量。

圖2 鐵路機械冷藏車保溫運輸

2 國內(nèi)、外鐵路隔熱保溫車發(fā)展

由于鐵路隔熱保溫車運用無需供應(yīng)燃料和途中服務(wù)，運用管理便捷，世界各鐵路冷鏈運輸發(fā)達國家均十分重視隔熱保溫車的發(fā)展。

隔熱保溫車的研究與發(fā)展曾是我國鐵路冷鏈運輸裝備的重要方向，1986年經(jīng)國務(wù)院批準的《十二個領(lǐng)域的技術(shù)政策要點》中，隔熱保溫車定在“大力發(fā)展”之列?！捌呶濉逼陂g還進行了隔熱保溫車的改造和裝運水果的研究，1994年鐵科院又完成了“隔熱車的發(fā)展與運用”研究課題等等。從2000年開始，原武昌車輛廠與中南大學一起，對我國發(fā)展隔熱保溫車的可行性進行了專題研究。但由于鐵路貨車（運行速度、編組等）技術(shù)發(fā)展、冷藏車運輸管理模式等多方面的原因，鐵路隔熱保溫車一直未能研制和運用，至今是我國鐵路冷鏈運輸裝備的空白。近年來，根據(jù)運輸市場的需求，部分B22、B23型機械冷藏車用于隔熱保溫運輸。

美國是世界鐵路冷鏈運輸最發(fā)達，裝備技術(shù)最先進的國家。在冷鏈設(shè)施配套、冷藏保溫技術(shù)發(fā)展、技術(shù)經(jīng)濟性、其他運輸方式競爭以及能源環(huán)保等多種因素的影響下，隔熱保溫車得到大力發(fā)展［1］。上個世紀鐵路冷鏈運輸興盛時期，鐵路冷藏車總數(shù)約18萬輛，其中隔熱保溫車擁有量達15萬輛。經(jīng)歷衰退期后，2003年開始復蘇，鐵路隔熱保溫車和機械冷藏車擁有量重新快速增長。2015年柏林頓北方和圣太菲公司（BNSF公司）機械冷藏車數(shù)量為994輛，隔熱保溫車則達到了2 251輛；太平洋鐵路公司（UP公司）機械冷藏車約6 005輛，隔熱保溫車約1 468輛。

圖3 美國BNSF公司隔熱保溫車

美國鐵路隔熱保溫車主要有25 t軸重的R400型、R410型和29.8 t軸重的R600型、R610型兩大類。

俄羅斯鐵路近年來也將隔熱保溫車列為優(yōu)先發(fā)展項目，隔熱保溫車所占比例逐年提高［2］。目前，俄羅斯鐵路股份公司擁有各種冷藏車7 558輛，其中隔熱保溫車1 197輛。俄羅斯和獨聯(lián)體易腐食品運輸公司(Ref?service公司)擁有4 200輛隔熱保溫車和2 500輛有源冷藏車等。

歐洲各國國土面積小，運距較小，運輸時間短，隔熱保溫車得到廣泛運用。國際集裝箱冷藏運輸公司（ICF公司）近年來隔熱保溫車占控溫車總數(shù)的比例也得到大幅提高。

3 隔熱保溫車關(guān)鍵技術(shù)

隔熱保溫運輸?shù)募夹g(shù)核心是利用裝備的隔熱性能減少運輸過程中貨物積蓄的熱（冷）能消耗導致貨溫向環(huán)境溫度的變化［3］，車體綜合傳熱系數(shù)與氣密性是隔熱保溫車兩項關(guān)鍵熱工指標。

為提高車輛保溫效果，隔熱保溫車要大幅降低車體綜合傳熱系統(tǒng)（K值）和大力提高車體氣密性，需要攻克新型隔熱保溫材料、無熱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計、整體發(fā)泡、車體密封等關(guān)鍵技術(shù)［4］。

（1）新型隔熱保溫材料

隔熱保溫材料主要包括內(nèi)襯板、隔熱層及設(shè)置在其內(nèi)的承載支撐結(jié)構(gòu)，其導熱特性是提高車體保溫性能的關(guān)鍵。機械冷藏車、冷藏汽車及冷藏集裝箱因風循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計所限，內(nèi)襯板均采用HGSS不銹鋼或鋁板等金屬材料，導熱系數(shù)高，并且承載支撐墊梁采用PE、木材等材料，應(yīng)根據(jù)隔熱保溫車的結(jié)構(gòu)和長壽命使用的特點，研究采用新型高熱阻、低吸濕性材料，在保障總體技術(shù)參數(shù)的情況下大幅提高車體隔熱保溫性能［5］。

（2）無熱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱橋是車內(nèi)外熱量傳導的主要路徑。隔熱保溫車車體主要由外部鋼結(jié)構(gòu)、內(nèi)襯板（或地板）及中間保溫層等組成，外部鋼結(jié)構(gòu)是車體的主要承載構(gòu)件。內(nèi)襯板（或地板）承受運用中產(chǎn)生的載荷最終傳遞到外部鋼結(jié)構(gòu)，特別是地板還要承受叉車等機械化作業(yè)頻繁碾壓的惡劣工況，因此在內(nèi)襯板與外部鋼結(jié)構(gòu)間不可避免需設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)在滿足承載要求的同時，還需盡可能降低熱傳導并具有較好的制造工藝性，因此支撐結(jié)構(gòu)形式和材料的選取是實現(xiàn)無熱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，同時還應(yīng)在車體壽命期內(nèi)可靠、免維護。

（3）整體發(fā)泡技術(shù)

整體發(fā)泡技術(shù)可減少熱量的泄漏，提高車體的保溫性，是目前冷鏈運輸裝備普遍采用的制造技術(shù)。既有機械冷藏車已實現(xiàn)側(cè)墻、端墻和車門的整體發(fā)泡。車頂和底架由于長度尺寸大，并且車頂為圓弧結(jié)構(gòu)，底架鋼結(jié)構(gòu)下部存在端梁、枕梁、下側(cè)梁和各類橫梁等高度尺寸差異較大的隔斷結(jié)構(gòu)，整體發(fā)泡工藝技術(shù)難度大，整體發(fā)泡技術(shù)未被廣泛采納，隔熱性能及其穩(wěn)定性較差。因此，為進一步提升車體隔熱性能，須攻克圓弧車頂、長大底架的整體發(fā)泡工藝技術(shù)難點，實現(xiàn)整車大部件全整體發(fā)泡。

（4）車體密封技術(shù)

氣密性與隔熱性能互相關(guān)聯(lián)，往往車體氣密性的惡化在運用中會造成車體綜合傳熱系數(shù)快速增長和車外進入車內(nèi)的熱量增加，直接影響車輛使用性能。鐵路隔熱保溫車各大部件內(nèi)襯板及其交接部位、排水閥的結(jié)構(gòu)形式，以及車門與車體間的密封性能是影響氣密性的關(guān)鍵。

4 新型鐵路隔熱保溫車研制

長江公司從上世紀80年代開始探索并先后研制生產(chǎn)了采用聚氨酯整體發(fā)泡車體結(jié)構(gòu)技術(shù)的B22、B23和B10系列機械冷藏車，在側(cè)墻、端墻、車門等車體大部件整體發(fā)泡和二次灌縫發(fā)泡成型等結(jié)構(gòu)研發(fā)和制造工藝方面積累了豐富的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)我國鐵路隔熱保溫運輸需求，長江公司聯(lián)合中鐵特貨運輸有限責任公司積極開展了鐵路隔熱保溫車關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備的研制，該項目列為中國鐵路總公司2018年科研開發(fā)技術(shù)重點課題。在攻克系列重大關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功研制了BH1型鐵路隔熱保溫車。

4.1 關(guān)鍵技術(shù)研究成果

4.1.1新材料應(yīng)用

針對提升車輛保溫性能的需求，結(jié)合鐵路冷鏈運輸車輛長使用壽命的特點，研制了鐵路冷鏈運輸車輛專用新型隔熱襯板材料和新型支撐結(jié)構(gòu)斷熱橋材料。

新型隔熱襯板材料為熱塑性玻璃纖維增強塑料板（CFRTP），其導熱系數(shù)為0.2 W/（m?K），僅為不銹鋼材質(zhì)的1.2%，并可根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸定制，取消了鋁合金或不銹鋼材質(zhì)的拼焊、鉚接等措施，具有無縫結(jié)構(gòu)特點，有利于車體K值和氣密性的提升，并且表面平整美觀，不會掛傷貨物包裝。該材料還具有抗腐蝕、老化和沖擊性能好、密度小等特點，并且材料表面進行耐磨設(shè)計，修補簡單，可適應(yīng)鐵路隔熱保溫車車體25年長壽命使用免維護和輕量化設(shè)計的要求。

新型支撐結(jié)構(gòu)斷熱橋材料的導熱系數(shù)、壓縮強度和吸水率分別是冷藏集裝箱目前普遍采用的PE材料的50%、300%和48%，滿足了鐵路隔熱保溫車支撐結(jié)構(gòu)強度和提升隔熱性能所需的斷熱橋、長壽命抗老化設(shè)計的需要。

4.1.2新結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用

鐵路隔熱保溫車叉車作業(yè)側(cè)進轉(zhuǎn)彎不同于冷藏集裝箱直進直出作業(yè)方式，對地板的承載能力提出了更高的要求。鐵路隔熱保溫車在車門處的墊梁采用了間距加密方式布置的同時，全車斷熱橋材料墊梁均采用了矩形截面局部鏤空的變截面的結(jié)構(gòu)型式，同時滿足了隔熱性能提升和抗叉車作業(yè)能力的要求，并通過叉車碾壓試驗進行了驗證。同時，仿真分析結(jié)果表明，地板墊梁采用變截面比采用矩形等截面結(jié)構(gòu)地板傳熱系數(shù)減小約20%，整車車體綜合傳熱系數(shù)減少約6.5%。

研究采用了自身具有較好密封性能的排水閥和防吸氣鋁筒的組合結(jié)構(gòu)，可有效防止車輛運行產(chǎn)生的負壓，解決了排水結(jié)構(gòu)的功能需求和氣密性保障的技術(shù)難點。

4.1.3圓弧車頂整體發(fā)泡

長江公司從2017年開始開展圓弧車頂結(jié)構(gòu)發(fā)泡先行試驗研究，制作樣件進行反復試驗，并分解檢查發(fā)泡質(zhì)量，掌握了詳實的發(fā)泡基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)，成功驗證了圓弧車頂發(fā)泡隔熱結(jié)構(gòu)技術(shù)可行性。

圖4 圓弧結(jié)構(gòu)發(fā)泡試驗

4.2 裝備技術(shù)水平

BH1型鐵路隔熱保溫車車體各大部件均創(chuàng)新實現(xiàn)全整體聚氨酯發(fā)泡結(jié)構(gòu)，結(jié)合新型非金屬材料的應(yīng)用，使整車隔熱性能得到大幅提升；配套采用70 t級貨車轉(zhuǎn)向架、制動和鉤緩成熟技術(shù)，并安裝遠程檢測信息化裝置。裝備技術(shù)特點如下：

（1）按照AAR S905《R類冷藏車》，美國同類產(chǎn)品車體綜合傳熱系數(shù)一般為0.33～0.39 W/（m2?K），另外俄羅斯鐵路保溫車車體綜合傳熱系數(shù)一般為0.27 W/（m2?K）。因此BH1型鐵路隔熱保溫車車體綜合傳熱系數(shù)達到世界領(lǐng)先水平，在滿載和內(nèi)外溫差20℃情況下，比既有機械冷藏車隔熱保溫運輸?shù)臏厣俣葴p小32%，更能適應(yīng)中國鐵路長距離大溫差運輸特點，保證貨物品質(zhì)。

（2）載重64 t、容積170 m3、比容2.66 m3/t，輕量化程度和比容指標達到世界領(lǐng)先水平，更有利于提升運輸經(jīng)濟性和適應(yīng)更多品類的貨物不虧噸運輸。

（3）適應(yīng)機械化裝卸作業(yè)，無需二次鋪裝保溫材料，大大提高了貨物裝卸效率。

（4）車輛結(jié)構(gòu)簡單，可模塊化組裝制造，降低了制造和維護成本；

（5）采用信息化技術(shù)可遠程監(jiān)測車內(nèi)溫度，符合冷鏈運輸裝備技術(shù)發(fā)展方向，可提升服務(wù)質(zhì)量。

圖5 BH1型鐵路隔熱保溫車

5 結(jié)束語

中國鐵路隔熱保溫運輸裝備的技術(shù)創(chuàng)新和裝備研制，填補了國內(nèi)產(chǎn)品空白，補齊了鐵路冷鏈運輸方式的短板，使鐵路冷鏈裝備系列化，大大提升了鐵路冷鏈運輸經(jīng)濟性和運輸效率，并提高了鐵路冷鏈運輸節(jié)能環(huán)保水平。在“十九大”提出的防治大氣污染、打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)行動和加快調(diào)整冷鏈運輸結(jié)構(gòu)的政策背景下，將可充分發(fā)揮鐵路運能大、全天候、節(jié)能環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢，滿足公轉(zhuǎn)鐵巨大的冷藏貨運增長需求，鐵路隔熱保溫車的推廣運用市場前景廣闊。