汪宇亮

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 設(shè)備處，湖北 武漢 430063)

霍爾果斯口岸站作為第二亞歐大陸橋南通道的橋頭堡，主要承接哈薩克斯坦南部地區(qū)及中亞其他4國(烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦)的貨物換裝轉(zhuǎn)運工作，并延伸至歐洲，同時也是中歐班列重要的集疏運中心。集裝箱貨物作為鐵路口岸站貨物轉(zhuǎn)運中的重要組成部分，占鐵路口岸站貨物運量的50% 以上，由于哈薩克斯坦和中國鐵路軌距不同，因而集裝箱在口岸站需要更換轉(zhuǎn)向架(換輪)或在不同軌距的列車中進(jìn)行裝卸(換裝)。口岸站的集裝箱轉(zhuǎn)運工藝指的是在遵循兩國規(guī)定的流程下，采用合理的場站布置方式，選擇高效、合理和經(jīng)濟(jì)的集裝箱換裝或換輪的裝卸設(shè)備、運輸設(shè)備，完成口岸站集裝箱的搬運?？诎墩炯b箱轉(zhuǎn)運工藝方案的優(yōu)劣直接影響口岸站的裝卸效率和貨場的運營成本，以及中歐班列的順利運行，因而轉(zhuǎn)運工藝是口岸站研究的重難點。

1 口岸站站場布置形式分析

霍爾果斯口岸站站場的布置形式與其他口岸站不同，其采用縱列分場式，正線設(shè)置在一側(cè)，換裝裝卸線較長，集裝箱裝卸寬軌重車和準(zhǔn)軌空車時均可以直接進(jìn)入換裝場,霍爾果斯口岸站工藝平面布置圖如圖1所示。

圖1中邊檢場主要作用是對進(jìn)出口列車及人員進(jìn)行出入境許可檢查及安全防范檢查；寬軌場主要辦理國外貨物列車的到達(dá)和發(fā)送作業(yè)，貨物列車分類、抽檢、挑出檢修車并兼顧部分問題車輛的存車功能；換裝場主要辦理貨物列車的裝卸、換裝作業(yè)；旅客列車和貨物列車換輪庫，主要辦理車輛的換輪作業(yè)，貨物列車的換輪設(shè)置于換裝場附近，旅客列車的換輪設(shè)置于鐵路客運站附近[1]。

圖1 霍爾果斯口岸站工藝平面布置圖Fig.1 Process layout plan of Horgos Port Station

鐵路與公路集疏運區(qū)和換裝場主要集中布置在東湖西側(cè)，換裝場和到發(fā)場、調(diào)車場互不妨礙，換輪庫設(shè)置在寬軌到發(fā)場和準(zhǔn)軌到發(fā)場之間，與換裝場橫列式并列布置，換輪庫為貫通式的布置形式?；魻柟棺鳛槲覈?jīng)濟(jì)特區(qū)，需要集人流、物流、信息流于一體，具有客貨進(jìn)出、倉儲、電子商務(wù)、保稅加工、購物、博覽展銷、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)、商貿(mào)金融等第三產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)商貿(mào)物流中心。因此，在口岸站內(nèi)除了設(shè)置有鐵路口岸作業(yè)區(qū)外，還設(shè)置有國內(nèi)貨場、中轉(zhuǎn)倉儲區(qū)、保稅區(qū)、出口加工區(qū)、綜合貿(mào)易區(qū)、特貨裝載區(qū)、綜合配套服務(wù)區(qū)7個功能區(qū)。整個口岸站的平面布置可以實現(xiàn)高效、暢通、快捷的目的，最大限度壓縮機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)時間，充分發(fā)揮設(shè)備轉(zhuǎn)運能力[2]。

口岸站除了接發(fā)列車、解體編組、寬準(zhǔn)換裝外，還需要有配合“一關(guān)兩檢”的功能性需求，作業(yè)流程需包含準(zhǔn)軌進(jìn)口作業(yè)流程、準(zhǔn)軌出口作業(yè)流程、寬軌進(jìn)口作業(yè)流程、車輛返還交接及清算作業(yè)流程、國際旅客列車作業(yè)流程等，寬軌列車作業(yè)流程如圖2所示，準(zhǔn)軌列車作業(yè)流程如圖3所示。

圖2 寬軌列車作業(yè)流程圖Fig.2 Flow chart of broad-gauge freight train operation

圖3 準(zhǔn)軌列車作業(yè)流程圖Fig.3 Flow chart of standard-gauge freight train operation

準(zhǔn)軌和寬軌貨物列車在裝卸完集裝箱后，均需解編重組返回本國，遵循《國際鐵路貨運聯(lián)運規(guī)定》及中哈雙方簽訂相關(guān)會議紀(jì)要，即中方出口貨物列車在哈方阿勒騰科里口岸站換裝，中方進(jìn)口貨物在霍爾果斯口岸站換裝；國際旅客列車及貨物列車換輪在中方霍爾果斯口岸站作業(yè)[3]。

目前霍爾果斯口岸站采用這套作業(yè)流程和場站布置形式可以滿足整列換裝、大進(jìn)大出的條件，滿足落地?fù)Q裝的需求，但不利于換裝場的快速裝卸，不能夠讓寬軌車輛進(jìn)入換裝場后快速卸貨，海關(guān)監(jiān)管期間會出現(xiàn)以車代庫現(xiàn)象，嚴(yán)重制約換裝線能力。

霍爾果斯口岸站集裝箱裝卸區(qū)可以滿足60節(jié)貨物列車的裝卸作業(yè)，由于鐵路口岸站換裝作業(yè)遵循貨物對等的交接原則，中國境內(nèi)的口岸站只需辦理國外進(jìn)口貨物的換裝和集散，國外車輛需要重新編組返回本國；對方國境內(nèi)的口岸站同理。由于霍爾果斯口岸站進(jìn)口增長較快，實際集裝箱日均到發(fā)運量(2020年831 TEU)已遠(yuǎn)超原設(shè)計預(yù)測運量(633 TEU)，轉(zhuǎn)運設(shè)備機(jī)械化程度低，造成列車終端站停留時間長，嚴(yán)重影響口岸站換裝能力，寬軌列車周轉(zhuǎn)時間超過28 h，準(zhǔn)軌列車周轉(zhuǎn)時間也超過了25 h[4]。

2 霍爾果斯口岸站集裝箱轉(zhuǎn)運工藝方案研究

2.1 換輪作業(yè)工藝方案優(yōu)化研究

目前霍爾果斯口岸站集裝箱的轉(zhuǎn)運基本上還是以換裝為主，隨著口岸站轉(zhuǎn)運貨運量的持續(xù)增長，針對集裝箱到達(dá)和發(fā)送量較其他貨物更集中，運量也較大的情況，可在換裝作業(yè)飽和時，利用換輪作業(yè)作為集裝箱轉(zhuǎn)運的補充。整列換輪作業(yè)是高效運輸?shù)谋ＷC，能有效縮短換輪時間、減少調(diào)車工作量和車場內(nèi)交叉作業(yè)、降低車輛在口岸站停時等，實現(xiàn)集裝箱貨物列車的整列到發(fā)。

換輪作業(yè)關(guān)鍵設(shè)備包括起重機(jī)、駕車機(jī)和備用轉(zhuǎn)向架，目前霍爾果斯換輪作業(yè)采用天車吊運轉(zhuǎn)向架方式，效率低，且不利于轉(zhuǎn)向架順序編組。研究擬采用一種轉(zhuǎn)向架連接工裝將轉(zhuǎn)向架連接起來，編成1列，再以鋼絲鉸繩牽引至庫外。寬、準(zhǔn)軌轉(zhuǎn)向架均采用三大件式轉(zhuǎn)向架，側(cè)架通過承載鞍落在輪軸上，將輪對有效連接。側(cè)架主要由側(cè)架、支撐座、立柱磨耗板、滑槽磨耗板等4種零部件組成，側(cè)架采用寬導(dǎo)框式結(jié)構(gòu)，由搖枕將其連接?？罩剀囎詣诱{(diào)整裝置的基準(zhǔn)板(橫跨梁)支承在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，這樣有利于實現(xiàn)整列換輪作業(yè)的目的[5]。

轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架為集裝箱準(zhǔn)軌貨物列車帶變摩擦減震裝置的新型鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架，通過一種轉(zhuǎn)向架連接工裝將轉(zhuǎn)向架連接起來，編成1列，再以鋼絲鉸繩牽引至庫外，替代傳統(tǒng)的天車吊運轉(zhuǎn)向架方式，在提高效率的同時利于轉(zhuǎn)向架順序編組。轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架如圖4所示，可以看出，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架長度未超出輪對，轉(zhuǎn)向架連在一起勢必會輪子撞輪子，轉(zhuǎn)向架連接工裝必須能將相鄰2個轉(zhuǎn)向架支撐著保持一定距離，且安裝使用方便。此外為了轉(zhuǎn)向架行走方便，轉(zhuǎn)向架連接工裝必須固定在轉(zhuǎn)向架非轉(zhuǎn)動構(gòu)件上，根據(jù)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)特點，研究提出以下方案。

圖4 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架Fig.4 Turn-K6 type bogie

2.1.1 連接中心銷方案

（1）中心銷結(jié)構(gòu)特點。在搖枕的中央設(shè)置有8個螺栓孔洞，轉(zhuǎn)向架通過螺栓固定在搖枕的中央。轉(zhuǎn)向架和搖枕的中心處有一較大的心盤銷孔，銷孔中設(shè)置一處中心銷，鑄鋼中心銷用來連接轉(zhuǎn)向架和車體枕梁，中心銷既要承受車體上的豎向垂直力和水平橫向力，還要保證車輛在通過曲線時，轉(zhuǎn)向架和車體不會固定死，可以相對自由地轉(zhuǎn)動，這樣車輛通過曲線不會產(chǎn)生比較大的阻力。

（2）連接中心銷方案。由中心銷結(jié)構(gòu)特點分析，研究認(rèn)為設(shè)計一種兩端帶套環(huán)的拉桿，分別套住2個轉(zhuǎn)向架的中心銷，可以有效地將2個轉(zhuǎn)向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護(hù)的作用。

2.1.2 連接構(gòu)架檢查孔方案

（1）構(gòu)架結(jié)構(gòu)特點。貨車車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用B級鋼材質(zhì)鑄造，側(cè)架兩端具有寬度較大的導(dǎo)框，側(cè)架的導(dǎo)框插入承載鞍的導(dǎo)槽內(nèi)。導(dǎo)框和導(dǎo)槽的主要作用是為了限制車體的車軸和車體的側(cè)架之間的相對位移。側(cè)架的中部設(shè)置有一處方形孔，在方形孔兩側(cè)各設(shè)置了一處磨耗板，進(jìn)行固定安裝。在側(cè)架方孔后面焊接有2個楔塊擋。在側(cè)架的兩邊設(shè)置有三角檢修孔，設(shè)置檢修孔的目的是為了便于維修車輛的制動裝置和更換閘瓦，同時也減輕了車體的重量。

（2）連接構(gòu)架檢查孔方案。由轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)特點分析，研究認(rèn)為設(shè)計一種帶勾頭的拉桿，分別勾住2個轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的檢查孔，可以有效地將2個轉(zhuǎn)向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護(hù)的作用。

2.1.3 連接制動梁方案

（1）制動梁結(jié)構(gòu)特點。轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動裝置由左、右組合制動梁、中拉桿、固定杠桿、固定杠桿支點、游動杠桿、高摩合成閘瓦，以及各種規(guī)格的耐磨銷套組成。組合式制動梁為幾個部分通過緊固件組裝在一起而成的模塊化結(jié)構(gòu)形式，兩端采用滑塊式結(jié)構(gòu)，制動梁架為一整體結(jié)構(gòu)，由一段特殊形狀截面的型鋼經(jīng)切分、拉制而成。支柱采用模鍛工藝制造，其形狀與制動梁架相適應(yīng)。轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架組合式制動梁結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架組合式制動梁結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure drawing of combined brake beam in turn-K6 type bogie

（2）連接制動梁方案。由制動梁結(jié)構(gòu)特點分析，研究認(rèn)為設(shè)計一種連接桿，在連接桿兩端分別設(shè)置有夾緊裝置，兩端夾緊裝置夾持在制動梁的支柱上，可以有效將2個轉(zhuǎn)向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護(hù)的作用。

綜上所述，采用上述方法可以實現(xiàn)整列換輪作業(yè)，在保證滿足各國要求的情況下，能夠有效縮短換輪時間，減少貨車等待時間、車場內(nèi)的交叉作業(yè)，實現(xiàn)集裝箱貨物列車的整列到發(fā)。

2.2 換裝作業(yè)工藝方案優(yōu)化研究

目前霍爾果斯口岸站集裝箱換裝作業(yè)區(qū)采用軌道式集裝箱門式起重機(jī)(以下簡稱“軌道吊”)進(jìn)行裝卸，布置形式為軌道吊下一條寬軌和一條準(zhǔn)軌2種裝卸線分列兩邊，適應(yīng)直接換裝、落地存儲的需要[6]，集裝箱換裝作業(yè)區(qū)示意圖如圖6所示。

圖6 集裝箱換裝作業(yè)區(qū)示意圖Fig.6 Schematic diagram of container reloading area

每條裝卸線設(shè)置了1臺軌道式軌道吊，由于其作業(yè)形式是單點作業(yè)，重車卸車和空車裝車作業(yè)時，列車等待時間長；如果采用正面吊和軌道吊組合的形式，受軌道吊跨下作業(yè)空間限制，正面吊轉(zhuǎn)彎半徑不夠，需要對站場進(jìn)行變更擴(kuò)建，造成時間和費用的增加。因此，目前擬采用每條裝卸線增設(shè)軌道吊的方案。

2.2.1 軌道吊裝卸設(shè)計計算

40.5 t軌道吊設(shè)計能力指標(biāo)為25箱次/h，采用3班，4輪轉(zhuǎn)作業(yè)，主要計算參數(shù)設(shè)定如下。①中轉(zhuǎn)箱按發(fā)送到達(dá)量的2%計；②集裝箱運量的波動系數(shù)取α= 1.3；③占用箱位時間(到達(dá)2.5 d；發(fā)送1.5 d；中轉(zhuǎn)1.5 d)；④最高堆碼層數(shù)4層，層高利用系數(shù)(到達(dá)0.6；發(fā)送0.7；中轉(zhuǎn)0.7)；⑤平均箱重(q= 15 t/TEU)。

日均發(fā)送、到達(dá)、中轉(zhuǎn)箱數(shù)Ni計算公式為

式中：Ni為日均到達(dá)箱數(shù)、發(fā)送箱數(shù)、中轉(zhuǎn)箱數(shù)，TEU；Qi為年到達(dá)箱、發(fā)送箱、中轉(zhuǎn)箱運量，萬t；α為集裝箱運量的波動系數(shù)；q為集裝箱平均凈載重，t。

日均作業(yè)箱數(shù)N主計算公式為

式中：N主為主箱場日均作業(yè)箱數(shù)，TEU；N到為到達(dá)場日均作業(yè)箱數(shù)，TEU；N發(fā)為發(fā)送場日均作業(yè)箱數(shù)，TEU；N中為中轉(zhuǎn)場日均作業(yè)箱數(shù)，TEU。

霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均集裝箱到發(fā)運量如表1所示。

表1 霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均集裝箱到發(fā)運量表TEUTab.1 Originally designed average daily container shipment scale at Horgos Port Station

主箱區(qū)箱位數(shù)計算公式為

式中：M主為主箱場總箱位數(shù)，個平面位；N主為主箱場各類箱日均作業(yè)箱數(shù)，TEU；t主i為主箱場各類箱占用箱位時間，d；h主i為主箱場各類箱最高堆碼層數(shù)；μ主i為主箱場各類箱層高利用系數(shù)。

霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均集裝箱箱位數(shù)如表2所示。

表2 霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均集裝箱箱位數(shù) TEUTab.2 Originally designed average daily container space at Horgos Port Station

主箱區(qū)裝卸機(jī)械數(shù)量計算公式為

式中：Ci為裝卸機(jī)械配置臺數(shù)，臺；Ni為各類裝卸機(jī)械日均需要作業(yè)箱數(shù)，TEU；z為集裝箱平均裝卸次數(shù)，取2；Pi為裝卸機(jī)械作業(yè)指標(biāo)，TEU/h；Ti為裝卸機(jī)械日均作業(yè)時間，取17 h。

霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均軌道吊計算數(shù)量如表3所示。

表3 霍爾果斯口岸站原設(shè)計日均軌道吊計算數(shù)量 臺Tab.3 Originally designed daily number of rail-mounted gantry cranes at Horgos Port Station

2.2.2 軌道吊仿真分析

根據(jù)霍爾果斯口岸站的工藝圖紙及其他資料，基于集裝箱換裝區(qū)列車換裝的工藝流程，利用仿真軟件對集裝箱整列換裝進(jìn)行仿真，霍爾果斯口岸站集裝箱裝卸區(qū)裝卸60節(jié)貨物列車，裝載40 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱 60個，采用軌道吊進(jìn)行裝卸。

具體作業(yè)流程為：在集裝箱換裝區(qū)由1/2/3個軌道吊進(jìn)行卸箱作業(yè)，卸到軌道吊下的集裝箱堆存區(qū)域，同時準(zhǔn)軌列車也駛?cè)爰b箱換裝區(qū)，寬軌列車卸完后反方向駛離，接下來將卸下的集裝箱由軌道吊進(jìn)行準(zhǔn)軌列車的裝箱作業(yè)，準(zhǔn)軌列車裝車完畢后同樣反方向駛離[7]。仿真軟件各項參數(shù)表如表4所示。

表4 仿真軟件各項參數(shù)表Tab.4 Parameters of simulation software

從寬軌列車駛?cè)爰b箱換裝區(qū)時為最初時間節(jié)點，到準(zhǔn)軌列車駛出集裝箱換裝區(qū)為結(jié)束時間節(jié)點，在匹配1臺軌道吊、2臺軌道吊和3臺軌道吊作業(yè)情況下，軌道吊消耗時間和利用率如表5所示。

表5 軌道吊消耗時間和利用率Tab.5 Consumption time and utilization of rail-mounted gantry cranes

匹配1 臺軌道吊時，計算出總作業(yè)時間為316 min，約為5.3 h，軌道吊裝(卸)60個集裝箱，平均作業(yè)時間為121.5 min，作業(yè)效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間為243 min，利用率為76.9%。

匹配2 臺軌道吊時，計算出總作業(yè)時間為196 min，約為3.3 h，每個軌道吊裝(卸) 30個集裝箱，平均作業(yè)時間分別為61.5 min，58 min，作業(yè)效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間分別為123 min，116 min，利用率分別為62.8%，59.3%。

匹配3 臺軌道吊時，計算出總作業(yè)時間為156 min，約為2.6 h，每個軌道吊裝(卸) 20個集裝箱，平均作業(yè)時間分別為39.5 min，40 min，40 min，作業(yè)效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間分別為79 min，80 min，80 min，利用率分別為50.6%，51.3%，51.3%。

當(dāng)配置有3臺軌道吊時，投入工作的軌道吊數(shù)越多，總作業(yè)時間越短，但設(shè)備投入數(shù)量越多，設(shè)備利用率會相應(yīng)降低，成本也會增加，而且不能避免軌道吊單點作業(yè)的問題。 因此，近期在考慮新增軌道吊數(shù)量上要慎重，應(yīng)在考慮作業(yè)時間、設(shè)備利用率、作業(yè)成本的基礎(chǔ)上，綜合決定設(shè)備的投入數(shù)量。

2.3 換輪和換裝轉(zhuǎn)運工藝方案比較

目前霍爾果斯口岸站進(jìn)出集裝箱一般均采用換裝作業(yè)，也有一部分到發(fā)站相對集中的集裝箱貨物，根據(jù)兩國協(xié)商，采用換輪作業(yè)，比較2種作業(yè)方式，集裝箱換裝、換輪作業(yè)方式比較如表6所示。

表6 集裝箱換裝、換輪作業(yè)方式比較表Tab.6 Comparison between reloading and wheel changing for container transfer

由表6可以看出，換輪作業(yè)的特點是時間短、作業(yè)環(huán)境好、貨物無損耗等，在壓縮作業(yè)時間，提高運輸效率方面具有一定優(yōu)勢。為減少調(diào)車工作量、減少車場內(nèi)交叉干擾，使站內(nèi)作業(yè)流暢、減低口岸站停時，對于具備條件的集裝箱貨物應(yīng)首先考慮采用換輪作業(yè)方式。但是換輪作業(yè)方式需要兩國積極配合。企業(yè)對于貨物運輸成本、時間、損耗、連續(xù)性等關(guān)鍵問題都要分析核算，如車輛是租用還是自購，車輛配屬的不同對是否采用換輪作業(yè)有較大影響，因而換輪作業(yè)需要在互利互惠、實現(xiàn)共贏前提下，由兩國的鐵路部門及雙方企業(yè)等共同認(rèn)可、相互配合[8]。

最理想的方式，口岸站在配備換裝設(shè)施的前提下，也應(yīng)配備換輪設(shè)施，實現(xiàn)換輪作業(yè)與換裝作業(yè)互補。由于國際貿(mào)易存在不確定性，并且口岸站貨物波動較大，為保障口岸站通暢，避免出現(xiàn)車輛積壓問題，2種作業(yè)方式互補，進(jìn)行整體調(diào)控。

3 研究結(jié)論

通過研究分析霍爾果斯口岸站現(xiàn)狀，結(jié)合目前貨運量增長情況，提供了可行的改造方案，主要研究結(jié)論如下。

（1）首創(chuàng)了整列貨車轉(zhuǎn)向架采用鋼絲鉸繩牽引方式進(jìn)行轉(zhuǎn)線，解決了貨車換輪后轉(zhuǎn)向架只能通過起重機(jī)吊運難題，可大幅提高換輪作業(yè)效率。

（2）對比分析既有口岸站換裝、換輪作業(yè)方式，得出合理的換裝作業(yè)流程，提出換輪作業(yè)與換裝作業(yè)互補的理念。

（3）對具備條件的集裝箱優(yōu)先考慮整列裝卸，以提高換裝效率為宗旨的集裝箱整列換裝模式為優(yōu)化換裝作業(yè)提供參考。