截至2021年底,我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到15 萬(wàn)km,已初步形成布局合理、覆蓋廣泛、層次分明、安全高效的鐵路網(wǎng)絡(luò)[1]。既有鐵路貨車(chē)產(chǎn)品由于裝備運(yùn)行速度低、運(yùn)輸產(chǎn)品單一、集裝器具使用率低、貨物轉(zhuǎn)接效率低等問(wèn)題,導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)份額占比較小。開(kāi)展160 km/h快捷貨車(chē)集裝化運(yùn)輸模式研究,可充分發(fā)揮鐵路干線(xiàn)運(yùn)輸及公路短駁運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì),提高貨物運(yùn)輸效率,降低社會(huì)物流運(yùn)輸成本[2-3]。
我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列主要由普快貨運(yùn)班列、多式聯(lián)運(yùn)班列及特快快速班列組成,我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列情況如表1所示。普快貨運(yùn)班列及多式聯(lián)運(yùn)班列車(chē)型為P65型棚車(chē)、PB型棚車(chē)及集裝箱平車(chē),P65型棚車(chē)容積為135 m3,標(biāo)記載重40 t,運(yùn)行速度120 km/h;PB型代用棚車(chē)容積141.2 m3,標(biāo)記載重45 t,運(yùn)行速度120 km/h[4];集裝箱平車(chē)采用40 ft集裝箱、20 ft集裝箱等進(jìn)行運(yùn)輸,運(yùn)行速度120 km/h。特快快速班列采用25T型行李車(chē),容積160 m3,載重23 t,運(yùn)行速度160 km/h。傳統(tǒng)鐵路棚車(chē)采用人工、叉車(chē)等進(jìn)行裝卸,裝卸效率低;集裝箱平車(chē)裝卸需配合集裝箱叉車(chē)、龍門(mén)吊等專(zhuān)用裝卸裝備,裝卸效率較高。
表1 我國(guó)既有鐵路快運(yùn)貨物班列情況Tab.1 Existing railway express freight trains
特需班列、行包班列及電商班列雖然在一定程度上滿(mǎn)足傳統(tǒng)貨物的運(yùn)輸,但是編組車(chē)型老舊,無(wú)法適應(yīng)電商等高附加值貨物運(yùn)輸需求,存在問(wèn)題如下。
(1)主型車(chē)輛運(yùn)行速度偏低。行包快運(yùn)車(chē)輛、普快貨運(yùn)班列主要采用P65型棚車(chē)、PB型棚車(chē)等車(chē)輛,最高運(yùn)行速度為120 km/h,僅有25T型行李車(chē)最高運(yùn)行速度可以達(dá)到160 km/h,而高速公路汽車(chē)最高速度為120 km/h,因?yàn)楣愤\(yùn)輸?shù)闹苻D(zhuǎn)環(huán)節(jié)比鐵路少,可憑借四通八達(dá)的公路網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“門(mén)到門(mén)”運(yùn)輸,故公路運(yùn)輸占據(jù)目前快運(yùn)市場(chǎng)的最大份額。
(2)貨運(yùn)產(chǎn)品功能單一。普快貨運(yùn)班列、多式聯(lián)運(yùn)班列等貨運(yùn)產(chǎn)品大多采用既有60 t和70 t級(jí)通用棚車(chē),未設(shè)置裝載加固裝置,沒(méi)有電氣綜合監(jiān)控功能,未能很好滿(mǎn)足電商等高附加值貨物的運(yùn)輸需求。
(3)集裝器具的使用不足。傳統(tǒng)運(yùn)輸班列中常用散裝或托盤(pán)運(yùn)輸,標(biāo)準(zhǔn)集裝器具和集裝籠應(yīng)用較少。鐵路運(yùn)輸較之公路,增加在起終點(diǎn)站的2次裝卸時(shí)間,且運(yùn)用棚車(chē)等車(chē)輛的班列在裝卸環(huán)節(jié)耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。
(4)運(yùn)輸組織及站場(chǎng)轉(zhuǎn)接效率低。鐵路貨場(chǎng)與快遞電商貨物周轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn),增加發(fā)到兩端短駁運(yùn)輸;集裝化程度低,增加二次搬倒作業(yè)的成本,每件貨物在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中,至少要多搬運(yùn)2次,不僅增加費(fèi)用,還提高貨損率,制約鐵路與快遞物流企業(yè)的合作[5-6]。
在分析我國(guó)既有鐵路快捷貨運(yùn)裝備及運(yùn)輸模式的基礎(chǔ)上,依托160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)、160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)和160 km/h集裝箱平車(chē)[7-9],開(kāi)展集裝化運(yùn)輸方案研究,提高車(chē)輛運(yùn)行及貨物裝卸效率。
160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)主要由車(chē)體、制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架組成,轉(zhuǎn)向架為心盤(pán)和旁承共同承載結(jié)構(gòu),160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)如圖1所示。160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)具有如下特點(diǎn):①車(chē)輛容積205 m3,較既有25T型行李車(chē)提高28%,按照貨運(yùn)列車(chē)20 輛編組計(jì)算,每列車(chē)增加容積900 m3,在提高列車(chē)運(yùn)輸能力的同時(shí),可更好滿(mǎn)足電商貨物比重較輕的特點(diǎn);②采用全側(cè)開(kāi)活動(dòng)側(cè)墻結(jié)構(gòu),門(mén)孔高度3 200 mm,門(mén)口寬度可達(dá)10 750 mm,設(shè)置隔板和橫向定位裝置,兼顧集裝化運(yùn)輸和普通白貨運(yùn)輸?shù)难b載加固要求;③采用車(chē)輛中部集中操控結(jié)構(gòu),操作效率高、外形美觀(guān),設(shè)置三級(jí)鎖閉結(jié)構(gòu)和防跳、防誤轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),運(yùn)用安全可靠性高;④采用復(fù)合材料整體車(chē)門(mén),整車(chē)外表面光滑,美觀(guān)度和商品化程度大幅提高;⑤單側(cè)4扇活動(dòng)側(cè)墻結(jié)構(gòu),降低單扇活動(dòng)側(cè)墻自重,提高動(dòng)作靈活性,實(shí)現(xiàn)多種開(kāi)門(mén)組合方式,當(dāng)兩端的1,4位活動(dòng)側(cè)墻鎖閉,僅使用中部的2,3位活動(dòng)側(cè)墻時(shí),與固定側(cè)墻棚車(chē)功能相同,通用性強(qiáng)。
圖1 160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)Fig.1 160 km/h all-side open box car
160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)主要由車(chē)體、制動(dòng)裝置、車(chē)鉤緩沖裝置及轉(zhuǎn)向架組成,轉(zhuǎn)向架為轉(zhuǎn)臂定位結(jié)構(gòu),配套使用全旁承承載的焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架,160 km/h塞拉門(mén)車(chē)如圖2所示。160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)具有如下特點(diǎn):①塞拉門(mén)棚車(chē)車(chē)輛長(zhǎng)度23 946 mm,車(chē)輛容積為205 m3,塞拉門(mén)棚車(chē)采用固定側(cè)墻結(jié)構(gòu),每側(cè)2個(gè)門(mén),共計(jì)4個(gè),車(chē)門(mén)密封性好、結(jié)構(gòu)緊湊、鎖閉可靠;②采用梁件內(nèi)置結(jié)構(gòu)、塞焊連接方式,或采用縱向壓筋側(cè)板結(jié)構(gòu),提高車(chē)體表面質(zhì)量、整車(chē)美觀(guān)度和商品化程度;③采用纖維復(fù)合材料內(nèi)襯和嵌入式鋁合金壓條,內(nèi)襯和墻板間加裝隔熱材料,改善了車(chē)內(nèi)裝貨環(huán)境;④側(cè)墻設(shè)置插槽式裝載加固裝置,貨運(yùn)地板裝置上設(shè)置裝載加固裝置,實(shí)現(xiàn)貨物的快速固定;⑤車(chē)輛設(shè)有貨運(yùn)地板裝置,適應(yīng)電商貨物運(yùn)輸需求,貨運(yùn)地板由車(chē)門(mén)處萬(wàn)向輪區(qū)和內(nèi)部導(dǎo)向輪區(qū)組成,整個(gè)貨運(yùn)地板上設(shè)置鎖閉機(jī)構(gòu),保證集裝器具的鎖閉狀態(tài)。根據(jù)集裝器長(zhǎng)度,沿車(chē)體縱向布置縱向止擋,防止貨物縱向移動(dòng);門(mén)口處布置橫向止擋,防止貨物撞擊損壞車(chē)門(mén)。
圖2 160 km/h塞拉門(mén)車(chē)Fig.2 160 km/h box car with sliding-plug doors
鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心相融合時(shí),采用棚車(chē)運(yùn)輸具有無(wú)需汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁,可充分發(fā)揮棚車(chē)運(yùn)能大、集裝化快裝快卸的特點(diǎn),適用于電商等小批量貨物,便于分揀,當(dāng)使用小型集裝器具運(yùn)輸,裝卸時(shí)不需要吊裝工具,通過(guò)叉車(chē)或人工即可完成。
為實(shí)現(xiàn)白貨快裝快卸和快速轉(zhuǎn)接的運(yùn)輸需求,研制開(kāi)發(fā)160 km/h 快捷集裝箱平車(chē),適應(yīng)20 ft,40 ft和45 ft的集裝箱運(yùn)輸,裝載1個(gè)20 ft或40 ft或45 ft集裝箱工況如圖3所示,裝載2個(gè)20ft集裝箱工況如圖4所示。160 km/h 快捷集裝箱平車(chē)的車(chē)鉤連接線(xiàn)長(zhǎng)度14 946 mm,自重26 t,載重46 t。鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心分離時(shí),需采用汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁,采用160 km/h集裝箱平車(chē)具有轉(zhuǎn)接快速、貨物無(wú)需二次倒裝的優(yōu)勢(shì),適用于大批量貨物集中調(diào)運(yùn),運(yùn)輸時(shí)需要吊裝工具配合完成。
圖3 裝載1個(gè)20 ft或40 ft或45 ft集裝箱工況Fig.3 Load case of a 20ft, 40ft, or 45ft container
圖4 裝載2個(gè)20 ft集裝箱工況Fig.4 Load case of two 20ft containers
針對(duì)160 km/h快捷貨車(chē)特點(diǎn),設(shè)計(jì)“160 km/h棚車(chē)+冷藏集裝器具/通用集裝器具/立體貨柜”和“160 km/h集裝箱平車(chē)+冷藏箱/展翼箱/標(biāo)準(zhǔn)集裝箱”2種運(yùn)輸模式,以滿(mǎn)足電商、生鮮、藥品、冷鏈貨物、化妝品等高附加值貨物運(yùn)輸需求,同時(shí)提高運(yùn)輸效率,降低貨損率。
3.1.1 160 km/h棚車(chē)+集裝器模式
集裝器具橫斷面符合快捷貨車(chē)集裝器具和裝載加固標(biāo)準(zhǔn)接口要求,滿(mǎn)足鐵路貨車(chē)、公路汽車(chē)、高鐵貨運(yùn)動(dòng)車(chē)組、航空之間的集裝化運(yùn)輸銜接要求。
(1)全側(cè)開(kāi)棚車(chē)模式。160 km/h全側(cè)開(kāi)棚車(chē)采用與高速鐵路、公路通用的集裝器時(shí),可裝載18個(gè)集裝器,每輛車(chē)總?cè)莘e約104 m3。采用全側(cè)開(kāi)車(chē)專(zhuān)用集裝器時(shí),裝載數(shù)量不變,每輛車(chē)總?cè)莘e約137 m3。高、低站臺(tái)進(jìn)行貨物裝卸時(shí),全側(cè)開(kāi)棚車(chē)均可通過(guò)叉車(chē)完成,利用底架上的可翻轉(zhuǎn)止擋進(jìn)行橫向定位,以及活動(dòng)隔板墻進(jìn)行貨物縱向定位及分倉(cāng)。
(2)塞拉門(mén)棚車(chē)模式。采用如上集裝器具時(shí),160 km/h塞拉門(mén)棚車(chē)可裝載19個(gè)集裝器具。低站臺(tái)時(shí)集裝器具通過(guò)叉車(chē)運(yùn)送到升降平臺(tái)上,通過(guò)貨運(yùn)地板進(jìn)行裝卸及加固,裝卸效率高;高站臺(tái)時(shí)集裝器具直接借助叉車(chē)裝卸。
(3)雙層集裝器模式。貨物裝箱后,利用叉車(chē)將雙層集裝器分別裝入棚車(chē)后,利用升降裝置將上層集裝箱疊放在下層箱上。雙層集裝器的使用,克服車(chē)門(mén)高度過(guò)低問(wèn)題的同時(shí),減小單個(gè)集裝器具搬運(yùn)重量,提高車(chē)輛容積利用率。
3.1.2 160 km/h棚車(chē)+集裝籠模式
物流公司收攬的快件按派送區(qū)域裝箱,可節(jié)省2次拆裝及安檢過(guò)程。經(jīng)前期測(cè)試,采用人力裝卸方式,電商班列每車(chē)耗時(shí)約3 h;而采用集裝籠裝卸后,裝卸人員不變的前提下,耗時(shí)約30 min;如采用全側(cè)開(kāi)車(chē)輛運(yùn)輸集裝化貨物,效率將進(jìn)一步提高。
3.1.3 160 km/h棚車(chē)+托盤(pán)模式
為了提高裝卸效率,鐵路運(yùn)輸?shù)囊?guī)則貨物中80%的貨物采用托盤(pán)運(yùn)輸,集裝化托盤(pán)尺寸規(guī)格主要有3種:1.2 m×1.1 m,1.3 m×1.1 m,1.3 m×1 m。托盤(pán)大部分為非金屬材質(zhì),破損較多。托盤(pán)只限在各鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)部自由流通,托盤(pán)貨物跨局運(yùn)輸時(shí)需要將貨物重新包裝。托盤(pán)運(yùn)輸流程與集裝器具大致相同,但是空間利用率低。
3.2.1 160 km/h集裝箱平車(chē)+標(biāo)準(zhǔn)集裝箱模式
根據(jù)需要采用標(biāo)準(zhǔn)20 ft,40 ft,45 ft集裝箱運(yùn)輸貨物時(shí),集裝箱可借助龍門(mén)吊或集裝箱起重機(jī)進(jìn)行吊裝。當(dāng)鐵路貨運(yùn)基地與快遞分撥中心分離時(shí),可進(jìn)行汽運(yùn)轉(zhuǎn)駁,集裝箱平車(chē)具有轉(zhuǎn)接快速、無(wú)需二次倒裝的優(yōu)勢(shì)。集裝箱平車(chē)配裝多種集裝器具,可實(shí)現(xiàn)棚車(chē)、罐車(chē)及冷藏車(chē)等功能。集裝箱等通過(guò)地面吊等裝備可實(shí)現(xiàn)鐵路與公路的快速轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。
3.2.2 160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式
展翼箱車(chē)門(mén)開(kāi)度大,滿(mǎn)足機(jī)械化作業(yè)需求,裝卸效率高。集裝化貨物可直接裝入展翼箱。160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式如圖5所示。集裝箱平車(chē)配裝展翼箱可實(shí)現(xiàn)棚車(chē)功能,如圖5a。散裝貨物入托盤(pán)或小型集裝器具后裝入展翼箱,如圖5b。
圖5 160 km/h集裝箱平車(chē)+展翼箱模式Fig.5 160 km/h container flat wagon + spread-wing container mode
在我國(guó)內(nèi)循環(huán)為主,雙循環(huán)共同發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下[11],快遞及快件運(yùn)輸發(fā)展迅猛,鐵路貨運(yùn)也面臨新的機(jī)遇,研發(fā)160 km/h新型貨運(yùn)裝備,可有效利用鐵路自身運(yùn)量大、環(huán)境污染小、運(yùn)輸成本低、運(yùn)輸效率高、運(yùn)輸安全及運(yùn)輸價(jià)格低等優(yōu)勢(shì),吸引高科技、高附加值、時(shí)效性高的貨物,提高鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益?;?60 km/h新型貨運(yùn)裝備,研究160 km/h快捷貨車(chē)集裝化運(yùn)輸模式,實(shí)現(xiàn)集裝器具、托盤(pán)等在公、鐵、水運(yùn)中的高效周轉(zhuǎn),發(fā)揮多式聯(lián)運(yùn)中多種運(yùn)輸方式的比較優(yōu)勢(shì),構(gòu)建以鐵路為骨干的綜合交通體系,提高綜合運(yùn)輸效率的同時(shí),降低運(yùn)輸能耗,對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)低碳環(huán)保目標(biāo)的完成具有重要的意義。