敞車避免集重裝載的探究

姜 瑞，劉勝元，劉新花

(1.呼和浩特鐵路局集寧機(jī)務(wù)段;2.蘭州鐵路局;3.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院)

敞車避免集重裝載的探究

姜 瑞1，劉勝元2，劉新花3

(1.呼和浩特鐵路局集寧機(jī)務(wù)段;2.蘭州鐵路局;3.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院)

敞車是鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕囆停ㄜ嚰匮b載最易引發(fā)安全事故。在鐵路貨物方面，尤其是如何避免敞車集重裝載直接影響著貨物、車輛和行車的安全，關(guān)系到國(guó)家、鐵路、托運(yùn)人的利益，對(duì)鐵路運(yùn)能的影響也極大，因此科學(xué)合理的避免敞車集重裝載是當(dāng)前亟待解決的課題。首先通過介紹敞車的定義、車體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)用途，考慮在裝載集重貨物時(shí)，應(yīng)滿足裝車后所產(chǎn)生的工作彎曲力矩不大于其最大容許彎曲力矩的條件，分析了車體承受均布載荷后受力與歪曲力矩的關(guān)系，并分析了敞車中部和兩端三處承載的情況。最后，通過案例分析提出了相應(yīng)的擴(kuò)大貨物裝載加固方法，以供相關(guān)工作人員參考。

敞車;集重貨物;裝載;運(yùn)輸安全

1 敞車避免集重裝載

1.1敞車簡(jiǎn)述

敞車是鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕囆停s占總數(shù)的62%，而平車只占運(yùn)用車總數(shù)的4%左右，因此需大量的使用敞車來裝運(yùn)闊大貨物。長(zhǎng)期以來存在平車數(shù)量不足敞車易于取得的情況，故在此著重研究敞車。所謂敞車是指具有端壁、側(cè)壁、地板而無車頂，向上敞開的貨車，主要供運(yùn)送煤炭、礦石、礦建物資、木材、鋼材等大宗貨物用，也可用來運(yùn)送重量不大的機(jī)械設(shè)備。

1.2 集重貨物的特點(diǎn)

集重貨物是指重量大于所裝車輛負(fù)重面長(zhǎng)度的最大容許載重量的貨物。集重貨物的特點(diǎn)是重量較大，支重面長(zhǎng)度較小。例如鋼錠、鋼坯、鋼卷、大型電機(jī)等。因而貨物裝車后，重量將較為集中地落在車輛的局部地板上。車底架上每單位長(zhǎng)度上有一個(gè)最大容許彎曲力矩［M］，如果作用于車底架的工作彎曲力矩［M］超過其最大容許彎曲力矩［M］時(shí)，會(huì)使車底架受到損傷，甚至斷裂，造成嚴(yán)重的行車事故。因此，在裝載集重貨物時(shí)，應(yīng)選擇合適的車輛，確定合理的裝載方案，使貨物裝車后所產(chǎn)生的工作彎曲力矩不大于其最大容許彎曲力矩，即要滿足M≤［M］，以保證貨物與車輛的安全。

1.3 車體承受均布載荷后受力與歪曲力矩的關(guān)系

板上面均布裝載為例來分析車體的受力情況，如圖1所示。

圖1 車體承受均布載荷時(shí)各處的彎曲力矩

從圖中我們可以清楚地觀察到，車體在承受均布載荷時(shí)，它在橫中心線C上的彎曲程度最大，也即彎曲力矩最大。因此，在一般情況下，車底架中梁的中心線處也最容易出現(xiàn)問題。貨物作用于車底架上的工作彎曲力矩的大小，則與貨物支重面長(zhǎng)度、寬度和其在車底板上的裝載位置、裝載方法等因素有密切的關(guān)系。同一重量的貨物用同一種車輛裝載，貨物的支重面長(zhǎng)度越大，則其所產(chǎn)生的彎曲力矩越小，因?yàn)閺澢豈，其計(jì)算公式為

式中:M為彎曲力矩，N·m;F為作用于支點(diǎn)上的力，N;L為受到的力與支點(diǎn)之間的距離，m。

車輛裝載貨物之后，力都是先由枕梁傳到轉(zhuǎn)向架，再由轉(zhuǎn)向架傳到鋼軌上的，轉(zhuǎn)向架即為其支點(diǎn)。所以在F一定的條件下，貨物支重面長(zhǎng)度越大，受力處于枕梁之間的距離就越小，即L越小，則其彎曲力矩M也就越小。反之，亦然。

車輛底架橫中心線處的彎曲力矩

式中:l為車輛銷距，cm;M'為支重面的長(zhǎng)度，cm;Q為貨物的重量，kg;M為車底架橫中心線處的彎曲力矩，N·cm。

式中:l為車輛銷距，cm;k'為支重面的長(zhǎng)度，cm;Q為貨物的重量，kg;M'為車底架橫中心線處的彎曲力矩，N·cm。

對(duì)式(1)與式(3)進(jìn)行比較，因?yàn)?k'＞k，所以 M ＞M'。即車體承載貨物后，貨物支重面長(zhǎng)的車底架的工作彎曲力矩要比支重面短的小。這就說明同一重量的貨物，支重面越長(zhǎng)，則越能有效地避免集重，有效地提高敞車的承載能力和利用率。同樣也可以采用加墊橫墊木來避免貨物集重。

1.4 敞車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)用途

敞車的結(jié)構(gòu)主要有車體，車底架以及兩副轉(zhuǎn)向架組成。車地板為鋼地板，底架主要有中梁，側(cè)梁，枕梁以及橫梁和端梁組成，其中中梁由兩根工字型鋼梁對(duì)在一起組成，是車底架中最主要的組成部分。

敞車的主要用途是裝載重量能均勻分布在車地板上的貨物，特別是煤炭，冶煉，礦建材料等貨物，以及能布滿車底板的成件包裝貨物，還可以運(yùn)輸木材，集裝箱以及部分重量不大的機(jī)械設(shè)備。敞車的梁為普通的鋼架結(jié)構(gòu)梁，屬于底架與側(cè)壁同時(shí)承載，車底架的中，側(cè)梁均為等斷面結(jié)構(gòu)，主型敞車的中梁截面高度在310 mm左右，側(cè)梁截面高度在240 mm以下，其強(qiáng)度和剛度較差，同時(shí)，敞車垂直載荷是按均布設(shè)計(jì)的，未考慮集中載荷無集載能力參數(shù)，也即設(shè)計(jì)師未考慮集重貨物的裝載需求隨意其承載集中載荷的能力相對(duì)較低。1.5 敞車中部和兩端三處承載

一車裝載奇數(shù)件貨物又無法將它們分為重量和長(zhǎng)度相等的兩部分時(shí)，可在車輛中部和兩端三處承載，以避免偏載，偏重和集重。

根據(jù)貨物的長(zhǎng)度，對(duì)于敞車中部和兩端三處承載，又分為兩種情況:(1)貨物長(zhǎng)度不大于3.8 m，在車輛兩枕梁內(nèi)外等距離、寬度不小于1.3 m范圍內(nèi)和車輛中部三處承載。(2)靠車輛兩端墻向中部連續(xù)裝載，每端裝載長(zhǎng)度超過3.8 m，且在車輛中部裝載貨物。

對(duì)于第一種情況，因?yàn)檐囕v的中部是彎曲力矩最大的部位，通過對(duì)車輛各項(xiàng)性能的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得出，車輛中部承受的貨物的重量不得大于13 t，全車裝載重量不得超過57 t。70 t通用敞車的各項(xiàng)性能相對(duì)于60 t敞車都有所提高，所以它規(guī)定中部裝載貨物重量不得超過25 t，全車裝載量不得超過65 t。對(duì)于車輛中部貨物的承載寬度沒有要求。

對(duì)于第二種情況，同樣，中部所裝載的貨物重量不得超過13 t。當(dāng)兩貨物的裝載寬度不小于2.5 m時(shí)，全車裝載重量不得超過57 t。當(dāng)兩端貨物的裝載寬度不小于1.3 m，不足2.5 m時(shí)，全車裝載重量不得超過55 t。

圖2 敞車中部和兩端三處承載示意圖

現(xiàn)階段需要敞車承受集中載荷的貨物主要是大型鋼材，如鋼錠、鋼坯、卷板等，上述五種工況基本上可以滿足運(yùn)輸生產(chǎn)要求。

上述各工況中，關(guān)于貨車的承載面寬度不得小于1.3 m的要求是根據(jù)敞車地板面寬度確定的。敞車地板實(shí)際可用到的承載寬度是2.6 m左右，貨物寬度不足1.3 m，可通過采用雙排或多排擺放方法，使車輛負(fù)重面寬度不小于1.3 m;無法雙排或多排擺放時(shí)，可采用加墊長(zhǎng)度不小于1.3 m的橫墊木，使車輛負(fù)重面寬度達(dá)到1.3 m或其以上。承載面小于1.3 m時(shí)，將使其承載能力顯著降低，故應(yīng)予避免。

2 案例分析

例:現(xiàn)有一批卷鋼，直徑1 100 mm，高800 mm，件重6 t，現(xiàn)要求用60 t或61 t敞車來裝運(yùn)，該如何裝載?

解:

方法一:對(duì)于上述的這些卷鋼，因?yàn)檐囕v的最大容許載重量為60 t，所以最多可以裝9件。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敞車的承載面寬度小于1.3 m時(shí)，其承載能力顯著降低，所以應(yīng)予避免這種情況。若在車地板上單排等距裝載，如圖3所示。

圖3 卷鋼在車地板上單排等距裝載示意圖

這樣裝載有兩方面的不妥。其一:違反了《加規(guī)》規(guī)定的最小負(fù)重面寬度為1 300 mm的規(guī)定。其二:通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得出，60 t通用敞車在兩枕梁間承受均布載荷時(shí)，若負(fù)重面的寬度在1 300～2 500 mm之間，長(zhǎng)度為9 000 mm時(shí)，容許的載重量為30 t，而本裝載方案為36 t，顯然會(huì)造成集重，威脅到運(yùn)輸安全，因此不可以采用。

方法二:兩端和中部三處承載，如圖4所示。

這種裝載方法避免了上一種方法的兩枕梁間造成集重的問題，同時(shí)，也符合中部所裝貨物的重量不大于13 t，總重不超過57 t的要求，但是，它還是犯了和上一種方法同樣的錯(cuò)誤，就是負(fù)重面的寬度小于了1 300 mm，這樣車輛的中梁和橫梁將受到較為集中的載荷，車輛的承載能力將顯著下降。這種裝載方法仍然會(huì)造成集重，不合理。

圖4 卷鋼裝載示意圖

方法三:兩端和中部三處承載，如圖5所示。

圖5 卷鋼裝載示意圖

因?yàn)檫@種類型的卷鋼高度和直徑都不是很大，可以采用立裝的方法。要想使承載面寬度大于1 300 mm，比較簡(jiǎn)單的方法有兩種，(1)在卷鋼下面放置橫墊木。(2)并排裝載。顯然，由于這種卷鋼的直徑小等因素，在其下面加墊橫墊木是不可行的。因此，采取并排裝載的方法來使其承載面寬度大于1 300 mm。車輛的標(biāo)記載重量為60 t，所以最多可以裝載這樣的卷鋼9件，可在車輛中部裝載一件，其余分為兩部分裝載車輛的兩端重心分別落在車輛轉(zhuǎn)向架中心銷上。在裝載時(shí)要在卷鋼與車底板之間鋪稻草墊來防止卷鋼在運(yùn)輸過程中發(fā)生位移。這樣就可以使負(fù)重面的寬度大于1 300 mm，避免了集重，既保證了運(yùn)輸?shù)陌踩肿畲笙薅鹊睦昧塑囕v的承載能力。

加固方法:由于卷鋼直接用鋼絲繩或盤條進(jìn)行加固時(shí)，容易造成貨物損壞。因此，只有將其裝在2個(gè)尺寸為2 200 mm×2 200 mm×100 mm和1個(gè)尺寸為1 100 mm×1 100 mm×100 mm的“井”字形木托架上，用直徑為6.5 mm的鋼絲繩4股反右字形進(jìn)行加固，在卷鋼與鋼絲繩的接觸點(diǎn)處用鋼支架，以免損壞卷鋼，然后用釣鉤勾住鋼絲繩，以免其滑落。

3 結(jié)論

(1)裝載集重貨物時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用平車。由于集重能力的原因不能滿載而迫切需要滿載的，可選用平車裝載。普通平車集載能力仍不足的可使用D型車。

(2)抓緊研制集載能力大的新型敞車。可以考慮設(shè)計(jì)制造一種中梁和側(cè)梁為魚腹型的，集載能力較強(qiáng)的新型敞車。同時(shí)，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，制造專用貨車。這樣既可節(jié)省加固材料，又能確保運(yùn)輸安全。

(3)對(duì)一些裝載工況較好的貨物，科學(xué)地制定裝載加固方案，在確保車輛完好和運(yùn)輸安全的前提下，盡可能實(shí)現(xiàn)滿載。

隨著敞車避免集重裝載的理論研究在不斷的深入，裝載加固方案也在不斷地完善之中。論文中還存在很多不足之處，例如對(duì)敞車裝載集重貨物時(shí)的典型案例進(jìn)行了分析，缺乏全面性;對(duì)避免敞車集重裝載的建議不是很全面。

［1］陳宜吉.鐵路貨運(yùn)組織［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路貨物裝載加固規(guī)則［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.常用裝載加固材料與裝置［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社2006.

［4］ 李源青.敞車避免集重裝載的探討［J］.上海:上海鐵道科技，2004，(3).

［5］李笑紅，王占國(guó).合理利用敞車避免集重裝載［J］.鐵道貨運(yùn)，2000，(5).

U291

C

1008－3383(2014)08－0200－02

2014－06－17

姜瑞(1986－)，男，甘肅武威人，助理工程師;劉勝元(1981－)，男，甘肅武威人，助理工程師。