特種裝備鐵路裝運方案設計

孫躍坤，唐宏偉，鮑平鑫，鄭 旭

(1.軍事交通學院聯合投送系，天津300161;2.總后勤部 軍事交通運輸部，北京100842)

特種裝備是指用于作戰和保障作戰及其他軍事行動，具有信息化、一體化、大型化特征，且對軍事運輸有特殊要求、需要重點防護的武器系統、電子信息系統和技術設備［1］。特種裝備鐵路運輸方案設計復雜，涉及裝備的安全性分析、模擬仿真、試驗驗證、運輸環境設計、加固技術運用等諸多方面內容。目前，一些裝備主管部門在裝備運輸性要求上觀念淡薄，下達裝備研制任務只提運用指標，不提運輸要求;一些設計研發單位對裝備運輸性要求不清楚，對相關的國標和行標不了解，加之國家軍用標準在裝備運輸性管理方面與鐵道行業標準存在一定差異，影響裝備的鐵路運輸組織以及部隊的列裝列配，從而制約戰斗力的快速形成。基于 GJB 3008A—2004《鐵路軍事運輸裝載標準——裝載加固基本要求》、鐵運〔2006〕161號《鐵路貨物裝載加固規則》、鐵運〔2007〕62號《鐵路超限超重貨物運輸規則》、GJB5733—2006《軍事裝備運輸性基本要求》等要求，結合近幾年來特種裝備鐵路軍事運輸裝運方案編制實踐，提出特種裝備鐵路裝運方案基本構架和編制要求，對于規范特種裝備裝運方案編制，增加在特種裝備研制過程中貫徹運輸性要求的主動性，并快速形成保障能力具有重要意義。

1 特種裝備裝運方案基本構架

特種裝備具有信息化水平高、危險程度高、運輸要求高、組織保障復雜等特點，編制特種裝備鐵路裝運方案，應包括以下5項內容。

1.1 鐵路裝運方案

裝運方案涉及特種裝備鐵路運輸屬性與運輸要求界定、安全責任區分、裝卸載注意事項、組織管理要求、試運組織基本條件以及車型選用、裝載方法、加固要求等內容。它是在安全綜合分析、裝載加固方案、運輸組織及應急保障預案確定后，綜合提煉出的結論性內容，需要在運輸組織過程中進行全面貫徹落實。

1.2 綜合分析報告

綜合分析報告主要包括企業資質、裝備戰技指標適應性分析、火工品鐵路運輸危險性分析、裝備運輸強度安全性分析等內容。危險性安全分析主要包括火工品的理化特性、組成結構、電磁干擾、環境試驗結果等內容;強度安全分析包括設計原理、運輸試驗驗證、模擬仿真或數據計算等內容，涵蓋主體結構、運輸包裝、內外部連接部件等方面。

1.3 裝載加固方案

裝載加固方案主要包括裝備規格、準用貨車、加固材料、加固裝置、裝載方法、加固方法、其他要求和附件等內容。主要是根據裝備在鐵路運輸過程中的溫度、濕度、震動、電磁環境適應性和車種車型適應性，選擇裝載方式，制訂配載方案，確定運行條件，計算加固強度，挑選加固器材，明確加固方法，設計裝載加固方案。

1.4 運輸組織及應急保障預案

運輸組織主要包括發到場地條件、車輛挑選及安全措施、裝卸作業組織、連掛方式、編組隔離和調車作業、運行組織、押運工作等，應急保障預案包括組織措施、應急處置、應急保障器材、應急措施和后期處理等。該部分是結合相關規章制度和運輸組織工作實際，對運輸組織重點事項和關鍵問題的細化。

1.5 相關資料

主要是指能夠對裝備鐵路運輸安全起到支撐、證明作用的材料，以及相關試驗報告、試驗證明等資料，且不便在上述4項內容說明的可作為相關資料，對裝備鐵路運輸安全性起到支撐性作用。

2 特種裝備運輸環境因素

特種裝備鐵路運輸安全涉及氣候環境、機械環境、化學性物資、機械活性物質、生物環境等因素的影響。在鐵路運輸過程中主要考慮氣候環境和機械環境兩個方面。

2.1 氣候環境

氣候環境條件主要根據我國范圍內可能遇到的氣候情況及載運工具內的微氣候情況綜合確定。鐵路運輸過程中，對氣候環境諸要素中影響較大且最為關注的是溫度環境，即特種裝備的運輸溫度環境問題，它主要是由特種裝備的本身結構形式、運輸包裝特點、使用載運工具類型、運輸組織方式和所經由地區溫度環境極值等綜合確定。

在全國671個測站中，我國的高溫記錄極值為47.7℃，加之夏天太陽直接輻射導致封閉艙室內附加升溫，所以國軍標將70℃作為鐵路運輸環境溫度最高值;我國的低溫記錄極值為－52.3℃，時間風險率為1%的低氣溫全國工作極值為－48.8℃，所以國軍標將－50℃作為鐵路運輸環境溫度最低值［2］。由于鐵路線路走向與氣象測站有一定的距離，加之特種裝備在封閉艙室內附加升溫，故將－40℃作為鐵路運輸環境溫度最低值。

特種裝備的運輸溫度環境指標不能滿足上述溫度極值要求的，鐵路運輸時段、運輸區域將會受到一定限制，以保障運輸安全和產品性能穩定。

2.2 機械環境

鐵路運輸機械環境包括運輸振動、運輸沖擊兩個方面。由于軌道的不均勻或粗糙，軌道接點的不連續，車輪不圓整或不平衡等因素均能引起載運工具的垂向振動;由于列車起動、制動、調車等作業以及通過道岔和曲線路段，能造成對載運工具的縱向和橫向沖擊，并作用于特種裝備上，共同構成了裝備運輸的機械環境。不同的軍事裝備物資，國家軍用標準的要求大不相同，與目前鐵路執行的標準也存在一定的差異。因此，按照列車運行速度不大于120 km/h、調車連掛速度不大于5 km/h的運行環境條件，以及裝載位置情況，確定特種裝備運輸受力環境比較科學。

(1)縱向慣性力。縱向慣性力的大小由特種裝備自身質量、列車制動時運行速度或者調車作業時沖擊速度大小等情況綜合決定，影響特種裝備鐵路運輸過程中縱向的穩定性，是決定特種裝備加固強度的主要影響因素。計算公式為

式中:t0為裝備每噸受到的縱向慣性力，kN/t;Q為裝備質量，t。

不同加固形式每噸裝備產生的縱向慣性力的大小不同:采用剛性加固時，t0=26.69 －0.13Q總;采用柔性加固時29.85。其中Q總為裝備質量與車輛質量之和，t。

(2)橫向慣性力。橫向慣性力主要在列車行經曲線或者進入側線道岔時產生的離心力、曲線外軌超高所產生的水平分力等運輸環節中產生。橫向慣性力的大小由特種裝備自身質量、所使用車輛型號、裝載位置，以及行經線路曲線半徑大小或者線路道岔型號的大小等決定，影響特種裝備鐵路運輸過程中橫向的穩定性。計算公式為

式中n0為裝備每噸所受到的橫向慣性力，kN/t。

使用不同車型和不同的裝載位置影響每噸裝備的橫向慣性力，計算方法為其中:c為裝備質心偏離車輛橫中心線距離，mm;d為車銷間距離，mm。

(3)垂直慣性力。垂直慣性力主要在列車行經鋼軌接縫處、線路下沉以及車輛彈簧的沉浮運動等運輸環節中發生。垂直慣性力作用方向依次向上或向下交替變化，其大小由特種裝備自身質量、所使用車輛型號、裝載位置、行經線路質量、鋼軌型號以及長度等情況決定，對摩擦力的大小構成影響。計算公式為

式中q垂為裝備每噸所受到的垂直慣性力，kN/t。

使用不同車型和不同的裝載位置每噸裝備產生的垂直慣性力的大小不同:使用敞車和普通平車裝載時;使用長大貨物車裝載時

(4)風力。風力有縱向力、側向力之分。縱向風力是縱向慣性力的反作用力，不會對特種裝備運輸穩定性構成威脅，因此只考慮側向風力的影響。風力的大小由列車行經地域的氣候、特種裝備側向的迎風面的大小等因素決定。當風力的方向與橫向慣性力方向一致時，風力有可能對特種裝備或者列車的穩定性構成威脅。計算公式為

式中:q為側向計算風壓，根據經驗數據，受風面為平面時，q=0.49 kN/m2，受風面為圓球體或圓柱體側面時，q=0.245 kN/m2;F為裝備側向迎風面積，m2。

(5)摩擦力。摩擦力大小由特種裝備的質量以及特種裝備底座材質與貨車地板間的摩擦系數所決定。摩擦力越大，特種裝備在鐵路運輸過程中的穩定性越高，也是決定特種裝備加固強度的主要影響因素。計算公式如下:

縱向摩擦力:

橫向摩擦力:

式中μ為摩擦系數。

3 特種裝備加固方案設計

方案設計主要根據裝備戰技指標、外部形態、規格大小、安全特性等條件，選擇適型貨車，預設裝載狀態，確定加固方式和加固強度，最終形成裝載加固方案［3］。

3.1 穩定性分析

特種裝備在鐵路運輸過程中有傾覆穩定性和水平移動穩定性之分，是決定加固方式和加固方法的基本依據。

3.1.1 裝備傾覆穩定性

特種裝備的傾覆穩定性分為縱向和橫向。計算方法如下:

縱向:

橫向:

式中:a為裝備質心所在橫向垂直平面至裝備傾覆點之間的距離，mm;b為裝備質心所在縱向垂直平面至裝備傾覆點之間的距離，mm;T為裝備的縱向慣性力，kN;N為裝備的橫向慣性力，kN;h為裝備質心自傾覆點所在水平面起算的高度，mm;W為作用于裝備上的風力，kN;h風為風力合力作用點自傾覆點所在水平面起算的高度，mm。

當傾覆穩定系數η小于1.25時，需要采取加固措施，防止裝備傾覆。故在軍事裝備研發過程中，盡量加大裝備支重面的長度或者支重點間的距離，特殊情況下可采取加裝墊木等措施，以增強裝備的傾覆穩定性，從而減少裝備運輸的加固強度。

3.1.2 裝備水平穩定性

特種裝備的水平穩定性分為縱向和橫向。計算方法如下:

縱向:

橫向:

當ΔT、ΔN大于0時，應采取加固措施，防止裝備水平位移。故在鐵路運輸過程中，可以加墊摩擦系數較高的材料，以降低△T、△N的數值，增強裝備的水平穩定性，從而減少裝備運輸的加固強度。

3.2 加固強度確定

根據特種裝備運輸過程中產生作用力數據，按照平衡穩定性原則，確定能夠滿足特種裝備運輸安全要求的加固器材、加固方式。

3.2.1 采用對稱拉牽加固時，每根拉牽繩應承受的力

對稱拉牽加固時，拉牽位置如圖1所示。

圖1 拉牽對稱加固示意

當同一方向有n根拉牽繩時，每根應承受的拉力可按下式計算:

防止縱向移動時:

防止橫向移動時:

防止縱向傾覆時:

防止橫向傾覆時:

式中:l縱為裝備縱向傾覆點至拉牽繩在裝備上拴結點所在橫向垂直平面間的距離，mm;l橫為裝備橫向傾覆點至拉牽繩在裝備上拴結點所在縱向垂直平面間的距離，mm。

每根拉牽繩應承受的力:

選用鋼絲繩拉牽時，鋼絲繩的破斷拉力不得小于2S。選用鍍鋅鐵線或盤條拉牽時，每根拉牽繩需要股數為

式中P許為一股鍍鋅鐵線或盤條的許用拉力，kN。

3.2.2 采用非對稱拉牽加固時，每根拉牽繩應承受的力

非對稱拉牽加固時，拉牽位置如圖2所示。

圖2 拉牽非對稱加固示意

式中:b左、b右分別為A方向或B方向兩側左、右拉牽繩在裝備上拴結點至裝備質心所在縱垂直平面的距離，mm;AC左、AC右為左、右拉牽繩在裝備上拴結點所在橫向垂直平面分別至車輛上拴結點之間的距離，mm;BC左、BC右為左、右拉牽繩在裝備上拴結點所在縱向垂直平面分別至車輛邊線的距離，mm;BO左、BO右為左、右拉牽繩在裝備上拴結點自車地板面起算的高度，mm。

式中l左、l右為左、右拉牽繩在裝備上拴結點至裝備質心所在橫向垂直平面的距離，mm。

每根拉牽繩應承受的力:

當同一方向有n根拉牽繩時，在計算防止特種裝備縱向移動需要拉牽繩承受的拉力時，b左及b右應分別取同一方向上左側或右側各拉牽繩在裝備上拴結點至裝備質心所在縱向垂直平面距離的平均值;BO、BC取較大者，AC取較小者。在計算防止特種裝備橫向移動需要拉牽繩承受的拉力時，l左、l右應分別取同一方向左側或右側各拉牽繩在特種裝備上拴結點至特種裝備質心所在橫向垂直平面距離的平均值;BC取較小者，BO、AC取較大者。

3.3 特種裝備加固技術措施

在特種裝備研制過程中貫徹運輸性要求，盡量降低裝備質心高度，預留捆綁加固點，是提升裝備適運性的關鍵所在。

3.3.1 特種裝備質心超高的加固技術

我國鐵路作業標準規定，重車質心高超過2 m時車輛運行速度就要受到限制。為此，特種裝備在研制過程中應當盡可能地降低質心高度，盡量減少鐵路運輸限制。如果裝備質心較高對鐵路運行速度構成影響時，一是裝備研究時應當考慮運輸過程中的配重措施;二是預留掩擋加固的位置，降低質心相對高度，提高裝備傾覆穩定系數;三是在加固系留點的設計上，盡可能保持在中間上部位置，并增加系留點的數量，以提高加固方案的適應性。

3.3.2 特種裝備自重較大的加固技術

特種裝備具有大型化的發展趨勢，帶來了加固強度的增大。由于裝備以及鐵路車輛使用材料的限制，對強度有一定的限制。一是在加固點材料選取上，應與鐵路載運工具的丁字鐵相適應，保持在98 kN左右;二是在加固材料的選取上，一般應選擇公稱抗拉強度1 670 N/mm2、直徑9.3 mm、許用拉力不小于22.8 kN的鋼絲繩雙股，便于操作和加固，并以此設計加固點數量;三是加固點盡可能設計在距裝備底部400 mm位置，盡可能增加縱向分力，減少加固器材使用數量。

4 結語

隨著我國裝備研發能力的提升，大量的特種裝備不斷列裝部隊，全域化的廣泛運用、多樣化的戰場環境、快速化的機動保障，對裝備研發貫徹鐵路運輸性要求提出了更高要求。加大裝備運輸性宣貫力度，規范特種裝備裝運方案編制，對于提高軍事交通運輸快速保障能力具有重要意義。

［1］ 鮑平鑫，王飛，寧偉宇.特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統設計［J］.軍事交通學院學報，2014，16(5):19-23.

［2］ 周俊森，周心才，王樹榮.軍用物資運輸環境條件:GJB3493—98［S］.北京:中國人民解放軍總裝備部，1998.

［3］ 曾運清，王軍，王康.鐵路提速后輪式裝備捆綁加固方案研究［J］.軍事交通學院學報，2011，13(3):14-18.