超大型設備鐵路運輸車貨匹配設計的研究和應用

王宏杰

摘要：隨著我國鐵路客運專線的大力建設和逐步投入運行，既有線運輸能力得到了一定的釋放，為超限貨物運輸帶來新的發展空間。鐵路超限貨物運輸雖然在整個運輸體系中所占的比例較小，但這些貨物大多價值較大，且為國家基本建設和工業建設的核心設備，如何充分利用鐵路現有建筑限界，安全、高效將其運至目的地成為鐵路部門的難題。中鐵特貨大件運輸有限責任公司從超限貨物設計階段開始介入，聯合鐵路科研單位、高校、車輛制造廠共同研發，打造產、學、研一體化模式，成功打造超限貨物運輸新模式。

Abstract： With the vigorous construction and gradual operation of China's railway passenger dedicated line， the capacity of the existing line has been released to a certain extent， which will bring new space for the development of over-limit cargo transportation. Although the proportion of railway freight transportation exceeding the limit is relatively small in the entire transportation system， most of these goods are of relatively large value and are the core equipment for national capital construction and industrial construction. How to make full use of the existing building limits of railways to transporting it to its destination safely and efficiently has become a difficult problem for the railway sector. China Railway Special Large-size Transport Co.， Ltd. intervened from the stage of over-designed goods and jointly developed with railway research institutes， universities， and vehicle manufacturers to create an integrated model of production， learning， and research， and successfully created a new mode of over-limit cargo transportation.

關鍵詞：大型設備；超限；車貨匹配

Key words： large-scale equipment；over-limit；vehicle-cargo matching

中圖分類號：U294.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0160-03

0 引言

隨著國家經濟結構調整，振興中國制造戰略的積極推進，通過鐵路運輸大型設備的需求逐年增多[1]，這些國家基本建設和工業建設的核心設備，裝載后絕大多數為超限貨物。受鐵路實際建筑限界和運輸裝備等因素的限制，通過鐵路運輸的大型設備與其他運輸方式比較所占比重較小，為了提高鐵路超限貨物運輸市場占有率，滿足超限貨物運輸市場需求，中鐵特貨大件運輸有限責任公司（以下簡稱大件公司）從大型設備的設計階段開始介入，與設備制造廠家聯合研發，通過優化車貨匹配，充分利用鐵路現有建筑限界空間，成功解決了運輸難題。

1 改變車輛承載結構運輸100萬千瓦發電機內定子

1.1 運輸可行研究

東方電氣集團東方電機有限公司（以下簡稱東電）100萬千瓦整體式發電機定子寬度5178mm，重量接近500t，鐵路既沒有合適的車輛裝載，而且寬度超出現有鐵路運輸限界，無法通過鐵路運輸。為解決運輸難題，大件公司與東電多次進行技術交流，并建議東電參照60萬千瓦發電機定子運輸方式將100萬千瓦整體式發電機定子改成內外分體式，即將整體式定子分成外機座和內定子，并分別進行運輸，交由鐵路運輸的內定子運輸尺寸11500mm×Φ3600mm，裸重342t。

當時鐵路車輛單車最大載重320t，為滿足東電內定子的運輸需求，需新造載重大于350t或以上的運輸車輛。通過與鐵路車輛制造廠溝通，經初步設計計算，認為新造載重350t以上凹底平車技術上可行。

1.2 設計細節優化

為進一步確認運輸的可行性，優化運輸方案，大件公司和東電邀請中車齊齊哈爾車輛有限公司（以下簡稱齊車公司）、鐵道科學研究院機車車輛研究所、北京交通大學交通運輸學院等單位的專家就內定子裝載和運輸進行技術交流。

由于內定子結構比較精密，運輸時需進行防潮、防水處理，若包裝后再裝車勢必會破壞外包裝，東電提出先裝載、加固，再通過車輛進行包裝防護。裝載后含內定子承載支座，總高度達到5290mm，如圖1左圖，鐵路無法運輸。

鑒于內定子屬圓筒形貨物，大件公司創新提出將車輛凹底架設計為圓弧形，以有效降低裝載高度，經過計算，裝后總高度可以降低到4840mm，如圖1右圖，滿足鐵路運輸要求。

1.3 車輛設計制造

為了研究分析圓弧形凹底架的結構強度和剛度，齊車公司設計、制造了凹底架實驗模型，該實驗模型按照1：5比例制造，并按內定子重量的1/50進行加載，采用電測法測試內應力，采用拉線法和水準移測量變形量。經過換算，凹底架的實測內應力和變形量與有限元計算結果接近，滿足設計要求。

由于凹底架采用高強度鋼材制作，焊接需采取加溫、保溫等措施，為避免裝載加固頻繁焊接、切割損傷車體，大件公司與東電、齊車公司協商，在車體凹底架圓弧承載區焊接固定與貨物匹配的過渡承載支座，以匹配內定子與車體圓弧尺寸。

1.4 運行試驗驗證

為了確保運輸安全，大件公司委托中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室對首次裝車過程進行全程監測，并對內定子的運輸過程進行全程監測。

2010年8月5日-8月15日，在鐵路總公司統一調度指揮下，DA37型凹底平車首次裝載寧夏靈武電廠100萬千瓦發電機內定子，如圖2、圖3，運行3700km后安全抵達目的地。經全程對DA37型凹底平車車體關鍵部位動、靜應力，轉向架彈簧動撓度以及小底架心盤加速度進行監測，全部指標均滿足安全評價指標。截至2017年12月，DA37型凹底平車共運輸100萬千瓦發電機內定子10余次，均安全順利抵達目的地，受到了業主和用戶的一致好評。

2 改變貨物外形尺寸和承載方式運輸60萬千瓦發電機定子

2.1 運輸需求調研

2011年大件公司在承運哈爾濱電機廠有限責任公司（以下簡稱哈電）生產的60萬千瓦發電機定子，由哈爾濱鐵路局香坊火車站運至成都鐵路局桐梓車車站。桐梓車站位于川黔鐵路上，由于川黔鐵路建成時間較早，受當時施工條件限制，個別隧道不滿足現行國標建筑限界，運輸60萬千瓦發電機定子比較困難。為驗證該定子通過川黔線的運輸可行性，大件公司配合成都鐵路局在川黔線（重慶東-桐梓）先后組織了6次檢查架模擬運輸，并根據模擬運輸結果對限界距離不足區段采取降低外軌超高4處，撥線并降低外軌超高1處，不僅增加了運輸成本而且運輸周期延長。

2.2 貨物外形尺寸及承載方式的改進

哈電現有60萬千瓦發電機定子使用D38或DQ35型鉗夾車，采用掛貨鉤方式承載，如圖4。掛貨鉤作為車輛和貨物的主要連接方式，為了確保定子裝后鉗夾車鉗形梁和掛貨鉤關鍵受力部位受力均勻，掛貨鉤與定子安裝形位公差要求非常高，達到±0.5mm，依靠人工安裝至少需要1周左右時間。

由于定子裝載后掛貨鉤底面距軌面高度在200mm以上，再加上掛貨鉤有一定的厚度，發電機定子裝后總高度達到5150mm。

通過分析檢查架模擬運輸視頻，發現剮蹭部位都發生在定子吊攀底座處，如圖5。經過哈電與大件公司技術人員共同努力，設計出改進型60萬千瓦發電機定子，其外形尺寸與原定子比較如圖6。

通過圖6可以看出，掛貨鉤和端蓋兩種承載方式均有效降低了剮蹭部位（定子吊攀底座）處的高度和寬度，但由于掛貨鉤存在一定厚度，定子裝后總高度仍達到5000mm，通過接觸網高度較低區段需苫蓋絕緣軟蓋板，而端蓋方式裝載后總高度僅4775mm，無需苫蓋絕緣軟蓋板，大大減少了運輸難度。而且端蓋焊接完成后還需進行機加工處理，端蓋與車輛的配合尺寸精度能夠得以保證。為驗證端蓋承載方式的安全性，哈電委托大連交通大學將端蓋和發電機定子作為一個整體進行有限元計算，并根據有限元計算結果對端蓋進行了優化，進一步確保了運輸安全。

2.3 運行實驗驗證

在發電機定子更改設計初步確認可行后，大件公司按照改進型定子外形尺寸重新制作了檢查架，并在川黔線（重慶-桐梓-茶園）進行了模擬運輸，沒有發生剮蹭，運輸可行。

2015年3月6日至3月30日，哈電改進型60萬千瓦發電機定子使用D38型鉗夾車裝載，如圖7，在鐵路總公司統一調度指揮下，由哈爾濱鐵路局香坊站運至成都鐵路局茶園站，運輸距離約4800km，經全程對端蓋和聯接螺栓靜應力和動應力進行監測，全部指標均符合安全評價指標。

3 結論

通過新造與貨物匹配的鐵路車輛以及改變原有貨物外形尺寸和包裝形式，實現大型設備鐵路運輸，不僅解決了企業的運輸難題，也為鐵路獲得了良好的社會和經濟效益。上述實例表明，鐵路運輸企業應積極參與大型設備的生產全過程，從設計階段開始介入，聯合鐵路科研單位、高校、車輛制造廠共同研發，打造產、學、研一體化模式，引導企業生產適合鐵路運輸的設備，解決運輸難題。

參考文獻：

[1]韓文俊.提高鐵路超限貨物運輸通行能力的對策[J].鐵道貨運，2016.

[2]陳巍.基于Android移動平臺的車貨匹配設計與實現[J].交通科技與經濟，2016（03）.

[3]余以勝，劉鑫艷.基于改進Balance算法的車貨匹配研究[J].武漢理工大學學報，2016（10）.