馱背多功能運輸車裝載加固方案可行性研究

屁中華 李興 李寶瑞

摘要：通過對馱背多功能運輸車運輸集裝箱和半掛車的裝載加固裝置進(jìn)行理論計算和試驗研究，表明馱背多功能運輸車運輸集裝箱和半掛車的裝載加固方案是合理可行、安全可靠的。

關(guān)鍵詞：馱背多功能運輸車;集裝箱;半掛車;裝載加固

中圖分類號：U294

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kjycx.2019.09.049

公鐵聯(lián)運可以有效解決鐵路運輸“之前一千米”和“最后一千米”的問題，是一種“門到門”的高效運輸方式[l]，集裝箱運輸和馱背運輸是公鐵聯(lián)運的兩種最主要形式。馱背多功能運輸車是一種既能滿足集裝箱運輸，又能滿足馱背運輸?shù)膶Ｓ描F路貨車，如圖1所示。《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（以下簡稱《加規(guī)》）要求貨物均衡、穩(wěn)定、合理地分布在貨車上，能經(jīng)受正常調(diào)車作業(yè)以及列車運行中所產(chǎn)生各種力的作用，在運輸全過程中，不發(fā)生移動、滾動、傾覆、倒塌或墜落等情況[2]。馱背多功能運輸車作為一種適合集裝箱運輸和馱背運輸?shù)膶Ｓ密囕v，需同時滿足適應(yīng)集裝箱和半掛車的裝載加固方案。本文以集裝箱鎖閉裝置、活動鞍座裝置、輪胎固定裝置為研究對象，就集裝箱和半掛車的裝載加固方案進(jìn)行了理論計算與試驗。

1 集裝箱裝載加固方案

鐵路運輸集裝箱較為成熟可靠的裝載加固方式是采用集裝箱鎖閉裝置。馱背多功能運輸車底架上設(shè)有集裝箱鎖閉裝置，車輛兩端各設(shè)置2個推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置，車輛中部設(shè)有4個翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置，鎖頭均為鷹頭鎖，能滿足運輸2只20 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱或1只40 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱或1只45 ft標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的要求。推拉翻轉(zhuǎn)式鎖閉裝置是一種成熟可靠的集裝箱鎖閉裝置，在我國鐵路集裝箱平車和出口鐵路集裝箱平車上廣泛使用。中部的翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置是一種適應(yīng)集裝箱和半掛車運輸?shù)男滦脱b置，工作位時翻出鎖座，可以裝載集裝箱，非工作位時，收起鎖座，不影響半掛車的裝卸。翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置上還設(shè)有防跳裝置，在工作位時防止因鎖座上下跳動造成集裝箱側(cè)滾，非工作位時防止因鎖座橫向擺動侵入限界。

2 半掛車裝載加固方案

2.1 活動鞍座裝置

馱背多功能運輸車一端設(shè)有活動鞍座，活動鞍座用來承載半掛車的前端部分。在車輛垂向，鞍座高度可調(diào)整，以適應(yīng)不同高度的半掛車;在車輛縱向，鞍座可移動，以適應(yīng)不同長度的半掛車。工作狀態(tài)下，鞍座鎖閉裝置可以對半掛車牽引銷鎖閉，實現(xiàn)對半掛車前部的垂向和橫向固定，鞍座在縱向方向是自由的，可以減輕半掛車對鞍座的縱向沖擊。

2.2 輪胎固定裝置

輪胎固定裝置用于固定半掛車輪胎部分，由三組固定式卡座、一組活動式卡座及地板等組成，輪胎垂向支撐由地板和卡座共同提供，縱向約束則由卡座提供，橫向約束由地板和橫向止擋提供。地板面涂有防滑材料，最大限度提高車輪和地板間的摩擦系數(shù)。通過對現(xiàn)有半掛車軸距、輪徑、車輛長度分析，并結(jié)合輪胎彈性變形量，合理匹配固定卡座和活動卡座的相對位置，滿足現(xiàn)有1 0.8 - 13.75 m范圍內(nèi)不同車輛長度、不同軸距、不同輪胎外徑半掛車的裝載加固要求。

3 相關(guān)計算分析

針對馱背多功能運輸車裝載加固方案的三套關(guān)鍵裝置，即集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動鞍座裝置和輪胎固定裝置采用有限元方法進(jìn)行了靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的分析。

3.1 計算依據(jù)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》（以下簡稱TB/T 1335）對集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度計算分析，依據(jù)《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》（以下簡稱加規(guī)）和TB/T 1335對活動鞍座裝置和輪胎固定裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析;參考標(biāo)準(zhǔn)AAR M952-2008《lntermodalContainer Support and Securement System for Freight Cars》（以下簡稱AAR M952）對集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動鞍座裝置進(jìn)行了沖擊強(qiáng)度計算分析，分析在各向沖擊加速度載荷作用下的受力狀態(tài)，評估其沖擊強(qiáng)度;參考EN 12663-2：2010《Railway applications - Structural requirements of railwayvehicle bodies - Part 2：Freight wagons》（以下簡稱EN 12663）對輪胎固定裝置進(jìn)行了縱向沖擊強(qiáng)度分析;參考EN 12663和ERRI B12/RP17《Programe of tests to be carried out onwagons with steel under-frame and body structure and their caststeel frame bogies》（以下簡稱ERRI B12/RP17）規(guī)定的車體垂向和橫向疲勞載荷及評價方法，對集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動鞍座裝置進(jìn)行了疲勞強(qiáng)度計算分析。各裝載加固裝置計算依據(jù)如表1所示。

3.2 計算載荷

車輛中部的翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置在裝載兩個20 ft集裝箱時使用，每個集裝箱總質(zhì)量按35 t計算，以此來考慮翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置的靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。半掛車總質(zhì)量40 t，根據(jù)半掛車設(shè)計要求，取最惡劣的工況下鞍座承載20 t來考慮活動鞍座裝置的靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。考慮40 t半掛車相對承載車體具有縱向沖擊加速度時，輪胎固定裝置各部位受力狀態(tài)，評估其沖擊強(qiáng)度。

AAR M-952規(guī)定了集裝箱的最大三向沖擊加速度，分別為縱向2g，橫向0.5 g和垂向2g，為保守起見，縱向加速度取為3g。集裝箱縱向總沖擊載荷由任意2個鎖座平均承擔(dān)，橫向總沖擊載荷由任意2個鎖座平均承擔(dān)，垂向總沖擊載荷由4個鎖座平均承擔(dān)。對于活動鞍座裝置，分別取活動鞍座承受的半掛車各向沖擊加速度為垂向2g，橫向0.5g和縱向0.5 g，縱向取0.5g加速度為考慮活動鞍座可能存在縱向的異?？芰η闆r。對于輪胎固定裝置，當(dāng)半掛車相對承載車體具有較大縱向沖擊時，輪胎固定裝置將承受高值縱向沖擊載荷，參考EN 12663分析40 t半掛車相對承載車體具有2g縱向沖擊加速度時輪胎固定裝置受力狀態(tài)，評估其沖擊強(qiáng)度。參考EN 12663對車體垂向和橫向疲勞載荷的規(guī)定，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動鞍座裝置的垂向疲勞載荷為：平均載荷為垂向靜載荷，垂向動載荷幅值為0.3倍的垂向靜載荷;橫向疲勞載荷為：平均載荷為垂向靜載荷，橫向動載荷為為0.2倍的垂向靜載荷。

3.3 計算結(jié)果

在靜強(qiáng)度載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動鞍座裝置和輪胎固定裝置各部位的計算應(yīng)力均小于制造材質(zhì)的許用應(yīng)力，滿足靜強(qiáng)度評定要求;在沖擊載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動鞍座裝置和輪胎固定裝置各關(guān)鍵部位的計算應(yīng)力均小于制造材質(zhì)的屈服極限，滿足沖擊強(qiáng)度評定要求;在疲勞載荷工況下，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動鞍座裝置疲勞最薄弱部位的計算應(yīng)力幅小于該結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力幅，疲勞強(qiáng)度滿足評定要求。

4 相關(guān)試驗研究

4.1 靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗

2017-08-11，中車山東機(jī)車車輛有限公司對集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置和活動鞍座裝置進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗研究，測試在極限載荷下的靜強(qiáng)度和運營載荷下的抗疲勞性能，驗證裝置的可靠性。試驗依據(jù)TB/T 1335、EN 12663、《加規(guī)》及GB/T 200692006《道路車輛牽引座強(qiáng)度試驗》進(jìn)行。試驗結(jié)果顯示，集裝箱翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置在各工況下最大應(yīng)力小于所用材料的屈服極限，進(jìn)行1 000萬次疲勞載荷試驗后，進(jìn)行探傷，未發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋或斷裂以及干擾或降低其使用功能的永久變形;活動鞍座裝置在各工況下最大應(yīng)力小于所用材料的許用應(yīng)力，進(jìn)行200萬次垂向疲勞試驗后，對所有焊縫進(jìn)行全面探傷檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋或斷裂以及干擾或降低其使用功能的永久變形。

4.2 車輛靜強(qiáng)度試驗、沖擊試驗

2017-11.由中鐵檢驗認(rèn)證（青島）車輛檢驗站有限公司在青島進(jìn)行了馱背多功能運輸車靜強(qiáng)度試驗和沖擊試驗。試驗結(jié)果表明，馱背多功能運輸車靜強(qiáng)度試驗各項檢測項目符合TB/T 1335標(biāo)準(zhǔn)的要求。

沖擊試驗工況下，裝載集裝箱時，車輛所有測點的最大合成應(yīng)力小于材料的第二工況許用應(yīng)力，沖擊試驗后翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置技術(shù)狀態(tài)良好，沒有發(fā)生損傷;裝載半掛車時，車輛所有測點的最大合成應(yīng)力小于材料的第二工況許用應(yīng)力，沖擊過程中未產(chǎn)生半掛車脫離和傾覆，半掛車裝載加固方案滿足安全運輸要求。

4.3 線路動力學(xué)試驗

2018-05.由中鐵檢驗認(rèn)證（青島）車輛檢驗站有限公司在國家能源集團(tuán)的朔黃鐵路神池南站和東冶站之間進(jìn)行了線路動力學(xué)試驗，試驗期間在翻轉(zhuǎn)鎖閉裝置、活動鞍座裝置和輪胎固定裝置上貼應(yīng)變片，對其動應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測。線路動力學(xué)試驗結(jié)果顯示，各裝載加固裝置所有測點的動應(yīng)力最大值均小于所用材料的許用應(yīng)力。

5 結(jié)論

通過理論分析和試驗驗證，馱背多功能運輸車提供的集裝箱和半掛車裝載加固方案合理可行、安全可靠，目前該車在國家能源集團(tuán)的線路上運用考核，運用期間裝載加固方案安全穩(wěn)定，為我國多式聯(lián)運發(fā)展提供了一種新的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[l]張四梅，陳京亮，劉作義.我國鐵路發(fā)展馱背運輸技術(shù)路線研究[J].中國鐵路，2016（ ll）：32.

[2]洪原山，周曉峰，成建民.TB/T 1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社， 1996.

[3恰明新，王新成，李永福.GB/T 20069-2006道路車輛牽引座強(qiáng)度試驗[S].北京：中國出版社，2006.