霍爾果斯口岸站集裝箱轉運工藝方案研究

汪宇亮

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司 設備處，湖北 武漢 430063)

霍爾果斯口岸站作為第二亞歐大陸橋南通道的橋頭堡，主要承接哈薩克斯坦南部地區及中亞其他4國(烏茲別克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫曼斯坦)的貨物換裝轉運工作，并延伸至歐洲，同時也是中歐班列重要的集疏運中心。集裝箱貨物作為鐵路口岸站貨物轉運中的重要組成部分，占鐵路口岸站貨物運量的50% 以上，由于哈薩克斯坦和中國鐵路軌距不同，因而集裝箱在口岸站需要更換轉向架(換輪)或在不同軌距的列車中進行裝卸(換裝)。口岸站的集裝箱轉運工藝指的是在遵循兩國規定的流程下，采用合理的場站布置方式，選擇高效、合理和經濟的集裝箱換裝或換輪的裝卸設備、運輸設備，完成口岸站集裝箱的搬運。口岸站集裝箱轉運工藝方案的優劣直接影響口岸站的裝卸效率和貨場的運營成本，以及中歐班列的順利運行，因而轉運工藝是口岸站研究的重難點。

1 口岸站站場布置形式分析

霍爾果斯口岸站站場的布置形式與其他口岸站不同，其采用縱列分場式，正線設置在一側，換裝裝卸線較長，集裝箱裝卸寬軌重車和準軌空車時均可以直接進入換裝場,霍爾果斯口岸站工藝平面布置圖如圖1所示。

圖1中邊檢場主要作用是對進出口列車及人員進行出入境許可檢查及安全防范檢查；寬軌場主要辦理國外貨物列車的到達和發送作業，貨物列車分類、抽檢、挑出檢修車并兼顧部分問題車輛的存車功能；換裝場主要辦理貨物列車的裝卸、換裝作業；旅客列車和貨物列車換輪庫，主要辦理車輛的換輪作業，貨物列車的換輪設置于換裝場附近，旅客列車的換輪設置于鐵路客運站附近[1]。

圖1 霍爾果斯口岸站工藝平面布置圖Fig.1 Process layout plan of Horgos Port Station

鐵路與公路集疏運區和換裝場主要集中布置在東湖西側，換裝場和到發場、調車場互不妨礙，換輪庫設置在寬軌到發場和準軌到發場之間，與換裝場橫列式并列布置，換輪庫為貫通式的布置形式。霍爾果斯作為我國經濟特區，需要集人流、物流、信息流于一體，具有客貨進出、倉儲、電子商務、保稅加工、購物、博覽展銷、高新技術產業開發、商貿金融等第三產業高度發達的經濟商貿物流中心。因此，在口岸站內除了設置有鐵路口岸作業區外，還設置有國內貨場、中轉倉儲區、保稅區、出口加工區、綜合貿易區、特貨裝載區、綜合配套服務區7個功能區。整個口岸站的平面布置可以實現高效、暢通、快捷的目的，最大限度壓縮機車車輛周轉時間，充分發揮設備轉運能力[2]。

口岸站除了接發列車、解體編組、寬準換裝外，還需要有配合“一關兩檢”的功能性需求，作業流程需包含準軌進口作業流程、準軌出口作業流程、寬軌進口作業流程、車輛返還交接及清算作業流程、國際旅客列車作業流程等，寬軌列車作業流程如圖2所示，準軌列車作業流程如圖3所示。

圖2 寬軌列車作業流程圖Fig.2 Flow chart of broad-gauge freight train operation

圖3 準軌列車作業流程圖Fig.3 Flow chart of standard-gauge freight train operation

準軌和寬軌貨物列車在裝卸完集裝箱后，均需解編重組返回本國，遵循《國際鐵路貨運聯運規定》及中哈雙方簽訂相關會議紀要，即中方出口貨物列車在哈方阿勒騰科里口岸站換裝，中方進口貨物在霍爾果斯口岸站換裝；國際旅客列車及貨物列車換輪在中方霍爾果斯口岸站作業[3]。

目前霍爾果斯口岸站采用這套作業流程和場站布置形式可以滿足整列換裝、大進大出的條件，滿足落地換裝的需求，但不利于換裝場的快速裝卸，不能夠讓寬軌車輛進入換裝場后快速卸貨，海關監管期間會出現以車代庫現象，嚴重制約換裝線能力。

霍爾果斯口岸站集裝箱裝卸區可以滿足60節貨物列車的裝卸作業，由于鐵路口岸站換裝作業遵循貨物對等的交接原則，中國境內的口岸站只需辦理國外進口貨物的換裝和集散，國外車輛需要重新編組返回本國；對方國境內的口岸站同理。由于霍爾果斯口岸站進口增長較快，實際集裝箱日均到發運量(2020年831 TEU)已遠超原設計預測運量(633 TEU)，轉運設備機械化程度低，造成列車終端站停留時間長，嚴重影響口岸站換裝能力，寬軌列車周轉時間超過28 h，準軌列車周轉時間也超過了25 h[4]。

2 霍爾果斯口岸站集裝箱轉運工藝方案研究

2.1 換輪作業工藝方案優化研究

目前霍爾果斯口岸站集裝箱的轉運基本上還是以換裝為主，隨著口岸站轉運貨運量的持續增長，針對集裝箱到達和發送量較其他貨物更集中，運量也較大的情況，可在換裝作業飽和時，利用換輪作業作為集裝箱轉運的補充。整列換輪作業是高效運輸的保證，能有效縮短換輪時間、減少調車工作量和車場內交叉作業、降低車輛在口岸站停時等，實現集裝箱貨物列車的整列到發。

換輪作業關鍵設備包括起重機、駕車機和備用轉向架，目前霍爾果斯換輪作業采用天車吊運轉向架方式，效率低，且不利于轉向架順序編組。研究擬采用一種轉向架連接工裝將轉向架連接起來，編成1列，再以鋼絲鉸繩牽引至庫外。寬、準軌轉向架均采用三大件式轉向架，側架通過承載鞍落在輪軸上，將輪對有效連接。側架主要由側架、支撐座、立柱磨耗板、滑槽磨耗板等4種零部件組成，側架采用寬導框式結構，由搖枕將其連接。空重車自動調整裝置的基準板(橫跨梁)支承在轉向架構架上，這樣有利于實現整列換輪作業的目的[5]。

轉K6型轉向架為集裝箱準軌貨物列車帶變摩擦減震裝置的新型鑄鋼三大件式轉向架，通過一種轉向架連接工裝將轉向架連接起來，編成1列，再以鋼絲鉸繩牽引至庫外，替代傳統的天車吊運轉向架方式，在提高效率的同時利于轉向架順序編組。轉K6型轉向架如圖4所示，可以看出，轉向架構架長度未超出輪對，轉向架連在一起勢必會輪子撞輪子，轉向架連接工裝必須能將相鄰2個轉向架支撐著保持一定距離，且安裝使用方便。此外為了轉向架行走方便，轉向架連接工裝必須固定在轉向架非轉動構件上，根據轉向架結構特點，研究提出以下方案。

圖4 轉K6型轉向架Fig.4 Turn-K6 type bogie

2.1.1 連接中心銷方案

（1）中心銷結構特點。在搖枕的中央設置有8個螺栓孔洞，轉向架通過螺栓固定在搖枕的中央。轉向架和搖枕的中心處有一較大的心盤銷孔，銷孔中設置一處中心銷，鑄鋼中心銷用來連接轉向架和車體枕梁，中心銷既要承受車體上的豎向垂直力和水平橫向力，還要保證車輛在通過曲線時，轉向架和車體不會固定死，可以相對自由地轉動，這樣車輛通過曲線不會產生比較大的阻力。

（2）連接中心銷方案。由中心銷結構特點分析，研究認為設計一種兩端帶套環的拉桿，分別套住2個轉向架的中心銷，可以有效地將2個轉向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護的作用。

2.1.2 連接構架檢查孔方案

（1）構架結構特點。貨車車輛轉向架構架采用B級鋼材質鑄造，側架兩端具有寬度較大的導框，側架的導框插入承載鞍的導槽內。導框和導槽的主要作用是為了限制車體的車軸和車體的側架之間的相對位移。側架的中部設置有一處方形孔，在方形孔兩側各設置了一處磨耗板，進行固定安裝。在側架方孔后面焊接有2個楔塊擋。在側架的兩邊設置有三角檢修孔，設置檢修孔的目的是為了便于維修車輛的制動裝置和更換閘瓦，同時也減輕了車體的重量。

（2）連接構架檢查孔方案。由轉向架構架結構特點分析，研究認為設計一種帶勾頭的拉桿，分別勾住2個轉向架構架的檢查孔，可以有效地將2個轉向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護的作用。

2.1.3 連接制動梁方案

（1）制動梁結構特點。轉K6型轉向架基礎制動裝置由左、右組合制動梁、中拉桿、固定杠桿、固定杠桿支點、游動杠桿、高摩合成閘瓦，以及各種規格的耐磨銷套組成。組合式制動梁為幾個部分通過緊固件組裝在一起而成的模塊化結構形式，兩端采用滑塊式結構，制動梁架為一整體結構，由一段特殊形狀截面的型鋼經切分、拉制而成。支柱采用模鍛工藝制造，其形狀與制動梁架相適應。轉K6型轉向架組合式制動梁結構圖如圖5所示。

圖5 轉K6型轉向架組合式制動梁結構圖Fig.5 Structure drawing of combined brake beam in turn-K6 type bogie

（2）連接制動梁方案。由制動梁結構特點分析，研究認為設計一種連接桿，在連接桿兩端分別設置有夾緊裝置，兩端夾緊裝置夾持在制動梁的支柱上，可以有效將2個轉向架連接起來，又可以使之保持一定距離，起到既連接又保護的作用。

綜上所述，采用上述方法可以實現整列換輪作業，在保證滿足各國要求的情況下，能夠有效縮短換輪時間，減少貨車等待時間、車場內的交叉作業，實現集裝箱貨物列車的整列到發。

2.2 換裝作業工藝方案優化研究

目前霍爾果斯口岸站集裝箱換裝作業區采用軌道式集裝箱門式起重機(以下簡稱“軌道吊”)進行裝卸，布置形式為軌道吊下一條寬軌和一條準軌2種裝卸線分列兩邊，適應直接換裝、落地存儲的需要[6]，集裝箱換裝作業區示意圖如圖6所示。

圖6 集裝箱換裝作業區示意圖Fig.6 Schematic diagram of container reloading area

每條裝卸線設置了1臺軌道式軌道吊，由于其作業形式是單點作業，重車卸車和空車裝車作業時，列車等待時間長；如果采用正面吊和軌道吊組合的形式，受軌道吊跨下作業空間限制，正面吊轉彎半徑不夠，需要對站場進行變更擴建，造成時間和費用的增加。因此，目前擬采用每條裝卸線增設軌道吊的方案。

2.2.1 軌道吊裝卸設計計算

40.5 t軌道吊設計能力指標為25箱次/h，采用3班，4輪轉作業，主要計算參數設定如下。①中轉箱按發送到達量的2%計；②集裝箱運量的波動系數取α= 1.3；③占用箱位時間(到達2.5 d；發送1.5 d；中轉1.5 d)；④最高堆碼層數4層，層高利用系數(到達0.6；發送0.7；中轉0.7)；⑤平均箱重(q= 15 t/TEU)。

日均發送、到達、中轉箱數Ni計算公式為

式中：Ni為日均到達箱數、發送箱數、中轉箱數，TEU；Qi為年到達箱、發送箱、中轉箱運量，萬t；α為集裝箱運量的波動系數；q為集裝箱平均凈載重，t。

日均作業箱數N主計算公式為

式中：N主為主箱場日均作業箱數，TEU；N到為到達場日均作業箱數，TEU；N發為發送場日均作業箱數，TEU；N中為中轉場日均作業箱數，TEU。

霍爾果斯口岸站原設計日均集裝箱到發運量如表1所示。

表1 霍爾果斯口岸站原設計日均集裝箱到發運量表TEUTab.1 Originally designed average daily container shipment scale at Horgos Port Station

主箱區箱位數計算公式為

式中：M主為主箱場總箱位數，個平面位；N主為主箱場各類箱日均作業箱數，TEU；t主i為主箱場各類箱占用箱位時間，d；h主i為主箱場各類箱最高堆碼層數；μ主i為主箱場各類箱層高利用系數。

霍爾果斯口岸站原設計日均集裝箱箱位數如表2所示。

表2 霍爾果斯口岸站原設計日均集裝箱箱位數 TEUTab.2 Originally designed average daily container space at Horgos Port Station

主箱區裝卸機械數量計算公式為

式中：Ci為裝卸機械配置臺數，臺；Ni為各類裝卸機械日均需要作業箱數，TEU；z為集裝箱平均裝卸次數，取2；Pi為裝卸機械作業指標，TEU/h；Ti為裝卸機械日均作業時間，取17 h。

霍爾果斯口岸站原設計日均軌道吊計算數量如表3所示。

表3 霍爾果斯口岸站原設計日均軌道吊計算數量 臺Tab.3 Originally designed daily number of rail-mounted gantry cranes at Horgos Port Station

2.2.2 軌道吊仿真分析

根據霍爾果斯口岸站的工藝圖紙及其他資料，基于集裝箱換裝區列車換裝的工藝流程，利用仿真軟件對集裝箱整列換裝進行仿真，霍爾果斯口岸站集裝箱裝卸區裝卸60節貨物列車，裝載40 ft標準集裝箱 60個，采用軌道吊進行裝卸。

具體作業流程為：在集裝箱換裝區由1/2/3個軌道吊進行卸箱作業，卸到軌道吊下的集裝箱堆存區域，同時準軌列車也駛入集裝箱換裝區，寬軌列車卸完后反方向駛離，接下來將卸下的集裝箱由軌道吊進行準軌列車的裝箱作業，準軌列車裝車完畢后同樣反方向駛離[7]。仿真軟件各項參數表如表4所示。

表4 仿真軟件各項參數表Tab.4 Parameters of simulation software

從寬軌列車駛入集裝箱換裝區時為最初時間節點，到準軌列車駛出集裝箱換裝區為結束時間節點，在匹配1臺軌道吊、2臺軌道吊和3臺軌道吊作業情況下，軌道吊消耗時間和利用率如表5所示。

表5 軌道吊消耗時間和利用率Tab.5 Consumption time and utilization of rail-mounted gantry cranes

匹配1 臺軌道吊時，計算出總作業時間為316 min，約為5.3 h，軌道吊裝(卸)60個集裝箱，平均作業時間為121.5 min，作業效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間為243 min，利用率為76.9%。

匹配2 臺軌道吊時，計算出總作業時間為196 min，約為3.3 h，每個軌道吊裝(卸) 30個集裝箱，平均作業時間分別為61.5 min，58 min，作業效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間分別為123 min，116 min，利用率分別為62.8%，59.3%。

匹配3 臺軌道吊時，計算出總作業時間為156 min，約為2.6 h，每個軌道吊裝(卸) 20個集裝箱，平均作業時間分別為39.5 min，40 min，40 min，作業效率約為2 min/升降動作，軌道吊工作時間分別為79 min，80 min，80 min，利用率分別為50.6%，51.3%，51.3%。

當配置有3臺軌道吊時，投入工作的軌道吊數越多，總作業時間越短，但設備投入數量越多，設備利用率會相應降低，成本也會增加，而且不能避免軌道吊單點作業的問題。 因此，近期在考慮新增軌道吊數量上要慎重，應在考慮作業時間、設備利用率、作業成本的基礎上，綜合決定設備的投入數量。

2.3 換輪和換裝轉運工藝方案比較

目前霍爾果斯口岸站進出集裝箱一般均采用換裝作業，也有一部分到發站相對集中的集裝箱貨物，根據兩國協商，采用換輪作業，比較2種作業方式，集裝箱換裝、換輪作業方式比較如表6所示。

表6 集裝箱換裝、換輪作業方式比較表Tab.6 Comparison between reloading and wheel changing for container transfer

由表6可以看出，換輪作業的特點是時間短、作業環境好、貨物無損耗等，在壓縮作業時間，提高運輸效率方面具有一定優勢。為減少調車工作量、減少車場內交叉干擾，使站內作業流暢、減低口岸站停時，對于具備條件的集裝箱貨物應首先考慮采用換輪作業方式。但是換輪作業方式需要兩國積極配合。企業對于貨物運輸成本、時間、損耗、連續性等關鍵問題都要分析核算，如車輛是租用還是自購，車輛配屬的不同對是否采用換輪作業有較大影響，因而換輪作業需要在互利互惠、實現共贏前提下，由兩國的鐵路部門及雙方企業等共同認可、相互配合[8]。

最理想的方式，口岸站在配備換裝設施的前提下，也應配備換輪設施，實現換輪作業與換裝作業互補。由于國際貿易存在不確定性，并且口岸站貨物波動較大，為保障口岸站通暢，避免出現車輛積壓問題，2種作業方式互補，進行整體調控。

3 研究結論

通過研究分析霍爾果斯口岸站現狀，結合目前貨運量增長情況，提供了可行的改造方案，主要研究結論如下。

（1）首創了整列貨車轉向架采用鋼絲鉸繩牽引方式進行轉線，解決了貨車換輪后轉向架只能通過起重機吊運難題，可大幅提高換輪作業效率。

（2）對比分析既有口岸站換裝、換輪作業方式，得出合理的換裝作業流程，提出換輪作業與換裝作業互補的理念。

（3）對具備條件的集裝箱優先考慮整列裝卸，以提高換裝效率為宗旨的集裝箱整列換裝模式為優化換裝作業提供參考。