關(guān)于木地板平車運(yùn)用中起火故障分析及改進(jìn)建議

周 文

(中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 株洲車輛段，湖南 株洲 412000)

列車運(yùn)行過程中風(fēng)速較大，鐵路平車木地板如果遇到火源極易發(fā)生火災(zāi)事故，嚴(yán)重影響車輛運(yùn)行安全，給鐵路運(yùn)輸秩序帶來極大干擾,因此研究木地板車輛防火措施對(duì)列車安全運(yùn)行有重大意義。

1 問題提出

2019年以來，全路發(fā)生多起列車運(yùn)行中起火事故，都是木地板平車木地板陰燃冒煙的情況。其中幾個(gè)典型案例是：

(1) 2019年8月31日，57091次列車行至滬昆線下行楊市—漣源站間時(shí)，因機(jī)后第5位車輛車體兩側(cè)冒煙停車，構(gòu)成一般D10事故，定車輛檢修部門次要責(zé)任；

(2) 2019年10月31日，31045 次列車行至京廣線沙口站時(shí)，因機(jī)后第30、31、32車輛冒煙停車，構(gòu)成一般D10事故，定車輛檢修部門主要責(zé)任；

(3) 2020年3月18日，21051次列車行至北同蒲線原平站時(shí)，機(jī)后第6位NX17K型平車5276373號(hào)車輛轉(zhuǎn)向架上方木地板冒煙，經(jīng)檢查為外來火源致木地板陰燃；

(4) 2020年4月4日，27104次列車行至蘭新線奎屯站時(shí)，尾部前10位NX17K型平車5276958號(hào)車輛中部車底冒煙。

圖1為平車木地板陰燃冒煙現(xiàn)場。

圖1 平車木地板陰燃冒煙現(xiàn)場

2 防火板對(duì)轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架有效性探討

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，原石家莊車輛廠于1972年首次對(duì)防火板提出了要求，規(guī)定防火板寬度200 mm、長度400 mm，用于當(dāng)時(shí)裝用轉(zhuǎn)4型、新轉(zhuǎn)6型、轉(zhuǎn)6A型、新轉(zhuǎn)8型轉(zhuǎn)向架的棚車和平車。

1976年，原鐵道部下達(dá)了(76 )鐵工字1178號(hào)文《關(guān)于貨車防火板措施建議方案的批復(fù)》對(duì)貨車防火板重新做了規(guī)定，該規(guī)定沿用至今(今裝用轉(zhuǎn)K2等轉(zhuǎn)向架的提速貨車依然采用該規(guī)定)。該文件規(guī)定：防火板為平板形或曲折形，厚度2～3 mm，長度大于850 mm，寬度大于400 m；防火板縱向中心線與中梁縱向中心線的間距為720～800 mm，與地板下表面的間距需大于35 mm(原結(jié)構(gòu)小于35 mm者除外)，與枕梁上蓋板重合量不小于20 mm；防火板以螺栓組裝或分段焊接加固，段焊長度30～50 mm。

裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的木地板平車的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置示意圖如圖2所示。

圖2 裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的木地板平車

車輛制動(dòng)時(shí)閘瓦貼緊踏面，如果閘瓦表面有硬塊或者缺陷，與車輪踏面摩擦?xí)r將產(chǎn)生“火星流”，“火星流”會(huì)沿踏面切線方向飛出。在忽略車輛振動(dòng)、風(fēng)速、火星碰到障礙物反彈、火星重力等對(duì)火星運(yùn)動(dòng)的影響前提下，可利用圖2所示的作圖法求得“火星流”對(duì)平車木地板下表面的影響區(qū)段。列車按圖2所示的方向運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)時(shí)1位輪對(duì)閘瓦與踏面產(chǎn)生的“火星流”對(duì)車體木地板下表面的影響區(qū)段為AD之間；列車按圖2所示的反方向運(yùn)行時(shí)，2位輪對(duì)產(chǎn)生的“火星流”對(duì)車體木地板下表面的影響區(qū)段為CB之間；同理可得到3位、4位輪對(duì)產(chǎn)生的“火星流”對(duì)木地板的影響區(qū)段。

《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定，鐵路貨車允許裝用輪對(duì)輪徑為760～840 mm，結(jié)合圖2計(jì)算出AO、BO、CO、DO各區(qū)段數(shù)值如表1所示。

表1 AO、BO、CO、DO各區(qū)段計(jì)算值 mm

從表1可以看出：理論上現(xiàn)用的防火板對(duì)于裝用轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的車輛可以有效避免“火星流”帶來的火災(zāi)隱患。但在實(shí)際運(yùn)用中，車輛的振動(dòng)、蛇行運(yùn)動(dòng)、火星碰到障礙物后反彈、外力因素(風(fēng)等)均會(huì)改變“火星流”的運(yùn)動(dòng)軌跡，使部分火星越過防火板到達(dá)木地板下表面而引發(fā)火災(zāi)。圖3所示為平車木地板下表面防火板以外區(qū)域的“火星流”痕跡。

圖3 平車木地板下表面防火板以外區(qū)域的“火星流”痕跡

3 原因分析

燃燒的3個(gè)條件分別是可燃物、氧化劑(助燃劑)、點(diǎn)火源(或者高溫)，其中空氣就是助燃劑，本文從點(diǎn)火源(或者高溫)、可燃物兩方面來分析木地板平車木地板著火的原因。

3.1 點(diǎn)火源(或者高溫)分析

對(duì)于在線路上運(yùn)行的車輛來說，由于線路未全面封閉，未熄滅的煙頭等外來火源將其地板引燃的可能性很大；另外由于列車運(yùn)行時(shí)頻繁制動(dòng)，閘瓦與車輪踏面間摩擦產(chǎn)生的“火星流”持續(xù)濺向車體底部也會(huì)引起火災(zāi)。貨車提速以來，平車防火板尺寸未進(jìn)行相應(yīng)更改，防火板尺寸過小，無法對(duì)木地板進(jìn)行有效防護(hù)，致使部分火星繞開防火板直接濺到木地板上，造成平車底部木地板溫度持續(xù)上升直至起火。

圖4為以120 km/h的速度運(yùn)行貨車制動(dòng)時(shí)車輪的ANSYS熱力學(xué)模型，該車采用高磨合成閘瓦進(jìn)行踏面制動(dòng)。

分析圖4所示車輪的ANSYS熱力學(xué)模型，結(jié)果顯示：在不考慮偏載及踏面表面缺陷、閘瓦熔渣等引起踏面局部溫度陡升的情況下，制動(dòng)26 s時(shí)踏面表面溫度高達(dá)290 ℃(圖4中紅色區(qū)域溫度為291.7 ℃)[2-3]，高于木材著火點(diǎn)。若考慮踏面表面缺陷或者閘瓦熔渣等極限情況，“火星流”溫度會(huì)更高。

圖4 踏面制動(dòng)時(shí)車輪熱力學(xué)模型

3.2 可燃物分析

平車木地板由于未進(jìn)行阻燃處理而成為了可燃物。當(dāng)木材遇100 ℃高溫時(shí),木材中的水分開始蒸發(fā)；溫度達(dá)180 ℃時(shí), 木材開始分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃點(diǎn)的焦油成分等；溫度達(dá)到250 ℃時(shí)木材熱解反應(yīng)急劇進(jìn)行，可燃?xì)怏w大量放出并在空氣中氧的作用下著火燃燒[4]。在典型案例(1)事故現(xiàn)場，調(diào)查人員用煙頭(中心溫度700～800 ℃)對(duì)平車中腐蝕的碎屑進(jìn)行測(cè)試，不到1 min就引燃起火。目前的平車木地板材質(zhì)本身存在的問題主要有：

(1) 木地板標(biāo)準(zhǔn)陳舊。目前執(zhí)行的鐵路貨車木材設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是TB/T 1134—1974《貨車木材技術(shù)》，該標(biāo)準(zhǔn)多年未更新，難以適應(yīng)重載、高速的現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸要求。

(2) 木材品質(zhì)不能保證。木材硬度及含水率難以檢測(cè)，判斷屬于何種樹木更是困難，因此，車輛運(yùn)用維修部門(車輛段站修、檢修車間)對(duì)木材品質(zhì)的檢查難度大。

(3) 平車木地板后期維修成本高。尤其是裝用坦克等重型機(jī)械的情況，其履帶或者用于固定的釘子對(duì)木材表面損傷較大，更易造成木材腐朽而縮短使用壽命。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，目前大約2～3年就會(huì)整車更換一次木地板，更換1輛NX17K型通用平車木地板所需木材的成本約13 000元。

(4) 腐朽、破損的木地板存在縫隙、破洞時(shí)，給外來火源提供了藏身之地，也是火災(zāi)隱患。

4 改進(jìn)方案

4.1 改進(jìn)防火板尺寸

實(shí)際運(yùn)用情況表明，防火板尺寸已經(jīng)不能完全起到有效防護(hù)的作用，建議在滿足現(xiàn)有《鐵路貨車段修規(guī)程》相關(guān)要求的前提下，將車輛兩端防火板延長至端梁并焊接在端梁上，將車輛中部防火板延長至合適尺寸，確保底部火星不會(huì)濺射到木地板。

4.2 木地板防腐防火處理

建議對(duì)木地板進(jìn)行防腐防火處理，提高平車木地板的阻燃性能。具體方法有：

(1) 對(duì)木地板涂刷無鹵阻燃劑[5]。無鹵阻燃劑是廣泛應(yīng)用于我國現(xiàn)代化工業(yè)的防腐防火材料,使用無鹵阻燃劑對(duì)木地板進(jìn)行處理可以大幅提高木地板防腐防火性能，但一旦涂刷層破損,阻燃性能隨即消失。

(2) 采用真空加壓浸漬法用阻燃溶液(脒基脲磷酸鹽GUP/八硼酸鈉水溶液)處理平車木地板。文獻(xiàn)[6]的研究結(jié)果表明，阻燃效果最佳的處理方式是：阻燃液濃度10%、真空度0.1 MPa、真空時(shí)間10～20 min、加壓壓力0.6 MPa、加壓時(shí)間20～30 min。文獻(xiàn)[7]的試驗(yàn)研究表明，經(jīng)過阻燃劑處理的木材阻燃氧指數(shù)能達(dá)到42.5，符合國家對(duì)阻燃木材氧指數(shù)的要求(大于27)，大幅提高了木材的阻燃性能。

5 結(jié)束語

本文提出的改進(jìn)方案可有效消除木地板車輛火災(zāi)隱患，且改進(jìn)成本較低。平車木地板經(jīng)過防腐防火處理，可大幅降低其后期維護(hù)成本，延長使用壽命，減少整修時(shí)間，增加貨物裝載率。所以對(duì)現(xiàn)有木地板車輛進(jìn)行防火板改造和防腐防火處理，對(duì)提高鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益和安全性有重大意義。