戴安國，于世明，張 忠

（南車二七車輛有限公司 產(chǎn)品開發(fā)部，北京 100072）

1 我國鐵路平車發(fā)展概述

目前，我國鐵路通用平車 ( 不包括集裝箱專用平車 ) 的主要車型為 N17系列、NX17系列、NX70和NX70A等車型。截至 2012 年底，我國鐵路通用平車保有量為 3.6 萬輛，約占貨車總數(shù)的 4.2%，其中N17系列等普通平車數(shù)量約為 1.2 萬輛，NX17系列、NX70、NX70A等車型的平車數(shù)量約為 2.4 萬輛。

鐵路平車主要用于運(yùn)送鋼材、汽車、機(jī)械設(shè)備、集裝箱、軍事裝備、長(zhǎng)鋼軌、混凝土預(yù)制梁等貨物。按平車結(jié)構(gòu)分類，我國鐵路通用平車的底架長(zhǎng)度分為 13 m 和 15.4 m 2 種。其中，N17系列普通平車從1971 年開始研制，載重為 60 t，底架長(zhǎng)度為 13 m，地板為全木地板結(jié)構(gòu)；NX17系列、NX70、NX70A等車型為共用平車，兼有普通平車和集裝箱車2 種功能，地板也采用木地板結(jié)構(gòu)，但在集裝箱箱鎖處設(shè)置有可翻轉(zhuǎn)的集裝箱鎖閉裝置。NX17系列車型從 1998 年開始研制，載重為 60 t，其中 NX17A系列車型的底架長(zhǎng)度為 13 m，NX17B系列車型的底架長(zhǎng)度為 15.4 m。NX70、NX70A車型為我國 2005 年以后開發(fā)的載重 70 t 級(jí)共用平車，其中 NX70車型底架長(zhǎng)度為 15.4 m，NX70A車型底架長(zhǎng)度為 13 m。從 1998 年開始我國新造平車均為共用平車，隨著既有普通平車使用壽命到期，數(shù)量已逐年減少。

2 我國鐵路平車裝載加固現(xiàn)狀

2.1 平車裝載加固概述

根據(jù)平車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，平車貨物的裝載加固主要依靠貨物 ( 或草支墊和貨物轉(zhuǎn)向架等 ) 與平車木地板的摩擦力，以及鋼絲繩等加固線與平車?yán)K栓、支柱槽等栓結(jié)點(diǎn)拉牽實(shí)現(xiàn)貨物在運(yùn)輸中的固定。

在《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》中，平車及共用平車貨物裝載加固定型方案包括裝載卷鋼、輪式機(jī)械、機(jī)械裝備等各型貨物。平車裝載卷鋼運(yùn)輸如圖 1 所示。

2.2 既有平車裝載加固存在的問題

圖 1 平車裝載卷鋼運(yùn)輸

（1）木地板容易破損。平車采用木地板結(jié)構(gòu)，對(duì)加大與貨物間的摩擦力、方便鋼釘釘入等起到重要作用，但在日曬雨淋的腐蝕及裝載貨物的磨損下，木地板容易出現(xiàn)破損，影響平車貨物裝載加固的可靠性。

（2）繩栓等加固栓結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度及數(shù)量不足。繩栓是平車?yán)壺浳飼r(shí)的主要栓結(jié)點(diǎn)之一，N17、NX17系列車型等 60 t 平車使用的繩栓截面尺寸相對(duì)較小，材質(zhì)為 ZG230-450，該繩栓的承載能力較低，在運(yùn)用中易出現(xiàn)繩栓變形、斷裂的情況。NX70、NX70A等 70 t級(jí)平車采用加強(qiáng)型繩栓，繩栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，材料采用屈服強(qiáng)度為 280 MPa 的 B 級(jí)鋼，承載能力有所提高。近幾年，隨著我國貨物列車編組數(shù)量的增加，貨物慣性力也隨之增大，對(duì)加固栓結(jié)點(diǎn)的承載能力及數(shù)量提出了更高的要求。

（3）端門變形。平車在裝載輪式車輛時(shí)，一般均通過端部站臺(tái)進(jìn)行滾裝滾卸，平車端門在放倒后可方便輪式車輛滾裝滾卸。多年來，我國平車端門均采用材質(zhì)為 Q235 的熱軋角鋼作為上、下邊梁，在裝載某些新型特種輪式裝備時(shí)可能導(dǎo)致端門變形，影響平車運(yùn)用，平車入廠檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)的端門變形情況如圖2 所示。

3 我國鐵路平車裝載加固技術(shù)改進(jìn)探討

3.1 改進(jìn)平車地板結(jié)構(gòu)

3.1.1 采用新型地板材料

圖 2 平車端門變形情況

平車的木地板容易破損已成為平車的常見質(zhì)量問題， 2005 年我國研究了竹木復(fù)合層積材地板，并試裝了 500 余輛平車，但經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)用后發(fā)現(xiàn)，試裝的竹木復(fù)合層積材地板雖然外觀狀態(tài)保持良好，但內(nèi)部芯材腐蝕嚴(yán)重。因此，試裝的竹木復(fù)合層積材地板在平車廠修時(shí)全部更換成木地板。

分析國外平車使用的地板材料，采用鋼木混合地板具有抗貨物碾壓強(qiáng)度高、節(jié)省木材資源等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)廠家在新型平車開發(fā)中研究了采用鋼木混合地板的可行性，并進(jìn)行了鋼木混合地板裝載坦克、鋼卷、箱式貨物等典型貨物的適應(yīng)性試驗(yàn)研究。研究表明，平車采用合適的鋼、木地板寬度比例，可使鋼木混合地板對(duì)裝載坦克等典型貨物具有較好的適應(yīng)性[1]，為充分驗(yàn)證鋼木混合地板的裝載性能，還將進(jìn)行裝載加固試驗(yàn)。

3.1.2 優(yōu)化平車地板端部結(jié)構(gòu)

平車地板端部采用端壓鐵及螺栓連接在底架端梁上，由于平車端門在放倒后與地板端部具有較大間隙，因此輪式車輛的車輪從端門滾動(dòng)到地板時(shí)對(duì)地板端部有較大的沖擊，造成端部木地板開裂或端壓鐵變形，如圖 3 所示。同時(shí)，由于平車在運(yùn)行時(shí)端門處于關(guān)閉狀態(tài)，豎立的端門妨礙利用端梁上繩栓進(jìn)行捆綁加固。因此，需要對(duì)平車地板端部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。為了在輪式車輛滾裝時(shí)保護(hù)木地板，在平車底架的端梁上焊接槽型鋼制地板，同時(shí)由于此槽鋼地板已限制了端部木地板在車輛縱向的移動(dòng)，因此可以取消容易出現(xiàn)破損的端壓鐵。

此外，為方便利用端梁上繩栓進(jìn)行捆綁加固，該槽型鋼地板與端梁外側(cè)面留有一定間隙，使端門關(guān)閉后加固線可從間隙處通過，以方便貨物的捆綁加固。新型平車地板端部如圖 4 所示。

圖 3 平車端壓鐵外脹變形情況

圖 4 新型平車地板端部

3.2 優(yōu)化加固栓結(jié)點(diǎn)

3.2.1 提高繩栓強(qiáng)度

針對(duì)平車既有繩栓出現(xiàn)的強(qiáng)度儲(chǔ)備不足，以及采用 2 個(gè)鉚釘連接方式導(dǎo)致繩栓縱向承載能力較差等問題，設(shè)計(jì)采用新型牛角形繩栓，該繩栓材質(zhì)為 C 級(jí)鋼，底座設(shè)置有 4 個(gè)鉚接孔，可與平車側(cè)梁通過拉鉚釘連接，繩栓頭部采用逐漸向內(nèi)收縮的牛角形結(jié)構(gòu)，有利于防止運(yùn)用中加固線的脫出。牛角形繩栓與既有繩栓結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖 5 所示。

圖 5 牛角形繩栓(左)與既有繩栓(右)結(jié)構(gòu)對(duì)比

為評(píng)估牛角形繩栓與既有繩栓的承載性能，分別對(duì)牛角形繩栓和既有 70 t 平車?yán)K栓進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算時(shí)在繩栓上施加 45° 斜向上的作用力。牛角形繩栓和既有 70 t 平車?yán)K栓的仿真計(jì)算結(jié)果如表 1 所示。

表 1 牛角形繩栓和既有 70 t 平車?yán)K栓的仿真計(jì)算結(jié)果

由表 1 可知，既有 70 t 平車?yán)K栓在 4 t 拉力作用下，應(yīng)力已接近繩栓屈服強(qiáng)度；牛角形繩栓在 6 t 拉力作用下，應(yīng)力仍距繩栓屈服強(qiáng)度有一定余量，與既有 70 t 平車?yán)K栓相比，其承載能力提高 50% 以上。其仿真計(jì)算應(yīng)力圖如圖 6 所示。

圖 6 牛角形繩栓(左)與既有70 t平車?yán)K栓(右)仿真計(jì)算應(yīng)力圖

3.2.2 增加繩栓數(shù)量

我國鐵路平車從 60 t 級(jí)的 N17、NX17系列車型發(fā)展至 70 t 級(jí) NX70、NX70A等車型，平車整體性能得到較大提升，繩栓結(jié)構(gòu)也有所優(yōu)化，但繩栓數(shù)量一直未改變，均為每側(cè) 8 個(gè)，每個(gè)端部 2 個(gè)。在對(duì)平車貨物捆綁加固的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，由于栓結(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置的限制，經(jīng)常出現(xiàn)同一栓結(jié)點(diǎn)捆綁多道加固線的情況，如圖 7 所示，顯著增大了對(duì)栓結(jié)點(diǎn)的作用力。為避免出現(xiàn)加固線集中栓結(jié)的情況，將平車每側(cè)繩栓數(shù)量由既有的 8 個(gè)增加到 12 個(gè)，可較好地滿足貨物加固栓結(jié)的需要，并減少加固線集中栓結(jié)的現(xiàn)象。

3.2.3 增設(shè)地環(huán)

軍事運(yùn)輸?shù)绕杰囘\(yùn)用部門建議在平車地板上增設(shè)地環(huán)，以方便對(duì)貨物進(jìn)行捆綁加固。美國等國家在平車地板上設(shè)置有地環(huán)作為貨物栓結(jié)點(diǎn)。

圖 7 平車加固線集中栓結(jié)情況

地環(huán)的設(shè)置應(yīng)避免影響平車地板的整體結(jié)構(gòu)，考慮到目前我國共用平車地板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在集裝箱鎖閉裝置外側(cè)的鋼地板處增設(shè)內(nèi)凹式地環(huán)。這樣既增加貨物栓結(jié)點(diǎn)，又方便貨物的裝載加固，而且對(duì)平車地板結(jié)構(gòu)基本無影響。平車集裝箱鎖閉裝置及內(nèi)凹式地環(huán)如圖 8 所示。

圖 8 平車集裝箱鎖閉裝置及內(nèi)凹式地環(huán)

3.3 改進(jìn)平車端門結(jié)構(gòu)

針對(duì)既有平車端門強(qiáng)度儲(chǔ)備不足的問題，設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度冷彎矩形管作為端門的上、下邊梁，在保持端門接口尺寸不變的基礎(chǔ)上，可將端門抗彎截面模數(shù)提高 20%，同時(shí)由于冷彎矩形管采用屈服強(qiáng)度為 450 MPa 的高強(qiáng)度耐候鋼，相比既有端門采用的 Q235 熱軋角鋼提升 91%，因此新型端門整體承載能力顯著提升。并且，采用矩形管結(jié)構(gòu)端門可取消原結(jié)構(gòu)中角鋼與門板的對(duì)接焊縫，可改善制造工藝，平車的新型端門和既有端門截面如圖 9 所示。

4 結(jié)論

圖 9 平車新型端門(左)與既有端門(右)截面對(duì)比

（1）鐵路平車采用鋼木混合地板可以提高平車地板抗碾壓性能、減少木材資源使用。相關(guān)研究表明，采用合適寬度比例的鋼木混合地板對(duì)坦克等典型貨物具有較好的適應(yīng)性。

（2）70 t 平車?yán)K栓比側(cè)梁采用 4 個(gè)鉚釘連接的牛角形繩栓的承載能力提升 50% 以上，平車每側(cè)繩栓數(shù)量由 8 個(gè)增加到 12 個(gè)，并且在集裝箱鎖閉裝置外側(cè)的鋼地板面上設(shè)置捆綁用內(nèi)凹式地環(huán)，方便平車裝載加固，有效減少加固線集中栓結(jié)現(xiàn)象。

（3）采用高強(qiáng)度冷彎矩形管為上、下邊梁的平車端門可顯著提升承載能力，并可改善制造工藝。

[1]關(guān)雪梅，于世明，戴安國. 鐵路平車采用鋼木混合地板的探討[J]. 鐵道貨運(yùn)，2012，30(6)：44-48.