超大型設(shè)備鐵路運(yùn)輸車貨匹配設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用

王宏杰

摘要：隨著我國鐵路客運(yùn)專線的大力建設(shè)和逐步投入運(yùn)行，既有線運(yùn)輸能力得到了一定的釋放，為超限貨物運(yùn)輸帶來新的發(fā)展空間。鐵路超限貨物運(yùn)輸雖然在整個(gè)運(yùn)輸體系中所占的比例較小，但這些貨物大多價(jià)值較大，且為國家基本建設(shè)和工業(yè)建設(shè)的核心設(shè)備，如何充分利用鐵路現(xiàn)有建筑限界，安全、高效將其運(yùn)至目的地成為鐵路部門的難題。中鐵特貨大件運(yùn)輸有限責(zé)任公司從超限貨物設(shè)計(jì)階段開始介入，聯(lián)合鐵路科研單位、高校、車輛制造廠共同研發(fā)，打造產(chǎn)、學(xué)、研一體化模式，成功打造超限貨物運(yùn)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(guān)鍵詞：大型設(shè)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0160-03

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，振興中國制造戰(zhàn)略的積極推進(jìn)，通過鐵路運(yùn)輸大型設(shè)備的需求逐年增多[1]，這些國家基本建設(shè)和工業(yè)建設(shè)的核心設(shè)備，裝載后絕大多數(shù)為超限貨物。受鐵路實(shí)際建筑限界和運(yùn)輸裝備等因素的限制，通過鐵路運(yùn)輸?shù)拇笮驮O(shè)備與其他運(yùn)輸方式比較所占比重較小，為了提高鐵路超限貨物運(yùn)輸市場占有率，滿足超限貨物運(yùn)輸市場需求，中鐵特貨大件運(yùn)輸有限責(zé)任公司（以下簡稱大件公司）從大型設(shè)備的設(shè)計(jì)階段開始介入，與設(shè)備制造廠家聯(lián)合研發(fā)，通過優(yōu)化車貨匹配，充分利用鐵路現(xiàn)有建筑限界空間，成功解決了運(yùn)輸難題。

1 改變車輛承載結(jié)構(gòu)運(yùn)輸100萬千瓦發(fā)電機(jī)內(nèi)定子

1.1 運(yùn)輸可行研究

東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司（以下簡稱東電）100萬千瓦整體式發(fā)電機(jī)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(xiàn)有鐵路運(yùn)輸限界，無法通過鐵路運(yùn)輸。為解決運(yùn)輸難題，大件公司與東電多次進(jìn)行技術(shù)交流，并建議東電參照60萬千瓦發(fā)電機(jī)定子運(yùn)輸方式將100萬千瓦整體式發(fā)電機(jī)定子改成內(nèi)外分體式，即將整體式定子分成外機(jī)座和內(nèi)定子，并分別進(jìn)行運(yùn)輸，交由鐵路運(yùn)輸?shù)膬?nèi)定子運(yùn)輸尺寸11500mm×Φ3600mm，裸重342t。

當(dāng)時(shí)鐵路車輛單車最大載重320t，為滿足東電內(nèi)定子的運(yùn)輸需求，需新造載重大于350t或以上的運(yùn)輸車輛。通過與鐵路車輛制造廠溝通，經(jīng)初步設(shè)計(jì)計(jì)算，認(rèn)為新造載重350t以上凹底平車技術(shù)上可行。

1.2 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)優(yōu)化

為進(jìn)一步確認(rèn)運(yùn)輸?shù)目尚行?，?yōu)化運(yùn)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(xué)研究院機(jī)車車輛研究所、北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院等單位的專家就內(nèi)定子裝載和運(yùn)輸進(jìn)行技術(shù)交流。

由于內(nèi)定子結(jié)構(gòu)比較精密，運(yùn)輸時(shí)需進(jìn)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(jìn)行包裝防護(hù)。裝載后含內(nèi)定子承載支座，總高度達(dá)到5290mm，如圖1左圖，鐵路無法運(yùn)輸。

鑒于內(nèi)定子屬圓筒形貨物，大件公司創(chuàng)新提出將車輛凹底架設(shè)計(jì)為圓弧形，以有效降低裝載高度，經(jīng)過計(jì)算，裝后總高度可以降低到4840mm，如圖1右圖，滿足鐵路運(yùn)輸要求。

1.3 車輛設(shè)計(jì)制造

為了研究分析圓弧形凹底架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，齊車公司設(shè)計(jì)、制造了凹底架實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，該?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶凑?：5比例制造，并按內(nèi)定子重量的1/50進(jìn)行加載，采用電測法測試內(nèi)應(yīng)力，采用拉線法和水準(zhǔn)移測量變形量。經(jīng)過換算，凹底架的實(shí)測內(nèi)應(yīng)力和變形量與有限元計(jì)算結(jié)果接近，滿足設(shè)計(jì)要求。

由于凹底架采用高強(qiáng)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(xié)商，在車體凹底架圓弧承載區(qū)焊接固定與貨物匹配的過渡承載支座，以匹配內(nèi)定子與車體圓弧尺寸。

1.4 運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證

為了確保運(yùn)輸安全，大件公司委托中南大學(xué)軌道交通安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對首次裝車過程進(jìn)行全程監(jiān)測，并對內(nèi)定子的運(yùn)輸過程進(jìn)行全程監(jiān)測。

2010年8月5日-8月15日，在鐵路總公司統(tǒng)一調(diào)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(fā)電機(jī)內(nèi)定子，如圖2、圖3，運(yùn)行3700km后安全抵達(dá)目的地。經(jīng)全程對DA37型凹底平車車體關(guān)鍵部位動(dòng)、靜應(yīng)力，轉(zhuǎn)向架彈簧動(dòng)撓度以及小底架心盤加速度進(jìn)行監(jiān)測，全部指標(biāo)均滿足安全評價(jià)指標(biāo)。截至2017年12月，DA37型凹底平車共運(yùn)輸100萬千瓦發(fā)電機(jī)內(nèi)定子10余次，均安全順利抵達(dá)目的地，受到了業(yè)主和用戶的一致好評。

2 改變貨物外形尺寸和承載方式運(yùn)輸60萬千瓦發(fā)電機(jī)定子

2.1 運(yùn)輸需求調(diào)研

2011年大件公司在承運(yùn)哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（以下簡稱哈電）生產(chǎn)的60萬千瓦發(fā)電機(jī)定子，由哈爾濱鐵路局香坊火車站運(yùn)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(shí)間較早，受當(dāng)時(shí)施工條件限制，個(gè)別隧道不滿足現(xiàn)行國標(biāo)建筑限界，運(yùn)輸60萬千瓦發(fā)電機(jī)定子比較困難。為驗(yàn)證該定子通過川黔線的運(yùn)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(yùn)輸，并根據(jù)模擬運(yùn)輸結(jié)果對限界距離不足區(qū)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(yùn)輸成本而且運(yùn)輸周期延長。

2.2 貨物外形尺寸及承載方式的改進(jìn)

哈電現(xiàn)有60萬千瓦發(fā)電機(jī)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(guān)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(dá)到±0.5mm，依靠人工安裝至少需要1周左右時(shí)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(fā)電機(jī)定子裝后總高度達(dá)到5150mm。

通過分析檢查架模擬運(yùn)輸視頻，發(fā)現(xiàn)剮蹭部位都發(fā)生在定子吊攀底座處，如圖5。經(jīng)過哈電與大件公司技術(shù)人員共同努力，設(shè)計(jì)出改進(jìn)型60萬千瓦發(fā)電機(jī)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(dá)到5000mm，通過接觸網(wǎng)高度較低區(qū)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(yùn)輸難度。而且端蓋焊接完成后還需進(jìn)行機(jī)加工處理，端蓋與車輛的配合尺寸精度能夠得以保證。為驗(yàn)證端蓋承載方式的安全性，哈電委托大連交通大學(xué)將端蓋和發(fā)電機(jī)定子作為一個(gè)整體進(jìn)行有限元計(jì)算，并根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果對端蓋進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步確保了運(yùn)輸安全。

2.3 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在發(fā)電機(jī)定子更改設(shè)計(jì)初步確認(rèn)可行后，大件公司按照改進(jìn)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(jìn)行了模擬運(yùn)輸，沒有發(fā)生剮蹭，運(yùn)輸可行。

2015年3月6日至3月30日，哈電改進(jìn)型60萬千瓦發(fā)電機(jī)定子使用D38型鉗夾車裝載，如圖7，在鐵路總公司統(tǒng)一調(diào)度指揮下，由哈爾濱鐵路局香坊站運(yùn)至成都鐵路局茶園站，運(yùn)輸距離約4800km，經(jīng)全程對端蓋和聯(lián)接螺栓靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，全部指標(biāo)均符合安全評價(jià)指標(biāo)。

3 結(jié)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(shí)現(xiàn)大型設(shè)備鐵路運(yùn)輸，不僅解決了企業(yè)的運(yùn)輸難題，也為鐵路獲得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。上述實(shí)例表明，鐵路運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)積極參與大型設(shè)備的生產(chǎn)全過程，從設(shè)計(jì)階段開始介入，聯(lián)合鐵路科研單位、高校、車輛制造廠共同研發(fā)，打造產(chǎn)、學(xué)、研一體化模式，引導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)適合鐵路運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，解決運(yùn)輸難題。

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