100m長鋼軌普通平車矩形方案 偏重原因分析及應(yīng)對措施

李善坡

(中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081)

0 引言

原100 m長鋼軌普通平車梯形裝運方案[1](以下簡稱“梯形方案”)采用8輛換長1.3普通木地板平車，每組裝載50根100 m長鋼軌，自2007年1月正式投入運用以來，為客運專線建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有作用。由于其在運用過程中存在限速80 km/h、座架隔梁裝卸不便、隔梁易丟失、端部車易偏重等問題，目前已逐步被100 m長鋼軌普通平車矩形裝運方案[2](以下簡稱“矩形方案”)所代替。矩形方案不需限速，采用7輛普通木地板平車，每組可裝載56根100 m長鋼軌，采用新型座架、有效解決了隔梁裝卸不便和易丟失的問題，提高了裝卸安全性和運輸效率。

“偏重”是指貨物總重心在車地板上的投影位于車地板橫中心線一側(cè)，造成同側(cè)轉(zhuǎn)向架承重或兩轉(zhuǎn)向架承重差超過限度，有危及行車安全后果的情形，《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》[3]規(guī)定“每個車輛轉(zhuǎn)向架所承受的重量不得超過貨車容許載重量的1/2，且兩轉(zhuǎn)向架承重差不得大于10 t”，若貨車兩轉(zhuǎn)向架承重差超過10 t，在經(jīng)過超偏載檢測裝置時會出現(xiàn)一般偏重報警情況[4]。隨著矩形方案的大面積應(yīng)用，逐步出現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架承重差接近或大于10 t的情況，經(jīng)過一列現(xiàn)場調(diào)研和分析，提出相應(yīng)解決措施。

1 矩形方案及車輛理論承重

1.1 矩形方案

目前推廣應(yīng)用的矩形方案是換長1.5和1.3的普通平車混編運輸矩形裝載加固方案，該方案第2車、第6車為換長1.5、載重70 t平車，其他5車為換長1.3平車(在定型方案中分為2個方案，一個均為載重60 t平車，另一個均為載重70 t車)。第1車、第7車每車安裝1個普通座架和1個端車座架，第2車、第6車每車安裝2個次端車座架，第3車、第4車每車安裝2個鎖定座架，第5車安裝2個普通座架，共使用14個座架[5]，所有座架兩側(cè)插板均安裝在從車端數(shù)第3個支柱槽內(nèi)。矩形方案最多可裝載4層100 m長鋼軌，每層裝載14根，共可裝載56根，總重約339.6 t。在加固方面，與梯形方案和500 m長鋼軌[6]方案相同，仍然采用成熟的橫向整層緊固技術(shù)，每個鎖定座架采用一套緊固裝置[7]。矩形方案示意圖如圖1所示。

圖1 矩形方案示意圖Fig.1 Rectangular loading plan

1.2 車輛理論承重

由矩形方案可知，車輛承重計算屬多支點超靜定力學(xué)問題，可通過編程求解[8]。該方案規(guī)定車輛高差不得大于15 mm，進行承重計算時，考慮車輛高差15 mm和鋼軌整體縱向偏移200 mm各種可能的組合工況，僅列出理想工況和較惡劣的3個工況下的車輛承重計算結(jié)果。工況1:理想工況，車輛等高，鋼軌無縱向偏移。工況2:第1車高15 mm，鋼軌整體向后偏移200 mm。工況3:第2車高15 mm，鋼軌整體向前偏移200 mm。工況4:第3車高15 mm?？紤]座架0.74 t和緊固裝置重量0.23 t，計算各工況下車輛承重。工況1車輛承重計算結(jié)果如表1所示，工況2車輛承重計算結(jié)果如表2所示，工況3車輛承重計算結(jié)果如表3所示，工況4車輛承重計算結(jié)果如表4所示。

由表1可知，在理想工況下，各轉(zhuǎn)向架承重差最大為0.99 t，不會產(chǎn)生偏重；由表2可知，當?shù)?車高15 mm，鋼軌整體向后偏移200 mm時，第1車轉(zhuǎn)向架承重差最大，為6.49 t；由表3可知，當?shù)?車高15 mm，鋼軌整體向前偏移200 mm時，第2車車輛承重最大，為65.40 t，第2車前轉(zhuǎn)向架承重最大，為32.93 t，第3車轉(zhuǎn)向架承重差最大，為7.60 t；由表4可知，當?shù)?車高15 mm時，第4車轉(zhuǎn)向架承重差最大，為7.70 t。

2 矩形方案偏重原因分析及應(yīng)對措施

2.1 偏重原因分析

對發(fā)生偏重問題的車組進行現(xiàn)場檢查和測量，經(jīng)分析，造成矩形方案車輛偏重的原因主要表現(xiàn)如下。

（1）車輛車地板高度差較大。根據(jù)理論計算，車輛承重對各鋼軌承載面的高度差比較敏感，而車輛車地板高度差較大是造成車輛偏重的主要原因，當端部車較高時，端部車轉(zhuǎn)向架承重差較大；中部某一車輛較高時，會導(dǎo)致其相鄰兩車轉(zhuǎn)向架承重差較大；當某一車較低時，也會導(dǎo)致其相鄰車轉(zhuǎn)向架承重差增大。由表4可知當?shù)?車比相鄰車高15 mm時，第4車前后轉(zhuǎn)向架承重差為7.70 t；經(jīng)計算，當端車比相鄰車高25 mm時，端車轉(zhuǎn)向架承重差將超過10 t；當中部某車與相鄰車高差超過20 mm時，相鄰車轉(zhuǎn)向架承重差也會超過10 t。對偏重較大的車輛，現(xiàn)場測量相鄰兩車車地板高度差，一般都超過20 mm，個別甚至超過30 mm，從而導(dǎo)致車輛轉(zhuǎn)向架承重差超過10 t，這與理論計算相吻合。

（2）裝載加固不良。按方案規(guī)定，鋼軌橫中心線盡量與車組中第4車的橫中心線對齊，因技術(shù)原因不能對齊時，縱向偏離橫中心線不大于100 mm。鋼軌裝載時，若鋼軌橫中心線縱向偏移過大，會導(dǎo)致各座架的承重發(fā)生變化，從而增大偏重的風(fēng)險；另外，按方案規(guī)定，緊固裝置每根螺栓兩端分別使用1個緊固螺母緊固、1個防松螺母防松。每個緊固螺母緊固力矩不小于320 N·m，每個防松螺母緊固力矩不小于100 N·m。當螺栓緊固力矩達不到要求時，鋼軌運輸過程中會發(fā)生竄動，從而也會導(dǎo)致偏重，甚至發(fā)生其他安全事故。

表1 工況1車輛承重計算結(jié)果 tTab.1 Result of vehicle loading for case 1

表2 工況2車輛承重計算結(jié)果 tTab.2 Result of vehicle loading for case 2

表3 工況3車輛承重計算結(jié)果 tTab.3 Result of vehicle loading for case 3

表4 工況4車輛承重計算結(jié)果 tTab.4 Result of vehicle loading for case 4

（3）車輛狀況不良。車輛狀況不良主要包括車地板狀況較差和車輛支柱槽位置偏差較大，車地板狀況較差是導(dǎo)致車輛偏重的重要原因，有些車輛在座架安裝位置存在角鐵或壓條翹起、木板腐爛、存在異物等問題。座架安裝位置角鐵或壓條翹起后會將座架高度抬高，座架安裝位置木板腐爛會將座架高度降低，從而間接導(dǎo)致各鋼軌承載面間產(chǎn)生高差。此外，現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)個別車組中存在有復(fù)合材料地板車輛情況，由于復(fù)合材料與木材力學(xué)性能的差異，也會間接導(dǎo)致各鋼軌承載面間產(chǎn)生高差。個別車輛支柱槽焊接位置存在偏差，導(dǎo)致鋼軌跨裝支距發(fā)生變化，從而導(dǎo)致車輛承重發(fā)生變化，在現(xiàn)場裝車過程中還發(fā)現(xiàn)同一車同一橫截面兩側(cè)支柱槽偏差較大導(dǎo)致座架無法安裝的問題。

2.2 應(yīng)對措施

針對造成矩形方案車輛偏重的原因，從合理測量車地板高度差、嚴格按方案裝車、合理選擇車輛等方面提出以下應(yīng)對措施。

（1）合理測量車輛車地板高度差。在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，各裝車單位在首次裝車前，并未對車輛車地板高度進行測量，即使測量，測量方法也不統(tǒng)一，一般采用卷尺在車輛端部測量地板面距軌面的高度，由于車輛車地板面不是一個完全理想的平面，特別是車輛在使用一段時間后，地板面會有局部變形情況，因而在端部測量的數(shù)據(jù)是不準確的。鋼軌的實際承載位置是在座架處，在座架安裝處測量車地板面距軌面高度才是比較準確的位置，為保證測量的準確性，設(shè)計一套簡易輔助測量工具，測量工具主要包括上基準桿和下基準桿，輔以卷尺或便攜式激光測距儀即可較準確測量平車地板面距軌面的高度。上基準桿和下基準桿可采用木材或輕合金材料制作，其總長度不小于2 500 mm，寬度和厚度可根據(jù)所用材料進行調(diào)整，確保上基準桿放在車地板上和下基準桿放在軌道上后具有一定的剛度，下基準桿一端固定擋塊，擋塊高度不小于40 mm，確保下基準桿與軌道垂直，另一端中部標畫縱向標記線。平車地板面距軌面高度測量方法示意圖如圖2所示。

圖2 平車地板面距軌面高度測量方法示意圖Fig.2 The method to measure the height between the car fl oor and rail surface

測量時在座架安裝位置處軌道上安放下基準桿，擋塊與對側(cè)鋼軌側(cè)面密貼，在車地板座架安裝位置處安放上基準桿，以上基準桿底面為基準，打開激光測距儀使光點落在下基準桿的標記線上，讀取測量值L1，假設(shè)下基準桿的厚度為t，則該處車地板面距軌面的高度L=L1+t。在一個車輛2個座架安裝位置兩側(cè)分別測量，共可測量4個高度數(shù)據(jù)，取其平均值作為該車地板面距軌面的實際高度。測量完成后，當發(fā)現(xiàn)相鄰兩車高度差超過方案規(guī)定的15 mm時，應(yīng)及時更換合格車輛或按照方案通過采取加墊木板的方式，使相鄰兩車高度差不大于15 mm。

（2）嚴格按方案裝車。裝車單位應(yīng)嚴格按方案裝車，盡量保證鋼軌橫中心線與車組中第4車的橫中心線對齊。目前我國有攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司(以下簡稱“攀鋼”)、鞍鋼股份有限公司(以下簡稱“鞍鋼”)、內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司(以下簡稱“包鋼”)、武漢鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“武鋼”)和邯鄲鋼鐵集團有限責(zé)任公司(以下簡稱“邯鋼”)五大鋼廠生產(chǎn)100 m長鋼軌，各鋼廠均可實現(xiàn)料堆端部對齊碼放，均采用2至3臺起重機并聯(lián)作業(yè)裝載100 m長鋼軌，其中攀鋼、鞍鋼、包鋼和邯鋼的起重機均可實現(xiàn)縱向鎖定，武鋼的起重機由于自身作業(yè)原因需縱向移動，針對2種縱向動作方式，采取措施如下。①起重機組可實現(xiàn)縱向鎖定時，只需保證車組中第4車橫中心線、料堆橫中心線和起重機組橫中心線在同一個垂直平面內(nèi)即可保證裝載后鋼軌橫中心線與車組中第4車的橫中心線對齊。②起重機組不能實現(xiàn)縱向鎖定時，應(yīng)在第一吊鋼軌上車時進行測量，測量鋼軌兩端部至車組端部的距離，經(jīng)調(diào)整確保2個距離盡量相同，同一組車其余鋼軌均按第一吊鋼軌裝載的位置為基準進行裝載即可。

（3）合理選擇車輛。車輛車地板高度差較大是導(dǎo)致車輛偏重的主要因素之一，車輛選擇不當會間接導(dǎo)致車輛車地板高度差，因而應(yīng)合理選擇車輛。100 m長鋼軌普通平車矩形裝運方案車組一般是固定車底循環(huán)使用，應(yīng)選擇定檢周期一致的車輛，車輛車地板狀態(tài)良好，座架安裝位置的角鐵、壓條應(yīng)平整，木板無腐爛或孔洞，支柱槽位置合理、無缺失或變形情況。盡量選擇同一型號車輛，同樣地板材料車輛。此外，鋼軌裝載前應(yīng)將車地板清掃干凈，使用平集共用車時，應(yīng)將集裝箱鎖頭反扣。

3 結(jié)束語

鐵路貨物裝載加固是一項技術(shù)性較強的工作，從理論計算和試驗表明，嚴格按方案要求選擇車輛和進行貨物裝載加固，100 m長鋼軌普通平車矩形裝運方案不會出現(xiàn)偏重問題，在實際操作中由于現(xiàn)場缺乏合理的技術(shù)手段，現(xiàn)有車輛質(zhì)量狀況參差不齊，容易出現(xiàn)偏重的情況。隨著超偏載檢測裝置的不斷完善和大面積應(yīng)用，在實際工作中，應(yīng)進一步加大長鋼軌管理措施的實施力度，堅持從選車和裝車源頭抓起，全面提高長鋼軌裝載加固質(zhì)量，杜絕偏重問題，確保長鋼軌運輸安全。