鐵路機車車輛限界對超限貨物安全運輸影響的研究

張曹輝

摘 要：超限貨物的運輸與鐵路限界的制定直接相關(guān)，通過闡述機車車輛限界、建筑限界對于超限貨物運輸?shù)挠绊懀治雠卸ǔ挢浳锛俺薜燃壍囊罁?jù)，及超限貨物運輸特點、會車限速的規(guī)定，對于超限貨物運輸提出遵守鐵路限界與超限貨物運輸相統(tǒng)一的原則、推進貨車裝載狀態(tài)智能化檢測的建議。

關(guān)鍵詞：鐵路限界 超限貨物 超限等級 會車限速

1 鐵路限界與安全空間

為了保證機車車輛能夠在全國鐵路路網(wǎng)內(nèi)暢行無阻，不因機車、車輛外形尺寸設(shè)計不合理、貨物裝載不規(guī)范或建筑物、地面設(shè)施的位置不當造成行車事故，必須利用鐵路限界對機車、車輛及建筑物等地面設(shè)施的極限輪廓加以制約。鐵路限界包括機車車輛限界（簡稱車限）和建筑限界（簡稱建限）[1]，是鐵路各個業(yè)務(wù)部門均須遵循的基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程，其直接關(guān)系到行車速度、列車質(zhì)量的提高及鐵路運輸經(jīng)濟效益。

機車車輛限界是一個垂直于線路中心線的極限橫斷面輪廓，其限制了機車車輛橫斷面的最大容許尺寸，是機車車輛設(shè)計制造、改造、運用都必須遵守的基本依據(jù)。機車車輛不論是在空車狀態(tài)還是重車狀態(tài)，除了電力機車升起來的受電弓之外[1]，均不可超出機車車輛限界。機車車輛限界是評價機車車輛安全性的重要指標之一，其直接關(guān)系到機車車輛在軌道上運行的安全性。

建筑限界也是一個垂直于線路中心線的橫斷面極限輪廓，其限制了線路建筑物或地面設(shè)施距線路中心及軌面的最小容許尺寸。接近線路的建筑物和地面設(shè)施的任何部位均不允許侵入建筑限界。機車車輛限界和建筑限界之間在水平方向和垂直方向預(yù)留有一定的間隙，該間隙稱之為安全空間，空間的大小應(yīng)考慮以下因素：

（1）由車輛制造公差導(dǎo)致的偏移或傾斜。

（2）車輛受到名義載荷，彈簧因壓縮導(dǎo)致下沉，且彈簧因性能誤差而引起的偏移或傾斜[1]。

（3）因車輛零件磨耗或永久變形導(dǎo)致車輛下沉，尤其是非均勻磨耗或變形導(dǎo)致的車輛傾斜和偏移。

（4）因車輛自身存在的及輪軌間的橫向間隙導(dǎo)致車輛與軌道間可能形成的偏移。

（5）車輛在運行過程中由于力的作用引起車輛相對軌道的偏移，包括車輛在過曲線時實際運行速度與軌道超高所規(guī)定的運行速度不相符而造成的車體傾斜；車輛在行駛過程中由于振動產(chǎn)生各個方向的位移[1]。

（6）軌道因列車的反復(fù)作用可能存在隨機不平順。

（7）運輸某些超長超寬貨物時存在超限的可能。

以保證行車安全為前提，并合理利用安全空間實現(xiàn)超限貨物運輸（運輸超出機車車輛限界但不超出建筑限界的大件貨物）對于保障國家重點工程建設(shè)、國防建設(shè)，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具有極其重要意義。

2 超限貨物運輸現(xiàn)狀

2.1 超限貨物判定

貨物裝車后，處于靜止或運動的狀態(tài)，貨物在高度方向、寬度方向的任何部位超過了機車車輛限界視為超限貨物，其包括以下3種情況：

（1）裝載貨物的鐵道車輛停留在直線軌道時，貨物在高度方向、寬度方向的任何部位超過了機車車輛限界視為超限貨物。

（2）貨物裝車后，在以上兩種情況下，均為未超過機車車輛限界，當運行至特定區(qū)間時，超出特定區(qū)間的裝載限界，亦視為超限貨物。

（3）裝載貨物的鐵道車輛在直線軌道停留或運行時雖不超限，但運行至半徑為300m的曲線軌道時，貨物內(nèi)外側(cè)的計算寬度超過機車車輛限界，視為超限貨物[2]。

貨物內(nèi)外側(cè)計算寬度的計算方法如下所述：

（1）采用六軸及以下貨車運載貨物

當貨物的檢定斷面處于轉(zhuǎn)向架兩心盤中心之間時，其計算方法如下：

（mm）? ? ? ? ? ?（1）

公式（1）中B指實測寬度，其含義為貨物檢定斷面的計算點到車輛縱向中心線所處垂直平面的距離；C內(nèi)指貨物檢定斷面處的內(nèi)偏差量，其含義為車輛縱向中心線在貨物檢定斷面處偏離軌道中心線的距離，C內(nèi)計算方法如下：

（mm）? ? ?（2）

公式（2）中l(wèi)指轉(zhuǎn)向架中心距，x指貨物檢定斷面到車輛橫向中心線的距離，R指曲線半徑，其中l(wèi)，x，R的單位均為m。

當貨物的檢定斷面處于轉(zhuǎn)向架兩心盤中心外時，其計算方法如下：

（mm）? ? ? （3）

公式（3）中C外指貨物檢定斷面處的外偏差量，其含義為車輛縱向中心線在貨物檢定斷面處偏離軌道中心線的距離，C外計算方法如下：

（mm） ? ? ? ?（4）

公式（3）中K指貨物檢定斷面處的附加偏差量，其計算方法如下：

（mm）? ? ? （5）

（2）采用六軸以上長大貨車運載貨物

當貨物的檢定斷面位于大底架兩上心盤中心之間時，其計算方法如下：

（mm）? ? ? ?（6）

公式（6）中C內(nèi)的計算方法如下：

（7）

公式（7）中L1、…、Ln分別指長大貨物車由上向下各層底架上心盤中心距，單位為m；n指長大貨物車底架層數(shù)；x指貨物檢定斷面到車輛橫向中心線的距離，單位為m。

當貨物的檢定斷面位于大底架兩上心盤中心外時，其計算方法如下：

（mm）? ? ? （8）

公式（8）中C外的計算方法如下：

（9）

公式（8）中K的計算公式為：

（mm）? ? ? ? （10）

2.2 超限等級判定

依據(jù)超限程度不同超限貨物分為一級超限、二級超限、超級超限3個等級[2]。

（1）一級超限是指自軌面起高度在以上超限但未超出一級超限限界者，如圖1所示。

（2）二級超限是指超出一級超限限界而未超出二級超限限界者，及自軌面起高度在而未滿間超限而未超出二級超限限界者，如圖2所示。

（3）超級超限是指超出二級超限限界者，及自軌面起高度在至間超限者。

按照貨物超限部位所處的高度，超限貨物分為上部超限、中部超限、下部超限。

（1）上部超限是指自軌面起高度超過，任意部位超限者。

（2）中部超限是指自軌面起高度超過至之間，任意部位超限者；

（3）下部超限是指自軌面起高度在至之間，任意部位超限者。

2.3 超限貨物運輸特點

超限貨物無法采用通用型貨車運輸，必須使用長大貨物車裝運。長大貨物車（基本型號為D）主要用來裝運長大、超重、超限貨物，根據(jù)車輛構(gòu)造不同，主要有長大平車、凹底平車、落下孔車、鉗夾車等車型。

（1）長大平車。與通用型平車相比，長大平車底架承載面較長，運載貨物適應(yīng)范圍較廣。主要車型有、、、、等。型長大平車可運輸化工設(shè)備、長鋼軌、大型機械、電站設(shè)備等長大貨物。型車空車地板面距離軌面高，底架長，克服了地板面高、承載面短的問題，使其裝載貨物的適用范圍擴大。與、長大平車相比，集載能力平均提高了，在的承載面長度達到了滿載，且裝用軸焊接構(gòu)架轉(zhuǎn)向架，商業(yè)運營速度為[1，3]。

（2）凹底平車。圓弧承載結(jié)構(gòu)凹底架提高了凹底平車的結(jié)構(gòu)強度和橫向剛度，運行平穩(wěn)性高，裝載方便、其在長大貨物車中的占比最大，約占70%，主要用來運輸電力、冶金等行業(yè)的超限、超重貨物。凹底平車裝承載物后無法利用提升機構(gòu)調(diào)整貨物距軌面的高度。然而若距軌面的高度太低則會影響到行車安全。由于其承載面需占有一定的高度且長度不可太長，因此一些較高和較長的貨物不宜使用凹底平車裝運。凹底平車主要車型有、、、等。型凹底平車載重370t，是目前我國載重最大、承載面最長，屬于自重系數(shù)最小的大噸位凹底平車。

（3）落下孔車。該車車體主要由側(cè)承梁、小底架、中底架、大底架、導(dǎo)向梁、調(diào)寬裝置等部分組成，該車可手動操縱無級調(diào)節(jié)落下孔寬度，該車側(cè)承梁可拆卸也可調(diào)寬，可提高空間利用率，空車回送時不超限，可最大程度利用機車車輛限界，提高回送效率，適用于裝運截面尺寸較高的貨物，一般用來裝運軋機架、變壓器等。主要車型有、、、、、等。落下孔車的載重為，是目前我國落下孔車中載重和裝載長度最大的車輛，供在我國標準軌距軌道上使用，可運輸、軋鋼機機架設(shè)備等[1，3]。

（4）鉗夾車。鉗夾車將車輛制成兩節(jié)，貨物夾在兩節(jié)車之間或者通過貨物承載架裝載于兩節(jié)車之間，貨物的每端都連接于鉗夾車的懸臂梁，貨物距離軌面的高度可以達到很低，可充分利用車輛下部限界。該車結(jié)構(gòu)主要包括大底架、小底架、鉗形梁、導(dǎo)向梁、側(cè)移裝置、液壓提升機構(gòu)、調(diào)寬裝置、導(dǎo)向機構(gòu)、縱向補償及稱重機構(gòu)等。目前鐵路運輸采用的鉗夾車主要有、、等車型。的載重為，其載重量是國內(nèi)目前最大的，可充分利用鐵路建筑限界，設(shè)有內(nèi)、中、外種導(dǎo)向裝置、液壓起升裝置、側(cè)移裝置等，可避開軌面障礙物，提高了運輸超限貨物的能力。該車供在標準軌距軌道路上運用，適用于運輸國產(chǎn)發(fā)電機定子，也可裝運冶金、電力、化工、重型機械等行業(yè)的超限貨物。

3 鐵路超限貨物運輸對會車限速的規(guī)定

車限在距軌面高處的寬度是，建限在該高度范圍的寬度是，此處的車限與建限的一側(cè)距離為；在等高度范圍，若直線線路最小線間距是，則兩列車會車間距是，那么每列車的安全間隙為有，小于與建限的一側(cè)距離為，該線間距可以確保一般列車會車的安全性，但超限貨物列車無法保證的安全會車。為了確保超限貨物列車的行車安全，超限貨物列車被禁止會車或限速會車。

《鐵路超限超重貨物運輸規(guī)則》關(guān)于超限貨物列車的運行速度給出如下規(guī)定。

編掛有超限貨物車輛的列車行駛在雙線軌道、多線軌道或并行于單線軌道時，當與鄰線列車會車時，鄰線列車運行速度，兩運行列車之間的最小距離者不限速，至之間者運行速度不得，小于者禁止會車。鄰線列車運行速度，兩運行列車之間的最小距離，至之間者運行速度不得，者禁止會車。鄰線列車運行速度的，禁止會車[1]。

編掛有超限貨物車輛的列車在運行過程中，若超限貨物的任意部位靠近建筑物或地面設(shè)備時，須執(zhí)行如下規(guī)定：超限貨物的任意超限部位與建筑限界之間的距離（簡稱限界距離），在之間時，運行速度。限界距離超出時，運行速度[1]。

由上述規(guī)則可知，鐵路超限貨物的運輸會帶來很多限速點的增加，限速點的增多將會影響列車的運行時分。當限速段長度較短時，為保證司機不會由于頻繁操作司機控制器而產(chǎn)生疲勞，列車須保持相同運行工況以上[4]，也就是說當限速段長度很短時，仍需要保持一定的恒速運行距離。

4 對超限貨物運輸?shù)慕ㄗh

4.1 遵守鐵路限界與超限貨物運輸?shù)慕y(tǒng)一原則

鐵路限界直接關(guān)系到超限貨物的運輸速度及運輸路徑，決定超限貨物的最大輪廓尺寸，也是判定超限貨物超限等級的依據(jù)，而超限貨物的運輸也對鐵路限界的修訂造成影響。鐵路限界與超限貨物運輸?shù)挠绊懯窍嗷サ?，唯有遵循鐵路限界與超限貨物運輸?shù)慕y(tǒng)一性，才能充分利用鐵路超限貨物運輸，促進國民經(jīng)濟快速發(fā)展。

4.2 推進貨車裝載狀態(tài)的智能化檢測

列車安全始終是鐵路運輸?shù)氖滓囊?，而貨車的裝載狀態(tài)直接影響列車行車安全。然而，目前我國對貨車裝載狀態(tài)進行檢測時，被檢車輛須停車，且檢測方式依賴人工檢測與觀察，檢測數(shù)據(jù)仍需依靠人工錄入，檢測精度低，漏檢、誤檢率高，勞動強度大，因此，應(yīng)推進貨車裝載狀態(tài)智能化檢測技術(shù)的應(yīng)用，解決由于貨車裝載超限檢測誤差而導(dǎo)致的行車安全隱患，并對超限貨車的超限等級進行自動判斷，通過與限界數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)對比，自動選擇超限貨物車輛運輸?shù)淖顑?yōu)化徑路。

基金資助：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院2022年度立項課題“基于激光對射傳感器的鐵道車輛靜態(tài)限界測量裝置的設(shè)計與實現(xiàn)”（編號：XTZY22G06）。

參考文獻：

[1]袁清武.車輛構(gòu)造與檢修[M]. 北京：中國鐵道出版社，2021.

[2] 中國鐵路總公司. 鐵路超限超重貨物運輸規(guī)則[M]. 北京：中國鐵道出版社，2016.

[3]李濤，趙杰，王永吉.鐵路超限超重貨物運輸優(yōu)化對策探討[J].鐵道貨運，2020，38（10）：17-22.

[4]李雪芹，豐偉.鐵路限界對超限貨物運輸影響的研究[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2007（11）：74-76.