集裝箱車

概述

我國國民經濟和國際貿易的發展,希望提供週期短、效率高、速度快和可靠性高的運輸方式。集裝箱運輸由於效率高、速度快和貨損少,已為世界各國廣泛採用。近年來,各國為了更好地發揮集裝箱運輸的優越性,促進集裝箱運輸的發展, 除了設計製造更多數量的集裝箱專用車外, 還在車輛的型式上取得了巨大的發展,出現了通用集裝箱車、公鐵兩用車、雙層集裝箱車、馱背運輸車以及關節式運輸車等。

1國外集裝箱運輸車的發展狀況

1.1 世界各國普通集裝箱平車發展狀況

(1) 集裝箱平車數量持續增長,在製造底架長18. 4m 平車(可運3個20ft 集裝箱)的同時,也在製造底架加長到24. 5m,可運420ft 或2個40ft 集裝箱的平車。如美國載重為90. 7t 的平車, 可運4 個20ft 或2 個40ft 箱,日本KO K—1—50000型平車可運3個20ft 箱,前蘇聯批量生產的大噸位集裝箱平車可運送3個20ft 箱,並正研製底架長24.5m 的平車。

(2) 車體結構變化較大。有采用強大的中梁而使側梁製成輕型結構的,也有采用短中梁而無貫通式中梁,藉助強大的側梁承載的,還有安裝活動中梁的。

(3) 為保證運送貨物的完好性,集裝箱平車安裝加長行程的緩衝裝置。

(4) 有的集裝箱平車的集裝箱緊固裝置在鎖閉位時比平車底架高出一點,以便於叉車裝卸。

1. 2 雙層集裝箱車

美國車輛限界較高,於70年代後期,開始組織雙層疊裝運輸( DST )方式。DS T的編組通常每列為20單元,每一單元由5輛關節式凹底貨車構成,上、下兩層均可裝載40、45或48ft的集裝箱。美國的國際聯運貨物列車,主要是DST 運輸方式。

1. 3 馱背運輸

原由法國鐵路發起,後被車輛限界較大的美國鐵路應用, 50年代以來有了迅速發展,現美國鐵路約擁有6. 7萬輛馱背運輸車,一般一輛貨車可裝運1 台48ft 拖車、1 台45ft 拖車或3台28ft 拖車。採用門型橋式起重機或夾運裝卸機來裝卸。 車輛限界較小的法國、德國等歐洲鐵路在開始應用馱背運輸車時採用凹底貨車形式,馱背運輸方式已約佔西歐聯運運量的30% 。這種運輸方式在工作效率方面雖存在一些問題,但由於省略了卡車終點站的分類和換裝,可以直接向貨主集結和配屬,具有起動方便,可以快速裝卸等優點。

1. 4 公鐵兩用車

美國鐵路於70年代後期開發了鐵路、公路都能運行的公鐵兩用車M ARKⅣ,該種運輸方式不需貨車,鐵路運輸與公路運輸可直接連接,在鐵路終點站也不需要大型裝載機械。 以後又開發了可裝卸鐵路用轉向架的M ARKⅤ型車。除美國普及了該種運輸方式外,西歐各國鐵路也試製了一些型號的公鐵兩用車。

1. 5 關節式集裝箱車

美國鐵路從80年代開始大量使用關節式凹底平車來運輸集裝箱,採用雙層疊裝方式,一般5輛車為一單元,單元內車輛之間採用關節連接器連接並共用一個轉向架,頭、尾車能運2個20ft 或1個40ft 的集裝箱,中間車輛能運40、45或48ft 的集裝箱,上層可運40、45、48或53ft 的集裝箱,列車總重量(由28個單元組成)近9 000t ,已使美國集裝箱運輸進入了重載運輸階段。現西歐、澳大利亞等國鐵路均已在開發這一運輸方式。

2我國集裝箱運輸車的現狀

2. 1 集裝箱專用車的發展

我國的集裝箱運輸從50年代後期就起步了,但發展相當緩慢,在第一代集裝箱車研製以前,基本採用敞車運輸,不但效率低,而且軸重浪費嚴重。80年代初,北京二七車輛廠研製了第一輛集裝箱專用平車N J4,但由於該車設計參數不太合理, 沒有推廣, 直到80年代末二七廠研製了N J6型(即後來的X6A型) ,才使我國第一代集裝箱專用車批量生產,投入運營,現已有3 600多輛在線路上運行。1994年二七廠利用世界銀行貸款研製了我國第二代集裝箱專用平車X6B型, 現已有幾百輛投入運營。

2. 2 存在的問題

我國集裝箱運輸車存在的問題可概括為數量少、品種單一、構成也不太合理。X6A型底架長13m,能運10t 箱5個,也能運2個20ft 箱或1個40ft 箱,每延米載重4. 89t /m。X6B型底架長15. 4m,能運10t 箱6個,也能運2個20ft 箱或1個40ft 箱或1個45ft 箱,每延米重5. 04t /m。這兩種車均使用轉8A 型轉向架,只有X6B型裝運10t時才能充分利用軸重,而且當前我國鐵路所擁有這兩種車的總量還不到4 000輛,遠遠不能適應我國集裝箱蓬勃發展的形勢。因此,當前除了製造更多數量的X6B型集裝箱平車滿足運輸的需要外, 還要研製技術參數比較合理、能適應下世紀初集裝箱運輸發展的新型集裝箱專用平車。

3 我國集裝箱車的發展模式

1994～2000年的《鐵路主要技術政策》已明確要求大力發展集裝箱運輸,並積極發展國際標準箱,開展國際聯運和大陸橋運輸。我國大力發展集裝箱運輸的時期,也是鐵路發展集裝箱專用平車的大好時機。 我國由於車輛限界較小,很難開展雙層集裝箱運輸,不適宜發展雙層集裝箱車。而且,集裝箱運輸水平較低, 運量與運能矛盾較大,現開展馱背運輸還不能充分體現其快捷迅速的“門到門”優越性,所以在2010年前也不適宜發展馱背運輸車。根據集裝箱向大型化發展情況,國外的普通集裝箱車普遍向大噸位、長底架方向發展。因此2010年我國集裝箱車可能有以下幾種模式。

(1) 底架長為18. 4m 的平車,若仍用轉8A型轉向架,軸重21t,可運6個10t 箱,也可運3個20ft 箱或1個40ft 加1個20ft 箱或1個45ft ,甚至1個48ft 箱。國內現已有廠家研製出來。如用軸重為25t 的2E軸轉向架,可運7個10t 箱,其餘均同上。

(2) 關節式集裝箱車。關節式集裝箱車可能有節數不同的組合,軸重可能有D 軸、E 軸或混合組合,能運各種型號標準箱,所用轉向架,自重較輕,每延米重較大,軸重利用率較高,但需進行直達運輸組織才能發揮其優越性。 我國現已開始組織集裝箱列車直達運輸,將來也會有更多的集裝箱快運線。但該車也會帶來維修、管理上一些新問題。

3) 隨着冷藏集裝箱的發展, 2010年也有可能試製帶有柴油發電機的集裝箱車,作為運輸冷藏集裝箱的動力。

總之,鐵路只有尋找到一種合理的發展模式,並大力發展集裝箱運輸車,才能滿足經濟和生產的需要,促進鐵路運輸現代化的發展。 ^[1] 

概述

六軸糧食漏斗集裝箱車是2014 年太原軌道交通裝備有限責任公司根據澳大利亞客户要求設計製造的新一代糧食運輸專用車 （見圖1），該車主要用於鐵路運輸大麥、小麥和玉米等糧食作物，也可以裝運其他貨物。該車主要由糧食漏斗集裝箱和集裝箱平車組成，由車頂裝載，底門或端門卸車，該車吊離上部的兩個糧食漏斗集裝箱箱後可作為集裝箱平車繼續使用，也可同時單獨裝運3 個國際標準集裝箱，不僅具有自重輕、容積大等特點，而且裝卸方便、快捷，適應鐵路貨物運輸的要求。

1 集裝箱車設計原則

六軸糧食漏斗集裝箱車專為澳大利亞鐵路貨車市場設計，在總體設計中首先將安全性和經濟性置於首要考慮的因素，車輛應具有較好的可靠性與優良的動力學性能，技術參數與技術經濟指標先進合理，並便於日常維護，在保證應有的工作能力和運用安全的情況下降低運營支出，擴大運輸服務範圍。一是在對國內外既有車型運用情況、結構特點、裝卸貨功能等綜合分析基礎上，確定該車的技術參數和結構方式，使技術經濟指標先進合理；二是運用安全可靠，方便檢修；三是操作簡單、方便、安全、高效，符合人機工程及人性化設計要求；四是對車體外觀及車體附屬件進行工業化設計；五是產品設計與工藝設計協同進行，產品設計具有良好的工藝工程性，符合標準化、通用化、精益化設計要求，便於製造、檢測及規模化生產。

2 集裝箱車設計目標

按照澳大利亞客户的技術要求，集裝箱車的設計、試驗、製造和產品質量全面達到領先水平。首先，該車不僅可裝運兩個具有活動頂蓋和自卸功能的糧食漏斗集裝箱，還可作為集裝箱平車裝運國際標準集裝箱。其次，糧食漏斗集裝箱的活動頂蓋以風動形式開閉，卸車方式以風動為主、手動為輔。第三，糧食漏斗集裝箱與糧食接觸部分均採用 T4003 不鏽鋼材料，集裝箱平車主要承載結構採用屈服強度為450 MPa 的Q450NQR1 高強度耐候鋼，型鋼以自制壓型件為主，以減輕車輛自重並降低製造成本。第四，車體符合澳大利亞ROA Plate B 限界的規定，車體使用壽命達30 年。

3 主要技術參數及結構的選取分析

3.1 主要技術參數選取分析

3.1.1 車輛軸重與載重和堆密度及容積

澳大利亞一般9 月至12 月是收穫糧食的季節，1月至 6 月是運輸糧食季節，由於運輸時間短，所以這就要求集裝箱車必須設計由 2 個糧食漏斗集裝箱和 1 個集裝箱平車組成，這樣不僅提高了車輛載重利用率，還縮短了貨運時間。當運糧淡季時，該車還可將上部的 2 個糧食漏斗集裝箱卸掉，作為集裝箱平車繼續使用。糧食漏斗集裝箱分大、小兩個漏斗倉，主要用來裝運大麥和小麥。當裝運大麥時，大小兩個漏斗倉可同時使用；當裝運小麥時，使用大漏斗倉。大麥堆密度為 0.50 t/m3，小麥堆密度為 0.78 t/m3。單個糧食漏斗集裝箱總容積為 63 m3，其中大漏斗倉容積為 51 m3，小漏斗倉容積為 12 m3。參數計算：大小兩個漏斗倉的車輛載重為 63 t，大漏斗倉車輛載重為 80 t。按照澳大利亞客户要求車輛軸重應設計為 23 t。鑑於該車結構複雜，零部件多，自重大，在保證車輛強度和使用壽命的前提下，通過有限元優化分析計算，合理優化車體結構，並選用高強度材料和壓型件，將 2 個糧食漏斗集裝箱的自重控制在 14 t，集裝箱平車的自重控制在 24.5 t。而集裝箱平車還可以裝載其他規格的集裝箱，當裝載3個重載集裝箱時，最大載重約為 113.5 t。

3.1.2 車輛定距與車輛長度及車鈎高度

按照要求，車輛定距為 14 377 mm，車輛長度為20 407 mm，車鈎高度 （空車）為 890 mm。為便於使用叉車裝卸普通集裝箱，要求集裝箱平車的鎖頭承載面距軌面高度（空車）為 1 060 mm。

3.2 主要結構選取

3.2.1 糧食漏斗集裝箱結構的確定

為了減輕車輛自重，降低車體重心，糧食漏斗集裝箱採用了大圓弧包板結構，車內體由筋板、襯板、導流板、連接板等組焊而成，各壓型梁件圍成一個整體框架結構。為了便於運輸，將不同堆密度的大麥和小麥設置成一大一小 2 個分隔開的漏斗倉，其頂部裝料口的寬度為 765～800 mm （為方便裝料確定為 800 mm）。對應兩個漏斗倉的裝料口，還設置了一大一小 2 個防雨擋風的活動頂蓋，通過風動形式開閉。為了提高活動頂蓋組裝和檢修時的安全性，並在車頂設置走道。為了便於卸車，在小漏斗倉端部設置了 2 個推拉式端門，在大漏斗倉底部設置 2 個推拉式底門。端門和底門的結構完全相同，開閉方式以風動為主，手動為輔。為使糧食不受污染，糧食漏斗集裝箱與糧食接觸部分均採用 T4003 不鏽鋼材質，其他部分採用了屈服強度為 355 MPa 的 Q355GNH 高耐候結構鋼。

3.2.2 集裝箱平車底架結構的確定

為使兩個糧食漏斗箱下部伸出漏斗，集裝箱平車的底架採用無通長中梁、中部為漏斗結構 ，由側梁、牽引梁、枕梁、橫樑、中央大橫樑、集裝箱引導裝置等組焊而成。由於側梁是主要承載構件，其為魚腹形結構，為了提高側梁強度，側梁兩端由雙腹板和上、下蓋板組成箱形斷面，在魚腹部增設了內外側柱。為滿足裝運糧食漏斗集裝箱和其他規格的集裝箱，底架上共佈置了 20 個安裝集裝箱鎖頭的鎖孔，集裝箱鎖頭可旋轉，具有防傾覆和跳起功能。底架主要承載結構採用屈服強度為 450 MPa 的 Q450NQR1 高強度耐候鋼，為減輕自重並降低製造成本，底架採用板材和自制壓型件組焊，地板上共開設了 40 個減重孔。

3.2.3 風控管路裝置的確定

為使糧食漏斗集裝箱與集裝箱平車相對獨立，控制活動頂蓋和底、端門開閉的風控管路裝置全部佈置在糧食漏斗集裝箱上。5 個操縱閥及空氣過濾器、進風閥、排風閥、單向閥等配件集中佈置在1個控制箱內，為方便操控，在糧食漏斗集裝箱端部兩側各佈置1 個控制箱。為方便管路連接和檢修，風控管路採用了尼龍軟管和插拔式快裝接頭。

3.2.4 風手制動裝置的確定

為使糧食漏斗集裝箱與集裝箱平車相對獨立，風手制動裝置全部佈置在平車底架上，其中305×254制動缸佈置在底架大橫樑的下方，手制動機佈置在底架端部，為方便操作，手制動裝置均採用具有雙側手輪的FSW 型手制動機。

3.2.5 車鈎緩衝裝置

採用偏心35 mm 的仰頸式車鈎，在滿足車鈎連掛高度890 mm 的基礎上降低了平車承載面高度，使平車高度適應裝卸國際標準集裝箱。

3.2.6 轉向架

採用自重較輕的3E 軸鑄造轉向架，可滿足車輛的使用要求。

4 結束語

六軸糧食漏斗集裝箱車不僅可作為糧食漏斗車，還可作為集裝箱平車，它具有車體強度高、車輛載重大、檢修週期長、維修和運輸成本低等特點。糧食漏斗集裝箱車的研製成功，不僅驗證了產品設計合理及生產工藝的可行性，拓寬了運輸服務範圍，也為今後的批量生產加工積累了經驗。隨着我國鐵路市場的不斷開放，為了適應鐵路貨運市場的需求，六軸糧食漏斗集裝箱車作為新一代糧食運輸專用車對我國鐵路糧食裝運機械化運輸起到了推進作用。 ^[2]