我国铁路平车装载加固技术改进探讨

戴安国，于世明，张 忠

（南车二七车辆有限公司 产品开发部，北京 100072）

1 我国铁路平车发展概述

目前，我国铁路通用平车 ( 不包括集装箱专用平车 ) 的主要车型为 N17系列、NX17系列、NX70和NX70A等车型。截至 2012 年底，我国铁路通用平车保有量为 3.6 万辆，约占货车总数的 4.2%，其中N17系列等普通平车数量约为 1.2 万辆，NX17系列、NX70、NX70A等车型的平车数量约为 2.4 万辆。

铁路平车主要用于运送钢材、汽车、机械设备、集装箱、军事装备、长钢轨、混凝土预制梁等货物。按平车结构分类，我国铁路通用平车的底架长度分为 13 m 和 15.4 m 2 种。其中，N17系列普通平车从1971 年开始研制，载重为 60 t，底架长度为 13 m，地板为全木地板结构；NX17系列、NX70、NX70A等车型为共用平车，兼有普通平车和集装箱车2 种功能，地板也采用木地板结构，但在集装箱箱锁处设置有可翻转的集装箱锁闭装置。NX17系列车型从 1998 年开始研制，载重为 60 t，其中 NX17A系列车型的底架长度为 13 m，NX17B系列车型的底架长度为 15.4 m。NX70、NX70A车型为我国 2005 年以后开发的载重 70 t 级共用平车，其中 NX70车型底架长度为 15.4 m，NX70A车型底架长度为 13 m。从 1998 年开始我国新造平车均为共用平车，随着既有普通平车使用寿命到期，数量已逐年减少。

2 我国铁路平车装载加固现状

2.1 平车装载加固概述

根据平车结构特点，平车货物的装载加固主要依靠货物 ( 或草支垫和货物转向架等 ) 与平车木地板的摩擦力，以及钢丝绳等加固线与平车绳栓、支柱槽等栓结点拉牵实现货物在运输中的固定。

在《铁路货物装载加固规则》中，平车及共用平车货物装载加固定型方案包括装载卷钢、轮式机械、机械装备等各型货物。平车装载卷钢运输如图 1 所示。

2.2 既有平车装载加固存在的问题

图 1 平车装载卷钢运输

（1）木地板容易破损。平车采用木地板结构，对加大与货物间的摩擦力、方便钢钉钉入等起到重要作用，但在日晒雨淋的腐蚀及装载货物的磨损下，木地板容易出现破损，影响平车货物装载加固的可靠性。

（2）绳栓等加固栓结点强度及数量不足。绳栓是平车捆绑货物时的主要栓结点之一，N17、NX17系列车型等 60 t 平车使用的绳栓截面尺寸相对较小，材质为 ZG230-450，该绳栓的承载能力较低，在运用中易出现绳栓变形、断裂的情况。NX70、NX70A等 70 t级平车采用加强型绳栓，绳栓结构进行了优化，材料采用屈服强度为 280 MPa 的 B 级钢，承载能力有所提高。近几年，随着我国货物列车编组数量的增加，货物惯性力也随之增大，对加固栓结点的承载能力及数量提出了更高的要求。

（3）端门变形。平车在装载轮式车辆时，一般均通过端部站台进行滚装滚卸，平车端门在放倒后可方便轮式车辆滚装滚卸。多年来，我国平车端门均采用材质为 Q235 的热轧角钢作为上、下边梁，在装载某些新型特种轮式装备时可能导致端门变形，影响平车运用，平车入厂检修时发现的端门变形情况如图2 所示。

3 我国铁路平车装载加固技术改进探讨

3.1 改进平车地板结构

3.1.1 采用新型地板材料

图 2 平车端门变形情况

平车的木地板容易破损已成为平车的常见质量问题， 2005 年我国研究了竹木复合层积材地板，并试装了 500 余辆平车，但经过一段时间的运用后发现，试装的竹木复合层积材地板虽然外观状态保持良好，但内部芯材腐蚀严重。因此，试装的竹木复合层积材地板在平车厂修时全部更换成木地板。

分析国外平车使用的地板材料，采用钢木混合地板具有抗货物碾压强度高、节省木材资源等优点。生产厂家在新型平车开发中研究了采用钢木混合地板的可行性，并进行了钢木混合地板装载坦克、钢卷、箱式货物等典型货物的适应性试验研究。研究表明，平车采用合适的钢、木地板宽度比例，可使钢木混合地板对装载坦克等典型货物具有较好的适应性[1]，为充分验证钢木混合地板的装载性能，还将进行装载加固试验。

3.1.2 优化平车地板端部结构

平车地板端部采用端压铁及螺栓连接在底架端梁上，由于平车端门在放倒后与地板端部具有较大间隙，因此轮式车辆的车轮从端门滚动到地板时对地板端部有较大的冲击，造成端部木地板开裂或端压铁变形，如图 3 所示。同时，由于平车在运行时端门处于关闭状态，竖立的端门妨碍利用端梁上绳栓进行捆绑加固。因此，需要对平车地板端部结构进行优化。为了在轮式车辆滚装时保护木地板，在平车底架的端梁上焊接槽型钢制地板，同时由于此槽钢地板已限制了端部木地板在车辆纵向的移动，因此可以取消容易出现破损的端压铁。

此外，为方便利用端梁上绳栓进行捆绑加固，该槽型钢地板与端梁外侧面留有一定间隙，使端门关闭后加固线可从间隙处通过，以方便货物的捆绑加固。新型平车地板端部如图 4 所示。

图 3 平车端压铁外胀变形情况

图 4 新型平车地板端部

3.2 优化加固栓结点

3.2.1 提高绳栓强度

针对平车既有绳栓出现的强度储备不足，以及采用 2 个铆钉连接方式导致绳栓纵向承载能力较差等问题，设计采用新型牛角形绳栓，该绳栓材质为 C 级钢，底座设置有 4 个铆接孔，可与平车侧梁通过拉铆钉连接，绳栓头部采用逐渐向内收缩的牛角形结构，有利于防止运用中加固线的脱出。牛角形绳栓与既有绳栓结构对比如图 5 所示。

图 5 牛角形绳栓(左)与既有绳栓(右)结构对比

为评估牛角形绳栓与既有绳栓的承载性能，分别对牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓进行仿真计算，计算时在绳栓上施加 45° 斜向上的作用力。牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓的仿真计算结果如表 1 所示。

表 1 牛角形绳栓和既有 70 t 平车绳栓的仿真计算结果

由表 1 可知，既有 70 t 平车绳栓在 4 t 拉力作用下，应力已接近绳栓屈服强度；牛角形绳栓在 6 t 拉力作用下，应力仍距绳栓屈服强度有一定余量，与既有 70 t 平车绳栓相比，其承载能力提高 50% 以上。其仿真计算应力图如图 6 所示。

图 6 牛角形绳栓(左)与既有70 t平车绳栓(右)仿真计算应力图

3.2.2 增加绳栓数量

我国铁路平车从 60 t 级的 N17、NX17系列车型发展至 70 t 级 NX70、NX70A等车型，平车整体性能得到较大提升，绳栓结构也有所优化，但绳栓数量一直未改变，均为每侧 8 个，每个端部 2 个。在对平车货物捆绑加固的调研中发现，由于栓结点数量和位置的限制，经常出现同一栓结点捆绑多道加固线的情况，如图 7 所示，显著增大了对栓结点的作用力。为避免出现加固线集中栓结的情况，将平车每侧绳栓数量由既有的 8 个增加到 12 个，可较好地满足货物加固栓结的需要，并减少加固线集中栓结的现象。

3.2.3 增设地环

军事运输等平车运用部门建议在平车地板上增设地环，以方便对货物进行捆绑加固。美国等国家在平车地板上设置有地环作为货物栓结点。

图 7 平车加固线集中栓结情况

地环的设置应避免影响平车地板的整体结构，考虑到目前我国共用平车地板结构的特点，在集装箱锁闭装置外侧的钢地板处增设内凹式地环。这样既增加货物栓结点，又方便货物的装载加固，而且对平车地板结构基本无影响。平车集装箱锁闭装置及内凹式地环如图 8 所示。

图 8 平车集装箱锁闭装置及内凹式地环

3.3 改进平车端门结构

针对既有平车端门强度储备不足的问题，设计采用高强度冷弯矩形管作为端门的上、下边梁，在保持端门接口尺寸不变的基础上，可将端门抗弯截面模数提高 20%，同时由于冷弯矩形管采用屈服强度为 450 MPa 的高强度耐候钢，相比既有端门采用的 Q235 热轧角钢提升 91%，因此新型端门整体承载能力显著提升。并且，采用矩形管结构端门可取消原结构中角钢与门板的对接焊缝，可改善制造工艺，平车的新型端门和既有端门截面如图 9 所示。

4 结论

图 9 平车新型端门(左)与既有端门(右)截面对比

（1）铁路平车采用钢木混合地板可以提高平车地板抗碾压性能、减少木材资源使用。相关研究表明，采用合适宽度比例的钢木混合地板对坦克等典型货物具有较好的适应性。

（2）70 t 平车绳栓比侧梁采用 4 个铆钉连接的牛角形绳栓的承载能力提升 50% 以上，平车每侧绳栓数量由 8 个增加到 12 个，并且在集装箱锁闭装置外侧的钢地板面上设置捆绑用内凹式地环，方便平车装载加固，有效减少加固线集中栓结现象。

（3）采用高强度冷弯矩形管为上、下边梁的平车端门可显著提升承载能力，并可改善制造工艺。

[1]关雪梅，于世明，戴安国. 铁路平车采用钢木混合地板的探讨[J]. 铁道货运，2012，30(6)：44-48.