驮背多功能运输车装载加固方案可行性研究

屁中华 李兴 李宝瑞

摘要：通过对驮背多功能运输车运输集装箱和半挂车的装载加固装置进行理论计算和试验研究，表明驮背多功能运输车运输集装箱和半挂车的装载加固方案是合理可行、安全可靠的。

关键词：驮背多功能运输车;集装箱;半挂车;装载加固

中图分类号：U294

文献标识码：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kjycx.2019.09.049

公铁联运可以有效解决铁路运输“之前一千米”和“最后一千米”的问题，是一种“门到门”的高效运输方式[l]，集装箱运输和驮背运输是公铁联运的两种最主要形式。驮背多功能运输车是一种既能满足集装箱运输，又能满足驮背运输的专用铁路货车，如图1所示。《铁路货物装载加固规则》（以下简称《加规》）要求货物均衡、稳定、合理地分布在货车上，能经受正常调车作业以及列车运行中所产生各种力的作用，在运输全过程中，不发生移动、滚动、倾覆、倒塌或坠落等情况[2]。驮背多功能运输车作为一种适合集装箱运输和驮背运输的专用车辆，需同时满足适应集装箱和半挂车的装载加固方案。本文以集装箱锁闭装置、活动鞍座装置、轮胎固定装置为研究对象，就集装箱和半挂车的装载加固方案进行了理论计算与试验。

1 集装箱装载加固方案

铁路运输集装箱较为成熟可靠的装载加固方式是采用集装箱锁闭装置。驮背多功能运输车底架上设有集装箱锁闭装置，车辆两端各设置2个推拉翻转式锁闭装置，车辆中部设有4个翻转锁闭装置，锁头均为鹰头锁，能满足运输2只20 ft标准集装箱或1只40 ft标准集装箱或1只45 ft标准集装箱的要求。推拉翻转式锁闭装置是一种成熟可靠的集装箱锁闭装置，在我国铁路集装箱平车和出口铁路集装箱平车上广泛使用。中部的翻转锁闭装置是一种适应集装箱和半挂车运输的新型装置，工作位时翻出锁座，可以装载集装箱，非工作位时，收起锁座，不影响半挂车的装卸。翻转锁闭装置上还设有防跳装置，在工作位时防止因锁座上下跳动造成集装箱侧滚，非工作位时防止因锁座横向摆动侵入限界。

2 半挂车装载加固方案

2.1 活动鞍座装置

驮背多功能运输车一端设有活动鞍座，活动鞍座用来承载半挂车的前端部分。在车辆垂向，鞍座高度可调整，以适应不同高度的半挂车;在车辆纵向，鞍座可移动，以适应不同长度的半挂车。工作状态下，鞍座锁闭装置可以对半挂车牵引销锁闭，实现对半挂车前部的垂向和横向固定，鞍座在纵向方向是自由的，可以减轻半挂车对鞍座的纵向冲击。

2.2 轮胎固定装置

轮胎固定装置用于固定半挂车轮胎部分，由三组固定式卡座、一组活动式卡座及地板等组成，轮胎垂向支撑由地板和卡座共同提供，纵向约束则由卡座提供，横向约束由地板和横向止挡提供。地板面涂有防滑材料，最大限度提高车轮和地板间的摩擦系数。通过对现有半挂车轴距、轮径、车辆长度分析，并结合轮胎弹性变形量，合理匹配固定卡座和活动卡座的相对位置，满足现有1 0.8 - 13.75 m范围内不同车辆长度、不同轴距、不同轮胎外径半挂车的装载加固要求。

3 相关计算分析

针对驮背多功能运输车装载加固方案的三套关键装置，即集装箱翻转锁闭装置、活动鞍座装置和轮胎固定装置采用有限元方法进行了静强度、冲击强度和疲劳强度的分析。

3.1 计算依据

依据标准TB/T 1335-1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》（以下简称TB/T 1335）对集装箱翻转锁闭装置进行了静强度计算分析，依据《铁路货物装载加固规则》（以下简称加规）和TB/T 1335对活动鞍座装置和轮胎固定装置进行了静强度分析;参考标准AAR M952-2008《lntermodalContainer Support and Securement System for Freight Cars》（以下简称AAR M952）对集装箱翻转锁闭装置和活动鞍座装置进行了冲击强度计算分析，分析在各向冲击加速度载荷作用下的受力状态，评估其冲击强度;参考EN 12663-2：2010《Railway applications - Structural requirements of railwayvehicle bodies - Part 2：Freight wagons》（以下简称EN 12663）对轮胎固定装置进行了纵向冲击强度分析;参考EN 12663和ERRI B12/RP17《Programe of tests to be carried out onwagons with steel under-frame and body structure and their caststeel frame bogies》（以下简称ERRI B12/RP17）规定的车体垂向和横向疲劳载荷及评价方法，对集装箱翻转锁闭装置和活动鞍座装置进行了疲劳强度计算分析。各装载加固装置计算依据如表1所示。

3.2 计算载荷

车辆中部的翻转锁闭装置在装载两个20 ft集装箱时使用，每个集装箱总质量按35 t计算，以此来考虑翻转锁闭装置的静强度、冲击强度和疲劳强度。半挂车总质量40 t，根据半挂车设计要求，取最恶劣的工况下鞍座承载20 t来考虑活动鞍座装置的静强度、冲击强度和疲劳强度。考虑40 t半挂车相对承载车体具有纵向冲击加速度时，轮胎固定装置各部位受力状态，评估其冲击强度。

AAR M-952規定了集装箱的最大三向冲击加速度，分别为纵向2g，横向0.5 g和垂向2g，为保守起见，纵向加速度取为3g。集装箱纵向总冲击载荷由任意2个锁座平均承担，横向总冲击载荷由任意2个锁座平均承担，垂向总冲击载荷由4个锁座平均承担。对于活动鞍座装置，分别取活动鞍座承受的半挂车各向冲击加速度为垂向2g，横向0.5g和纵向0.5 g，纵向取0.5g加速度为考虑活动鞍座可能存在纵向的异常卡滞受力情况。对于轮胎固定装置，当半挂车相对承载车体具有较大纵向冲击时，轮胎固定装置将承受高值纵向冲击载荷，参考EN 12663分析40 t半挂车相对承载车体具有2g纵向冲击加速度时轮胎固定装置受力状态，评估其冲击强度。参考EN 12663对车体垂向和横向疲劳载荷的规定，集装箱翻转锁闭装置和活动鞍座装置的垂向疲劳载荷为：平均载荷为垂向静载荷，垂向动载荷幅值为0.3倍的垂向静载荷;横向疲劳载荷为：平均载荷为垂向静载荷，横向动载荷为为0.2倍的垂向静载荷。

3.3 计算结果

在静强度载荷工况下，集装箱翻转锁闭装置、活动鞍座装置和轮胎固定装置各部位的计算应力均小于制造材质的许用应力，满足静强度评定要求;在冲击载荷工况下，集装箱翻转锁闭装置、活动鞍座装置和轮胎固定装置各关键部位的计算应力均小于制造材质的屈服极限，满足冲击强度评定要求;在疲劳载荷工况下，集装箱翻转锁闭装置和活动鞍座装置疲劳最薄弱部位的计算应力幅小于该结构的容许应力幅，疲劳强度满足评定要求。

4 相关试验研究

4.1 静强度和疲劳强度试验

2017-08-11，中车山东机车车辆有限公司對集装箱翻转锁闭装置和活动鞍座装置进行了静强度和疲劳强度试验研究，测试在极限载荷下的静强度和运营载荷下的抗疲劳性能，验证装置的可靠性。试验依据TB/T 1335、EN 12663、《加规》及GB/T 200692006《道路车辆牵引座强度试验》进行。试验结果显示，集装箱翻转锁闭装置在各工况下最大应力小于所用材料的屈服极限，进行1 000万次疲劳载荷试验后，进行探伤，未发现疲劳裂纹或断裂以及干扰或降低其使用功能的永久变形;活动鞍座装置在各工况下最大应力小于所用材料的许用应力，进行200万次垂向疲劳试验后，对所有焊缝进行全面探伤检查，未发现裂纹或断裂以及干扰或降低其使用功能的永久变形。

4.2 车辆静强度试验、冲击试验

2017-11.由中铁检验认证（青岛）车辆检验站有限公司在青岛进行了驮背多功能运输车静强度试验和冲击试验。试验结果表明，驮背多功能运输车静强度试验各项检测项目符合TB/T 1335标准的要求。

冲击试验工况下，装载集装箱时，车辆所有测点的最大合成应力小于材料的第二工况许用应力，冲击试验后翻转锁闭装置技术状态良好，没有发生损伤;装载半挂车时，车辆所有测点的最大合成应力小于材料的第二工况许用应力，冲击过程中未产生半挂车脱离和倾覆，半挂车装载加固方案满足安全运输要求。

4.3 线路动力学试验

2018-05.由中铁检验认证（青岛）车辆检验站有限公司在国家能源集团的朔黄铁路神池南站和东冶站之间进行了线路动力学试验，试验期间在翻转锁闭装置、活动鞍座装置和轮胎固定装置上贴应变片，对其动应力进行了监测。线路动力学试验结果显示，各装载加固装置所有测点的动应力最大值均小于所用材料的许用应力。

5 结论

通过理论分析和试验验证，驮背多功能运输车提供的集装箱和半挂车装载加固方案合理可行、安全可靠，目前该车在国家能源集团的线路上运用考核，运用期间装载加固方案安全稳定，为我国多式联运发展提供了一种新的解决方案。

参考文献：

[l]张四梅，陈京亮，刘作义.我国铁路发展驮背运输技术路线研究[J].中国铁路，2016（ ll）：32.

[2]洪原山，周晓峰，成建民.TB/T 1335-1996铁道车辆强度设计及试验鉴定规范[S].北京：中国铁道出版社， 1996.

[3恰明新，王新成，李永福.GB/T 20069-2006道路车辆牵引座强度试验[S].北京：中国出版社，2006.