100m长钢轨普通平车矩形方案 偏重原因分析及应对措施

李善坡

(中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081)

0 引言

原100 m长钢轨普通平车梯形装运方案[1](以下简称“梯形方案”)采用8辆换长1.3普通木地板平车，每组装载50根100 m长钢轨，自2007年1月正式投入运用以来，为客运专线建设发挥了应有作用。由于其在运用过程中存在限速80 km/h、座架隔梁装卸不便、隔梁易丢失、端部车易偏重等问题，目前已逐步被100 m长钢轨普通平车矩形装运方案[2](以下简称“矩形方案”)所代替。矩形方案不需限速，采用7辆普通木地板平车，每组可装载56根100 m长钢轨，采用新型座架、有效解决了隔梁装卸不便和易丢失的问题，提高了装卸安全性和运输效率。

“偏重”是指货物总重心在车地板上的投影位于车地板横中心线一侧，造成同侧转向架承重或两转向架承重差超过限度，有危及行车安全后果的情形，《铁路货物装载加固规则》[3]规定“每个车辆转向架所承受的重量不得超过货车容许载重量的1/2，且两转向架承重差不得大于10 t”，若货车两转向架承重差超过10 t，在经过超偏载检测装置时会出现一般偏重报警情况[4]。随着矩形方案的大面积应用，逐步出现了转向架承重差接近或大于10 t的情况，经过一列现场调研和分析，提出相应解决措施。

1 矩形方案及车辆理论承重

1.1 矩形方案

目前推广应用的矩形方案是换长1.5和1.3的普通平车混编运输矩形装载加固方案，该方案第2车、第6车为换长1.5、载重70 t平车，其他5车为换长1.3平车(在定型方案中分为2个方案，一个均为载重60 t平车，另一个均为载重70 t车)。第1车、第7车每车安装1个普通座架和1个端车座架，第2车、第6车每车安装2个次端车座架，第3车、第4车每车安装2个锁定座架，第5车安装2个普通座架，共使用14个座架[5]，所有座架两侧插板均安装在从车端数第3个支柱槽内。矩形方案最多可装载4层100 m长钢轨，每层装载14根，共可装载56根，总重约339.6 t。在加固方面，与梯形方案和500 m长钢轨[6]方案相同，仍然采用成熟的横向整层紧固技术，每个锁定座架采用一套紧固装置[7]。矩形方案示意图如图1所示。

图1 矩形方案示意图Fig.1 Rectangular loading plan

1.2 车辆理论承重

由矩形方案可知，车辆承重计算属多支点超静定力学问题，可通过编程求解[8]。该方案规定车辆高差不得大于15 mm，进行承重计算时，考虑车辆高差15 mm和钢轨整体纵向偏移200 mm各种可能的组合工况，仅列出理想工况和较恶劣的3个工况下的车辆承重计算结果。工况1:理想工况，车辆等高，钢轨无纵向偏移。工况2:第1车高15 mm，钢轨整体向后偏移200 mm。工况3:第2车高15 mm，钢轨整体向前偏移200 mm。工况4:第3车高15 mm。考虑座架0.74 t和紧固装置重量0.23 t，计算各工况下车辆承重。工况1车辆承重计算结果如表1所示，工况2车辆承重计算结果如表2所示，工况3车辆承重计算结果如表3所示，工况4车辆承重计算结果如表4所示。

由表1可知，在理想工况下，各转向架承重差最大为0.99 t，不会产生偏重；由表2可知，当第1车高15 mm，钢轨整体向后偏移200 mm时，第1车转向架承重差最大，为6.49 t；由表3可知，当第2车高15 mm，钢轨整体向前偏移200 mm时，第2车车辆承重最大，为65.40 t，第2车前转向架承重最大，为32.93 t，第3车转向架承重差最大，为7.60 t；由表4可知，当第3车高15 mm时，第4车转向架承重差最大，为7.70 t。

2 矩形方案偏重原因分析及应对措施

2.1 偏重原因分析

对发生偏重问题的车组进行现场检查和测量，经分析，造成矩形方案车辆偏重的原因主要表现如下。

（1）车辆车地板高度差较大。根据理论计算，车辆承重对各钢轨承载面的高度差比较敏感，而车辆车地板高度差较大是造成车辆偏重的主要原因，当端部车较高时，端部车转向架承重差较大；中部某一车辆较高时，会导致其相邻两车转向架承重差较大；当某一车较低时，也会导致其相邻车转向架承重差增大。由表4可知当第3车比相邻车高15 mm时，第4车前后转向架承重差为7.70 t；经计算，当端车比相邻车高25 mm时，端车转向架承重差将超过10 t；当中部某车与相邻车高差超过20 mm时，相邻车转向架承重差也会超过10 t。对偏重较大的车辆，现场测量相邻两车车地板高度差，一般都超过20 mm，个别甚至超过30 mm，从而导致车辆转向架承重差超过10 t，这与理论计算相吻合。

（2）装载加固不良。按方案规定，钢轨横中心线尽量与车组中第4车的横中心线对齐，因技术原因不能对齐时，纵向偏离横中心线不大于100 mm。钢轨装载时，若钢轨横中心线纵向偏移过大，会导致各座架的承重发生变化，从而增大偏重的风险；另外，按方案规定，紧固装置每根螺栓两端分别使用1个紧固螺母紧固、1个防松螺母防松。每个紧固螺母紧固力矩不小于320 N·m，每个防松螺母紧固力矩不小于100 N·m。当螺栓紧固力矩达不到要求时，钢轨运输过程中会发生窜动，从而也会导致偏重，甚至发生其他安全事故。

表1 工况1车辆承重计算结果 tTab.1 Result of vehicle loading for case 1

表2 工况2车辆承重计算结果 tTab.2 Result of vehicle loading for case 2

表3 工况3车辆承重计算结果 tTab.3 Result of vehicle loading for case 3

表4 工况4车辆承重计算结果 tTab.4 Result of vehicle loading for case 4

（3）车辆状况不良。车辆状况不良主要包括车地板状况较差和车辆支柱槽位置偏差较大，车地板状况较差是导致车辆偏重的重要原因，有些车辆在座架安装位置存在角铁或压条翘起、木板腐烂、存在异物等问题。座架安装位置角铁或压条翘起后会将座架高度抬高，座架安装位置木板腐烂会将座架高度降低，从而间接导致各钢轨承载面间产生高差。此外，现场调研发现个别车组中存在有复合材料地板车辆情况，由于复合材料与木材力学性能的差异，也会间接导致各钢轨承载面间产生高差。个别车辆支柱槽焊接位置存在偏差，导致钢轨跨装支距发生变化，从而导致车辆承重发生变化，在现场装车过程中还发现同一车同一横截面两侧支柱槽偏差较大导致座架无法安装的问题。

2.2 应对措施

针对造成矩形方案车辆偏重的原因，从合理测量车地板高度差、严格按方案装车、合理选择车辆等方面提出以下应对措施。

（1）合理测量车辆车地板高度差。在调研过程中发现，各装车单位在首次装车前，并未对车辆车地板高度进行测量，即使测量，测量方法也不统一，一般采用卷尺在车辆端部测量地板面距轨面的高度，由于车辆车地板面不是一个完全理想的平面，特别是车辆在使用一段时间后，地板面会有局部变形情况，因而在端部测量的数据是不准确的。钢轨的实际承载位置是在座架处，在座架安装处测量车地板面距轨面高度才是比较准确的位置，为保证测量的准确性，设计一套简易辅助测量工具，测量工具主要包括上基准杆和下基准杆，辅以卷尺或便携式激光测距仪即可较准确测量平车地板面距轨面的高度。上基准杆和下基准杆可采用木材或轻合金材料制作，其总长度不小于2 500 mm，宽度和厚度可根据所用材料进行调整，确保上基准杆放在车地板上和下基准杆放在轨道上后具有一定的刚度，下基准杆一端固定挡块，挡块高度不小于40 mm，确保下基准杆与轨道垂直，另一端中部标画纵向标记线。平车地板面距轨面高度测量方法示意图如图2所示。

图2 平车地板面距轨面高度测量方法示意图Fig.2 The method to measure the height between the car fl oor and rail surface

测量时在座架安装位置处轨道上安放下基准杆，挡块与对侧钢轨侧面密贴，在车地板座架安装位置处安放上基准杆，以上基准杆底面为基准，打开激光测距仪使光点落在下基准杆的标记线上，读取测量值L1，假设下基准杆的厚度为t，则该处车地板面距轨面的高度L=L1+t。在一个车辆2个座架安装位置两侧分别测量，共可测量4个高度数据，取其平均值作为该车地板面距轨面的实际高度。测量完成后，当发现相邻两车高度差超过方案规定的15 mm时，应及时更换合格车辆或按照方案通过采取加垫木板的方式，使相邻两车高度差不大于15 mm。

（2）严格按方案装车。装车单位应严格按方案装车，尽量保证钢轨横中心线与车组中第4车的横中心线对齐。目前我国有攀钢集团攀枝花钢钒有限公司(以下简称“攀钢”)、鞍钢股份有限公司(以下简称“鞍钢”)、内蒙古包钢钢联股份有限公司(以下简称“包钢”)、武汉钢铁股份有限公司(以下简称“武钢”)和邯郸钢铁集团有限责任公司(以下简称“邯钢”)五大钢厂生产100 m长钢轨，各钢厂均可实现料堆端部对齐码放，均采用2至3台起重机并联作业装载100 m长钢轨，其中攀钢、鞍钢、包钢和邯钢的起重机均可实现纵向锁定，武钢的起重机由于自身作业原因需纵向移动，针对2种纵向动作方式，采取措施如下。①起重机组可实现纵向锁定时，只需保证车组中第4车横中心线、料堆横中心线和起重机组横中心线在同一个垂直平面内即可保证装载后钢轨横中心线与车组中第4车的横中心线对齐。②起重机组不能实现纵向锁定时，应在第一吊钢轨上车时进行测量，测量钢轨两端部至车组端部的距离，经调整确保2个距离尽量相同，同一组车其余钢轨均按第一吊钢轨装载的位置为基准进行装载即可。

（3）合理选择车辆。车辆车地板高度差较大是导致车辆偏重的主要因素之一，车辆选择不当会间接导致车辆车地板高度差，因而应合理选择车辆。100 m长钢轨普通平车矩形装运方案车组一般是固定车底循环使用，应选择定检周期一致的车辆，车辆车地板状态良好，座架安装位置的角铁、压条应平整，木板无腐烂或孔洞，支柱槽位置合理、无缺失或变形情况。尽量选择同一型号车辆，同样地板材料车辆。此外，钢轨装载前应将车地板清扫干净，使用平集共用车时，应将集装箱锁头反扣。

3 结束语

铁路货物装载加固是一项技术性较强的工作，从理论计算和试验表明，严格按方案要求选择车辆和进行货物装载加固，100 m长钢轨普通平车矩形装运方案不会出现偏重问题，在实际操作中由于现场缺乏合理的技术手段，现有车辆质量状况参差不齐，容易出现偏重的情况。随着超偏载检测装置的不断完善和大面积应用，在实际工作中，应进一步加大长钢轨管理措施的实施力度，坚持从选车和装车源头抓起，全面提高长钢轨装载加固质量，杜绝偏重问题，确保长钢轨运输安全。