肯尼亚X70型集装箱专用平车自动制动阀损坏的分析及改进

马勇

（中国路桥蒙内铁路运营公司，内罗毕 00100）

0 引言

肯尼亚蒙巴萨—内罗毕标轨铁路（蒙内铁路）开通运营2 年多以来，运输安全基本稳定。但截至2019 年9月30日，在内罗毕ICD及赖茨港站内已检查发现集装箱平车脱轨自动制动阀（简称脱轨阀）损坏300起，其中有51 起还直接导致了车辆脱线，成为蒙内铁路目前突出的安全隐患问题，且严重干扰了正常的运输秩序。因此，有必要对问题造成的原因进行全面分析，并提出相应的整改措施。

1 车辆概况

1.1 车辆用途

X70型集装箱专用平车在蒙内铁路线路上使用（见图1），载质量70 t ，可装运单箱总质量不大于35 t 、外形尺寸复合ISO 68 规定的2 个20 ft 集装箱或1 个40 ft集装箱［1］。

1.2 车辆主要性能参数

X70型集装箱专用平车的主要性能参数见表1。

1.3 主要结构

X70型集装箱专用平车主要由底架、集装箱锁闭装置、制动装置、车钩缓冲装置和转向架等部分组成。

图1 X70型集装箱专用平车运输40 ft集装箱

表1 X70型集装箱专用平车的主要性能参数

锁闭装置：底架上装有集装箱锁闭装置，两端为固定式锁闭装置，中部为推拉翻转式锁闭装置，锁头均采用改进型F-TR锁，材质为E级钢。

为防止车辆脱轨后走行距离过长，该型车辆加装有脱轨自动制动装置，列车中任意车辆脱轨后，车轴将压上脱轨自动制动装置U 形拉环，进而脱轨阀拉杆被拉断，脱轨支路空气与大气沟通，全列车立即制动［2］。

2 F-TR锁工作原理

F-TR 锁是我国自主研发的新型集装箱锁，具有独特的鹰头结构，共有3 个斜面对集装箱角件发生作用（见图2）［3］。

图2 F-TR锁头结构和实物

当集装箱装载时，集装箱角件先沿着落箱上导向斜面向一侧滑移，而后又沿着落箱下导向斜面向相反方向滑移，使集装箱角件卡在F-TR 锁的鹰头下面。当集装箱起吊时，集装箱角件沿着出箱导向斜面滑移出来。该锁的锁闭原理是锁芯头部的偏心结构以及F-TR锁组装后其锁头外宽尺寸大于集装箱角件孔的外宽尺寸，并将集装箱进出锁头的运动形式由垂直的单一形式转变为垂直运动+平面转动的复合运动形式来锁固集装箱。为保证F-TR 锁发挥作用，1 台集装箱的4 个FTR 锁布置时，鹰头方向为同端同向、两端反向布置。角件在F-TR锁头上的运动轨迹见图3。

图3 角件在F-TR锁头上的运动轨迹

3 集装箱起吊操作规程

由于F-TR 锁具有较强的锁闭性能，在吊卸集装箱时必须严格执行铁路装卸作业标准［4-7］。

3.1 装箱前的准备

（1）检查锁头表面情况。锁头表面无裂纹、无变形等缺陷。

（2）检查车体上各锁的安装方向。同一箱位的4个锁头须同端同向、两端反向（见图4）。

图4 同一箱位的4个F-TR锁头布置示意图

3.2 装载集装箱

（1）保证集装箱下落平稳，不允许发生剧烈碰撞。

（2）当集装箱下落到离锁头上平面高度约120 mm时，稍作停顿，等确认集装箱的4个底角件分别与锁头对准后，方可继续下落，装箱到位（见图5）。

图5 装箱过程示意图

3.3 卸集装箱

（1）起吊设备与集装箱上角件配合好后，点动试吊。

（2）无异常情况后，慢速竖直起吊，直至集装箱的4 个下角件与各锁体上平面之间的距离均大于110 mm（见图6）。

（3）快速提升并吊离车体，完成卸箱。

4 卸箱时造成集装箱带起车体的原因

根据以上对F-TR 锁头的工作原理分析可知，在集装箱卸箱时，集装箱下部角件需沿着锁头卸箱导向面向上移动，而卸箱导向面为斜面，导致集装箱在向上移动时产生旋转运动。而集装箱在静止状态转换为旋转状态时，锁头的4个卸箱导向面会对角件提供旋转力矩，产生该力矩的力会反作用到锁头上。集装箱提升速度越快，集装箱角件沿锁头卸箱导向面的滑移速度越快，从而集装箱的旋转速度也越快，产生的旋转力矩也越大，从而作用在锁头上的反作用力也越大。当该反作用力的向上分力大于X70型集装箱专用平车车体的重量时，集装箱会将平车车体带起［8-11］。起箱时集装箱角件与F-TR锁头之间的相互作用力见图7。

图6 卸箱过程示意图

图7 起箱时受力示意图

当提升速度较慢时，集装箱角件沿卸箱导向面的移动速度较慢，集装箱旋转速度较低，所产生的作用力F较小，反作用力F’也较小，从而锁受到的向上的分力F2’也较小。当F2’小于集装箱平车车体质量时，车体不会被带起。反之，当提升速度较快时，集装箱角件沿卸箱导向面的移动速度较快，集装箱旋转速度较快，所产生的作用力F较大，反作用力F’也较大，从而锁受到的向上的分力F2’也较大。当F2’大于集装箱平车车体质量时，车体即会被带起。

当车体自重越大时，所需带起力F2’也越大。意味着当集装箱提升速度相同的情况下，车体自重越大，对防止车体被带起是有积极作用的。而X70型集装箱专用平车由于要满足载质量和轴重的关系，限制了车体的自重。所以只能通过降低起箱速度来防止带起车体问题的发生。

5 脱轨阀损坏原因分析

根据以上分析可知，造成集装箱卡住带起车体的原因为集装箱提升速度过快造成。而车体被集装箱带起以后，车体与转向架分离，由于转向架车轴与脱轨自动制动装置中脱轨阀拉环间的相互作用，导致脱轨阀遭到破坏。而脱轨阀设计之初的原理就是为了车辆在运用过程中发生脱轨事故而紧急破坏脱轨阀，从而达到紧急制动的目的。而卸箱时车体被带起，对于脱轨自动制动装置而言，与脱轨工况一样。从而同样会破坏脱轨阀。

通过对内罗毕ICD 及赖茨港站内进行现场观察发现，肯尼亚港务局装卸作业人员完全未按照集装箱起吊操作规程进行装卸作业，一是起吊过程中没有任何点动试吊过程；二是起吊时没有确认是否有异常情况，做到慢速竖直起吊，吊装过程中箱体与车体分离瞬间起吊速度都很快；三是起重指挥人员没有进行任何确认，甚至很多情况下都是背对集装箱站立，没有发挥指挥作用。

6 结论及改进措施

X70型集装箱专用平车是经过我国长期大量运用考验过的产品，F-TR 型锁闭装置原理简单可靠，且运用成熟。车辆本身的设计，能够很好地满足集装箱的装卸要求及运输功能。而在蒙内铁路开通运营以来，已发生高达300起因卸箱造成车辆脱轨及脱轨阀损坏的事故，事故的原因是当地装卸作业人员操作不当。根据上述分析提出以下改进措施：

（1）加强装卸作业人员的培训。由公司商务外联部发正式函至肯尼亚港务局，要求港务局操作集装箱的作业人员须为经过培训且合格的操作人员（包括起重工和指挥人员）。只有起重工对起重设备操作熟练，工作时“细致、细心”，才能避免卸箱时集装箱带起车体，造成脱轨阀损坏甚至车辆脱轨问题的发生。

（2）由F-TR 锁的作用机理，其特殊结构对于起箱作业时的作业要求较高，稍有不慎，很容易造成箱体与车体分离不畅，而当地作业在“细致、细心”上的不足，使得作业标准执行难以短期到位，这是中国装备在肯尼亚遇到“水土不服”，也是导致问题频发的另一重要原因，需要从技术层面加以解决。

2019年6月14日，邀请了我国F-TR 锁技术人员到达内罗毕，按预先制定的技术方案对2辆车（X7020107，X7020304）进行了F-TR 锁修形，6 月18 日，机辆部、运输部组织有关人员，对修形后的车辆在赖茨港进行了集装箱吊装试验，试验过程表明修形改造后的车辆，箱体与F-TR 锁的分离较未改造过的车辆明显顺畅，并且，这2 辆车目前经修形之后已投入运用近4 个月，4个月以来没有发生任何安全问题，修形方案的安全性能也能满足要求，经前期初步询价，完成所有车辆F-TR锁修形的总费用约人民币80万元。

（3）考虑在赖茨港站及ICD内加装“点动试吊”安全量值控制系统，或给门吊加装箱底与车地板间距离智能感应系统，目前这2个系统在我国一些地方已经开始采用，实际运用效果较佳，但价格较高，若在ICD和赖茨港均安装1套，约需人民币400万元。

综合以上措施，为彻底解决肯尼亚X70型集装箱专用平车自动制动阀损坏的问题，需进行必要投入，对集装箱平车F-TR锁头进行修形。