霍尔果斯口岸站集装箱转运工艺方案研究

汪宇亮

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 设备处，湖北 武汉 430063)

霍尔果斯口岸站作为第二亚欧大陆桥南通道的桥头堡，主要承接哈萨克斯坦南部地区及中亚其他4国(乌兹别克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土库曼斯坦)的货物换装转运工作，并延伸至欧洲，同时也是中欧班列重要的集疏运中心。集装箱货物作为铁路口岸站货物转运中的重要组成部分，占铁路口岸站货物运量的50% 以上，由于哈萨克斯坦和中国铁路轨距不同，因而集装箱在口岸站需要更换转向架(换轮)或在不同轨距的列车中进行装卸(换装)。口岸站的集装箱转运工艺指的是在遵循两国规定的流程下，采用合理的场站布置方式，选择高效、合理和经济的集装箱换装或换轮的装卸设备、运输设备，完成口岸站集装箱的搬运。口岸站集装箱转运工艺方案的优劣直接影响口岸站的装卸效率和货场的运营成本，以及中欧班列的顺利运行，因而转运工艺是口岸站研究的重难点。

1 口岸站站场布置形式分析

霍尔果斯口岸站站场的布置形式与其他口岸站不同，其采用纵列分场式，正线设置在一侧，换装装卸线较长，集装箱装卸宽轨重车和准轨空车时均可以直接进入换装场,霍尔果斯口岸站工艺平面布置图如图1所示。

图1中边检场主要作用是对进出口列车及人员进行出入境许可检查及安全防范检查；宽轨场主要办理国外货物列车的到达和发送作业，货物列车分类、抽检、挑出检修车并兼顾部分问题车辆的存车功能；换装场主要办理货物列车的装卸、换装作业；旅客列车和货物列车换轮库，主要办理车辆的换轮作业，货物列车的换轮设置于换装场附近，旅客列车的换轮设置于铁路客运站附近[1]。

图1 霍尔果斯口岸站工艺平面布置图Fig.1 Process layout plan of Horgos Port Station

铁路与公路集疏运区和换装场主要集中布置在东湖西侧，换装场和到发场、调车场互不妨碍，换轮库设置在宽轨到发场和准轨到发场之间，与换装场横列式并列布置，换轮库为贯通式的布置形式。霍尔果斯作为我国经济特区，需要集人流、物流、信息流于一体，具有客货进出、仓储、电子商务、保税加工、购物、博览展销、高新技术产业开发、商贸金融等第三产业高度发达的经济商贸物流中心。因此，在口岸站内除了设置有铁路口岸作业区外，还设置有国内货场、中转仓储区、保税区、出口加工区、综合贸易区、特货装载区、综合配套服务区7个功能区。整个口岸站的平面布置可以实现高效、畅通、快捷的目的，最大限度压缩机车车辆周转时间，充分发挥设备转运能力[2]。

口岸站除了接发列车、解体编组、宽准换装外，还需要有配合“一关两检”的功能性需求，作业流程需包含准轨进口作业流程、准轨出口作业流程、宽轨进口作业流程、车辆返还交接及清算作业流程、国际旅客列车作业流程等，宽轨列车作业流程如图2所示，准轨列车作业流程如图3所示。

图2 宽轨列车作业流程图Fig.2 Flow chart of broad-gauge freight train operation

图3 准轨列车作业流程图Fig.3 Flow chart of standard-gauge freight train operation

准轨和宽轨货物列车在装卸完集装箱后，均需解编重组返回本国，遵循《国际铁路货运联运规定》及中哈双方签订相关会议纪要，即中方出口货物列车在哈方阿勒腾科里口岸站换装，中方进口货物在霍尔果斯口岸站换装；国际旅客列车及货物列车换轮在中方霍尔果斯口岸站作业[3]。

目前霍尔果斯口岸站采用这套作业流程和场站布置形式可以满足整列换装、大进大出的条件，满足落地换装的需求，但不利于换装场的快速装卸，不能够让宽轨车辆进入换装场后快速卸货，海关监管期间会出现以车代库现象，严重制约换装线能力。

霍尔果斯口岸站集装箱装卸区可以满足60节货物列车的装卸作业，由于铁路口岸站换装作业遵循货物对等的交接原则，中国境内的口岸站只需办理国外进口货物的换装和集散，国外车辆需要重新编组返回本国；对方国境内的口岸站同理。由于霍尔果斯口岸站进口增长较快，实际集装箱日均到发运量(2020年831 TEU)已远超原设计预测运量(633 TEU)，转运设备机械化程度低，造成列车终端站停留时间长，严重影响口岸站换装能力，宽轨列车周转时间超过28 h，准轨列车周转时间也超过了25 h[4]。

2 霍尔果斯口岸站集装箱转运工艺方案研究

2.1 换轮作业工艺方案优化研究

目前霍尔果斯口岸站集装箱的转运基本上还是以换装为主，随着口岸站转运货运量的持续增长，针对集装箱到达和发送量较其他货物更集中，运量也较大的情况，可在换装作业饱和时，利用换轮作业作为集装箱转运的补充。整列换轮作业是高效运输的保证，能有效缩短换轮时间、减少调车工作量和车场内交叉作业、降低车辆在口岸站停时等，实现集装箱货物列车的整列到发。

换轮作业关键设备包括起重机、驾车机和备用转向架，目前霍尔果斯换轮作业采用天车吊运转向架方式，效率低，且不利于转向架顺序编组。研究拟采用一种转向架连接工装将转向架连接起来，编成1列，再以钢丝铰绳牵引至库外。宽、准轨转向架均采用三大件式转向架，侧架通过承载鞍落在轮轴上，将轮对有效连接。侧架主要由侧架、支撑座、立柱磨耗板、滑槽磨耗板等4种零部件组成，侧架采用宽导框式结构，由摇枕将其连接。空重车自动调整装置的基准板(横跨梁)支承在转向架构架上，这样有利于实现整列换轮作业的目的[5]。

转K6型转向架为集装箱准轨货物列车带变摩擦减震装置的新型铸钢三大件式转向架，通过一种转向架连接工装将转向架连接起来，编成1列，再以钢丝铰绳牵引至库外，替代传统的天车吊运转向架方式，在提高效率的同时利于转向架顺序编组。转K6型转向架如图4所示，可以看出，转向架构架长度未超出轮对，转向架连在一起势必会轮子撞轮子，转向架连接工装必须能将相邻2个转向架支撑着保持一定距离，且安装使用方便。此外为了转向架行走方便，转向架连接工装必须固定在转向架非转动构件上，根据转向架结构特点，研究提出以下方案。

图4 转K6型转向架Fig.4 Turn-K6 type bogie

2.1.1 连接中心销方案

（1）中心销结构特点。在摇枕的中央设置有8个螺栓孔洞，转向架通过螺栓固定在摇枕的中央。转向架和摇枕的中心处有一较大的心盘销孔，销孔中设置一处中心销，铸钢中心销用来连接转向架和车体枕梁，中心销既要承受车体上的竖向垂直力和水平横向力，还要保证车辆在通过曲线时，转向架和车体不会固定死，可以相对自由地转动，这样车辆通过曲线不会产生比较大的阻力。

（2）连接中心销方案。由中心销结构特点分析，研究认为设计一种两端带套环的拉杆，分别套住2个转向架的中心销，可以有效地将2个转向架连接起来，又可以使之保持一定距离，起到既连接又保护的作用。

2.1.2 连接构架检查孔方案

（1）构架结构特点。货车车辆转向架构架采用B级钢材质铸造，侧架两端具有宽度较大的导框，侧架的导框插入承载鞍的导槽内。导框和导槽的主要作用是为了限制车体的车轴和车体的侧架之间的相对位移。侧架的中部设置有一处方形孔，在方形孔两侧各设置了一处磨耗板，进行固定安装。在侧架方孔后面焊接有2个楔块挡。在侧架的两边设置有三角检修孔，设置检修孔的目的是为了便于维修车辆的制动装置和更换闸瓦，同时也减轻了车体的重量。

（2）连接构架检查孔方案。由转向架构架结构特点分析，研究认为设计一种带勾头的拉杆，分别勾住2个转向架构架的检查孔，可以有效地将2个转向架连接起来，又可以使之保持一定距离，起到既连接又保护的作用。

2.1.3 连接制动梁方案

（1）制动梁结构特点。转K6型转向架基础制动装置由左、右组合制动梁、中拉杆、固定杠杆、固定杠杆支点、游动杠杆、高摩合成闸瓦，以及各种规格的耐磨销套组成。组合式制动梁为几个部分通过紧固件组装在一起而成的模块化结构形式，两端采用滑块式结构，制动梁架为一整体结构，由一段特殊形状截面的型钢经切分、拉制而成。支柱采用模锻工艺制造，其形状与制动梁架相适应。转K6型转向架组合式制动梁结构图如图5所示。

图5 转K6型转向架组合式制动梁结构图Fig.5 Structure drawing of combined brake beam in turn-K6 type bogie

（2）连接制动梁方案。由制动梁结构特点分析，研究认为设计一种连接杆，在连接杆两端分别设置有夹紧装置，两端夹紧装置夹持在制动梁的支柱上，可以有效将2个转向架连接起来，又可以使之保持一定距离，起到既连接又保护的作用。

综上所述，采用上述方法可以实现整列换轮作业，在保证满足各国要求的情况下，能够有效缩短换轮时间，减少货车等待时间、车场内的交叉作业，实现集装箱货物列车的整列到发。

2.2 换装作业工艺方案优化研究

目前霍尔果斯口岸站集装箱换装作业区采用轨道式集装箱门式起重机(以下简称“轨道吊”)进行装卸，布置形式为轨道吊下一条宽轨和一条准轨2种装卸线分列两边，适应直接换装、落地存储的需要[6]，集装箱换装作业区示意图如图6所示。

图6 集装箱换装作业区示意图Fig.6 Schematic diagram of container reloading area

每条装卸线设置了1台轨道式轨道吊，由于其作业形式是单点作业，重车卸车和空车装车作业时，列车等待时间长；如果采用正面吊和轨道吊组合的形式，受轨道吊跨下作业空间限制，正面吊转弯半径不够，需要对站场进行变更扩建，造成时间和费用的增加。因此，目前拟采用每条装卸线增设轨道吊的方案。

2.2.1 轨道吊装卸设计计算

40.5 t轨道吊设计能力指标为25箱次/h，采用3班，4轮转作业，主要计算参数设定如下。①中转箱按发送到达量的2%计；②集装箱运量的波动系数取α= 1.3；③占用箱位时间(到达2.5 d；发送1.5 d；中转1.5 d)；④最高堆码层数4层，层高利用系数(到达0.6；发送0.7；中转0.7)；⑤平均箱重(q= 15 t/TEU)。

日均发送、到达、中转箱数Ni计算公式为

式中：Ni为日均到达箱数、发送箱数、中转箱数，TEU；Qi为年到达箱、发送箱、中转箱运量，万t；α为集装箱运量的波动系数；q为集装箱平均净载重，t。

日均作业箱数N主计算公式为

式中：N主为主箱场日均作业箱数，TEU；N到为到达场日均作业箱数，TEU；N发为发送场日均作业箱数，TEU；N中为中转场日均作业箱数，TEU。

霍尔果斯口岸站原设计日均集装箱到发运量如表1所示。

表1 霍尔果斯口岸站原设计日均集装箱到发运量表TEUTab.1 Originally designed average daily container shipment scale at Horgos Port Station

主箱区箱位数计算公式为

式中：M主为主箱场总箱位数，个平面位；N主为主箱场各类箱日均作业箱数，TEU；t主i为主箱场各类箱占用箱位时间，d；h主i为主箱场各类箱最高堆码层数；μ主i为主箱场各类箱层高利用系数。

霍尔果斯口岸站原设计日均集装箱箱位数如表2所示。

表2 霍尔果斯口岸站原设计日均集装箱箱位数 TEUTab.2 Originally designed average daily container space at Horgos Port Station

主箱区装卸机械数量计算公式为

式中：Ci为装卸机械配置台数，台；Ni为各类装卸机械日均需要作业箱数，TEU；z为集装箱平均装卸次数，取2；Pi为装卸机械作业指标，TEU/h；Ti为装卸机械日均作业时间，取17 h。

霍尔果斯口岸站原设计日均轨道吊计算数量如表3所示。

表3 霍尔果斯口岸站原设计日均轨道吊计算数量 台Tab.3 Originally designed daily number of rail-mounted gantry cranes at Horgos Port Station

2.2.2 轨道吊仿真分析

根据霍尔果斯口岸站的工艺图纸及其他资料，基于集装箱换装区列车换装的工艺流程，利用仿真软件对集装箱整列换装进行仿真，霍尔果斯口岸站集装箱装卸区装卸60节货物列车，装载40 ft标准集装箱 60个，采用轨道吊进行装卸。

具体作业流程为：在集装箱换装区由1/2/3个轨道吊进行卸箱作业，卸到轨道吊下的集装箱堆存区域，同时准轨列车也驶入集装箱换装区，宽轨列车卸完后反方向驶离，接下来将卸下的集装箱由轨道吊进行准轨列车的装箱作业，准轨列车装车完毕后同样反方向驶离[7]。仿真软件各项参数表如表4所示。

表4 仿真软件各项参数表Tab.4 Parameters of simulation software

从宽轨列车驶入集装箱换装区时为最初时间节点，到准轨列车驶出集装箱换装区为结束时间节点，在匹配1台轨道吊、2台轨道吊和3台轨道吊作业情况下，轨道吊消耗时间和利用率如表5所示。

表5 轨道吊消耗时间和利用率Tab.5 Consumption time and utilization of rail-mounted gantry cranes

匹配1 台轨道吊时，计算出总作业时间为316 min，约为5.3 h，轨道吊装(卸)60个集装箱，平均作业时间为121.5 min，作业效率约为2 min/升降动作，轨道吊工作时间为243 min，利用率为76.9%。

匹配2 台轨道吊时，计算出总作业时间为196 min，约为3.3 h，每个轨道吊装(卸) 30个集装箱，平均作业时间分别为61.5 min，58 min，作业效率约为2 min/升降动作，轨道吊工作时间分别为123 min，116 min，利用率分别为62.8%，59.3%。

匹配3 台轨道吊时，计算出总作业时间为156 min，约为2.6 h，每个轨道吊装(卸) 20个集装箱，平均作业时间分别为39.5 min，40 min，40 min，作业效率约为2 min/升降动作，轨道吊工作时间分别为79 min，80 min，80 min，利用率分别为50.6%，51.3%，51.3%。

当配置有3台轨道吊时，投入工作的轨道吊数越多，总作业时间越短，但设备投入数量越多，设备利用率会相应降低，成本也会增加，而且不能避免轨道吊单点作业的问题。 因此，近期在考虑新增轨道吊数量上要慎重，应在考虑作业时间、设备利用率、作业成本的基础上，综合决定设备的投入数量。

2.3 换轮和换装转运工艺方案比较

目前霍尔果斯口岸站进出集装箱一般均采用换装作业，也有一部分到发站相对集中的集装箱货物，根据两国协商，采用换轮作业，比较2种作业方式，集装箱换装、换轮作业方式比较如表6所示。

表6 集装箱换装、换轮作业方式比较表Tab.6 Comparison between reloading and wheel changing for container transfer

由表6可以看出，换轮作业的特点是时间短、作业环境好、货物无损耗等，在压缩作业时间，提高运输效率方面具有一定优势。为减少调车工作量、减少车场内交叉干扰，使站内作业流畅、减低口岸站停时，对于具备条件的集装箱货物应首先考虑采用换轮作业方式。但是换轮作业方式需要两国积极配合。企业对于货物运输成本、时间、损耗、连续性等关键问题都要分析核算，如车辆是租用还是自购，车辆配属的不同对是否采用换轮作业有较大影响，因而换轮作业需要在互利互惠、实现共赢前提下，由两国的铁路部门及双方企业等共同认可、相互配合[8]。

最理想的方式，口岸站在配备换装设施的前提下，也应配备换轮设施，实现换轮作业与换装作业互补。由于国际贸易存在不确定性，并且口岸站货物波动较大，为保障口岸站通畅，避免出现车辆积压问题，2种作业方式互补，进行整体调控。

3 研究结论

通过研究分析霍尔果斯口岸站现状，结合目前货运量增长情况，提供了可行的改造方案，主要研究结论如下。

（1）首创了整列货车转向架采用钢丝铰绳牵引方式进行转线，解决了货车换轮后转向架只能通过起重机吊运难题，可大幅提高换轮作业效率。

（2）对比分析既有口岸站换装、换轮作业方式，得出合理的换装作业流程，提出换轮作业与换装作业互补的理念。

（3）对具备条件的集装箱优先考虑整列装卸，以提高换装效率为宗旨的集装箱整列换装模式为优化换装作业提供参考。