公铁联运钳夹车的研究探讨

闫 海 军

(中车齐齐哈尔车辆有限公司 大连研发中心，辽宁 大连 116052)

我国国民经济建设中大型设备的研发、制造及应用越来越多，因此对大件货物运输的市场需求也不断增加。大部分大件货物是国家重点工程建设项目的关键设备，主要包括发电设备、输变电设备、 轧机设备以及炼油厂、化肥厂等的大型装备等，这些设备能安全、迅速运达目的地对整个国民经济的发展具有十分重要的意义。中国铁路长大货物车车型谱系列化已初具规模，钳夹车、凹底平车、落下孔车、长大平车及双联平车是现阶段涵盖了长大货物车家族的五大车型，最大载重达450 t，最大装货长度达16.1 m，最大车辆长度近70 m。车辆性能先进，自动化程度高，但目前大部分铁路长大货物车无法提供“门到门”全程运输服务，需要利用公路车从铁路站点转运至目的地。新的需求带来长大货物车更新换代的新机遇，因此，迅速提高长大货物车装备水平，研发公铁联运的长大货物车是一项重要的战略任务。钳夹车在长大货物车中适应性最强，功能最先进，更适宜研制开发公铁联运。

1 国内外钳夹车发展概况

钳夹车由钳形梁将整车对称分为2个相同的半节车，货物被夹持或悬挂在2个钳形梁之间与钳形梁构成一个整体，成为整个车辆的一部分。钳夹车适合装运短、粗、重等自承式货物，如发电机定子、变压器等。

钳夹车能最有效地利用铁路限界空间，除了不适合运输特别长的货物外，是运输能力最强、运输范围最广的运输工具。钳夹车不仅能运输自承式货物，还可通过附加装备运输没有自承载能力的货物。钳夹车装有多导向-侧移机构，减小了车辆中部通过曲线时的偏移量，适应断面尺寸较大货物的运输。

钳夹车装载方式如图1所示：(1)托钩式。货物下部四角安装挂货钩，钳夹车上部压柱点对应处安装连接块。(2)端盖式。货物两端安装端盖结构，采用高强度螺栓与货物连接。(3)凹底式。2个半节车采用中部凹底架连接，货物安装于凹底架上。(4)侧梁式。2个半节车采用2片侧梁连接，货物承载加固于两侧梁上。(5)框架式。2个半节车采用整体框架连接，货物承载加固于框架内。(6)托梁式。相当于托钩式的变种，货物下部用铰接的贯通梁进行连接。

图1 钳夹车装载方式

1.1 国外钳夹车

20世纪30年代，德国开发了世界第一台重型液压挂车，德国、美国、意大利及法国等发达国家用于大件货物公路运输的车辆已形成系列化、规范化，并大批量使用，在公路钳夹车及公铁联运方面也相继研制开发出了多种车型。

20世纪70—80年代，德国、美国、法国及前苏联等国家设计制造了20～32轴、载重450 t～500 t钳夹车，捷克、瑞典等国家引进了32轴载重500 t的钳夹车。1979年，前西德Krupp公司为美国Combustion Engineering公司研制了1辆CEBX800型36轴载重807 t钳夹车，目前该车归属于Westinghouse公司。1982年，美国南方铁路公司利用CEBX800型钳夹车采用托梁承载方式将2个重716.6 t、长度近38 m的锅炉从查尔斯顿运至南卡罗来纳州的切罗基核电站，运输总质量为773 t。图2为德国Railion公司钳夹车，该车通过转接装置实现了铁路运输与公路运输之间的转换。

图2 德国Railion公司钳夹车

1.2 国内钳夹车

1959年，我国为装运120 MW及240 MW变压器研制了D20型载重280 t钳夹车，1974—1996年间又陆续研制了D35型32轴载重350 t钳夹车、D35型24轴载重280 t钳夹车和D30A型载重300 t钳夹车，这4种车型目前均已报废。1998年，借鉴德国载重500 t钳夹车的先进技术研制了D38型载重380 t钳夹车，该车完成了三峡工程电力设备300 MW换流变压器的运输，成为我国600 MW发电机定子等大型设备的主要运输工具。2007年在D38型钳夹车基础上通过优化车辆结构，提升车辆技术性能研制了DQ35型载重350 t钳夹车。2009年研制了DQ45型载重450 t钳夹车(图3)，该车满足1 000 MW发电机定子的整体运输要求。

图3 运输中的DQ45型载重450 t钳夹车

我国在大件货物公路运输领域起步较晚。20世纪70年代末，仿制法国大件货物公路运输车研发了我国第一台100 t液压挂车。国产液压挂车至今已生产到了第二、第三代，产品也从刚开始仿造国外样车发展到自主研发，技术已基本成熟。载重300～500 t桥架式、钳夹式运输车是近些年新研发的车型，可完成大型变压器等货物的运输。图4为桥架式公路运输车外观及其大型变压器运输现场。

图4 桥架式公路运输车外观及其大型变压器运输现场

2 大件货物运输的关键问题

大件货物运输的最基本要求就是要绝对保证货物的安全，即要安全、可靠地将货物由生产地运送到使用地，同时还要考虑运输经济性。公路车辆虽然能够将货物从生产地运送到使用地提供“门到门”的运输服务，但公路运输受政策法规、公路等级、气候条件及运行速度等影响，且运输过程中对沿途交通影响较大，不适宜长距离运输。

目前大部分大件货物发货和收货单位都是新建的厂区，由于没有铁路专用线，大件货物铁路运输车辆无法提供“门到门”全程运输服务，需要利用公路车进行短距离的运输，将货物从生产厂房运送到铁路专用编组线或站场装车后进行铁路运输，再将货物从铁路站场运送到使用地。这两段公路运输的二次倒运需要租赁起重机，租借专用货场，还需要对不合格的货场进行修整，增加了资金投入和物流成本，还影响大件货物全程物流的时效性。另外，二次倒运时需对货物进行二次吊运装卸和加固，不但耗费加固材料，还可能对货物造成损坏。图5和图6分别为铁路钳夹车港口和站场二次装卸现场。

图5 铁路钳夹车港口二次装车现场

图6 铁路钳夹车站场卸车转运公路车现场

3 设计原则

公铁联运钳夹车运输可实现快捷换装，减少繁琐的作业程序和作业量，降低货物装卸车物流成本，提高货物送达速度，提高大件货物全程物流的竞争力。按照互利共赢原则，公铁大件货物运输企业有必要组建联合体对公铁联运钳夹车技术进行共同研发，共同投标,协同运输，共同受益。

公铁联运钳夹车技术含量高、系统性强，涉及铁路、桥梁、隧道、装载加固、运用与检修维护等方面。设计时，需按照长大货物车的车辆结构、制造工艺、线路运行、现场装卸货的特殊性制订相应的设计规范，确定设计参数，同时研究装载加固和车辆控制技术，加强运输过程中的安全检测，确保安全运输。由于铁路运输的时效性优势特别适用于长大货物的长距离运输，因此，公铁联运钳夹车在总体设计时，中间长距离用时较多的路段采用铁路运输，两端短距离用时比较少的路段采用公路车运输。公铁联运钳夹车设计关键点有：

(1) 转换接口。

考虑公铁联运的方便性，公铁联运钳夹车转换接口的尺寸设计应同时满足铁路钳夹车及公路钳夹车结构的要求。现有铁路钳夹车和公路钳夹车的车体结构相似，均由钳形梁和调宽连接杆等组成，只是车辆走行部结构区别较大，采用各自的走行部结构。用于铁路运输的钳夹车走行部结构移动心盘、大底架、小底架及转向架等按现有铁路车辆结构进行设计；用于公路运输的钳夹车走行部结构轴线单元模块运输车及均载车架按公路车辆结构进行设计。因此需设计一个兼顾公路及铁路钳夹车的通用的转换接口将其上部钳形梁和调宽连接杆等与下部连接，转换接口采用一个带有心盘及旁承的过渡桥架结构。

(2) 考核标准。

公铁联运钳夹车需兼顾公路、铁路车辆2种考核标准。公铁联运钳夹车下部结构可以按照公路、铁路车辆各自相应的标准分别进行考核；中间的承载结构则应同时满足公路、铁路2种考核标准，包括静强度、刚度、动力学性能的要求，以及材料许用应力、安全系数的选取。

(3) 主要技术参数。

公铁联运钳夹车自重、载重、车辆长度以及轴距等主要技术参数应同时考虑公路、铁路桥梁、涵洞的承载能力以及公路等级等；车辆的断面尺寸以及所承运货物的外形尺寸等则根据限界、隧道、通过曲线、公路净空高度等限制因素确定。

(4) 液压电气装置。

液压电气装置是车辆关键性能参数的执行机构，货物的装卸，车辆的起升、下降、调平，公铁转换等操作都需要执行机构来完成。采用大行程液压旁承以适应公铁联运线路路况的多变、不平顺等不利因素，液压电气装置可控制导向机构以减小车辆通过曲线时的中部偏移量。

4 公铁联运钳夹车运输方案案例

某甲醇合成塔为圆筒形结构，长度约20 m，直径4 m，质量360 t，用公铁联运钳夹车进行运输，采用托梁式装载方式。公铁联运钳夹车主要技术参数见表1。

表1 公铁联运钳夹车主要技术参数

该公铁联运钳夹车中部承载结构主要由承载架、连接底架、加固框架等组成。圆筒形合成塔公铁联运钳夹车运输方案如图7所示。

图7 圆筒形合成塔公铁联运钳夹车运输方案

4.1 承载架

承载架为箱形焊接结构，主要由心盘梁、钳形梁、压柱装置、车耳等组成。其中心盘梁主要由上下盖板、腹板及隔板组焊而成，钳形梁主要由纵向腹板、上下盖板及隔板等组焊而成，压柱装置主要由压柱头、螺杆及螺杆座等组焊而成。

4.2 连接底架及加固框架

连接底架为全钢焊接结构，主要由侧梁、横梁、鞍座、卡带、卡带螺栓及连接销等组成。加固框架为全钢焊接结构，主要由圆弧框架、压柱座等部分组成。图8为连接底架及加固框架结构。

图8 连接底架及加固框架结构

5 结束语

随着国内经济的快速发展，大件货物运输市场时效性、机动性的要求越来越高，研制开发适应公铁联运的长大货物车，尤其是大力发展公铁联运钳夹车，把公路、铁路的联合运输纳入车辆总体设计中，可以产生巨大的社会意义和经济效益。