梁 峰

(中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東青島 266500)

罐式集裝箱是一種安全性高、事故危害小、高效、環(huán)保的運(yùn)輸工具[1]，在運(yùn)輸化學(xué)品、化工液體等方面有巨大的優(yōu)越性，不僅在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸方面有廣泛的應(yīng)用，在內(nèi)陸運(yùn)輸也表現(xiàn)出很大的市場趨勢[2]。

罐式集裝箱具有槽罐車和集裝箱的組合優(yōu)勢。罐式集裝箱專列不解列卸車技術(shù)，使用密閉的萬向管道系統(tǒng)替代軟管，符合國家危險化學(xué)品裝卸的相關(guān)安全要求[3]，提高了卸車效率。在新技術(shù)使用過程中發(fā)現(xiàn)，列車端渡板的開、閉狀態(tài)，對卸車安全、行車安全、卸車效率和勞動強(qiáng)度等影響較大，需對列車各種端渡板狀態(tài)安全間隙進(jìn)行計算，采取安全、高效的運(yùn)行方式。

1 基本情況

某石化企業(yè)通過罐式集裝箱列車將船用燃料油運(yùn)輸至港口附近的卸車棧臺，利用新開發(fā)的罐式集裝箱專列不解列卸車及卸油臂技術(shù)，將燃料油自鐵路棧臺密閉卸車，并管輸至港區(qū)油庫。

1.1 卸車流程

采用的燃料油罐式集裝箱專列定點(diǎn)往返，循環(huán)使用。每列專列由44節(jié)NX70A型鐵路平車組成，每節(jié)車廂上裝有2臺罐式集裝箱。列車行車時，移走卸油臂，需關(guān)閉端渡板，滿足有關(guān)鐵路規(guī)定，保證列車行車安全，如圖1所示；卸車作業(yè)時，連接卸油臂，打開端渡板，滿足卸車操作,保證卸車人員安全，如圖2所示。

圖1 罐式集裝箱列車及關(guān)閉狀態(tài)的端渡板

圖2 不解列卸車設(shè)施及打開狀態(tài)的端渡板

1.2 車廂結(jié)構(gòu)

循環(huán)使用的專列車廂均為NX70A同一車型的鐵路平車[4]，圖3為該車型車廂及裝載罐式集裝箱后的結(jié)構(gòu)。

圖3 NX70A型鐵路平車結(jié)構(gòu)示意

NX70A型平車車鉤緩沖裝置采用17型車鉤和MT-2(或HM-1)型緩沖器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，相關(guān)參數(shù)見表1。

圖4 車鉤及緩沖裝置組成結(jié)構(gòu)

表1 車鉤和緩沖器相關(guān)參數(shù)

車廂端渡板打開后，相當(dāng)于車廂地板延伸。根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，打開車廂兩端的端渡板，地板面分別向車廂兩端延伸385 mm，地板面總長度從13 000 mm延伸至13 770 mm。

2 安全間隙計算

為保證卸油操作和人身安全，卸油過程須打開相鄰的兩端渡板；完成卸油后，需關(guān)閉端渡板以保障行車安全。若相鄰車廂端渡板均打開或單側(cè)打開，車鉤緩沖器被最大行程壓縮，同時又通過最小曲線半徑，兩種極端條件相疊加的情況下，相鄰車廂端面不發(fā)生剛性碰撞，則認(rèn)為列車處于安全狀態(tài)；否則需要關(guān)閉一側(cè)或兩側(cè)的端渡板，保證列車安全。船用燃料油自生產(chǎn)廠至港口附近的卸車棧臺約60 km，途徑路段的實(shí)際最小曲線半徑均大于200 m，NX70A型平車車鉤緩沖器被壓縮至最大行程83 mm，通過最小曲線半徑為200 m。在相鄰兩端渡板均關(guān)閉的計算基礎(chǔ)上，計算端渡板均打開狀態(tài)，或兩端分別一開一閉狀態(tài)，進(jìn)行列車安全風(fēng)險辨識分析。

2.1 車廂在曲線軌道上的偏移量計算

NX70A等4軸的列車車廂在曲線半徑為R的曲線軌道線路上，車廂與轉(zhuǎn)向架和軌道與軌道中心線的相對狀態(tài)，如圖5所示。車廂中部向軌道中心線曲線內(nèi)側(cè)偏移，端部向外側(cè)偏移。偏移量大小與車輛長度、車輛定距、轉(zhuǎn)向架固定軸距以及曲線半徑有關(guān)。

圖5 車廂在曲線形軌道上的狀態(tài)示意

將圖5簡化為圖6所示，車廂幾何中心對軌道中心的偏移量Δ，可按公式(1)計算[7]。

(1)

針對實(shí)際使用的NX70A車型，公式(1)計算所用的參數(shù)見表2。

圖6 列車車廂在曲線線路上偏移情況

表2 計算車廂偏移所需參數(shù) mm

根據(jù)公式(1)和表2數(shù)據(jù)，計算出列車通過實(shí)際的最小曲線半徑鐵道線時，車廂幾何中心對軌道中心的最大偏移量Δ≈53 mm。

2.2 相鄰車廂端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下的端面最小間隙計算

按公式(2)～(7)及表3，計算圖7所示的兩車廂相鄰端面最小距離d[8]。

圖7 曲線形軌道上相鄰車廂端面距離示意

計算所需公式為：

OE=R-Δ

(2)

(3)

P′C′=AP-AC′cosγ′

(4)

(5)

(6)

兩車鉤的水平擺角γ＇=α+α＇

(7)

相鄰車廂兩端面的最小距離

d=2×(P′C′-C′Fsinγ′)

(8)

其中O為鐵路曲線半徑的圓心，A、B分別為車鉤尾銷中心，E為車廂幾何中心，F(xiàn)為車廂端面距圓心最近點(diǎn)，P為兩車鉤相連的輪廓中心點(diǎn)，C′為車廂軸線與端面交點(diǎn)，P′為相鄰車廂相鄰C′連線的中點(diǎn)，計算d所需用的參數(shù)見表3。

表3 計算相鄰車廂端面最小距離所需參數(shù) mm

計算出兩相鄰車廂端面最小距離d=698 mm。說明相鄰車廂端面空間足夠大，行車安全。此時兩車車鉤水平擺角等于γ′，均為1.98°，說明兩車廂軸線接近呈一條直線。

2.3 相鄰端渡板一開一閉時間隙計算

車廂端梁上焊接有支撐架，用于打開端渡板的支撐。車廂相鄰端渡板分別處于打開、關(guān)閉狀態(tài)，行車是否安全，要看打開端渡板的外沿是否與相鄰的端梁和相鄰端梁上的端渡板支撐架有安全間隙。

2.3.1打開的端渡板與相鄰關(guān)閉端渡板側(cè)車廂端梁的間隙計算

將一扇端渡板打開平放后，相當(dāng)于車廂地板面沿打開的端渡板單端延伸385 mm。

圖8是在圖7基礎(chǔ)上，將一端(圖中為左端)的端渡板打開，KM為385 mm。相鄰車廂端面最小距離為等腰梯形KMNF對角線長度MF；根據(jù)幾何關(guān)系，等腰梯形KMNF的底角等于車鉤的水平擺角1.98°，與γ′相等；下底KF為相鄰車廂端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下的端面最小間隙d，為698 mm。

圖8 端渡板一開一閉示意

等腰梯形上底，MN=KF-2·KM·cosγ′

(9)

根據(jù)托勒密定理，MF2=KM2+MN·KF

(10)

則對角線長度

(11)

代入數(shù)據(jù)，則MF=313 mm，即相鄰車廂端面處，打開的端渡板與關(guān)閉端渡板側(cè)的端梁，最小距離為313 mm。打開的端渡板與相鄰關(guān)閉端渡板側(cè)車廂端梁的間隙足夠大，可滿足行車安全要求。

另外，相鄰車廂最小距離為313 mm，較相鄰兩端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下的間距698 mm，減小了385 mm。間距減小值與車廂地板面延伸量385 mm相等。說明可簡化計算，即認(rèn)為相鄰兩節(jié)車廂基本在一條直線上，車廂一端或兩端的增加量，與相鄰車廂空間的減小量對應(yīng)相等。

2.3.2打開的端渡板與相鄰車廂端梁上的支撐架間隙計算

兩相鄰車廂，受制造偏差、集裝箱重量偏差、燃料油裝載量或殘余量偏差等多因素影響，底架相對于鐵軌面的高度可能不完全一致，存在打開的端渡板與關(guān)閉端渡板一側(cè)的支撐架發(fā)生剛性碰撞的可能。圖9為實(shí)際使用車型的端渡板支撐架示意。

圖9 端渡板支撐架示意

先計算端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下相鄰端面對應(yīng)支撐架前沿的間距，再計算打開一側(cè)端渡板后的端渡板與相對的支撐架前沿間距。

參照圖7和表3計算原理，對圖9中的g、h進(jìn)行現(xiàn)場測繪調(diào)整。g為焊接在同一端梁上的第一、第四位置的支撐架中心線距離，為2 600 mm(計算時相當(dāng)于圖7和表3中的2C′F)；h為端渡板支撐架伸出端梁的距離，為295 mm，則緩沖器最大壓縮時尾銷中心至支撐架前沿平面的距離為630 mm，為h與圖7和表3中的AC′之和。將表3中的C′F替換為1 300 mm、AC′替換為630 mm，其余數(shù)據(jù)不變，利用公式(2)～(8)和替換數(shù)據(jù)后的表3，計算得出圖9所示的端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下的相鄰端面最近支撐架的間距i為121 mm(此處i相當(dāng)于圖7中的d)。打開一側(cè)的端渡板后，現(xiàn)場測繪的端渡板外沿較支撐架外沿伸出90 mm，根據(jù)打開的端渡板與相鄰關(guān)閉端渡板側(cè)車廂端梁的間隙計算中可簡化計算的結(jié)論，即相鄰兩節(jié)車廂基本在一條直線上，打開的端渡板與鄰端支撐架外沿的間距為在121 mm的基礎(chǔ)上縮減90 mm，即為31 mm。即在相鄰端渡板一開一閉狀態(tài)時，打開的端渡板運(yùn)行時不會碰撞到對端支撐架外沿。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，列車通過曲線時，緩沖器被壓縮的行程遠(yuǎn)達(dá)不到最大，實(shí)際打開的端渡板與鄰端支撐架外沿的間距遠(yuǎn)大于31 mm，相鄰車廂間距足夠安全。

因此，相鄰車廂兩端渡板一開一閉的狀態(tài)下，車廂間隙滿足列車安全運(yùn)行要求。

2.4 相鄰端渡板均打開時間隙計算

根據(jù)2.2中相鄰車廂端渡板均關(guān)閉狀態(tài)下的端面最小間距698 mm，采用打開的端渡板與相鄰關(guān)閉端渡板側(cè)車廂端梁間隙計算結(jié)論，單側(cè)端渡板打開時車廂地板延伸385 mm，相鄰兩端渡板均打開，需增加相鄰車輛端面空間770 mm，超出了已有的698 mm，重疊72 mm。故相鄰端渡板均打開狀態(tài)時，存在相鄰端渡板碰撞的可能性，對行車安全構(gòu)成風(fēng)險。

2.5 計算結(jié)果

綜上，以相鄰端渡板均關(guān)閉為計算基礎(chǔ)，對一開一閉、均打開等狀態(tài)的間隙進(jìn)行了進(jìn)一步計算，相關(guān)計算結(jié)果見表4。

表4 相鄰車廂最小間距計算結(jié)果匯總 mm

計算結(jié)果表明，相鄰端渡板均關(guān)閉、一開一閉兩種狀態(tài)下，可滿足列車安全行車要求；均打開的狀態(tài)下，存在端渡板互相碰撞的風(fēng)險。

3 計算結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)中國鐵路總公司《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》(鐵總運(yùn)【2015】296號)，“涂打“○關(guān)”的平車在運(yùn)行時，端板應(yīng)處于立起關(guān)閉狀態(tài)”。但該條同時指出，“特殊情況下，在安裝車鉤緩沖停止器后允許將端板放倒運(yùn)行；或?qū)善杰囅噜彾说囊惠v平車的端板采取可靠吊起措施后，可將另一輛平車的端板放倒運(yùn)行”。

針對罐式集裝箱不解列卸車需要相鄰端渡板一開一閉狀態(tài)的需求，鐵路站段方面認(rèn)為《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》規(guī)定的“特殊情況下”是特指運(yùn)輸超長貨物，而罐式集裝箱不屬于超長貨物，能否行車時將相鄰端板一開一閉，難以確定和找到實(shí)施依據(jù)。根據(jù)以上計算結(jié)果，與鐵路部門進(jìn)行了技術(shù)論證討論，最終鐵路部門認(rèn)可計算結(jié)果，同意專列運(yùn)行方式由相鄰兩端渡板全關(guān)閉改進(jìn)為一開一閉的狀態(tài)。

自改進(jìn)措施實(shí)施以來，卸油后保持相鄰端渡板一開一閉狀態(tài)，省去了卸車前打開端渡板、卸車后關(guān)閉端渡板的重復(fù)性操作，每列車節(jié)省卸車操作時間約1.5 h，提高卸車效率12%，同時降低了勞動強(qiáng)度，也有利于罐式集裝箱不解列卸車新技術(shù)的推廣應(yīng)用。