（交通运输规划与管理专业论文）我国铁路双层集装箱装载加固技术条件的研究.pdf

韭虚銮逼鑫堂亟竺焦盈塞主銮撞垂 中文摘要 铁路双层集装箱运输是一种运输速度快、运输费用省、单位运营成本低、能 使运能提高的铁路货运新产品。美国、加拿大、澳大利亚等限界较大的国家都积 极开行了双层集装箱列车。我国在铁路运能紧张的情况下，积极开展了过渡方案 下的双层集装箱班列试运营。双层集装箱运输不仅可以成为铁路运输新的经济增 长点，也将为我国铁路建成快捷货运体系奠定良好的基础。由于双层集装箱车比 一般货车载重大、重车重心高、运行速度快，其装载、加固技术条件和方法等问 题需要通过理论和试验研究加以确定。 本论文首先介绍国内外铁路双层集装箱运输的发展情况，然后，根据车辆运 行安全稳定性指标，对京沪线、遂渝线双层集装箱运行试验结果进行分析，得出 我国铁路双层集装箱装车后箱货总重心偏离车辆中央的技术条件和重车重心的限 制高度条件，以此作为双层集装箱装载加固的基本技术要求。在此基础上研究集 装箱内货物的装载加固方法，总结归纳典型货物在集装箱内的装载加固方法：研 究集装箱在专用平车上配载的技术条件，建立双层集装箱配载方案计算模型，创 新性地编制目标方案下双层集装箱配载速查表；研究上下层集装箱间加固的技术 条件，分析上下层集装箱问连接锁具的强度并提出锁具的管理方法。 论文研究运用了铁路货运技术、车辆工程、车辆动力学、力学等理论，结合 现场调研实践，研究结论切实可行，将对指导双层集装箱装载加固现场操作、保 证双层集装箱运输安全、优化双层集装箱运输组织有着现实意义，并为完善铁路 双层集装箱运输相关规章提供科学依据。 关键词：双层集装箱；铁路运输；装载加固；重车重心高；配载 分类号：u 1 6 9 a b s t r a c t d o u b l e s t a c kc o n t a i n e rt r a i n s 撇t h en e t , v r m l w a yp r o d u c t sw h i c hc a ni n c r e a s e t r a n s p o r tc a p a c i t yw i t hh i g h e rs p e e da n dl o w e ru n i to p e r a t i n gc o s t m a n yc o u n t r i e sw i t h l a r g ec l e a r a n c e ，l i k eu s a ，c a n a d aa n da u s t r a l i a ，h a v er u nt h ed o u b l e - s t a c kc o n t a i n e r t r a i n s b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo ft r a n s p o r tc a p a c i t y , c h i n e s er a i l w a yh a sa c t i v e l y i n v o l v e di nt h et e s to p e r a t i o no fd o u b l e s t a c kc o n t a i n e r su n d e rt h et e m p o r a r yp l a n , w h i c hc a nb e c o m ea l o we c o n o m i cg r o w t hp o i n to fr a i l w a ya n dw i l lm a k eag o o d f o u n d a t i o no f r a i l w a yf a s tf r e i g h ts y s t e m d o u b l e - s t a c kc o n t a i n e rc a r sh a v el a r g e rl o a d ， h i g h e rc o m b i n e dc g a l t e ro fg r a v i t yo fl o a da n dc a r s , a n dh i g h e rs p e e dt h a nc o m m o n f r e i g h tc a 培s o 也e j rt e c h n i c a lc o n d i t i o ma n dm e t h o d sa b o u tl o a d i n ga n ds e c u r i n gn e e d t 0b ed e t e r m i n e dt h r o u g ht h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a ls t u d i e s 嗽d i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n to f d o m e s t i ca n df o r e i g nr a i l w a y d o u b l e s t a c kc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n t h r o u g ha n a l y z i n gt h ed o u b l e - s t a c kc o n t a i n e r r u n n i n ge x p e r i m e n tr e s u l t si nb e i j i n g s h a i l g l 】_ a il i n ea n ds u i n i n g c h o n g q i n gl i n e ，t h i s d i s s e r t a t i o np r o p o s e st h ed e v i a t i o nl i m i to f g r a v i t yc e n t e ro f d o u b l e - s t a c kc o n t a i n e r sa n d g o o d st h a ta r el o a d e di na o a rf r o mt h ec a rc e n t e ra n dt h eh e i g h tl i m i t a t i o no f l o a d e d d o u b l e s t a c kc o n t a i n e rc a t 葛g r a v i t yc e n t e ri nc h i n a , w h i c ha r et h et e c h n i c a lc o n d i t i o n s o f l o a d i n ga n ds e c u r i n gd o u b l e - s t a c kc o n t a i n e r s a c c o r d i n gt ot h i s ，t h i sd i s s e r t a t i o n s t u d i e sl o a d i n ga n d s e c u r i n gm e t h o do f g o o d si n s i d ec o n t a i n e r s ，e s p e c i a l l yt y p i c a l c a r g o s ，e s t a b l i s h e st h em o d e la n da p p l i e dt a b l eo f l o a d i n gc o n t a i n e r so nc a r s ，a n a l y z e s t h es t r e n g t ho f l o c k sc o n n e c t i n gc o n t a i n e r so nt h et o pa n db o t t o ma n dp r o p o s e st h e m a n a g e m e n to f l o c k s 功ed i s s e r t a t i o nu t i l i z e st h e o r i e so fr a i l w a yf r e i g h tt r a n s p o r tt e c h n o l o g y , v e h i c l e s e n g i n e e r i n g , v e h i c l e sd y n a m i c s ，m e c h a n i c sa n d8 0o n , i n t e g r a t e st h ei n v e s t i g a t i o na n d s t u d yp r a c t i c e ，d r a w sap r a c t i c a la n df e a s i b l er e s e a r c hc o n c l u s i o n , w h i c hw i l lh a v e r e a l i s t i c s i g n i f i c a n c e t o s u p e r v i s ep r a c t i c a lo p e r a t i o n , t og u a r a n t e es e c u r i t y o f d o u b l e - s t a c kc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n , t oo p t i m i z et h eo r g a n i z a t i o no fd o u b l e - s t a c k c o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n , a n dw i l lp r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sf o rp e r f e c t i n gt h er a i l w a y d o u b l e - s t a c kc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o nr u l e sa n dr e g u l a t i o n s k e y w o r d s ：d o u b l e s t a c kc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n ；r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n ；l o a d i n g a n ds e c u r i n g ；h e i g h to f c o m b i n e dg r a v i t yc e n t e ro f l o a da n dc a r s ；l o a dm a t c h i n g c l a s s n o ：u 1 6 9 致谢 本论文的工作是在导师刘作义教授的悉心指导下完成的，在此表示衷心的感 谢。 两年多来，刘老师无论在学习上还是在生活上都给予我最大的帮助，让我受 益匪浅。在学习上，他指导、带领我深入研究、学习专业知识，细心引导我出色 地完成科研项目，使我从中学到深层的专业知识和对待科研严谨、负责的态度； 在生活上，他对我谆谆教诲，使我积极、认真、负责地对待生活和工作中的每一 件事。我能有幸在刘老师的指导下学习和研究，耳濡目染刘老师严谨求实的治学 态度和孜孜不倦的敬业精神，这使我感慨颇深，受用无穷。在此，再一次向导师 刘作义教授表示深深的谢意! 郎茂祥教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在课题研究及撰写论文期间，课题组成员杨文韬，常建芳、买嫒媛、燕 娟、刘春痞、葛瑞等同学对我的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的 感激之情。 同时感谢张琦师姐以及其它师妹、同学在我研究生学习生活中给予我的关心， 支持和帮助。 另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 最后，诚挚地感谢北京交通大学交通运输学院几年来对我的悉心栽培，感谢 曾教导我的每一位老师和领导，感谢鼓励帮助过我的每一个同学。 整基銮 鎏 鑫堂亟 圭 堂焦淦至：至i毫 l ，1 论文选题的背景 1 引言 集装箱运输代表了铁路货运的发展方向，反映了现代物流的发展要求。铁路 双层集装箱运输是运输市场激烈竞争的产物，是一种运输速度快、运输费用省的 铁路货运新产品，可以使单位运营成本降低2 5 4 0 同时能使运能提高3 0 以上。铁路双层集装箱运输的出现是集装箱运输曼上的次革命。自2 0 世纪7 0 年代末铁路双层集装箱运输在美国诞生以来，加拿大、澳大利亚、墨西哥等限界 较大的国家都积极开行了双层集装箱列车。我国在铁路运能紧张的情况下，从2 0 0 1 年开始进行双层集装箱运输有关问题的研究，并于2 0 0 4 年4 月开始在京沪间开行 双层集装箱班列。由于双层集装箱运输在我国尚属新生事物，并且双层集装箱车 圪一般货车载重丈、重车重心高、运行速度侠，因此。需要对其装载、搬屡技术 条件及方法等问题进行深入研究。 铁路双层集装箱的装载加固包括货物在集装箱内的装载加固和集装箱在双层 集装箱专用平车上的叠装及上下层集装箱间的锁具加固。铁路双层集装箱装车后 箱货总重心偏离车辆中央的技术要求和双层集装箱装车后重车重心的限制高度， 不仅是车辆运行安全要考唐的重要因素，也是影响双层集装箱装载加固的基本技 术要求。目前，铁道部针对两层集装箱箱高之和不超过5 0 2 9 m m ( 2 5 9 1 m m + 2 4 3 8 r r t m ) 的过渡方案制定了铁路双层集装箱运输管理试行办法，规定了双层集装箱列车 运行速度不得超过8 0 k m h ，集装箱车的重车重心高不超过2 2 0 0 m m ，并要求严格 按方案装车，保证不超载、不偏载、不偏重。根据我国铁路双层集装箱运输发展 规划，铁路双层集装藉运输的远期方案是列车运行速度达到 2 0 k m h ，两层集装箱 的箱高之和可以达到5 4 8 7 m m ( 2 5 9 1 m m + 2 8 9 6 m m ) 为了保证远期方案下车辆运行 的安全性，需要对集装箱装车后箱货总重心相对车辆中央的偏移量和重车重心限 制高度做出进一步研究并给出科学的安全技术条件，同时需要提出在此条件下双 层集装箱的装载加固技术条件，包括集装箱内货物的装载加固方法、双层集装箱 叠装目标方案及其配载方法、上下层集装箱间连接锁具的技术燕件及应用管理， 为远期方案的实施做好技术支持。本论文选题正是基于这种需求提出的。 1 2 论文选题的意义 研究我国铁路双层集装箱装载加固技术条件，将对保证双层集装箱运输安全、 优化双层集装箱运输组织、从而提高双层集装箱运输的经济和社会效益起到重要 作用，为完善铁路双层集装箱运输相关规章提供科学依据，并为我国铁路建成快 捷货运体系奠定良好的基础。 1 ，3论文框架及主要内容 本论文是在参加部级课题铁路双层集装箱运输相关技术研究的基础上， 结合个人研究方向来选的题目，主要对铁路双层集装箱装载加固技术条件进行具 体分析研究。其主要内容为： 一是介绍国内外铁路双层集装箱运输发展情况。 二是分析我国铁路双层集装箱装载加固基本技术要求，提出双层集装箱装车 后箱货总重心偏离车辆中央的技术要求和重车重心的限制高度条件。 三是研究集装箱内货物的装载加固方法，总结集装箱内货物装载加固的一般 方法，重点研究典型货物的装箱和加固方案。 四是研究我国铁路双层集装箱在专用平车上配载技术条件，分析双层集装箱 的叠装形式，确定双层集装箱运输目标方案，建立双层集装箱的配载计算模型， 并提出目标方案和试行方案的配载方法。 五是研究上下层集装箱间加固技术条件，分析上下层集装箱间连接锁具的强 度，并提出锁具的应用管理办法。 2 j e 塞窑适态望亟堂僮丝毫国由挫毯整巫屋塞菱筵运箍蕉屋撞毽援姿 2 国内外铁路双层集装箱运输发展情况概述 双层集装箱运输是一种运输速度快、运输费用省的铁路运输新产品，自从2 0 世纪7 0 年代末问世以来，双层集装箱运输在国外许多国家和国内都得到了很大的 发展。 2 i国外铁路双层集装箱运输的发展与经验 国外铁路认为，集装箱属于载重较轻、装载面积较大的一种运输方式，开展 双层集装箱运输是解决铁路限界高度利用不充分问题的有效途径。目前，美国、 澳大利亚、加拿大、墅西哥和俄罗斯等限界较大的国家都积极开行了双层集装箱 列车。 2 1 1美国铁路双层集装箱运输发展情况 2 0 世纪7 0 年代末，美国公路与铁路的竞争日益激烈，国会通过法案放宽了对 公路车辆长度的限制，公路运输出现了一部牵引车拖带2 节甚至3 节半挂车，并开 始向铁路具有传统优势的长途运输挑战，铁路缺乏有效应对措施，铁路的货运量 逐年下降【1 1 。 1 9 8 1 年美国南太平洋铁路公司从节约运营成本、提高运输能力的角度出发， 提出了双层集装箱运输的设想，将装运集装箱的单元列车由单层改为双层装运， 并研制了装运双层集装箱的专用平车，开始了双层集装箱运输的运营。双层集装 箱运输基本上采用集装箱专列的形式，每列能装运2 0 0 只4 0 彤隋，比使用普通平车 的驮背方法多装运8 0 只集装箱，使运输成本减少了2 5 0 一4 0 ，产生了良好的经济 效益。1 9 8 4 年初，美国总统运输公司经过仔细分析研究，认为双层集装箱运输经 济效益明显，市场前景十分乐观。于是，该公司购置了4 列双层集装箱专用车，并 与有关铁路公司签订了合同，在限界情况较好的西部地区开行双层集装箱列车。 紧随美国总统运输公司之后，其他海运公司如海陆公司、美国运输公司等也投资 发展铁路双层集装箱运输。海运公司取得的成功，吸引了许多铁路公司购置双层 集装箱专用车，并投资改造铁路设旌，使双层集装箱运输延伸到美国东部。在此 后不到1 0 年的时间内，美国铁路在主要线路上开行的双层集装箱列车就成为集装 箱由港口向内地疏运的主要运输工具。目前，美国铁路双层集装箱专用车辆已超 过1 0 0 0 0 辆，每周约发送2 0 0 列双层集装箱专列，美国双层集装箱运量己占铁路集 韭塞銮通盍堂亟堂焦迨塞国内处毯墅巫詹塞蕉箍运箍苤屋缱逸褪签 装箱总运量的7 0 o 以上t 1 1 。 美国铁路双层集装箱专用车的主要种类、装载形式及运行技术条件如表2 一l 【2 l 。 表2 - 1美国铁路双层集装箱专用车的主要类型 最大重车重最大运行速度 种类装载形式 心高( m m ) ( k m h ) d m (下层2 个2 0 f l 箱( 或1 个4 0 f l 4 8 f f 箱) 2 5 3 5 5 3 1 2 6 5 联车组上层1 个4 0 t 卜5 3 f t 箱 d t r x下层2 个2 0 f c 箱( 或1 个4 0 f t 4 8 f t 箱) 2 5 3 5 5 3 1 2 6 3 联车组上层1 个4 0 f t 5 3 f t 箱 d 似 下层2 个2 0 f t 箱( 或1 个4 0 f l 4 8 f t 箱) 2 5 1 4 。2 21 2 6 单节车 上层1 个4 0 f t 5 3 f t 箱 2 1 2澳大利亚铁路双层集装箱运输发展情况 澳大利亚的双层集装箱运输起步于1 9 8 0 年，最初采用的是下层为半高箱、上 层为标准箱的装载方法。 1 9 8 9 年澳大利亚国营铁路在a d e l a i d e w h y a l l a 线路上使用凹底平车试行两层 标准箱叠装的集装箱运输，开始了真正意义上的双层集装箱运输，并在西部铁路 上普遍开行，使列车装载量提高了2 0 3 0 。目前，双层集装箱运量已占澳大利 亚铁路集装箱总运量的5 0 左右p j 。 2 1 3加拿大铁路双层集装箱运输发展情况 加拿大国铁：1 9 8 5 年底在东部地区开行了双层集装箱列车，疏散到达大西洋 海岸港口的集装箱。 2 0 0 3 年底加拿大c a n a d i a np a c i f i c 铁路公司( c p r ) 发布了投资发展加一美之 间蒙特利尔一芝加哥温哥华方向的集装箱运输建设规划。该规划提出为组织这 一方向的集装箱运输将装备5 5 0 0 辆新型双层集装箱平车和延长安大略省1 8 个车 站的越行线。规划提出的目标是通过开行长大编组的双层集装箱列车，在集装箱 列车开行数量减少1 6 的情况下，集装箱运量增加2 8 双层集装箱列车采用多 台机车分数配置的牵引方式，头部本务机车主要担当列车牵引，位于列车中部的 机车担当辅助牵引和对制动直接进行遥控，这样可以有效地增加列车长度。规划 中向西部方向开行的双层集装箱列车长度可达2 9 2 5 m ，向东部方向开行的双层集 装箱列车长度可达2 1 9 5 m ，比原来开行的长度为1 8 3 0 m 的集装箱列车分别大约增 加6 0 和2 0 。c p r 向n x 车辆制造公司购买的集装箱平车中，有3 9 0 0 辆可用 4 j e 夏窑逼太堂亟堂僮监室国内处筮整塑屋塞錾筵运箍筮屋撞逸撅违 于运输5 3 f t 的集装箱，1 6 0 0 辆用于运输4 0 f t 集装箱。该规划有利于提高集装箱平 车的使用效率，能使c p r 运营的集装箱平车总数减少1 3 0 0 辆 4 1 。 2 2我国铁路双层集装箱运输现状 与发达国家铁路相比，我国铁路还处于发展阶段，铁路营业里程仅占世界的6 ，完成的工作量却占世界铁路的2 4 ，运输密度为世界之最，是美国的3 倍多， 日本的2 倍多，俄罗斯的2 倍多。京沪、京广、京哈、哈大、陇海等主要干线， 能力利用基本处于饱和状态。许多段能力利用率已达1 0 0 。双层集装箱运输为既 有繁忙干线提高运输能力提供了很好的选择，2 0 0 1 年，中国铁路开始进行双层集 装箱运输有关问题的研究，重点是车辆参数、箱型选择、装车方案、限界确定和 运输组织等l l j 。 2 2 1双层集装箱专用车的研制及使用情况 为了适应铁路跨越式发展、满足我国铁路开展双层集装箱运输的需要，中国 南车集团北京二七车辆厂、中国北车集团齐齐哈尔铁路车辆( 集团) 有限责任公 司等有关单位联合研制了我国铁路第1 代双层集装箱车x 2 h 、x 2 k 型双层集装 箱车。该车于2 0 0 3 年1 1 月通过了铁道部技术审查，2 0 0 3 年1 2 月和2 0 0 4 年3 月 完成了京广线和京沪线全程线路运行试验。在全国铁路第5 次大提速之际，该车 正式投入京沪线试运营。 该车采用2 5 t 轴重、2 轴转向架、4 轴凹底式车体结构，适应在国内标准轨距且 建筑限界满足双层集装箱车运行的铁路上运行，下层可装载2 个2 0 r 或1 个4 0 f t 集装 箱，上层可装载2 个2 0 f t 或1 个4 0 r 5 3 r 集装箱，上下层箱问采用国际通用的双头旋 转式锁闭装置进行加固。该车的技术参数如表2 - 2 。 表2 - 2 双层集装箱专用平车的技术参数表 标记载重 7 & 车辆销距 1 5 6 6 6 m m 自重 2 2 t 凹底长度 1 2 3 0 0 m m 轴重 2 5 t 凹底宽度2 6 2 0 m m 车辆长度 1 9 4 3 0 m m 承载面距轨面高 2 9 0 r a m 车体长度 1 8 5 0 0 m m 空车重心高 6 5 0 r a m 车体宽度 2 9 2 0 r n m 运行速度 1 2 0 k m h 5 2 2 2箱型和叠装形式 双层集装箱运输使用的是国际标准集装箱，我国铁路现有2 d 英尺和4 0 英尺的 国际标准i s o 系列集装箱及宽度、高度、结构、载重和强度等符合国际标准的4 8 英 尺集装箱三种，其技术参数如表2 3 。考虑到我国铁路集装箱运输现状和限界情况， 铁道部决定暂时采用高度2 5 9 1m m + 2 4 3 81 1 1 1 1 1 的过渡方案，远期考虑2 5 9 1r m n + 2 8 9 6 m r f l 方案。双层集装箱的叠装形式如表2 - 4 。 表2 - 3 集装箱技术参数表 外部尺寸( r a m ： 箱型总重( t )自重( t ) 长宽高 6 0 5 82 4 3 82 4 3 8 2 0 r2 4 ，3 0 4 82 2 1 2 2 4 6 0 5 82 4 3 82 5 9 i 1 2 1 9 22 4 3 82 5 9 1 4 0 r3 0 4 83 8 8 1 2 1 9 22 4 3 82 8 9 6 4 8 f t3 0 4 84 7 21 4 6 3 02 4 3 82 4 3 8 表2 - 4 双层集装箱的叠装形式表 序号下层上层最大载重 12 2 0 n4 0 f t ，4 8 f t 7 8 t 2 4 0 f t 4 0 f 猢8 最6 1 t 32 2 0 f t2 2 0 f t7 8 t 2 2 _ 3京沪间双层集装箱班列运输现状 2 0 0 4 年4 月5 f l ，中铁集装箱运输有限责任公司同中铁联合物流有限公司正式 签署合作协议，由中铁联合物流有限公司承包国内第一列双层集装箱班列北 京上海双层集装箱班列的运营。北京上海双层集装箱班列于2 0 0 4 年4 月1 9 日正 式运行该班列采取直通运行，实行客车化管理，定点、定时、定线路、定起始 站、定到达站，在我国两大国际化都市北京与上海之间构筑起超大运量的物流通 道。 班列车辆采用凹式框架结构，下层装载2 个2 0 t t 标准箱，上层装载1 个4 8 f t 的大 容量集装箱，车辆承载能力为7 8 t ，容积为1 4 0 m 3 ，每列双层集装箱班列由3 8 辆铁路 集装箱专用平车组成，运力可达1 5 2 t e u ，极大地缓解了两地物流需求大与运力不 足的矛盾。 6 j e 塞窑适太堂亟堂僮j 金塞鱼由处堡堕塑屋塞装箍运箍蕴星擅猩援述 该班列运营初期采用每周两班的开行方式，每周二、五从北京东站始发。从 2 0 0 5 年3 月8 日开始，每周增加到三班，即每周二、四、六从北京东站出发开行到 杨浦站，每周一、三、五从杨浦站出发开行到北京东站。根据货主的要求，2 0 0 5 年该班列在无锡南站增加了一次车辆甩挂作业。 2 0 0 4 年、2 0 0 5 年京沪闯开行的双层集装箱班列分别为1 6 0 列、2 9 2 列，完成的 运量分别为1 3 5 3 0 t e u ，1 8 8 4 1 t e u 5 i 。 北京上海双层集装箱列车装载货物的品类较杂，从货物流向上看，杨浦 站发送到北京东站的货物品类主要有地砖、瓷砖、木地板、纸、啤酒、饮用水、 调味品、宠物食品、食品等；北京东站发送到达杨浦站的货物品类主要有石材、 牛奶，啤酒，饮料、聚乙烯、聚丙烯、橡胶、润滑油、食用油，人造板等。货源 组织以及货物装箱等作业基本上都由中铁联合物流有限公司负责。铁路部门只是 提供货物运输服务，凭封印进行集装箱交接。 从两年来京沪间双层集装箱运输的情况来看，北京到上海的货源较为充足， 列车一般可以满载，达到1 5 2 t e u ，整列运输能力相当于普通单层集装箱列车的 1 5 倍，而上海到北京的货源相对不足。同时受集装箱运输价格和汽车载重条件的 限制，货主大多愿意采用满载率较高的2 0 f t 集装箱装载货物，而4 8 f t 集装箱则不 受欢迎。北京上海距离大约为1 3 0 0 k m ，属于中距离运输，在这个距离上，公 路具有相当的竞争优势，铁路运输的优势不明显，双层集装箱运输的优势得不到 充分发挥。 7 j 壶銮适太堂殛堂僮诠窑毯国迭堕塑屋塞苤擅箍筮重! 坠焦堇塑重奎重! 垒基蕴盔要塞 3 我国铁路双层集装箱箱货重心位置和重车重心高技术要求 铁路双层集装箱装车后箱货总重心位置和重车重心高度是铁路双层集装箱装 载加固的基本技术要求，也是双层集装箱装载加固方法制定的原则，可以确保车 辆运行安全。本章详细研究了我国铁路双层集装箱装车后箱货总重心偏离车辆中 央的技术要求和重车重心的限制高度条件。 3 1铁路双层集装箱装车后箱货总重心偏离车辆中央的技术条 件 3 1 1加规对货物重心偏移的技术要求 铁路货物装载加固规则( 简称加规) 对货物装车后总重心位置有如下 的基本要求：货物重心的投影应位于车地板纵、横中心线的交叉点上。必须位移 时，横向位移不得超过l o o m m ，超过时，应采取配重措施；纵向位移时，每个车 辆转向架所承受的货物重量不得超过货车容许载重量的二分之一，且两转向架承 受重量之差不得大于l o t 【6 j 。 3 1 2双层集装箱装车后箱货总重心偏移的技术要求 双层集装箱装车时，最理想的情况是使箱货总重心落在车辆中央，这样双层 集装箱专用平车两转向架负担的货物重量相等，同一轮对的两个车轮轮压相同， 重车的运行稳定性最好。但是实际操作中经常会出现箱货总重心偏移的情况，例 如：当箱内货物的重心偏离集装箱的纵向中心线时，箱货总重心将产生横向位移； 当箱内货物的重心偏离集装箱的横向中心线或在双层集装箱专用平车纵向上装载 的两个2 0 f t 集装箱的总重不相等时，箱货总重心将产生纵向位移。因此，需要对 双层集装箱装车后箱货总重心偏移提出技术要求。 双层集装箱的装载也必须遵守加规中对货物装车后总重心位置的要求， 因此，双层集装箱装车后箱货总重心应位于双层集装箱专用平车地板纵、横中心 线交点所在铅垂线上( 简称“车辆中央”) ；特殊情况下，必须偏离车辆中央时， 重心在横向的偏移量不得大于l o o m m ，重心在纵向的最大偏移量应保证车辆每个 转向架承受的货物重量不超过车辆标记载重量的l 2 ，两转向架负重之差不大于 1o t 。 a e 塞蛮适太堂亟堂僮迨塞我国煞整巫屋塞蕉箍筵堡重! 垒僮蓬塑重圭重! 坠直挂丕噩塞 3 2 铁路双层集装箱装车后重车重心的限制高度条件 3 2 1国内外有关货车重车重心限制高度的规定 我国铁路货物装载加固规则规定：重车重心高度从钢轨面起，般不得 超过2 0 0 0 m m ，超过时，可采取配重措施，以降低重车重心高度，否则应限速运行。 区间限速范围在3 0 5 0 k m h 州。 北美铁路协会规定货车重车重心的限制高度为2 4 8 9 m m 。澳大利亚铁路规定货 车重车重心的限制高度为2 5 0 0 r a m 。根据北美及澳大利亚有关专家的研究成果，货 车的重车重心限制高度一般应为轨距的1 7 1 7 5 倍1 2 】。据此计算，标准轨距的铁 路货车重车重心限制高度应为2 4 4 0 2 5 1 l m m 。 北美、澳大利亚铁路与我国铁路同为标准轨距，而重车重心限制高度远 远超过我国铁路规定的2 0 0 0 r a m ，并且运行速度高于我国铁路。 但事实上，我国有不少货车重车重心高度超过2 0 0 0 r a m 而并没有按照相应规 定采取限速措施，仍按正常速度运行。如起脊装载原木的c 6 2 a 、c 6 4 型敝车；满载 的p 6 2 、p 6 4 a 型棚车；装载轻油的g 6 0 型罐车等，其重车重心高见表3 1 1 2 j 。 表3 ，1 重车重心高超过2 m 的车型及其装载情况表 车型 占同类车比例( )装载货物 装载情况重车重心高 p 6 2 3 0粮食装满容积2 1 2 5 m m p “ 1 4 粮食 装满容积2 0 9 4 m m c 6 2 9原木装载高度4 8 0 0 r a m ，中心宽9 0 0 m m 2 3 3 5 m m c “ 2 9原木装载高度4 8 0 0 m m ，中心宽9 0 0 r a m 2 3 2 l m m l t 7 1 0 0粮食装满容积 2 1 6 9 m m 油高2 6 0 0 m m2 1 9 8 m m g 3 l轻油 油高2 7 0 0 m m 2 2 0 8 m m 我国铁路双层集装箱运输过渡方案的重车重心高度在2 0 8 1 m a n 2 3 5 3 m m l 2 1 之 间，双层集装箱专用平车的构造速度为1 2 0 k m h ，这实际上也已经超过了加规 所规定的重车重心限制高度2 0 0 0 m m 和限速的条件，这可能存在着安全隐患。因 此，需要通过理论研究和试验来确定在实际运营中双层集装箱列车的重车重心限 制高度 韭塞奎垣盘堂逐堂焦丝塞 嚣垦毯墅塑星塞蕉蕉蕉冀重：垒僮置塑重奎重! 垒匿夔丕差壅 3 2 2车辆运行安全稳定性评定指标及标准 依据铁道车辆动力学性能和试验鉴定规范( 以下简称规范) g b 5 5 9 9 8 5 的规定，车辆运行稳定性分别按脱轨系数、轮重减载率、最大横向力允许限度等 指标评定。 ( 1 ) 脱轨系数 脱轨系数用于鉴定试验车辆其车轮轮缘在横向力作用下是否会因逐渐爬上轨 头而脱轨。 试验鉴定车辆若测定的横向力是构架力h ，则脱轨系数旦羔：j 堕应符合以下 条件： 第一限度： 第二限度： h + 0 2 4 p 2 1 2 b h + 0 2 4 p 2 1 o p l 公式3 1 1 7 l 公式3 _ 2 e 7 1 式中：h 一作用于轮轴上的横向力，k n 。 p i 爬轨侧车轮作用于钢轨上的垂直力，k n 。 p 广非爬轨侧车轮作用于钢轨上的垂直力，k n 。 试验鉴定车辆若测定的横向力是车轮力q l ( 利用测力轮对直接测量的轮轨 力) ，则脱轨系数詈应符合以下条件： 第一限度： 第二限度： 垒1 2 p l 盟s 1 o p l 公式3 3 1 7 1 公式3 4 7 1 式中：p i 爬轨侧车轮作用于钢轨上的垂向力，l 澍； q i 爬轨侧车轮作用于钢轨上的横向力，k n 。 上式中横向力的作用时间应大于o 0 5 s 。其中所列第一限度为评定车辆运行安 全的合格标准，第二限度为增大了安全裕量的标准。 注：本论文中试验鉴定车辆测定的横向力是车轮力q l 。 ( 2 ) 轮重减载率 轮重减载率为货车在特定工况下因车轮减载而脱轨的另一种脱轨安全性指 标。轮重减载率用于车轮轮重1 2 p l 的条件下，是否会因一侧车轮减载过大而 导致脱轨。试验时，车辆应在通过9 号单开道岔以及低速度通过小半径曲线的条 1 0 a e 立銮望太堂班主堂焦迨塞嚣国熬整塑屋塞筮箍筮缝重：垒僮量塑重奎重：垒直撞盔星塞 件下测定( 横向力为零或接近于零) 。 试验鉴定车辆轮重减载率应符合以下条件： 第一限度： 第二限度： 些o 6 5 p 竺墨o 6 0 p 公式3 5 u i 公式3 6 【7 1 式中：p 轮重减载量，k n ； p 减载和增载侧车轮的平均轮重，k n 。 上项所列第一限度为评定车辆运行安全的合格标准，第二限度为增大了安全 裕量的标准。 ( 3 ) 最大横向力容许限度 推荐应用横向力允许限度鉴定试验车辆在运行过程中是否会导致轨距扩宽 ( 道钉拨起) 或线路产生严重变形( 钢轨和轨枕在道床上出现横向滑移或挤翻钢 轨) ，对于混凝土轨枕，横向力的允许限度按以下标准。 h 0 8 5 ( 1 5 + 岛垒1 公式3 - 7 f 7 】 2 式中：h 一轮轴横向力( 构架力) ，k n 5 p 小p ，旷吩剐为左轮、右轮静载荷，k n 。 车轮通过直线、弯道和道岔时，其横向力的允许限度不应超过上式的规定值。 3 2 3京沪线双层集装箱车辆运行动力学试验 ( 1 ) 试验目的 通过对京沪线双层集装箱列车的部分车辆动力学性能进行测试，为如何限制 集装箱装车后重车重心高度提供依据，确保双层集装箱列车在既有干线上运行安 全。 ( 2 ) 测试内容 分别在1 辆x 2 a 车( 由北京二七车辆厂设计制造) 、l 辆x 2 k 车( 由齐车集团 公司设计制造) 前进方向的第1 轴安装测力轮对，测量轮轨垂向力、横向力，并 计算脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力。 ( 3 ) 试验概况 试验线路 试验线路：北京东站一丰台一衡水西一德州一南京东南翔一杨浦一南翔一 j e 夏塞逼太掌亟鲎焦诠塞 嚣国迭堕塾詹塞装缒箍莹重尘焦置塑重奎重! 坠彦拄鲞蓬塞 南京东一德州一衡水西一丰台一北京东站。 试验列车编组与装载方案 试验列车正向编组顺序为：一辆发电车+ 2 辆硬卧+ 2 辆软卧+ 1 辆餐车 + s y 9 9 8 8 2 3 试验车+ 1 0 辆双层集装箱车，如图3 1 。参试的双层集装箱车共1 0 辆， 7 辆由北京二七车辆厂设计制造，3 辆由齐车集团设计制造。被监测车共计2 辆， 分别为x 2 h 5 4 2 0 0 0 1 车( 下层装载2 个高度2 5 9 1 m m 的2 0 f t 集装箱，上层装载2 个 高度2 4 3 8 m m 的2 0 f t 集装箱，重心高2 4 0 0 r a m ) 和x 2 k 5 4 0 0 0 0 0 车( 下层装载2 个 高度2 5 9 1 m m 的2 0 f l 集装箱，上层装载2 个高度2 4 3 8 m m 的2 0 f l 集装箱，重心高 2 4 0 0 m m ) ，装转k 5 或转k 6 型转向架。其他车辆的重心高为1 7 0 0 m m 。 图3 1 京沪线双层集装箱试验列车编组示意图 试验速度 整个测试过程分为三个区段，分别为北京东至济南、济南至杨浦、杨浦至北 京东。北京东至济南区段试验速度分为1 0 、2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 0 、7 0 、7 5 k m h 共 8 个速度级；济南至杨浦和杨浦至北京东两区段的试验速度分为2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、 6 0 、7 0 、7 5 、8 0 k m h 共8 个速度级。 ( 4 ) 试验结果与分析 根据实际测试条件，选择两辆典型的双层集装箱车进行运行稳定性的测试，1 辆装配转k 5 转向架，l 辆装配转k 6 转向架。整个测试过程分为三个区段，分别 是北京东至济南、济南至杨浦、杨浦至北京东。三个运行区段都比较长，各种线 路情况都可包括进去，数据采集的样本数也都比较大，三个运行区段的测试数据 都反映出了车辆特性及变化规律，总体上来看。各区段的测试结果差别不大。下 面根据测试数据对各车进行简要的分析与说明。 x 2 h 5 4 2 0 0 0 1 车( 北京二七车辆厂制造) 在北京东至济南运行区段中脱轨系数最大值为0 ，6 7 ( 2 0 k n o b ) ；减载率最大值 为o 3 8 ( 7 0 k m h ) ；轮轴横向力最大值为8 0 5 4 k n ( 7 0 k i n h ) 1 8 1 。 在济南至杨浦运行区段中脱轨系数最大值为o 6 4 ( 4 0 k m h 、7 5 k m h ) ；减载率 最大值为o 4 0 ( 6 0 k i n h ) ；轮轴横向力最大值为8 8 k n ( 7 5 k i n h ) 嗍。 在杨浦至北京东运行区段中脱轨系数最大值为0 7 8 ( 2 0 k n d a ) ；减载率最大值 为0 4 1 ( 7 5 k m h 、8 0 k r a h ) ；轮轴横向力最大值为6 8 0 4 k n ( 2 0 k i n h ) 嘲。 1 2 韭塞銮煎苤堂亟主堂焦垃塞瑟国筮胫塑屋塞夔担筵篮重坐僮星狸重奎重：垒奁基盔要塞 根据实际低速惰行测缛的数据计算出该车轮轴横向力h 限度值为1 2 1 。5 5 k n 【8 j 。 ) ( 2 k 5 4 0 0 0 0 0 车( 齐车集团公司制造) 在北京东至济南运行区段中脱轨系数最大值为o 6 4 ( 3 0 k m h ) ；减载率最大值 为0 4 8 ( 6 0 k m h 、7 0 k m h 、7 5 k i n h ) ；轮轴横向力最大值为5 5 5 3 k n ( 3 0 k i n h ) s l 。 在济南至杨浦运行区段中脱轨系数最大值为o 8 2 ( 2 0 k m h ) ；减载率最大值为 o 5 ( 7 5 k m h ) ；轮轴横向力最大值为6 8 3 8 k n ( 2 0 k i n h ) i s l 。 在杨浦至北京东运行区段中脱轨系数最大值为o 8 8 ( 2 0 k n c n ) ；减载率最大值 为0 4 6 ( 8 0 k i n h ) ：轮轴横向力最大值为6 4 4 3 k n ( 7 5 k i n & ) 嘲。 根据实际低速惰行测得的数据计算出该车轮轴横向力h 限度值为1 0 7 9 5 k n t 8 l 。 运行稳定性小结 在整个测试速度范围内，运行稳定性指标脱轨系数最大值0 8 8 ( x 2 k 5 4 0 0 0 0 0 车2 0 k i n h ) ，运行稳定性指标轮重减载率最大值0 5 ( x 2 k 5 4 0 0 0 0 0 车7 5 k r n 1 1 ) ，轮 轴横向力最大值8 8 k n ( x m 5 4 2 0 0 0 1 车7 5 k m h ) ，均未超过评定标准的限度值。 总之，被监测车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力均满足试验大纲要 求，车辆运行安全平稳。 3 2 4遂渝线双层集装箱车辆运行动力学试验 ( 1 ) 试验目的 通过对遂渝线双层集装箱列车的部分车辆动力学性能进行测试，为如何限制 集装箱装车后重车重心高度提供依据，确保双层集装箱列车在新建时速2 0 0 k i n 客 货共线铁路上运行安全。 ( 2 ) 测试内容 分别在2 辆) ( 2 h 车上安装测力轮对，测量轮轨垂向力、横向力，并计算脱轨 系数、轮重减载率和轮轴横向力。 ( 3 ) 试验概况 试验线路 试验线路为新建遂渝线，试验区阀为太和至北碚北段，即d k 7 2 + 0 2 5 d k l 2 0 + 7 2 0 的4 8 7 k i n 线路，含合川站区间最小曲线半径为2 0 0 0 m 。 试验列车编组与装载方案 本次试验的双层集装箱车共计2 0 辆，编组如图3 2 所示，其中x 2 h 型车1 3 辆 ( k s 转向架) ，x 2 k 型车7 辆( k 6 转向架) 。参试的双层集装箱车辆均为北京东 至上海杨浦间运行的双层集装箱列车中扣下的运用车辆。被监测车共计2 辆，分 别为x 2 h 5 4 2 0 0 2 7 车( 下层装载2 个高度2 5 9 1 m m 的2 0 f l 集装箱，上层装载1 个高 度2 8 9 6 m m 的4 0 f i 集装箱，重车重心高2 3 0 0 m m ) 和x 2 h 5 4 2 0 0 1 3 车