棒材鐵路發運裝載加固方式研究

寧春明，李世強

（廣西柳鋼物流有限責任公司，廣西柳州 545003）

柳鋼集團本部生產的建材，大多通過鐵路火車運輸外發。據統計，2020年僅從火車發運中心發出的建材就有36393節車皮，平均每天發運量約為100個車皮，按棒材占建材75%的比例計算，棒材的火車發運量約為27295節車皮。2016年1月1日，中國鐵路總公司施行了新的《鐵路貨物裝載加固規則》，棒材的鐵路發運必須在該規則下進行裝載加固才能滿足鐵路的規則。鐵路貨車運輸結構的調整，給鐵路裝載加固材料和裝置等相關運輸配套生產企業帶來新的發展機遇。目前柳鋼物流公司開始介入柳鋼棒線的火車發運工作。

1 目前棒材鐵路發運裝載加固方式

1.1 裝載加固暫行方案

《南寧局集團公司鐵路貨物裝載加固暫行方案》以下（簡稱《加固暫行方案》）中要求，對長6250～12000mm成捆棒材敞車發運，加固材料為條形草支墊或稻草繩。裝載方法是在車輛中部裝載一垛，貨垛重心投影位于貨車的縱、橫中心線的交叉點上，貨垛下在車輛橫中心線兩側對稱加墊2道條形草支墊或稻草繩把（每道并列擺放2根），裝滿車寬；加固方法是貨物與車地板間、各捆間鋪墊2道條形草支墊或稻草繩把。目前，柳鋼主要使用條形草支墊（規格為2200mm×160mm×70mm）方案，如圖1所示。廣西區內發貨要求60t、70t通用敞車每車皮各需要墊14、18根條形草支墊，發往云南、貴州、四川的棒材則要求加倍墊支墊，每車皮墊需墊24～28根支墊。

圖1 條形草支墊裝載加固方式

1.2 條形草支墊成本

據了解，2019年前柳鋼集團采購條形草支墊每根費用為18元，2020年以后每根費用增至23元，不排除以后繼續提價的可能。如按每天發運棒材100個車皮，每車皮平均墊16根支墊計算，每天需要1600根，支墊費用為1600×23=36800元，即每天需要支付3.68萬元的稻草費。如果加上廣西鋼鐵公司的棒材鐵路發運量，整個柳鋼集團用于購買支墊的費用還要多。

1.3 條形草支墊供應情況

目前，柳鋼條形草支墊供應商僅有1～2家，供貨量為一天一車，一車1800根，僅夠112個車皮使用。供貨商也為稻草材料供應不足而發愁。供貨商主要在農村各地以收購的形式收集條形草支墊，由于農村已經大量使用機械化收割稻谷，收割的同時直接粉碎稻草，因此稻草的供應量日趨減少，勢必影響條形草支墊的供應量。如果柳鋼集團火車棒材發貨量進一步加大，條形草支墊的供應問題將更加突出，會嚴重影響鋼材鐵路發運。

1.4 條形草支墊存在的問題

（1）隨著農村水稻收割機械化，稻草粉碎還田，稻草資源日趨匱乏，未來將面臨無稻草可用。

（2）需要有倉庫堆放，不能淋雨，對消防要求高，有安全隱患。

（3）每次裝車現場都會留下很多碎草，影響環境衛生，需要及時打掃現場。

（4）稻草支墊使用后變形嚴重，只能一次性使用，使用完后還需要處理。

（5）需要嚴格控制貨物的裝車溫度，以防條形草支墊焦煳、燃燒造成失效。

（6）一個車皮的棒材運輸需要條形草支墊費用為216～468元，價格不低。

2 棒材裝載加固方案

隨著火車的提速，鐵路對貨物裝載加固方式也提出了新的要求。條形草支墊已經不適合未來鐵路貨物運輸的要求，為此，要探索提高貨物裝載加固效率、降低加固成本的途徑。

2.1 新加固材料應具備特點

《鐵路貨物裝載加固規則》第七十條規定：積極發展、優先使用可循環使用、經濟可靠的符合國家相關政策的裝載加固材料及裝置。針對條形草支墊存在的問題，有必要找到一種替代產品，一種低成本可多次復用的棒型材料運輸座架，在滿足鐵路運輸要求的情況下，替代傳統稻草支墊進行棒形材料的火車運輸。該產品應具有以下特點：①重復使用，耐用耐磨；②便于存放和返程運輸；③使用成本比條形草支墊低；④防火防潮。

2.2 新方案

按照新型加固材料的特點原則，加固材料優選金屬材料。具體方案如圖2所示，一套座架自重約為1.5t，棒材座架由底架、端欄、邊欄條一、邊欄條二、扁通墊、U型連接架、邊欄座、銷耳和卡檔等組成，在敞車上成對組合使用。棒材座架折疊后的狀態如圖3所示，棒材座架的邊欄及扁通墊能夠放倒，便于疊放運輸。

圖2 棒材座架組成

圖3 棒材座架折疊狀態

2.3 棒材座架特點

（1）底架由多根扁通墊焊接而成，承受棒材的重量。

（2）端欄由多根扁通墊及鋼板焊接而成，起著阻擋棒材在敞車長度方向移動的作用。

（3）邊欄由鋼板折彎成U型鋼，起著阻擋棒材在敞車寬度方向移動的作用；邊欄底部通過銷耳鉸接到底架的兩側上，能夠立起和放倒；在邊欄的槽內通過連接架來連接扁通墊；邊欄分為邊欄一和邊欄二兩種，邊欄一連接的扁通墊起著隔開底層和二層棒材的作用，邊欄二連接的扁通墊起著隔開二層和三層棒材的作用。

（4）扁通墊起著隔開底層、二層及三層棒材的作用，便于穿鋼絲繩進行棒材的吊裝；兩側的扁通墊錯開布置，便于放倒時不相互干涉。

（5）卡擋作用是固定座架在敞車的相應固定位上。

（6）由于連接架的兩組銷孔有一定距離（假設50mm），連接架連接的扁通墊在上翻和下翻之間有±50mm的調節余地，方便調節扁通墊的放置高度，以適應在裝載不同高度的棒材時，扁通墊均能與棒材良好接觸。

2.4 座架材料的選擇

將座架作為加固裝載方案，就要考慮座架返回發貨點的成本費用問題，座架的體積及重量的大小都會大大影響棒材運輸的物流成本。在滿足座架強度的情況下，需要想盡辦法減輕座架的重量，因此座架以扁通墊型材結構材料為主。

2.5 受力分析方法

《加固暫行方案》中規定，當車地板鋪墊的2道條形草支墊間距在7000～8700mm時，70t通用敞車容許裝載量最大為65t。每個底架的承重部分主要由2根120mm×80mm×8mm的扁通墊承擔，由于座架是成對組合使用，即每根扁通墊最大承受重力65/4=16.25t，即1625kgf（15925N）。扁通墊是用鋼板或者帶鋼制作，選用材料Q325。為了保證座架的使用安全，按安全系數為3進行受力分析。SolidWorks Simulation是一個與SolidWorks完全集成的設計分析系統，提供了應力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優化分析方案，借助完全嵌入SolidWorks 3D CAD的一致、強大且直觀的仿真功能，設計人員可在設計過程的早期了解產品性能及受力情況，避免成本高昂的過度設計，可以利用Solidworks Simulation對座架進行靜態受力分析?，F以單根扁通墊為例，說明使用SolidWorks軟件做受力分析的方法及步驟。

（1）先在SolidWorks建立單根扁通墊的三維模型。

（2）打開Simulation插件，點擊新算例，在常規模擬選擇靜應力分析。

（3）在“應用材料”里的材料庫里找到屈服強度為325N/mm的金屬材料，這里選擇“AISI鋼，冷拔（ss）”，點擊應用。

（4）在“夾具顧問”選擇“固定幾何體”，選擇扁通墊的三維模型的底面。

（5）在“外部載荷顧問”選擇“力”，方向選“法向”，選擇扁通墊的三維模型的上表面，力的大小輸入1625kgf。

（6）選擇“網格”，根據情況選擇網格的密度并生成網格。

（7）點擊“運行此算例”，就可以得到運行的結果。應力情況如圖4所示，可以看出最大應力為45.17MPa，而材料的屈服強度為325MPa，325/45.17≈7.2，即安全系數達到7倍以上，表明選用的材料滿足現場的應用場合。

圖4 單根扁通墊的靜應力分析

2.6 使用方法

按每層的棒材貼緊端欄按層錯開擺放，并用扁通墊隔開不同層的棒材，替代稻草加固，滿足棒材的敞車安全運輸要求。

（1）先將兩個棒材座架成對放進敞車，并將座架的卡擋卡進敞車的卡座上。

（2）將放倒的所有邊欄條及扁通墊立起來，吊放第一層棒材，棒材的端頭要求靠近座架的一側端欄，并放滿座架寬度。

（3）將邊欄條一的扁通墊放倒于第一層棒材上，吊裝第二層棒材，棒材的端頭要求與第一層錯開擺放，靠近座架的另一側端欄，如圖5所示。

圖5 兩層棒材堆放狀態

（4）將邊欄條二的扁通墊放倒于第二層棒材上，吊裝第三層棒材，棒材的端頭要求靠近座架的一側端欄，并放滿座架寬度，如圖6所示。

圖6 三層棒材堆放狀態

3 預期效益

一套棒材座架的材料及制作成本約為1.6萬元，當前條形草支墊成本為368元/車皮，只要棒材座架的返程運費、折舊費及管理成本少于368元，就可以產生一定的效益。據了解，廣東返回柳州的汽車運費約為100元/t，一套棒材座架的返程費用為150元；每套座架按5年折舊，每年使用50次，每次折舊費約為64元；管理費每套每次按20元，即每個車皮棒材座架的成本費用約為234元。相比條形草支墊，使用棒材座架每個車皮可以節省134元的費用，按年發運棒材27295個車皮，估計每年將給柳鋼集團帶來365萬元以上收益。

4 結論

《鐵路貨物裝載加固規則》第七十一條規定：符合國家標準、行業標準或鐵路總公司企業標準的新型裝載加固材料及裝置，取得技術檢測合格報告后即可使用。由于棒材座架屬于新型裝載加固裝置，涉及裝載加固材料行業標準，需要公司與鐵道部運輸局及鐵道部標準計量研究所等相關單位進行多次溝通，并經多次試驗、技術檢查、整改以形成新的裝載加固材料行業標準，棒材座架才能投入實際應用。棒材座架的方案已經申請國家實用新型專利，如棒材座架能夠推廣使用，將推動柳鋼集團乃至全國鋼企的循環經濟發展，具有很好的社會效益。