铁水联运车船直取模式下陆域...“十字”转车盘连接技术研究_李兵.pdf

铁道货运第41卷/第06期/2023年RAILWAY FREIGHT TRANSPORT铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道“十字”转车盘连接技术研究李兵1，余永金1，李大成2(1.中铁武汉勘察设计院有限公司 铁道与公路处，湖北 武汉 430074；2.中国铁路设计集团有限公司 线路站场枢纽设计研究院，天津 300308)摘 要：铁水联运中陆域轨道与栈桥轨道的转向连接，传统上是采用曲线连接方式，水中桥墩过多占用河道和宝贵的岸线资源，引起通航和防洪问题。“十字”轨道转车盘是一种新型的铁路轨道转向设备，通过该项设备可以在小空间范围内实现铁路车辆的转向，且转向效率高，经济性好，节能环保，特别适用于铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道的转向连接。通过这种新型转向设备可以避免铁路对河道和岸线资源的占用，降低工程造价，减少施工和建设难度，对铁水联运车船直取模式的发展具有很好的推动作用。关键词：“十字”轨道转车盘；转向设备；铁水联运；车船直取；曲线连接铁水联运作为一种高效、节能的运输组织方式，国家发展和改革委员会在“交通强国”战略中，大力倡导这种运输方式。传统的铁水联运模式下铁路货场和水运码头分开设置1，增加集装箱货物装卸环节和运输时间，增加货物物流成本，且设备和场地重复投资，工程费用高。车船直取模式是一种集约高效的新型铁水联运模式，该模式是将铁路货场功能前移至港口码头前沿2-3，船上货物卸船直接对铁路车辆装车或铁路车辆卸车直接对船舶装船，货物不经过堆场作业，直接换装，减少集卡运输及堆场堆存作业环节4-5，是实现货物铁水运输方式中最环保、最经济的运输方式。但车船直取模式在发展中存在的一个重要问题是铁路需要引入码头前沿，陆域轨道与栈桥轨道之间的铁路连接曲线占用过多宝贵河道和岸线资源6。“十字”轨道转车盘连接技术能够替代传统的连接曲线，实现陆域轨道与栈桥轨道的垂直连接，大幅减少了河道和岸线资源的占用、降低工程成本和难度，对车船直取模式的发展具有很好的推动作用。1车船直取模式既有技术方案车船直取模式中，陆域轨道与栈桥轨道的传统连接方式是采用曲线连接方式，这种连接方式需要占用大量宝贵的河道岸线资源。解决该问题的核心是通过一种转向设备在小空间范围内实现铁路车辆的转向，目前既有的转向设备为“一字形”轨道转车盘。1.1陆域轨道与栈桥轨道曲线接方式既有铁水联运车船直取模式是将铁路修建至码头栈桥前沿，陆域轨道与码头前沿的栈桥轨道呈90垂直布置、采用曲线连接形式，在车船直取时，铁路车辆由陆域轨道运行至栈桥轨道装卸货物，由于栈桥轨文章编号：1004-2024(2023)06-0032-05 中图分类号：U297；F530.33 文献标识码：ADOI：10.16669/ki.issn.1004-2024.2023.06.0632铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道“十字”转车盘连接技术研究 李兵 等道通常建在靠岸线一侧的河道中，连接曲线大部分亦位于河道中，需采用桥梁形式。这种曲线水中桥梁桥墩占用过多河道和宝贵岸线资源，引起通航和防洪问题，涉及审批部门多、建设审批手续复杂，施工建设困难，工程造价也很高7。陆域轨道与栈桥轨道曲线连接布置示意图如图1所示，是目前铁路车辆由陆域到码头连接的常规布置方式。内河船舶一艘船的长度一般为100200 m，海运船舶长度可以超过400 m8，而一次装卸列车的长度通常为400500 m(正常列车长度的一半)9，按照铁路机车牵引车辆移动而码头桥吊不动的装卸船、卸装车工艺，码头前沿上的铁路线长度将达到8001 000 m。这种装卸作业工艺的缺点是铁路车辆的移动会对其他船舶的作业造成干扰。为减少这种干扰，第一种办法是减小1次装卸列车的长度，但要完成相同的装卸车数，势必增加列车取送作业次数，增加列车取送作业时间，同时造成铁路机车能耗增加，效率低；第二种办法是铁路线采用环线设计，在码头栈桥上或水域内尽量减小不必要的铁路线长度，但这种连接布置的缺点是在码头栈桥两端均需设计铁路连接曲线。按照目前的铁路设计标准，90铁路曲线需要200300 m半径，2个连接曲线则需占用400600 m的河道和码头岸线资源。陆域轨道与栈桥轨道环形连接布置示意图如图2所示。1.2“一字形”轨道转车盘连接方式为解决铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道的连接问题，可考虑采用铁路轨道转车盘。目前铁路轨道转车盘均为“一字形”布置，这种“一字形”轨道转车盘主要有2种功能10，一是实现机车转向，“一字形”轨道转车盘实现机车转向示意图如图3所示，主要用于环形车库铁路一进多出车库转换角度；二是实现机车调头，“一字形”轨道转车盘实现机车调头示意图如图4所示，主要用于改变机车运行方向。“一字形”转车盘用于机车换向时，每次作业需要旋转180；用于环形车库时，按车库位置转换角度，每次作业需要对准始发位置和终点目标位置，需2次对位。“一字形”转车盘虽然可替代陆域轨道与栈桥轨道之间的连接曲线，减少河道和宝贵岸线资源占用，但作业效率仍有待提高。2“十字”轨道转车盘技术方案针对“一字形”轨道转车盘在解决陆域轨道与栈桥轨道连接中存在的不足，考虑将现行的“一字形”轨道图1陆域轨道与栈桥轨道曲线连接布置示意图Fig.1Curved connection layout between land track and trestle track图2陆域轨道与栈桥轨道环形连接布置示意图Fig.2Circular connection layout between land track and trestle track图3“一字形”轨道转车盘实现机车转向示意图Fig.3-shaped track turntable realizing locomotive steering图4“一字形”轨道转车盘实现机车调头示意图Fig 4-shaped track turntable realizing locomotive U-turn33铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道“十字”转车盘连接技术研究 李兵 等转车盘改为“十字”轨道转车盘。即将传统转车盘上的“一字形”轨道升级为“十字”轨道，因转盘上的轨道呈“十字形”布置，与垂直的陆域轨道和栈桥轨道完美匹配，转车盘在任意90均可以连接铁路线。2.1“十字”轨道转车盘系统构成铁路“十字”轨道直角转车盘，设有2条垂直交叉的“十字”轨道，“十字”轨道交叉点与转车盘中心重合，轨道固定在转车盘上，随转车盘一起转动。转车盘盘底设环形轨道用于转动，转动动力采用电力驱动。转车盘转动环形轨道采用钢结构，基础安装在码头栈桥纵横梁上。转车盘上的“十字”轨道按镶入式设计，转车盘上的轨道轨顶与码头栈桥面等高设置，不影响栈桥上的其他车辆通行。同时，轨道转车盘上设有止轮装置，车辆随转车盘转动时可保持车辆与转车盘完全固定。铁路栈桥“十字”轨道转车盘2 条轨道上均设止轮装置，用以固定车辆在转车盘上。铁路栈桥“十字”轨道转车盘主要构造示意图如图5所示。由于机车仅负责在铁路接轨站至陆域轨道段对车辆进行取车、送车作业，机车不进入转车盘和栈桥轨道。考虑到铁路车辆没有动力，所以铁路车辆在陆域轨道入口端、栈桥轨道、陆域轨道出口端均设有移车装置，移车装置通常采用牵车机。转车盘外的栈桥端部和陆域端部各设1台牵车机，牵车机设于股道中心铁路限界以下，采用伸缩臂牵引车辆进入转车盘或牵出转车盘，牵车机伸缩臂牵车时，连接于车辆车轴上，用于铁路车辆的短距离移动。栈桥范围内稍远距离的车辆移动也可考虑设置其它移车装置(装卸移车电机或电动牵引绳等)。2.2“十字”轨道转车盘车船直取模式应用铁水联运车船直取模式下，连接“十字”轨道转车盘的铁路由采用平行岸线铺设在栈桥上的栈桥轨道(装卸线)和垂直栈桥的陆域轨道组成，2条铁路线路延长线呈90角在转车盘中心相交，恰好与“十字”轨道转车盘上的轨道重合，“十字”轨道转车盘每次旋转90，其上轨道可同时连接陆域轨道和栈桥轨道，不需要返回原位。这种布置可以高效地实现车辆由陆域轨道(入口线)垂直进入码头栈桥轨道(装卸线)，或由码头栈桥轨道(装卸线)垂直驶出后进入陆域轨道(出口线)，实现铁路车辆在铁路环形装卸线上连续车船装卸直取作业，可以大幅提高车船直取作业效率，降低能耗，减少铁路曲线占用码头河道、岸线和港口陆域场地。这种铁水联运环线作业模式的系统由陆域轨道(入口线)、“十字”轨道转车盘、码头栈桥轨道(装卸线)、“十字”轨道转车盘、陆域轨道(出口线)、装卸线上移车装置(牵车机)、桥吊等组成，“十字”轨道转车盘在车船直取模式中的应用示意图如图6所示。2.3“十字”轨道转车盘作业流程2.3.1车辆由陆域进入码头栈桥铁路车辆由陆域进入码头栈桥，逐一重复以下4个步骤，直至整列车驶入码头栈桥轨道。（1）“十字”轨道转车盘上一条轨道与陆域轨道(入口线)相连，同时另一条轨道与码头栈桥轨道(装卸线)相连。（2）铁路机车将待装卸车列由接轨站陆域轨道顶送至“十字”轨道转车盘I接轨点，第一辆铁路车辆图5“十字”轨道转车盘主要构造示意图Fig.5Main structure of cross-shaped track turntable图6“十字”轨道转车盘在车船直取模式中的应用示意图Fig.6Application of cross-shaped track turntable under direct access mode of vehicles and ships34铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道“十字”转车盘连接技术研究 李兵 等摘钩解体，经牵车机 1 牵引，由陆域轨道进入转车盘，止轮装置使车辆与转车盘固定。（3）转车盘旋转90(左右方向均可)，与陆域轨道重合的轨道旋转90后转至与栈桥轨道重合，原与栈桥轨道重合的轨道转至与陆域轨道重合，转车盘上的铁路车辆也随之转动了90。（4）铁路车辆经栈桥上的“十字”轨道转车盘I外侧的牵车机2牵引，驶出转车盘，进入栈桥轨道，铁路车辆完成由陆域轨道垂直进入栈桥轨道过程。2.3.2车辆在栈桥上的作业驶入码头栈桥轨道的铁路车辆装卸作业由装卸线上的移车电机和钢缆绳完成移动对位。装卸作业完成后，将车辆向“十字”轨道转车盘方向移送。栈桥轨道道心设牵引钢缆沟槽，码头栈桥无铁路车辆装卸作业时，移车牵引钢缆绳放入道心钢缆沟槽中，不影响其他作业车辆通行。2.3.3车辆由码头栈桥进入陆域铁路车辆由码头栈桥轨道垂直进入陆域轨道，通过“十字”轨道转车盘完成，其流程与铁路车辆由陆域轨道垂直进入码头栈桥轨道流程相反，铁路车辆逐一重复以下4个步骤，直至整列车由码头栈桥轨道驶入陆域轨道。（1）“十字”轨道转车盘将轨道与栈桥轨道(装卸线)相连，同时另一条轨道与陆域轨道(出口线)相连。（2）装卸线移车电机将一组装卸完成的车辆推送至“十字”轨道转车盘接轨点，第一辆铁路车辆摘钩分离，经牵车机3牵引，由栈桥轨道进入转车盘轨道，止轮装置使车辆与转车盘固定。（3）转车盘旋转90(左右方向均可)，与栈桥轨道重合的轨道转至与陆域轨道重合，原与陆域轨道重合的轨道转至与栈桥轨道重合，转车盘上的铁路车辆也随之转动了90。（4）铁路车辆经栈桥上的“十字”轨道转车盘外侧的牵车机4牵引，驶出转车盘，进入陆域轨道(出口线)，铁路车辆完成由栈桥轨道垂直进入陆域轨道过程。2.3.4车辆的集结和驶离驶出码头栈桥轨道进入陆域轨道的车辆，集结成组后，由铁路机车牵引回接轨站，完成装卸车铁路环线过程。2.4技术效果（1）采用“十字”轨道转车盘，可使铁路车辆由陆域轨道(入口线)垂直进入码头栈桥轨道或由码头栈桥轨道垂直进入陆域轨道(出口线)。陆域轨道和栈桥轨道不需要曲线连接，可节省连接曲线铁路线路，避免连接曲线对码头岸线的破坏，减少水中桥梁长度，降低水中桥梁的防撞风险和影响通航行洪问题等。（2）采用“十字”轨道转车盘，转车盘上2条垂直轨道始终保持1条与栈桥轨道重合，另一条轨道与陆域轨道重合，可提高铁路车辆经过转车盘实现垂直转向的效率。（3）采用“十字”轨道转车盘，码头栈桥上的铁路与陆域铁路可实现环路，码头栈桥上某一段铁路车辆装卸作业时不影响另一个船舶的装卸作业，避免装卸作业的相互干扰。（4）“十字”轨道转车盘及移车电机均采用电力驱动，有利于自动控制，节能环保。（5）栈桥上装卸作业时采用电机牵引钢缆绳移动车辆与桥吊对位，可保证车辆与桥吊对位精度。3结束语铁水联运是绿色、高效的运输组织方式。铁水联运车船直取模式可以减少货物装卸换装次数和运输短驳环节，大幅提高运输效率，降低物流成本，有效打通物流运输“最后一公里”。针对传统车船直取、铁路上栈桥模式中存在的曲线占用宝贵岸线资源问题，研究提出采用“十字”轨道转车盘，解决铁路车辆由陆域轨道垂直进入码头栈桥轨道或铁路车辆由码头栈桥轨道垂直进入陆域轨道的问题，具有很好的适用性和创新性，为同类问题提供新的解决思路，对今后类似工程案例具有一定借鉴意义。参考文献：1刘 洋，麦宇雄，覃 杰.适用于江海联运海港自动化集装箱码头的总体布置方案J.水运工程，2019(2)：120-124.2国 巍，余永金.三峡白洋港疏港铁路车船直取模式研究J.铁道运输与经济，2020，42(5)：44-48.35铁水联运车船直取模式下陆域轨道与栈桥轨道“十字”转车盘连接技术研究 李兵 等GUO Wei，YU Yongjin.A Study on the Direct Transfer Mode between Train and Ship for Railway-Water Intermodal Transport at Baiyang PortJ.Railway Transport and Economy，2020，42(5)：44-48.3冯力源.集装箱港口铁水联运车船直取模式下的作业设备调度优化D.北京：北京交通大学，20164谢 鹏，陈 辉，周志立.三峡白洋港疏港铁路车船直取模式的建设关键技术J.中国水运，2022(3)：122-124.5刘道宽.水铁联运无缝衔接关键技术研究浅谈J.中国水运，2018(4)：66-67.6中铁武汉勘察设计研究院有限公司.三峡白洋港疏港铁路初步设计R.武汉：中铁武汉勘察设计研究院有限公司，2019.7赵鲁华，李海波，李 涛.港口岸线资源集约利用措施J.水运管理，2021，43(8)：16-18.8中华人民共和国交通运输部.河港总体设计规范：JTS 1662020S.北京：人民交通出版社，2020：6-15.9国家铁路局.铁路车站及枢纽设计规范：TB 100992017S.北京：中国铁道出版社，2017：75-80.10王家春，周 凯，王晓明.机车转车盘的自动化控制J.机械工程与自动化，2015(2)：194-195.WANG Jiachun，ZHOU Kai，WANG Xiaoming.Automatic Control of Locomotive TurntableJ.Mechanical Engineering&Automation，2015(2)：194-195.收稿日期：2023-02-21基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技开发课题(2021BXZ038)责任编辑：刘宁馨Research on Cross-Shaped Turntable Connection between Land Track and Trestle Track under Direct Access Mode of Rail-Water Intermodal Vehicle and ShipLI Bing1,YU Yongjin1,LI Dacheng 2(1.Railway and Highway Department,China Railway Wuhan Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430074,Hubei,China;2.Design and Research Institute of Line Station Hub,China Railway Design Corporation,Tianjin 300308,China)Abstract:The turning connection between land track and trestle track in rail-water intermodal transportation has traditionally been achieved through curved connections.The excessive bridge piers in the water occupy the river channel and precious shoreline resources,causing navigation and flood control problems.The cross-shaped track turntable is a new type of turning equipment for railway tracks.Through this equipment,the turning of railway vehicles can be realized in a small space,with high turning efficiency,good economy,energy conservation,and environmental protection.It is especially suitable for the turning connection of land track and trestle track under the direct access mode of rail-water intermodal vehicles and ships.By using this new type of turning equipment,the occupation of river channels and shoreline resources by railways can be avoided,engineering costs can be reduced,and construction difficulties can be reduced.This can also promote the development of the direct access mode of rail-water intermodal vehicles and ships.Keywords:Cross-Shaped Track Turntable;Turning Equipment;Rail-Water Intermodal Transportation;Direct Access of Vehicles and Ships;Curved Connection36