绪论
1.1铁路货物运输与铁路货车
1.1.1铁路货物运输
铁路货物运输是指利用机车、车辆等技术设备沿铺设轨道运行的货物运输方式[1]，铁路货物运输是现代运输的重要组成部分，在我国现阶段的综合运输网中起着主导作用，被认为是我国国民经济的大动脉，担负着主要的货物运输任务。
铁路运输生产过程的主要内容，就货物运输而论是利用线路、机车、车辆等技术设备，将原料或产品以列车方式从一个生产地点运送到另一个生产地点或消费地点。在运送过程中，必须进行装车站的发送作业、途中运行以及卸车站的终到作业。为了加速货物运送和更合理地运用铁路技术设备，在运送途中有时还须进行列车的改编作业。为了保证装车需要，卸后空车也应及时回送到装车站。铁路货物运输生产过程可简要地用图1.1表示[2]。
1.铁路货物运输的优缺点
与其他运输方式相比，铁路货物运输具有以下优缺点。
1）铁路货物运输的优点
铁路货物运输的优点如下：
（1）运输能力大，适合于大批量低值商品的中、长距离运输，单车装载量大，在运输能力方面，铁路货物运输能力远远超过公路货物运输，仅次于水路运输。
（2）运行车速快，在五种基本货物运输方式，即公路货物运输、铁路货物运输、水路货物运输、航空货物运输、管道货物运输中，铁路货物运输平均车速排第二位，仅次于航空货物运输。
（3）气候限制小，铁路货物运输由于具有高度导向性，受气候和自然条件影响较小，能保证运行的经常性和持续性。
（4）通用性好，由于车辆类型较多，可承运不同类型的商品，几乎可以不受重量和容积的限制，并可实现驮背运输、集装箱运输及多式联运。
（5）环境污染小，尤其是电力机车，不烧煤、不燃油、不污染空气；由于车辆机械运行阻力小，运输重量大，能源消耗量低，所以运输价格较低。
2）铁路货物运输的缺点
铁路货物运输的缺点如下：
（1）固定成本高，由于铁路线路的专用性，原始投资较大，建设周期较长，占用固定资产多，投资风险也相对较高。
（2）周转时间长，铁路按列车组织运行，在运输过程经过车辆装卸、列车编解、中转作业等许多环节，一方面会增加货损率，另一方面会延长周转时间。
（3）运输灵活性差，受轨道线路限制，通常需要依靠其他运输方式配合完成运输任务，难以实现“门到门”运输。
（4）设备维修不易，铁路货物运输设备十分庞大，机车、车辆、线路、站场、信号、供电等设备结构复杂、类型繁多、标准不同、服役环境不同，不易维修。
2.铁路货物运输的类别
铁路货物运输具有运量大、运价低、全天候、安全、环保、路网站点分布广等特点。根据托运人托运货物的重量、体积、形状和性质等条件，铁路货物运输的形式可分为整车运输、零担运输、集装箱运输等多种货运服务[3]。
1）整车运输
整车运输是指根据一批货物的重量、体积、形状或性质需要一辆*低标记载重量及其以上货车运输的货物运输。整车运输是铁路货物运输的主要运输方式，在铁路总货运量中整车货运量所占比重*大。按整车托运的一批货物，除整车分卸外，还要求货物的托运人、收货人、发站、到站和装卸地点必须相同。并规定以下7类货物必须按整车托运：①需要冷藏、保温或加温运输的货物；②不易计算件数的货物；③蜜蜂；④某些危险货物；⑤易污染其他货物的污秽品；⑥未装容器的活动物；⑦单件质量超过2t、体积超过3m3或长度超过9m的货物。上述除①②③项的货物外，其数量不够一车，如托运人要求将同一路径上2个或3个到站在站内卸车的货物装在同一车内，做一批运输时，可按整车分卸托运。标准轨与米轨铁路之间只办理整车货物的直通运输，其一批货物的质量或体积应符合下列要求：重质货物质量为30t、50t、60t；轻浮货物体积为60m3、95m3、115m3。并规定不承运鲜活货物及需要冷藏、保温或加温运输的货物，罐车运输的货物，以及单件质量超过5t、长度超过16m或体积超过米轨装载界限的货物。
2）零担运输
零担运输是指托运一批次货物数量较少、装不足或者占用一节货车车皮进行运输在经济上不合算，而由运输部门安排和其他托运货物拼装后进行运输。为了便于装卸、交接和保管，提高作业效率和货物安全，除应按整车办理的货物，针对单件体积*小不得小于0.02m3（单件质量在10kg以上的除外），每批不超过300件的货物，均可按零担运输办理；而针对批量零散货物快运品类，一批质量不足30t且体积不足60m3的货物，可按零散货物快运办理；对于非批量零散货物快运品类的货物，不足整车时，可按零散货物快运办理。
3）集装箱运输
使用集装箱运送货物或运输空集装箱，称为集装箱运输，多用于运输精密、贵重、易损的货物。集装箱运输具有标准化程度高、装卸作业快、货物安全性好、交接方便等技术优势，是多式联运的主要方式，也是中国铁路货物运输的重点发展方向。铁路集装箱运输类型包括铁水联运、国际联运、内陆铁公联运等，可为托运人提供“门到门”运输和全程物流服务，主要方式有集装箱定期直达列车和集装箱专用列车。
3.中国货物运输及铁路货运
改革开放以来，我国经济快速发展，其中运输业发展成果显著。根据国家统计局2021年2月28日发布的《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》，2020年我国货物运输总量463亿t，货物运输周转量196618亿t km。其中铁路货物运输总量44.6亿t，比2019年增长3.2%，铁路货物运输周转量为30371.8亿t km。
在我国，经由铁路运送的货物类型中，煤炭为*重要的货物。盛产煤炭的地区位于西北和华北地区，包括山西省、陕西省及内蒙古自治区（西部、中部）等，而缺煤地区则位于东部和南部。根据“西煤东运”战略，我国有三个主要运煤通道，即北通道、中通道及南通道。在这三条运煤通道的铁路中，北通道的大秦铁路及朔黄铁路占据重要地位，原因是这两条铁路的货物运输量高，也配有相应的港口进行运煤支援。2019年，大秦铁路的货物运输量*高，达到43100万t。2019年，朔黄铁路货运量达31600万t。
2021年上半年国家铁路煤炭运量完成9.61亿t，同比增长12.4%。其中，浩吉、唐包、瓦日、大秦铁路煤炭运量分别同比增长163%、54%、43%、11.5%。国家铁路煤炭、电煤日均装车7.6万辆车和4.9万辆车，分别同比增长12.9%、19.4%。
随着高速铁路的发展及高速列车的普及，中国客运铁路运输已逐步转向高速铁路。这显示普速铁路的运力将逐步释放至铁路货运。此外，随着普速铁路更专注于铁路货物运输，客货混合运输将会逐步淘汰，这将进一步提高总货物运输效率，并增加总货物运输量。
1.1.2铁路货物运输载体——铁路货车
货物运输是铁路运输的重要组成部分，将铁路上用于载运货物的车辆统称为铁路货车。为满足不同运输要求，出现多种不同结构类型的铁路货车，但基本特点和基本结构变化不大。
1.铁路货车的种类
铁路货物运输的方式有很多，货物性质不同，在运送中的要求也不一样。为了适应货物的这些不同要求，装运货物的车辆分为通用货车、专用货车和特
种货车[4]。
1）通用货车
通用货车适用于运输多种货物，包括下列几种：
（1）敞车。具有端墙、侧墙而无车顶的货车，该车型主要用于装运不怕日晒、不畏风雨的货物，供运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物使用，也可用来运送重量不大的机械设备。
（2）棚车。有侧墙、端墙、地板和车顶，在侧墙上有门和窗，用于运送怕日晒、雨淋、雪侵的货物，包括各种粮谷、日用工业品及贵重仪器设备等。
（3）平车。车体为一平板或设有活动的矮侧墙板和端墙板，可以当砂石车用。在装运长大货物时，可将侧墙板和端墙板翻下，主要用于装运重量、体积和长度较大的货物，包括木材、钢轨、汽车等机械设备。
2）专用货车
专用货车专供运送某些种类的货物，包括下列几种：
（1）罐车。车体呈罐形，专门用于装载液体状态的货物，也有少数用于装载粉状货物，按用途可分为轻油类罐车、黏油类罐车、酸碱类罐车、液化类罐车和粉状货物罐车。
（2）冷藏车。车体夹层装有隔热材料，车内装有冷却和加温装置，使车内能保持所需的温度，车体外部涂以银灰色，对阳光起反射作用，减少太阳辐射热传人车内，供装运易腐货物，如鲜鱼、肉类、水果、蔬菜等。冷藏车又称为保温车。
（3）煤车。车体一般与敞车相似，为装车方便设有各种结构不同的车门，如底开门等，可装运煤、焦炭、矿石等。
（4）砂石车。专供装运砂石、碎石使用，设有高度0.8m以下的车墙。
（5）矿石车。专供运送各种矿石使用。
（6）长大货物车。铁路运输中使用的一种特殊平车，供装运各种超长、超重和超限的货物使用，一般载重90t以上，长度在19m以上。
（7）其他。包括家畜车、水泥车、粮食车、通风车、活鱼车、守车、毒品车、特种车和集装箱专用车等。
3）特种货车
特种货车是供特种用途使用的车辆，包括下列几种：
（1）救援车。专供列车发生颠覆事故时，排除故障及修复线路使用。
（2）检衡车。供检查铁路上地秤的性能，地秤是测量车辆重量的设备。
（3）发电车。专供发电用，是能在铁路线路上流动的发电厂。
（4）除雪车。用于清除铁道上的积雪。
2.铁路货车的基本特点
1）车辆可编组
铁路货车可以编组、连挂成组运行，在实际运营中，也可能有不同车型的货车进行混编的情况，以更好地实现货物运输与货车能力的平衡匹配，提高运输能力；装有牵引杆装置的铁路货车，车辆间通过牵引杆装置连接固定一组车辆，形成固定车组，固定车组有两辆一组、三辆一组、五辆一组等，便于在运营过程中快速高效地进行卸载作业。
2）车辆结构多样化
铁路货车按其用途不同，可分为通用货车和专用货车。通用货车是装运普通货物的车辆，货物类型大多不固定，也无特殊要求，车辆结构较为相似，铁路货车中这类货车占比较高，有敞车、平车、棚车等。专用货车一般是指只运送一种或很少几种货物的车辆，用途比较单一，大多以通用货车样式制造，对于特殊货物根据用途不同进行结构调整。专用货车有时在铁路上的运营方式也比较特别，如固定编组、专列运行。专用货车一般有保温车、罐车、集装箱专用车、长大货物车、毒品车、家畜车、水泥车、粮食车和矿石车等，多结构多类型的铁路货车满足了不同货物的运输要求。
3）严格的货物外形尺寸限制
铁路货车只能在规定的线路上行驶，无法像其他车辆那样主动避让靠近它的障碍物，因此需要制定限界，严格限制车辆及货物的外形尺寸以确保运行安全，以适应铁路的机车车辆限界，确保运行安全。
3.铁路货车的基本结构
铁路货车发展至今，由于不同用途及运输条件，出现了各式各样的类型与结构，以满足不同的运输需求。车辆的种类虽然很多，结构却大同小异，主要在于车辆外形结构有所不同，但基本结构相差不大。一般来说，铁路货车的基本结构由车体和车底架、走行部、制动装置、车钩缓冲装置以及车辆附属设施五大部分组成[5]。
1）车体和车底架
车体一般和车底架构成一个整体，支撑在转向架上，其结构与车辆用途有关。车体钢结构是货车底架、侧墙、端墙、车顶钢结构的总称。
车体的主要功能是装载运输对象和整备品，也是安装与连接其他组成部分的基础。车体结构承载车体自重、载重、整备重量，由于轮轨冲击和簧上振动而产生的垂直动载荷，列车起动、变速、上下坡道时所产生的牵引和压缩冲击力等纵向载荷，以及包括风力、离心力、货物对侧壁的压力等侧向载荷。
车底架作为车体的重要组成部分，是由各种纵向和横向
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