周 文

(中国铁路广州局集团有限公司 株洲车辆段，湖南 株洲 412000)

列车运行过程中风速较大，铁路平车木地板如果遇到火源极易发生火灾事故，严重影响车辆运行安全，给铁路运输秩序带来极大干扰,因此研究木地板车辆防火措施对列车安全运行有重大意义。

1 问题提出

2019年以来，全路发生多起列车运行中起火事故，都是木地板平车木地板阴燃冒烟的情况。其中几个典型案例是：

(1) 2019年8月31日，57091次列车行至沪昆线下行杨市—涟源站间时，因机后第5位车辆车体两侧冒烟停车，构成一般D10事故，定车辆检修部门次要责任；

(2) 2019年10月31日，31045 次列车行至京广线沙口站时，因机后第30、31、32车辆冒烟停车，构成一般D10事故，定车辆检修部门主要责任；

(3) 2020年3月18日，21051次列车行至北同蒲线原平站时，机后第6位NX17K型平车5276373号车辆转向架上方木地板冒烟，经检查为外来火源致木地板阴燃；

(4) 2020年4月4日，27104次列车行至兰新线奎屯站时，尾部前10位NX17K型平车5276958号车辆中部车底冒烟。

图1为平车木地板阴燃冒烟现场。

图1 平车木地板阴燃冒烟现场

2 防火板对转K2型转向架有效性探讨

根据文献[1]，原石家庄车辆厂于1972年首次对防火板提出了要求，规定防火板宽度200 mm、长度400 mm，用于当时装用转4型、新转6型、转6A型、新转8型转向架的棚车和平车。

1976年，原铁道部下达了(76 )铁工字1178号文《关于货车防火板措施建议方案的批复》对货车防火板重新做了规定，该规定沿用至今(今装用转K2等转向架的提速货车依然采用该规定)。该文件规定：防火板为平板形或曲折形，厚度2～3 mm，长度大于850 mm，宽度大于400 m；防火板纵向中心线与中梁纵向中心线的间距为720～800 mm，与地板下表面的间距需大于35 mm(原结构小于35 mm者除外)，与枕梁上盖板重合量不小于20 mm；防火板以螺栓组装或分段焊接加固，段焊长度30～50 mm。

装用转K2型转向架的木地板平车的基础制动装置示意图如图2所示。

图2 装用转K2型转向架的木地板平车

车辆制动时闸瓦贴紧踏面，如果闸瓦表面有硬块或者缺陷，与车轮踏面摩擦时将产生“火星流”，“火星流”会沿踏面切线方向飞出。在忽略车辆振动、风速、火星碰到障碍物反弹、火星重力等对火星运动的影响前提下，可利用图2所示的作图法求得“火星流”对平车木地板下表面的影响区段。列车按图2所示的方向运行时，制动时1位轮对闸瓦与踏面产生的“火星流”对车体木地板下表面的影响区段为AD之间；列车按图2所示的反方向运行时，2位轮对产生的“火星流”对车体木地板下表面的影响区段为CB之间；同理可得到3位、4位轮对产生的“火星流”对木地板的影响区段。

《铁路货车段修规程》规定，铁路货车允许装用轮对轮径为760～840 mm，结合图2计算出AO、BO、CO、DO各区段数值如表1所示。

表1 AO、BO、CO、DO各区段计算值 mm

从表1可以看出：理论上现用的防火板对于装用转K2型转向架的车辆可以有效避免“火星流”带来的火灾隐患。但在实际运用中，车辆的振动、蛇行运动、火星碰到障碍物后反弹、外力因素(风等)均会改变“火星流”的运动轨迹，使部分火星越过防火板到达木地板下表面而引发火灾。图3所示为平车木地板下表面防火板以外区域的“火星流”痕迹。

图3 平车木地板下表面防火板以外区域的“火星流”痕迹

3 原因分析

燃烧的3个条件分别是可燃物、氧化剂(助燃剂)、点火源(或者高温)，其中空气就是助燃剂，本文从点火源(或者高温)、可燃物两方面来分析木地板平车木地板着火的原因。

3.1 点火源(或者高温)分析

对于在线路上运行的车辆来说，由于线路未全面封闭，未熄灭的烟头等外来火源将其地板引燃的可能性很大；另外由于列车运行时频繁制动，闸瓦与车轮踏面间摩擦产生的“火星流”持续溅向车体底部也会引起火灾。货车提速以来，平车防火板尺寸未进行相应更改，防火板尺寸过小，无法对木地板进行有效防护，致使部分火星绕开防火板直接溅到木地板上，造成平车底部木地板温度持续上升直至起火。

图4为以120 km/h的速度运行货车制动时车轮的ANSYS热力学模型，该车采用高磨合成闸瓦进行踏面制动。

分析图4所示车轮的ANSYS热力学模型，结果显示：在不考虑偏载及踏面表面缺陷、闸瓦熔渣等引起踏面局部温度陡升的情况下，制动26 s时踏面表面温度高达290 ℃(图4中红色区域温度为291.7 ℃)[2-3]，高于木材着火点。若考虑踏面表面缺陷或者闸瓦熔渣等极限情况，“火星流”温度会更高。

图4 踏面制动时车轮热力学模型

3.2 可燃物分析

平车木地板由于未进行阻燃处理而成为了可燃物。当木材遇100 ℃高温时,木材中的水分开始蒸发；温度达180 ℃时, 木材开始分解产生可燃气体，如一氧化碳、甲烷、甲醇以及高燃点的焦油成分等；温度达到250 ℃时木材热解反应急剧进行，可燃气体大量放出并在空气中氧的作用下着火燃烧[4]。在典型案例(1)事故现场，调查人员用烟头(中心温度700～800 ℃)对平车中腐蚀的碎屑进行测试，不到1 min就引燃起火。目前的平车木地板材质本身存在的问题主要有：

(1) 木地板标准陈旧。目前执行的铁路货车木材设计标准是TB/T 1134—1974《货车木材技术》，该标准多年未更新，难以适应重载、高速的现代化铁路运输要求。

(2) 木材品质不能保证。木材硬度及含水率难以检测，判断属于何种树木更是困难，因此，车辆运用维修部门(车辆段站修、检修车间)对木材品质的检查难度大。

(3) 平车木地板后期维修成本高。尤其是装用坦克等重型机械的情况，其履带或者用于固定的钉子对木材表面损伤较大，更易造成木材腐朽而缩短使用寿命。根据现场调查，目前大约2～3年就会整车更换一次木地板，更换1辆NX17K型通用平车木地板所需木材的成本约13 000元。

(4) 腐朽、破损的木地板存在缝隙、破洞时，给外来火源提供了藏身之地，也是火灾隐患。

4 改进方案

4.1 改进防火板尺寸

实际运用情况表明，防火板尺寸已经不能完全起到有效防护的作用，建议在满足现有《铁路货车段修规程》相关要求的前提下，将车辆两端防火板延长至端梁并焊接在端梁上，将车辆中部防火板延长至合适尺寸，确保底部火星不会溅射到木地板。

4.2 木地板防腐防火处理

建议对木地板进行防腐防火处理，提高平车木地板的阻燃性能。具体方法有：

(1) 对木地板涂刷无卤阻燃剂[5]。无卤阻燃剂是广泛应用于我国现代化工业的防腐防火材料,使用无卤阻燃剂对木地板进行处理可以大幅提高木地板防腐防火性能，但一旦涂刷层破损,阻燃性能随即消失。

(2) 采用真空加压浸渍法用阻燃溶液(脒基脲磷酸盐GUP/八硼酸钠水溶液)处理平车木地板。文献[6]的研究结果表明，阻燃效果最佳的处理方式是：阻燃液浓度10%、真空度0.1 MPa、真空时间10～20 min、加压压力0.6 MPa、加压时间20～30 min。文献[7]的试验研究表明，经过阻燃剂处理的木材阻燃氧指数能达到42.5，符合国家对阻燃木材氧指数的要求(大于27)，大幅提高了木材的阻燃性能。

5 结束语

本文提出的改进方案可有效消除木地板车辆火灾隐患，且改进成本较低。平车木地板经过防腐防火处理，可大幅降低其后期维护成本，延长使用寿命，减少整修时间，增加货物装载率。所以对现有木地板车辆进行防火板改造和防腐防火处理，对提高铁路运输的经济效益和安全性有重大意义。