棉花铁路运输环境的试验研讨

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1棉花包内温湿度测试仪器设置方案

为了解棉花包内温湿度随外界的变化情况，传感器的埋放深度按10cm、30cm设计。由于棉花包是在400t压力下打包完成的，包内棉花密度很大，很难把测试传感器直接埋置入棉花包内，项目组先后设计了手工掏包埋入仪器、辅助装置打孔埋入仪器、轧花厂打包时直接埋入仪器的3种作业方式，如图2所示。鉴于手工埋入仪器方式作业效率低，轧花厂打包时直接埋入方式影响生产工序，故在为期1年、对多达864个棉花包的温度、湿度测试中，主要使用了打孔埋入方式。棉花回潮率测试方案每车布置12个测点测试棉花回潮率，测点位置设置如图4。车内环境测试方案每车设置18个测点(如图1所示)，安放在车厢壁及棉花包间隙中，车内环境参数测试仪安装示例如图5所示。在途实时监测方案为确保一旦测试车组发生火灾时，测试数据能够保留下来，项目组采取了基于无线传感器网络的铁路运输中棉花状态在途监测方案。通过在棉花包内、棉花包间设置传感器节点，实时检测棉花在运输过程中的温度、湿度及回潮率状态，同时对列车进行定位，并将检测数据信息及时发送到地面系统，实现对棉花运输在途状态的实时跟踪及监测，及时、准确地掌握棉花运输过程中温度、湿度及回潮率状态。棉花包状态在线实时监测系统由温湿度传感器、回潮率传感器、GPS定位传感器、车载网关及地面应用系统组成。其主要功能包括实时接收监控信息、数据分析及存储、监控画面实时刷新、历史信息查询、绘制历史数据曲线、历史数据分析等。棉花包状态在线实时监测系统如图6所示。

2主要测试设备介绍

2.1棉花包内温度、湿度测试仪器项目组研发了MWS-12型温湿度测试仪器及数据接收器如图7所示，其主要参数如下。温度测量精度：0.5℃；测量范围：-40℃—80℃。湿度测量精度：3%RH；测量范围：0%～100%RH。记录频率：1s～24h(可调)。有关要求：测试仪器能放置在正常压力下成形的棉花包内；每辆车内的各个温度、湿度测试仪器可以将各自数据无线传输到车内的总接收器，总接收器应能正确储存本车内的所有信息，各个温湿度测试仪器也具有记录自有数据的能力。

2.2棉花包回潮率测试仪器试验开始之初，国内常用的测试棉花回潮率的仪器都是采用将棉花包破包后取样的作业方式进行测试，很不方便，且取出的棉花样品与外界环境接触后回潮率测量已不准确。项目组经过科研攻关，研发了国际上首创的能够不开包实时测试棉花包回潮率的仪器(MBS型棉花包温度水分巡回检测装置)图8所示。测试仪器自身强度满足铁路装卸、运输条件下正常工作要求，其主要参数如下。回潮率测量精度：0.1%；测量范围：4%～13%。记录频率：1min～24h(可调)。电池工作时间：不少于6个月。

2.3车内环境温度、湿度测量仪器车内环境温度、湿度测试采用具有一定抗震能力的HC-02型温湿度测试仪，能够满足铁路运输条件，其主要参数如下。温度测量范围：测试温度大于80℃；测量精度：0.5℃。湿度测量范围：0%～100%RH；测量精度：2.5%RH。记录容量：大于5000个。记录频率：1s～24h(可调)。电池工作时间：不小于1年。外形尺寸：不大于100mm×50mm×30mm。质量：不大于100g。

3主要测试结果分析

3.1测试结果分析

在不同季节、不同发到站、不同车型及不同装车方式等组合的情况下，共组织了6次运距在2500km以上的试验，每次在8辆棚车内安装96套棉花包内温湿度测试仪器、144套车内环境测试仪器、48套棉花回潮率测试仪器、2套GPS定位系统，实现了棉花包内温湿度和回潮率、车内温湿度、车外环境温湿度、试验列车位置、试验列车速度等试验数据异地实时读取。6次测试共获得1000多万个棉花包及车厢内外环境的温度、湿度、回潮率、车辆位置、速度等参数，为研究棉花铁路运输环境条件取得了大量基础数据。测试结果总结如下。（1）车内环境温度、湿度测试结果。夏季试验时在新疆阿克苏测得车内最高温度达到66.21℃，棉花铁路运输环境条件测试图(阿克苏)如图9所示。冬季试验时在甘肃省和静县测得最低温度-21.24℃。车内最大相对湿度可达100%。同一测点测试结果显示车内环境温度、湿度每天都有显著变化，24h内最高和最低温度的差值最大可达50℃，相对湿度差值则在60%以上。（2）棉花包内的温度、湿度测试结果。棉花包内的温度、湿度数据变化值很小，大部分测点温度差测试值在运输全程小于5℃、相对湿度波动值小于5%。（3）棉花回潮率测试结果。在运输全程中，所有测点的棉花回潮率的波动值均不大于5%，大部分测点测试值几乎没有变化。（4）在400t压力下打包成型的棉花包密度约为440kg/m3，未发现由于仪器埋放深度的不同，对棉花的温度、湿度、回潮率等测试值有明显影响。

3.2分析与建议

（1）当车外温度一定时，列车处在运行状态时的车内温度低于停车状态，试验中测得的最高温度发生在夏季白天车辆经过长达数小时停车状态的工况。为避免车内温度过高的情况出现，应尽量减少运输棉花车辆的在站等候时间，应尽快编组挂运。（2）车内的温度、湿度虽随列车运行中所处环境的变化而波动，但由于棉花自身结构具有隔温等特性，棉花包内的温度、湿度，以及棉花的回潮率等参数在运输全程中，基本不受环境的影响。因此，在不考虑生物化学因素的前提下，棉花包内首先发生自燃的物理因素不充足，更应该在棉花包表面探索棉花运输起火原因。（3）车厢内装载棉花后留存空间的大小，以及车内空气与车外的交流程度对棉花包运输过程环境温湿度变化的影响并非是决定因素。因此，从装载效率及防止外来火源侵入等方面考虑，车厢内可以尽可能满载以提高运输效率，同时封闭门窗缝隙，防止外来意外火源引燃车内棉花包。由于棉花铁路运输火灾发生的概率较低(约为万分之一)，本测试试验虽对超过800个运输中的棉花包进行了相关测试，相对于实际发送量，所占比例太小。因此，棉花运输过程中环境因素对棉花火灾成因的实际影响，尚有待继续开展深入研究和探索。

作者：车德慧 陆松 殷涛 单位：中国铁道科学研究院