600/1 067 mm變軌距動車組轉向架研發可行性分析

劉曉妍，黃運華，許紅江，張隸新

(1.西南交通大學 機械工程學院， 四川 成都 610031； 2.中車唐山機車車輛有限公司 轉向架技術中心， 河北 唐山 063035)

0 引言

由于政治、經濟及技術等多方面原因，目前世界上存在著上百種不同的軌距，它們都在381 mm～2 134 mm之間，這些不同軌距的線路嚴重阻礙了跨國和跨地區的鐵路運輸及經貿活動的發展[1]。600/1 067 mm變軌距動車組轉向架不同于傳統客車轉向架，其既是自帶動力的動車組轉向架，又是軌距可自動改變的變軌距轉向架，是基于國家重點研發計劃項目子課題“變結構走行系統列車關鍵技術研究”提出的，它為滿足“一帶一路”沿線國家不同軌距線路的運輸需求提供了核心技術支撐，同時可帶動窄軌國家的經濟發展，形成滿足全球市場需求的國際化軌道交通體系。

1 現有變軌距技術分析

變軌距轉向架區別于傳統轉向架，當其通過不同軌距線路時，車輪可借助地面變軌裝置自動變換軌距。目前，國內外對變軌距轉向架的研究已較多，本文將重點介紹國外較典型的變軌距轉向架。

西班牙TALGO用于客車的變軌距轉向架可實現1 668 mm和1 435 mm軌距之間的變換[2]，該轉向架采用獨立旋轉車輪，其變軌距結構在動力和非動力轉向架上都有應用，左右兩側車輪分別在轉向架輪軸軸承座上轉動，車輪可左右移動，以適應不同的軌距[3]，如圖1所示。

日本的變軌距轉向架用于新干線(1 435 mm)和既有線(1 067 mm)間的軌距變換，E30型可變軌距轉向架包括A型、B型兩種，A型采用獨立旋轉車輪，B型采用傳統輪對[4]。E30A型變軌距轉向架輪軸部件包括車輪、車軸、電機、制動盤、外套筒、鎖緊件、軸箱體、軸端梁及導銷等[5]，如圖2所示，其變軌距結構在動力和非動力轉向架上都有應用。

德國于20世紀80年代研制出了運用于貨車的DBAG/Rafil V型變軌距輪對，可實現1 435 mm到1 520 mm軌距的變換[6]，其變軌距裝置采用齒形嚙合裝置，安裝在傳統輪對上，如圖3所示，圖中左側車輪處于解鎖狀態，右側車輪處于鎖緊狀態。

瑞士PROSE公司在2011年設計了從米軌(1 000 mm)到準軌(1 435 mm)自動變換的變軌距拖車轉向架(型號EV09)。車輛運行時只需更換準軌和米軌的機車就可以實現兩種軌距的互聯互通[7]。該轉向架結構獨特，采用獨立旋轉車輪，變軌原理新穎，采用構架移動車輪跟隨的模式。

圖1西班牙TALGO變軌距轉向架圖2 E30 A型變軌距轉向架圖3 DBAG/Rafil V型貨車變軌距輪對

對國外典型變軌距轉向架進行對比分析，如表1所示?？傮w上來看，為實現軌距變換，可通過移動左右車輪或移動左右側架來改變左右車輪的內側距。當軌距變化范圍大于400 mm時，考慮到不同軌距下限界的要求，移動構架相對于移動車輪改變軌距更容易實現。從600 mm到1 067 mm軌距變化差為467 mm，故要實現600/1 067 mm變軌距轉向架應優先考慮移動構架模式。

表1 國外典型變軌距轉向架對比分析

2 車輛限界分析

目前我國600 mm軌距的線路已不存在，其相關標準缺失，600 mm軌距限界標準亟待完善，而與之較接近的現存運營線路主要是762 mm軌距，因此，以GB188—63《762 mm鐵路機車車輛限界和建筑接近限界分類及基本尺寸》作為參考進行分析。

國內現存運營線路基本也沒有1 067 mm軌距，根據相關文獻及中車唐山機車車輛有限公司曾為國外設計制造相關軌距車輛，得到三個國家1 067 mm軌距的車輛限界，如圖4所示。由圖4可知，762 mm和1 067 mm軌距的限界標準差別很大，所以，600 mm和1 067 mm軌距的限界差異也很大，因此，600/1 067 mm變軌距轉向架的實現有較大的技術難度，根據表1的數據分析，可通過移動側架來實現轉向架外形尺寸的改變，以適應不同的車輛限界。

1-中國762 mm軌距限界；2-蘇丹1 067 mm軌距限界；3-坦贊1 067 mm軌距限界；4-菲律賓1 067 mm軌距限界

3 車輛主要技術參數分析

3.1 600 mm軌距車輛技術參數

通過文獻檢索和實地調研可知，600 mm軌距現存數據非常有限。為了更好地進行分析對比，給出比較接近的762 mm軌距部分車輛技術參數作為參考。

個碧石鐵路軌距600 mm，全長177 km，設計時速25 km，上坡時速僅10 km，其作為滇越鐵路重要的組成部分，曾經是云南和外界聯系的絕對大動脈[8]，該線路現已全部拆除，部分車輛現存于云南鐵路博物館；江西贛南森林小火車全長87 km，軌距762 mm，原用28 t的蒸汽機車作牽引車，現用的仍是1978年產的120馬力的ZN120內燃機車牽引，2014年該線路作為旅游小火車恢復通車。

通過實地考察云南600 mm軌距個碧石鐵路和江西762 mm軌距小火車及文獻調研762 mm軌距臺灣阿里山森林小火車[9]，其現存的車輛技術參數已經十分有限，如表2所示。

3.2 1 067 mm軌距車輛技術參數

國內現存線路也基本沒有1 067 mm軌距，根據相關文獻及中車唐山機車車輛有限公司曾為國外設計制造的相關軌距車輛，得到如表3所示的1 067 mm軌距車輛的部分參數。

表2 600/762 mm軌距車輛的部分技術參數

表3 1 067 mm軌距車輛的部分技術參數

比較表 2和表3的技術參數，顯然600 mm軌距和1 067 mm軌距的轉向架和車輛參數都存在著很大的差距，就軸距而言，600 mm軌距轉向架軸距為950 mm，762 mm軌距轉向架軸距在1 000 mm左右，而1 067 mm軌距轉向架的軸距均為2 200 mm，這樣差異懸殊的軸距也表明了兩者轉向架的零部件之間差異很大，因此600/1 067 mm變軌距轉向架的實現存在著很大的難度。若同時滿足兩種軌距的要求，可能使600/1 067 mm變軌距轉向架的整體性能較差。

4 軌道踏面分析

根據實地考察測繪，600 mm和762 mm軌距鋼軌大致外形尺寸如圖5和圖6所示，根據GB 2585—2007《鐵路用熱軋鋼軌》，600 mm和762 mm軌距鋼軌分別約等同于18 kg/m和15 kg/m軌。

由表2可知，600 mm軌距轉向架的車輪滾動圓直徑為650 mm，輪輞寬度為110 mm。根據GB4695—84《窄軌機車車輛車輪踏面形狀及尺寸》，窄軌機車車輛的踏面類型有A、B兩種。而1 067 mm軌距轉向架采用的鋼軌型號為60 kg/m軌，同時1 067 mm軌距轉向架的車輪滾動圓直徑約為860 mm，采用LM或S1002型踏面，輪輞寬度為135 mm。

圖5 600 mm軌距鋼軌軌頭圖6 762 mm軌距鋼軌軌頭

通過對比兩個軌距下的軌道和踏面參數，不難發現兩者之間存在較大的差距，根據標準MT/T2—1995 《窄軌鐵路道岔》可知，600 mm可用的鋼軌類型有15 kg/m、22 kg/m、30 kg/m、 38 kg/m、43 kg/m等，為保證輪軌匹配，車輪的參數可根據鋼軌類型進行相應的修改從而完成輪軌匹配設計。因此，從軌道踏面方面來說，600/1 067 mm變軌距轉向架的實現是可能的，但兼顧兩種軌距可能會使600 mm/1 067 mm變軌距車輛的運行性能難以控制到最佳，故需要在懸掛參數的優化設計上做文章。

5 結論

當軌距從600 mm變化到1 067 mm時，不論是限界、車輛技術參數還是軌道踏面，均發生了巨大變化，600 mm線路在中國乃至全世界進行載客運營已經非常罕見，可參照的數據非常有限，這對于600/1 067 mm變軌距轉向架的設計很不利。根據以上技術分析，可以得出以下結論：①從理論上來說，要從結構上實現600/1 067 mm軌距變換是可能的；②要將差別較大的不同軌距轉向架的各項技術參數融于一個轉向架上，可能會導致轉向架整體結構的協調性較差；③同時滿足兩種軌距的基本條件導致保證兩種軌距下的運行性能最佳有一定難度，這既要在結構上做文章，又要在懸掛參數優化設計上下功夫。