穆鳳軍，徐世鋒，邵文東，劉振明，周國東

(1.中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心，遼寧 大連 116052； 2.中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002)

2013年習(xí)主席提出了“一帶一路”(絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀(jì)海上絲綢之路)的倡議，基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通是“一帶一路”建設(shè)的優(yōu)先領(lǐng)域。我國與東北亞、中亞、南亞及東南亞有8條鐵路通路，除中朝鐵路聯(lián)運外，其他鐵路通道均存在軌距不同的問題，長期以來采用貨物轉(zhuǎn)運和更換轉(zhuǎn)向架方式來解決不同軌距之間的國際聯(lián)運問題。變軌距轉(zhuǎn)向架是實現(xiàn)不同軌距之間的國際聯(lián)運問題最優(yōu)的解決方案，是一種能夠充分適應(yīng)發(fā)展需要、周轉(zhuǎn)快、效率高、收益大的聯(lián)運方式，尤其在運輸危險、易腐壞、易污染環(huán)境、加固費用較高和需要防護的貨物時，這一技術(shù)更能顯示其優(yōu)越性。

因此在“十三五”交通領(lǐng)域科技發(fā)展戰(zhàn)略研究報告中，明確將“轉(zhuǎn)向架軌距可變技術(shù)”列入到“自適應(yīng)轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵技術(shù)”中進行重點研發(fā)。中車齊齊哈爾車輛有限公司于2016年承擔(dān)了中國國家鐵路集團有限公司重點課題——1 435 mm/1 520 mm變軌距轉(zhuǎn)向架及配套設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)研究，研制了1 435 mm/1 520 mm貨車變軌距轉(zhuǎn)向架。

1 技術(shù)路線

變軌距轉(zhuǎn)向架采用變軌距輪對結(jié)構(gòu)，除了輪對特殊外，其他結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架差別不大，制造成本明顯低于采用獨立旋轉(zhuǎn)車輪的變軌距轉(zhuǎn)向架。輪對出現(xiàn)擦傷等問題可臨時更換為常規(guī)輪對，對車輛正常運輸影響較小。

ZK1型轉(zhuǎn)向架為鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢修、運用成本低的優(yōu)點，它在三大件式轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上又加裝了側(cè)架彈性中交叉支撐裝置，克服了原三大件式轉(zhuǎn)向架運行速度不高、車輪磨耗嚴(yán)重的缺點。多年的運用結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)向架具有造價低、運行速度高、磨耗輕微及檢修成本低等優(yōu)點。1 435 mm/1 520 mm轉(zhuǎn)向架將來適用于中國和獨聯(lián)體國家境內(nèi)，如采用鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架，檢修將更加便利。

踏面制動具有造價低、易于更換、便于觀察等優(yōu)點，中國和獨聯(lián)體國家的貨車基本上均采用踏面制動。盤形制動制造成本高，制動閘片磨耗及裂損不易觀察，而且必須在特殊的作業(yè)場地(地溝)才能更換閘片，這與中國和獨聯(lián)體國家現(xiàn)有的運用條件差距很大。

從可行性、可維修性、經(jīng)濟性及創(chuàng)新性等方面考慮，確定了1 435 mm/1 520 mm貨車變軌距轉(zhuǎn)向架方案：研制擁有獨立知識產(chǎn)權(quán)的變軌距輪對，采用ZK1型鑄鋼三大件式轉(zhuǎn)向架，采用踏面制動并配套研制變軌距制動梁。

2 結(jié)構(gòu)特點

1 435 mm/1 520 mm變軌距轉(zhuǎn)向架(ZK1型轉(zhuǎn)向架)裝用變軌輪對，可實現(xiàn)軌距自動變換，采用踏面制動，配套采用變軌距制動梁。圖1為轉(zhuǎn)向架三維示意圖。

2.1 轉(zhuǎn)向架主要結(jié)構(gòu)

1 435 mm/1 520 mm變軌距轉(zhuǎn)向架采用側(cè)架彈性中交叉支撐裝置，可提高轉(zhuǎn)向架的運行速度；采用耐低溫八字形軸箱橡膠墊，可降低輪軌動作用力并改善曲線通過性能；車軸材質(zhì)為LZW鋼；車輪材質(zhì)為CL60鋼；采用耐低溫雙列圓錐滾子軸承；采用兩級剛度彈簧，提高空車彈簧靜撓度；搖枕、側(cè)架采用耐低溫DB級鑄鋼鑄造，采用高摩合成閘瓦；采用耐低溫DWJC型常接觸彈性旁承；采用耐低溫心盤磨耗盤；斜楔材料為貝氏體球墨鑄鐵；各主要摩擦副采用耐磨件。

變軌距輪對結(jié)構(gòu)見圖2。車輪可以在車軸上橫向移動，橫向力通過鎖緊銷與輪轂上的環(huán)槽傳遞。當(dāng)車輪通過地面變軌距設(shè)施時，地面的解鎖導(dǎo)軌向軌道外側(cè)擠壓解鎖盤，控制桿通過斜面效應(yīng)帶動鎖緊銷離開輪轂環(huán)槽，完成解鎖；車輪在車輪導(dǎo)軌作用下移動到合適位置后，解鎖導(dǎo)軌逐步釋放解鎖盤，在復(fù)原彈簧作用下控制桿帶動鎖緊銷在新的位置鎖定，完成軌距變換。

圖2 變軌距輪對示意圖

變軌距制動梁結(jié)構(gòu)見圖3。閘瓦托套裝在制動梁端頭上，可以橫向移動，通過彈片凸起與制動梁端頭不同位置凹窩配合實現(xiàn)閘瓦托的橫向定位。當(dāng)車輪通過地面變軌距設(shè)施橫向移動時，車輪通過撥擋推動閘瓦托橫向移動，在該橫向力作用下使得彈片凸起脫出梁架凹窩實現(xiàn)解鎖；當(dāng)移動到新的位置時，在彈性力作用下彈片凸起重新落入梁架凹窩里實現(xiàn)鎖閉。

圖3 變軌距制動梁示意圖

2.2 轉(zhuǎn)向架主要參數(shù)

1 435 mm/1 520 mm變軌距轉(zhuǎn)向架主要參數(shù)如表1所示。

3 分析計算情況

3.1 動力學(xué)分析

該轉(zhuǎn)向架配裝哈薩克斯坦低開門敞車車體，在考慮輪對橫向間隙和扭轉(zhuǎn)間隙的情況下進行了動力學(xué)性能仿真分析，主要結(jié)論如下：

(1) 準(zhǔn)軌線路上，車輛臨界速度為164 km/h；寬軌線路上車輛臨界速度為155 km/h，均滿足車輛最高運營速度120 km/h的運行要求。

(2) 輪軸徑向間隙對車輛臨界速度基本無影響，輪對橫向間隙和旋轉(zhuǎn)間隙對車輛臨界速度有影響，應(yīng)盡可能減小該間隙。

(3) 輪對橫向間隙及旋轉(zhuǎn)間隙對車輛運行平穩(wěn)性及安全性基本無影響。

3.2 變軌距輪對運動學(xué)分析

對變軌距輪對進行了運動學(xué)分析，考慮各部位摩擦的情況下，得出如下結(jié)論：

(1) 在解鎖盤上施加最大10 kN的橫向力，可完成車輪與車軸的主動解鎖。

(2) 重車工況下移動車輪的橫向阻力最大為36 kN。

(3) 在最大輪軸橫向力作用下，鎖緊裝置不會被動解鎖。

綜上認(rèn)為，變軌距輪對的鎖緊裝置主動解鎖力較小，能夠?qū)崿F(xiàn)解鎖功能；在最大輪軸橫向力作用下不會被動解鎖，運行安全可靠；變軌距車輪移動時的最大橫向阻力在可接受范圍內(nèi)。

3.3 變軌距輪對強度分析

按TB/T 2705—2010《鐵道車輛非動力車軸設(shè)計方法》對變軌距輪對進行了靜強度分析計算，結(jié)果表明，鎖緊部件強度滿足TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》的規(guī)定，具體部件應(yīng)力見表2。

表2 變軌距輪對靜強度計算結(jié)果對比

3.4 變軌距制動梁強度分析

采用C70型敞車制動系統(tǒng)參數(shù)，按照TB/T 1978—2018《鐵路貨車轉(zhuǎn)向架 組合式制動梁》對變軌距制動梁進行了有限元分析計算，結(jié)果表明，變軌距制動梁主要部件強度滿足TB/T 1335—1996的規(guī)定。表3為變軌距制動梁撓度載荷和切向載荷共同作用下的應(yīng)力計算結(jié)果。

表3 變軌距制動梁撓度載荷和切向載荷共同作用下的應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

4 試驗情況

變軌距轉(zhuǎn)向架在專用變軌試驗平臺(圖4)上進行了變軌功能試驗.該平臺一端為準(zhǔn)軌線路(軌距1 435 mm)，另一端為寬軌線路(軌距1 520 mm)，中間為變軌裝置。將轉(zhuǎn)向架放置在變軌距平臺準(zhǔn)軌線路的一端，然后將轉(zhuǎn)向架分別加載砝碼到空車載荷7 t和重車載荷45 t，緩慢推動轉(zhuǎn)向架向?qū)捾壎艘苿樱竭_寬軌端后再返回準(zhǔn)軌端。轉(zhuǎn)向架在空重車條件下分別進行了3次往返試驗，均順利完成軌距變換，變軌距過程中未發(fā)生卡阻現(xiàn)象和異常聲響。轉(zhuǎn)向架變軌試驗狀態(tài)見圖5。

圖4 專用變軌試驗平臺

圖5 地面健康管理平臺

5 結(jié)束語

變軌距轉(zhuǎn)向架的成功研制使我國貨車向變軌距技術(shù)邁出了重要一步，為變軌距列車的開行做好了重要的技術(shù)儲備。變軌距轉(zhuǎn)向架通過地面設(shè)施可以實現(xiàn)自動變換軌距，貨物無需換裝，具有周轉(zhuǎn)快、效率高、貨物損耗少的優(yōu)點。它為解決我國同周邊國家不同軌距間聯(lián)運問題提供了新的解決方案，并且隨著我國“一帶一路”倡議的深入推進，未來幾年內(nèi)變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)在鐵路貨車領(lǐng)域?qū)玫礁斓陌l(fā)展。