張 航，于浩文，賀進(jìn)帆，張作凱

（內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021）

1 引言

“一帶一路”倡議構(gòu)想使中亞、歐洲等國(guó)之間的經(jīng)貿(mào)交流日益頻繁，推動(dòng)了國(guó)際聯(lián)運(yùn)和區(qū)域間運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。根據(jù)報(bào)道，2019年中國(guó)同“一帶一路”沿線國(guó)家貿(mào)易額占中國(guó)總貿(mào)易額的29.4%。近年來“一帶一路”構(gòu)想順利實(shí)踐，中國(guó)與世界聯(lián)系日益緊密，同“一帶一路”沿線國(guó)家往來更加頻繁：中歐班列開通、中哈霍爾果斯邊境合作中心項(xiàng)目實(shí)施、中巴經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)等一大批國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)工程都離不開交通設(shè)施的連通。與公路、水陸、航空和管道運(yùn)輸方式相比，鐵路運(yùn)輸以其運(yùn)量大、能耗低、污染小、成本低、安全快捷等特點(diǎn)，成為國(guó)際聯(lián)運(yùn)和區(qū)域間運(yùn)輸方式的首選。

但是與中國(guó)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶密切相關(guān)的國(guó)家之間的鐵路軌距存在較大差異，其中歐洲大部分國(guó)家、土耳其、伊朗以及中國(guó)為標(biāo)準(zhǔn)軌距1 435 mm；俄羅斯以及其他前蘇聯(lián)國(guó)家采用的是軌距為1 520 mm的寬軌；孟加拉國(guó)、巴基斯坦等南亞國(guó)家多數(shù)采用1 676 mm的寬軌；東南亞地區(qū)的緬甸、越南等國(guó)則多數(shù)采用軌距為1 000 mm的窄軌。亞歐大陸橋上主要存在這4種不同軌距的線路，這些軌距差異嚴(yán)重阻礙了中國(guó)與絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶沿線各國(guó)間的經(jīng)貿(mào)合作，所以解決不同軌距之間的運(yùn)輸問題具有十分重大的意義。目前，世界上主要采取以下幾種措施來解決不同軌距之間的國(guó)際聯(lián)運(yùn)問題：統(tǒng)一線路軌距、轉(zhuǎn)運(yùn)、換裝或換乘、更換走行部、采用駝背運(yùn)輸車及采用變軌距轉(zhuǎn)向架。相比其他類方法，采用變軌距轉(zhuǎn)向架具有過軌時(shí)間短、效率高、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低的特點(diǎn)，因此采用變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)來進(jìn)行絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的鐵路聯(lián)運(yùn)必然成為首選。但是目前在“一帶一路”跨國(guó)鐵路運(yùn)輸中采用的主要是轉(zhuǎn)運(yùn)換乘，更換行走部的方法，這種模式通關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)，變軌作業(yè)效率不高，影響物流貨運(yùn)速度。為了更好地推進(jìn)“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，必須要解決作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的交通紐帶——亞歐大陸橋鐵路軌距不同條件下的列車高效通行問題。而目前在國(guó)際聯(lián)運(yùn)中，鑒于變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)在運(yùn)輸中省時(shí)便利的優(yōu)勢(shì)，采用此模式進(jìn)行鐵路貿(mào)易運(yùn)輸是十分行之有效的措施，因而研究高性能高速度的變軌距轉(zhuǎn)向架技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

改進(jìn)后的新變軌距輪對(duì)模型可以完成不停車高速通過變軌段時(shí)變軌的任務(wù)?，F(xiàn)有的變軌技術(shù)在利用傳統(tǒng)輪對(duì)的車輪能夠沿車軸移動(dòng)，或者是獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪隨軸承一起沿車軸移動(dòng)這一變軌基本原理的基礎(chǔ)上，執(zhí)行的變軌過程如下：車輪或者輪對(duì)軸承被釋放—車輪向里或者向外移動(dòng)（依賴于所需軌距）—車輪或者輪對(duì)軸承在相應(yīng)的新軌距位置被鎖緊。變軌距輪對(duì)的操作能力依賴于車輛運(yùn)行時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)的可靠性，尤其是通過軌距變換裝置時(shí)的靈活性。通過各種技術(shù)考量，最終軌距變換過程是在車輛以不大于15 km/h速度通過固定的軌距變換設(shè)施時(shí)自動(dòng)完成的。因此，為了打破變軌距階段車輛通行的速度限制，需要建立新的變軌理論，使用新的變軌方法建立變軌輪對(duì)模型?，F(xiàn)存的變軌模型，軌距變換設(shè)施必須與特殊的輪對(duì)設(shè)計(jì)相一致。車輪必須在相應(yīng)軌距位置鎖緊以防止軸向移動(dòng)。在提出改進(jìn)的變軌距輪對(duì)模型后，設(shè)計(jì)配套的地面變軌段，與上述新的變軌輪對(duì)一同組建成新的高速變軌距輪軌模型，對(duì)順利實(shí)現(xiàn)列車通過變軌段尤為重要。

2 改進(jìn)方向及解決方案

在切實(shí)分析了現(xiàn)今“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展具體情況后，重點(diǎn)針對(duì)中外鐵路運(yùn)輸軌距不兼容問題提出解決方案。目前中外鐵路聯(lián)運(yùn)仍未使用自動(dòng)變軌轉(zhuǎn)向架技術(shù)，而是在兩種鐵軌交界處設(shè)立轉(zhuǎn)換站，采用轉(zhuǎn)運(yùn)換裝的方法。和高速自動(dòng)變軌距技術(shù)相比，目前的方案效率低下，會(huì)消耗大量的時(shí)間金錢成本和人力成本。為改變這一現(xiàn)狀，在借鑒國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)可在高速行駛狀態(tài)下自動(dòng)完成變軌任務(wù)的輪軌模型。具體可從下面幾個(gè)方面改進(jìn)：①輪對(duì)位置調(diào)整方法及其與軌距適應(yīng)技術(shù)的研究。研究現(xiàn)有軌距對(duì)應(yīng)的輪對(duì)的結(jié)構(gòu)體系及空間分布，基于現(xiàn)有變軌距技術(shù)，研究不同軌距差之間的輪對(duì)調(diào)整方法和裝置，研究不同輪對(duì)調(diào)整方法的結(jié)構(gòu)差異和時(shí)耗差異。②變軌距過渡段結(jié)構(gòu)布局研究。研究不同輪對(duì)位置調(diào)整方法下變軌矩過渡段的結(jié)構(gòu)形式、幾何布局及通行方式等，研究不同變軌距過渡段結(jié)構(gòu)形式等因素對(duì)通行速度的影響。③高效變軌模型理論研究?；谏鲜鲅芯浚业街萍s變軌效率的因素，提出新的變軌思路，以此為指導(dǎo)設(shè)計(jì)新的變軌模型，使新建立的變軌模型克服現(xiàn)有變軌模式的不足。

對(duì)具體的邊軌問題提出解決方案。首先調(diào)研“一帶一路”沿線國(guó)家軌距分布情況，現(xiàn)采取的鐵路國(guó)際聯(lián)運(yùn)措施、通關(guān)方式及鐵路運(yùn)輸效率通關(guān)成本等現(xiàn)實(shí)條件，確立項(xiàng)目迫切需要研究解決哪些軌距的高速不停車變軌任務(wù)。然后對(duì)確立項(xiàng)目解決研究的目標(biāo)變軌段進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)收集，在采用自動(dòng)變軌轉(zhuǎn)向架技術(shù)的通關(guān)關(guān)口對(duì)輪對(duì)型號(hào)、踏面類型、鋪設(shè)的鐵軌規(guī)格、地面變軌段鋪設(shè)方式、輪軌接觸面積、車軸伸縮變化長(zhǎng)度、解鎖鎖緊裝置所受橫向力、變軌過程占用時(shí)間及現(xiàn)行列車變軌時(shí)最大允許通行速度和允許最大沉重載荷等基本物理指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。接著根據(jù)上述研究中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)分析輪對(duì)調(diào)整方法、變軌軌道鋪設(shè)的幾何結(jié)構(gòu)及前后變軌軌距差異與變軌速度（效率）之間的關(guān)系?；谝陨涎芯?，總結(jié)影響變軌速度的主要因素，為提高變軌效率、建立高速不停車通過變軌段的輪對(duì)軌道模型提供改進(jìn)方向和優(yōu)化角度?，F(xiàn)有的變軌距輪對(duì)的操作能力依賴于運(yùn)行時(shí)鎖緊構(gòu)件的可靠性，尤其是通過軌距變換裝置時(shí)的靈活性，目前軌距變換過程是在車輛以不大于15 km/h速度通過固定的軌距變換設(shè)施時(shí)自動(dòng)完成的。因此具體分析如何改進(jìn)輪對(duì)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)配套的地面變軌段，提出更加高效簡(jiǎn)便的變軌模型，擺脫鎖緊裝置對(duì)列車通過變軌段的速度限制，就會(huì)實(shí)現(xiàn)高速不停車變軌工作的目的。建立改進(jìn)后的允許高速通過變軌段的可自動(dòng)變軌的輪對(duì)軌道模型，通過理論分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，檢驗(yàn)新的輪軌模型能否順利完成高速變軌過程，與原有的變軌過程進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)改進(jìn)后變軌模型的優(yōu)勢(shì)及變軌工作原理的創(chuàng)新。

通過研究不同構(gòu)件性能參數(shù)、地面配套變軌設(shè)施和列車變軌效率，找到影響列車變軌效率的“最大瓶頸”，從而找到項(xiàng)目研究的突破口。提出改進(jìn)的變軌距輪對(duì)模型，保證列車運(yùn)行安全穩(wěn)定的前提下高速通過變軌段，無需減速行駛，這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)會(huì)提高鐵路通行效率，有效支持鐵路提速的大戰(zhàn)略，加強(qiáng)中國(guó)國(guó)際高效聯(lián)運(yùn)的能力。配合改進(jìn)的變軌距輪對(duì)順利實(shí)現(xiàn)變軌做業(yè)，本項(xiàng)目設(shè)置了新的軌道變化段地面配套設(shè)施，與輪對(duì)一同組成新的輪軌模型，這一變軌模型比現(xiàn)采用的轉(zhuǎn)運(yùn)通關(guān)模式更加便利、高效、經(jīng)濟(jì)，有很好的應(yīng)用前景。

通過前期研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的變軌方式下在列車通過變軌段時(shí)，要求列車以不大于15 km/h速度通過地面變軌裝置，自動(dòng)完成變軌任務(wù)。而制約通過變軌段的最主要因素是解鎖——鎖緊裝置在變軌時(shí)對(duì)車輪間距要求很高。在設(shè)計(jì)新的變軌模型時(shí)，為了盡力擺脫制約條件、提高列車變軌效率，采用變更輪對(duì)形態(tài)、改變地面變軌段配套設(shè)施鋪設(shè)等方法?，F(xiàn)以實(shí)際問題為背景提出幾種解決方法，用于解決中國(guó)（1 435 mm）與俄羅斯（1 520 mm）、中國(guó)（1 435 mm）與巴基斯坦（1 676 mm）列車通行問題。轉(zhuǎn)換段鐵軌關(guān)于同一條直線對(duì)稱重合鋪設(shè)，對(duì)應(yīng)于車輛的中線。采用大小輪對(duì)的方法，在同心軸上鑄造2個(gè)直徑不同的輪對(duì)，直徑較大的放于內(nèi)側(cè)，直徑較小的放在外側(cè)，內(nèi)外側(cè)輪間距分別對(duì)應(yīng)兩國(guó)境內(nèi)不同的鐵路軌距，分別為中國(guó)1 435 mm、俄羅斯1520 mm。這樣在國(guó)境處，火車無需轉(zhuǎn)運(yùn)，也無需減速至15 km/h，在不同軌距上不同的大小輪受力運(yùn)行，解決了高效變軌距的問題。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，筆者們提出了一種具有普適性的解決辦法，來改善目前通關(guān)效率低下、邊軌運(yùn)行速度緩慢的問題。重新鑄造輪對(duì)的形狀，使不同輪對(duì)可在中外不同的鐵軌軌距上不減速行駛通過，加快了通關(guān)的效率且解決方法成本較低，易于實(shí)現(xiàn)。