600/1 067 mm变轨距动车组转向架研发可行性分析

刘晓妍，黄运华，许红江，张隶新

(1.西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都 610031； 2.中车唐山机车车辆有限公司 转向架技术中心， 河北 唐山 063035)

0 引言

由于政治、经济及技术等多方面原因，目前世界上存在着上百种不同的轨距，它们都在381 mm～2 134 mm之间，这些不同轨距的线路严重阻碍了跨国和跨地区的铁路运输及经贸活动的发展[1]。600/1 067 mm变轨距动车组转向架不同于传统客车转向架，其既是自带动力的动车组转向架，又是轨距可自动改变的变轨距转向架，是基于国家重点研发计划项目子课题“变结构走行系统列车关键技术研究”提出的，它为满足“一带一路”沿线国家不同轨距线路的运输需求提供了核心技术支撑，同时可带动窄轨国家的经济发展，形成满足全球市场需求的国际化轨道交通体系。

1 现有变轨距技术分析

变轨距转向架区别于传统转向架，当其通过不同轨距线路时，车轮可借助地面变轨装置自动变换轨距。目前，国内外对变轨距转向架的研究已较多，本文将重点介绍国外较典型的变轨距转向架。

西班牙TALGO用于客车的变轨距转向架可实现1 668 mm和1 435 mm轨距之间的变换[2]，该转向架采用独立旋转车轮，其变轨距结构在动力和非动力转向架上都有应用，左右两侧车轮分别在转向架轮轴轴承座上转动，车轮可左右移动，以适应不同的轨距[3]，如图1所示。

日本的变轨距转向架用于新干线(1 435 mm)和既有线(1 067 mm)间的轨距变换，E30型可变轨距转向架包括A型、B型两种，A型采用独立旋转车轮，B型采用传统轮对[4]。E30A型变轨距转向架轮轴部件包括车轮、车轴、电机、制动盘、外套筒、锁紧件、轴箱体、轴端梁及导销等[5]，如图2所示，其变轨距结构在动力和非动力转向架上都有应用。

德国于20世纪80年代研制出了运用于货车的DBAG/Rafil V型变轨距轮对，可实现1 435 mm到1 520 mm轨距的变换[6]，其变轨距装置采用齿形啮合装置，安装在传统轮对上，如图3所示，图中左侧车轮处于解锁状态，右侧车轮处于锁紧状态。

瑞士PROSE公司在2011年设计了从米轨(1 000 mm)到准轨(1 435 mm)自动变换的变轨距拖车转向架(型号EV09)。车辆运行时只需更换准轨和米轨的机车就可以实现两种轨距的互联互通[7]。该转向架结构独特，采用独立旋转车轮，变轨原理新颖，采用构架移动车轮跟随的模式。

图1西班牙TALGO变轨距转向架图2 E30 A型变轨距转向架图3 DBAG/Rafil V型货车变轨距轮对

对国外典型变轨距转向架进行对比分析，如表1所示。总体上来看，为实现轨距变换，可通过移动左右车轮或移动左右侧架来改变左右车轮的内侧距。当轨距变化范围大于400 mm时，考虑到不同轨距下限界的要求，移动构架相对于移动车轮改变轨距更容易实现。从600 mm到1 067 mm轨距变化差为467 mm，故要实现600/1 067 mm变轨距转向架应优先考虑移动构架模式。

表1 国外典型变轨距转向架对比分析

2 车辆限界分析

目前我国600 mm轨距的线路已不存在，其相关标准缺失，600 mm轨距限界标准亟待完善，而与之较接近的现存运营线路主要是762 mm轨距，因此，以GB188—63《762 mm铁路机车车辆限界和建筑接近限界分类及基本尺寸》作为参考进行分析。

国内现存运营线路基本也没有1 067 mm轨距，根据相关文献及中车唐山机车车辆有限公司曾为国外设计制造相关轨距车辆，得到三个国家1 067 mm轨距的车辆限界，如图4所示。由图4可知，762 mm和1 067 mm轨距的限界标准差别很大，所以，600 mm和1 067 mm轨距的限界差异也很大，因此，600/1 067 mm变轨距转向架的实现有较大的技术难度，根据表1的数据分析，可通过移动侧架来实现转向架外形尺寸的改变，以适应不同的车辆限界。

1-中国762 mm轨距限界；2-苏丹1 067 mm轨距限界；3-坦赞1 067 mm轨距限界；4-菲律宾1 067 mm轨距限界

3 车辆主要技术参数分析

3.1 600 mm轨距车辆技术参数

通过文献检索和实地调研可知，600 mm轨距现存数据非常有限。为了更好地进行分析对比，给出比较接近的762 mm轨距部分车辆技术参数作为参考。

个碧石铁路轨距600 mm，全长177 km，设计时速25 km，上坡时速仅10 km，其作为滇越铁路重要的组成部分，曾经是云南和外界联系的绝对大动脉[8]，该线路现已全部拆除，部分车辆现存于云南铁路博物馆；江西赣南森林小火车全长87 km，轨距762 mm，原用28 t的蒸汽机车作牵引车，现用的仍是1978年产的120马力的ZN120内燃机车牵引，2014年该线路作为旅游小火车恢复通车。

通过实地考察云南600 mm轨距个碧石铁路和江西762 mm轨距小火车及文献调研762 mm轨距台湾阿里山森林小火车[9]，其现存的车辆技术参数已经十分有限，如表2所示。

3.2 1 067 mm轨距车辆技术参数

国内现存线路也基本没有1 067 mm轨距，根据相关文献及中车唐山机车车辆有限公司曾为国外设计制造的相关轨距车辆，得到如表3所示的1 067 mm轨距车辆的部分参数。

表2 600/762 mm轨距车辆的部分技术参数

表3 1 067 mm轨距车辆的部分技术参数

比较表 2和表3的技术参数，显然600 mm轨距和1 067 mm轨距的转向架和车辆参数都存在着很大的差距，就轴距而言，600 mm轨距转向架轴距为950 mm，762 mm轨距转向架轴距在1 000 mm左右，而1 067 mm轨距转向架的轴距均为2 200 mm，这样差异悬殊的轴距也表明了两者转向架的零部件之间差异很大，因此600/1 067 mm变轨距转向架的实现存在着很大的难度。若同时满足两种轨距的要求，可能使600/1 067 mm变轨距转向架的整体性能较差。

4 轨道踏面分析

根据实地考察测绘，600 mm和762 mm轨距钢轨大致外形尺寸如图5和图6所示，根据GB 2585—2007《铁路用热轧钢轨》，600 mm和762 mm轨距钢轨分别约等同于18 kg/m和15 kg/m轨。

由表2可知，600 mm轨距转向架的车轮滚动圆直径为650 mm，轮辋宽度为110 mm。根据GB4695—84《窄轨机车车辆车轮踏面形状及尺寸》，窄轨机车车辆的踏面类型有A、B两种。而1 067 mm轨距转向架采用的钢轨型号为60 kg/m轨，同时1 067 mm轨距转向架的车轮滚动圆直径约为860 mm，采用LM或S1002型踏面，轮辋宽度为135 mm。

图5 600 mm轨距钢轨轨头图6 762 mm轨距钢轨轨头

通过对比两个轨距下的轨道和踏面参数，不难发现两者之间存在较大的差距，根据标准MT/T2—1995 《窄轨铁路道岔》可知，600 mm可用的钢轨类型有15 kg/m、22 kg/m、30 kg/m、 38 kg/m、43 kg/m等，为保证轮轨匹配，车轮的参数可根据钢轨类型进行相应的修改从而完成轮轨匹配设计。因此，从轨道踏面方面来说，600/1 067 mm变轨距转向架的实现是可能的，但兼顾两种轨距可能会使600 mm/1 067 mm变轨距车辆的运行性能难以控制到最佳，故需要在悬挂参数的优化设计上做文章。

5 结论

当轨距从600 mm变化到1 067 mm时，不论是限界、车辆技术参数还是轨道踏面，均发生了巨大变化，600 mm线路在中国乃至全世界进行载客运营已经非常罕见，可参照的数据非常有限，这对于600/1 067 mm变轨距转向架的设计很不利。根据以上技术分析，可以得出以下结论：①从理论上来说，要从结构上实现600/1 067 mm轨距变换是可能的；②要将差别较大的不同轨距转向架的各项技术参数融于一个转向架上，可能会导致转向架整体结构的协调性较差；③同时满足两种轨距的基本条件导致保证两种轨距下的运行性能最佳有一定难度，这既要在结构上做文章，又要在悬挂参数优化设计上下功夫。