1 435 mm/1 520 mm貨車變軌距轉向架研制

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年習主席提出了“一帶一路”(絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路)的倡議，基礎設施互聯互通是“一帶一路”建設的優先領域。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運和更換轉向架方式來解決不同軌距之間的國際聯運問題。變軌距轉向架是實現不同軌距之間的國際聯運問題最優的解決方案，是一種能夠充分適應發展需要、周轉快、效率高、收益大的聯運方式，尤其在運輸危險、易腐壞、易污染環境、加固費用較高和需要防護的貨物時，這一技術更能顯示其優越性。

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

1 技術路線

變軌距轉向架采用變軌距輪對結構，除了輪對特殊外，其他結構與傳統轉向架差別不大，制造成本明顯低于采用獨立旋轉車輪的變軌距轉向架。輪對出現擦傷等問題可臨時更換為常規輪對，對車輛正常運輸影響較小。

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

踏面制動具有造價低、易于更換、便于觀察等優點，中國和獨聯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場地(地溝)才能更換閘片，這與中國和獨聯體國家現有的運用條件差距很大。

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

2 結構特點

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

2.1 轉向架主要結構

1 435 mm/1 520 mm變軌距轉向架采用側架彈性中交叉支撐裝置，可提高轉向架的運行速度；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；車軸材質為LZW鋼；車輪材質為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。

變軌距輪對結構見圖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槽傳遞。當車輪通過地面變軌距設施時，地面的解鎖導軌向軌道外側擠壓解鎖盤，控制桿通過斜面效應帶動鎖緊銷離開輪轂環槽，完成解鎖；車輪在車輪導軌作用下移動到合適位置后，解鎖導軌逐步釋放解鎖盤，在復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

變軌距制動梁結構見圖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閘瓦托的橫向定位。當車輪通過地面變軌距設施橫向移動時，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解鎖；當移動到新的位置時，在彈性力作用下彈片凸起重新落入梁架凹窩里實現鎖閉。

圖3 變軌距制動梁示意圖

2.2 轉向架主要參數

1 435 mm/1 520 mm變軌距轉向架主要參數如表1所示。

3 分析計算情況

3.1 動力學分析

該轉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間隙的情況下進行了動力學性能仿真分析，主要結論如下：

(1) 準軌線路上，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間隙對車輛臨界速度有影響，應盡可能減小該間隙。

(3) 輪對橫向間隙及旋轉間隙對車輛運行平穩性及安全性基本無影響。

3.2 變軌距輪對運動學分析

對變軌距輪對進行了運動學分析，考慮各部位摩擦的情況下，得出如下結論：

(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。

綜上認為，變軌距輪對的鎖緊裝置主動解鎖力較小，能夠實現解鎖功能；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。

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計方法》對變軌距輪對進行了靜強度分析計算，結果表明，鎖緊部件強度滿足TB/T 1335—1996《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》的規定，具體部件應力見表2。

表2 變軌距輪對靜強度計算結果對比

3.4 變軌距制動梁強度分析

采用C70型敞車制動系統參數，按照TB/T 1978—2018《鐵路貨車轉向架 組合式制動梁》對變軌距制動梁進行了有限元分析計算，結果表明，變軌距制動梁主要部件強度滿足TB/T 1335—1996的規定。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力計算結果。

表3 變軌距制動梁撓度載荷和切向載荷共同作用下的應力計算結果 MPa

4 試驗情況

變軌距轉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。將轉向架放置在變軌距平臺準軌線路的一端，然后將轉向架分別加載砝碼到空車載荷7 t和重車載荷45 t，緩慢推動轉向架向寬軌端移動，到達寬軌端后再返回準軌端。轉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，變軌距過程中未發生卡阻現象和異常聲響。轉向架變軌試驗狀態見圖5。

圖4 專用變軌試驗平臺

圖5 地面健康管理平臺

5 結束語

變軌距轉向架的成功研制使我國貨車向變軌距技術邁出了重要一步，為變軌距列車的開行做好了重要的技術儲備。變軌距轉向架通過地面設施可以實現自動變換軌距，貨物無需換裝，具有周轉快、效率高、貨物損耗少的優點。它為解決我國同周邊國家不同軌距間聯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，未來幾年內變軌距轉向架技術在鐵路貨車領域將會得到更快的發展。