可变轨距?!揭秘时速400跨境互联互通动车组背后的故事

2020年10月21日,国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项——时速400km/h跨国互联互通(可变轨)高速动车组在中车长客、中车唐山公司分别下线。中国的高速列车实现了转向架地面自动变轨距,从此可以自由驰骋在不同轨距的铁路线上。
人们都说,铁轨是两条永不相交的平行线,你可知道,这两条平行线也会有的离得近些,有的离得远些。
先别大吃一惊,这是因为各个国家使用的铁路轨距并不是统一的,除了用的最多的标准轨(1435mm),还有窄轨(1067mm)、米轨(1000mm)、宽轨(1520mm)等等许多种轨距标准。
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(世界各国轨距使用分布图)
然而,随着全球经济一体化的飞速发展,问题就来了,铁路运输作为经济纽带,轨距不一致严重影响到了跨国及跨地区的经济往来。
火车到了边境就走不动了,就得面临三个选择:
A:到了国境线,人员下车,货物卸车,统统换乘别国车辆;
B:到了国境线,把车辆架起来,更换不同轨距的转向架和轮对;
C:提前在别国轨道上多修一条轨,这样就可以直接开上去啦。
很明显,A 和 B 太慢,C 的成本太高,是否还有其它选择呢?
答案是有的!这项既省时又便捷的技术就是“可变轨距转向架和配套的地面变轨装置”,可以实现跨轨距不停车自动快速通行。
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作为国家重点项目——科技部“时速400公里及以上高速客运装备关键技术”项目的子课题,“变轨距转向架地面变轨装置”是其中重难点关键装备。
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中车四方所迎难而上,从零开始,历时近2年,打破国外技术封锁,先后攻克多项关键技术,终于研制成功了在10秒内即可完成跨轨距通行的地面变轨装置,填补了国内先进变轨技术空白。
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(1435/1520变轨距转向架地面变轨装置)
10秒内就能变轨距!
“地面变轨装置”其实是一段特殊的轨道,安装在两种不同轨距铁轨的衔接处,在这段轨道上,支撑列车重量的并不是普通的铁轨,而是由数百个辊子组成的轴箱支承轨。
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当列车经过时,首先将列车重量转移到轴箱支承轨上,使车轮悬空;接着通过地面变轨装置两侧的解锁导轨将保持轮对间距的轴箱锁销打开,这样车轮就处于可以左右移动的状态了;
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导向轨将车轮横向推到指定的位置,然后锁销锁紧,就完成了转向架轨距变化;最后车轮重新接触铁轨,列车就可以继续在邻国的土地上驰骋了。全自动完成轨距的转换,无需换乘无需停车,节省了数个小时的等待时间。
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 (导向轨调整轨距)
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听起来貌似不复杂,但实现起来却着实不易。如何平稳地转移列车重量?如何保证轨距变换的精确度?一旦发生故障,如何保证列车和人员安全?面对列车这样的庞然大物,一定要在精细处下足功夫。
毫米级的精准控制
横向对中技术控制整个列车不靠车轮也能在变轨装置上走直线,使约3m宽的列车在行进过程中,左右偏差仅在0.5mm内;轨距控制技术,精确控制轨距变换到指定数据,偏差小于0.5mm;垂向承载无冲击转换技术,让近500个独立辊子的平顺度控制在0.1mm内,简直是“丝滑”享受,使乘客毫无颠簸感觉。
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(轨距控制精度)
不遗毫发的智能实时监测
变轨动态横向应力监测技术,可以在0.001s的时间内客观判断出变轨是否卡滞,及时预警;轮对内侧距在线智能监测技术,可以实时反馈变轨动态,判断变轨的准确性。
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力拔千钧的承载力
水杯大小的辊子能够承载近70吨的整车重量(单辆),同时还要通过匀速滚动控制列车前行,可谓小体格大力气。
自动智能的便捷性
装置全程动态自动变轨,24h运用,无人值守,节约了大量的人力物力,可实现双向平顺通过,避免重复投资。
时刻保障使用安全
设备机械电气系统均采用-50℃耐低温设计,有良好的耐候性,轨道积雪时,还可自动加热融冰雪。
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地面变轨装置分别安装在中车长春轨道客车股份有限公司和中车唐山机车车辆有限公司的试验线路上,先后完成了两种不同型号的可变轨距转向架1435/1520mm轨距双向变轨自适应通行性试验,并且顺利完成了后续单辆、多辆、整列被动及整列主动的多项考核,应用效果良好。
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(变轨现场试验)
在10月21日的下线仪式上,重点演示了整编列车双向通过地面变轨装置,实现轨距自适应调整。
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(车内实时回传)
与会专家乘车体验,没有感受到丝毫变轨的动静,纷纷下车走到地面装置前一探究竟。
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理想终于照进现实,地面变轨装置的成功应用,为中国先进轨道交通装备配套设备“走出去”做了良好的技术储备,为后续变轨转向架和变轨列车的研究和优化提供了依据。
延伸阅读 —— 新一代400公里高速可变轨距列车的神秘装置
随动式可变轨距制动夹钳单元
可变轨距转向架是新一代400公里高速可变轨距列车的核心系统,基础制动装置作为转向架重要部件,需要跟随轮对内侧距变化进行适应性位移调整,是可变轨距转向架技术树中的重要创新项点。
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(UC8-F型夹钳单元)
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  (台架试验)
中车四方所自主研发的UC8-F型随动式可变轨距制动夹钳单元为国内首创,产品可满足准轨—宽轨、准轨—米轨等不同轨距变换使用要求,创新解决了变轨距识别、变轨距随动及限位锁止等多项关键核心技术,能够适应高速、高寒使用工况,该型制动夹钳单元采用模块化设计,体积小,适应性强,结构简单可靠易维护。
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 (装车效果)
目前,随动式可变轨距制动夹钳单元已在中车长客时速400公里变轨距转向架上完成了装车及变轨距功能试验,后续将进一步协同开展整车试验。
基于5G和Wi-Fi双通道的车地视频无线回传系统
该系统可捕捉自动变轨过程捕捉并传回车上,实时监控,发现隐患,确保安全。
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