公铁两用车在城市轨道交通中的运用趋势

随着城市人口的日益增长，城市拥堵问题变得越发严峻，轨道交通成为解决城市拥堵的重要手段。从1999 年起，国家陆续审批了众多一线城市和准一线城的轨道交通项目[1]，轨道交通也进入了建设的高潮期。经过接近20 年的建设，城市轨道系统迅猛扩大，针对轨道线上的各类设备的保养和维修变得更加繁杂和重要，与此同时，运营量的持续加大，轨道线路的维护和修理可占用时间被大大缩短。公铁两用车使用便捷，可在公路和轨道两种路况间快速切换，且经济性良好，是解决城市轨道交通问题所需要的。目前公铁两用车在国外的城市轨道交通中已经得到广泛的运用，同时国内也加大了引进和研Vol. 42 No.1Jan. 20th，2019发公铁两用车的力度。

一、概述
公铁两用车是一种可以同时在公路与轨道两种路况下作业的特种车辆[2]。在公路上运行时，便会收起钢轮，回归到汽车的运行模式；当进入轨道时，便会放下钢轮，让钢轮与轨道接触，从而起到导向甚至是驱动的功能。公铁两用车在欧洲和日本得到了广泛的运用。

1.1 分类
以牵引模式作为依据，公铁两用车主要分为两大类，一类被称作分动式公铁两用车，另一类被称作导轮式公铁两用车。分动式公铁两用车具有两套动力传动装置和走行部，如图1 所示。



该车在公路和轨道上的动力传动装置和走行部都是相对独立的。导轮式公铁两用车只有一套动力传动装置和两套走行部，如图2 所示。




该类车在公路和轨道上用的都是汽车自身的动力传动装置，但在轨道上多了一套走行部，主要起到导向作用， 有时也会起到一定的承载作用。有一款比较特殊的公铁两用车，该车动力来源是汽车的动力传动装置，只是多了通过汽车的橡胶轮胎与钢轮摩擦产生驱动力的这一环节（见图3），因此还是将它归为导轮式公铁两用车一类。总之，分动式公铁两用车和导轮式公铁两用车关键区别是具有几套动力传动装置及在公路和轨道两种工况下是否用的是同一套驱动系统。



1.2 运用范围
公铁两用车因运用范围的不同，车辆的构造之间存在着较大的差异。首先从用途来区分，可分为牵引车和工程车两大类。牵引车主要的任务是牵引车辆，工作场合通常为车辆检修车间、企业工况、仓库等；工程车主要的任务是进行轨道及其相应设施的维修和建造，工作场合通常为铁路的各种线路上。

牵引车一般用于车辆运行牵引和调车两个功能，两者运用范围有着较大的差异。调车功能通常运用在车站和维修车间中，其更多的是对牵引车的灵活性以及公路和铁路模式切换有着较高的要求。车辆运行牵引通常需要到车辆的线路上去，在大铁路上，更多是需要车辆在轨道上可快速运行到需要牵引的车辆所在的位置，在城市轨道交通中，则更多的是在公路上快速地运行到需要牵引的车辆所在的位置，再切换模式。

工程车具有众多种类，但可以总结为以下三大功能：铺设轨道及相关设施（轨道建成前的作业），维护与检测轨道及相关设施（轨道建成后的作业），以及抢险救灾。相对来说，抢险救灾对车辆的运行速度有很高的要求，更倾向于灵活和具有高运行速度的工程车。铺设轨道及相关设施的工程车需要有较大装载量，较高的稳定性。维护与检测轨道及相关设施的工程车需求相对要介于前两种类型之间。

二、公铁两用车运用现状

2.1 国外运用现状
最早研究及投入运用公铁两用车的公司为美国的亚特兰大特拉莫比公司和德国的柴威科·施奈德有限公司（ZWEIWEG）[3]。随着科学技术日新月异的发展，公铁两用车在国外已经得到飞跃性的发展，如今已经在众多国家的城市轨道交通中得到了不同程度的运用。

2.1.1 欧洲的公铁两用车
德国、法国等都是属于轨道车辆领域具有领先水平的国家，其中在公铁两用车这个领域上面运用范围最为广泛，同时最为铁路行业人所熟悉的ZAGRO 集团就是一家来自德国的公司。

ZAGRO 集团常年专注于针对公路和铁路方面的产品的研究和开发。在最初期，ZAGRO 集团只有ZAGRO 这一家公司， 从2006 年起，ZAGRO、ZWEIWEG、SRT 及GMEINDER LOKOMOTIVEN四家曾经的竞争对手逐步地变成了合作伙伴，组成了如今被大家所熟知的ZAGRO 集团[4]。公铁两用车为ZAGRO、ZWEIWEG 和SRT 三家公司的主打产品，但三家公司各有所长。ZAGRO 主推的公铁两用车是牵引车，主要用于调车和车辆的运行牵引；ZWEIWEG 是以其丰富的公铁两用车品种立足于该领域；SRT 主要负责需要特殊用途的定制车辆，其中以清洁轨道与高空养护类型较为突出。ZAGRO 集团的公铁两用车产品如今已经被众多国家引进与运用。

ZAGRO 集团最为著名的当属乌尼莫克（Unimog）U400/U500 系列的底盘，如图4 所示，它在工程作业设备搭载平台中享有极高的声誉。该底盘最大可牵引1 200 t，具有如此巨大的牵引力要归功于两个方面：一是驱动轮为Unimog 底盘自身所采用的橡胶轮，橡胶与钢的摩擦系数是钢与钢的3~4 倍，最高可达到0.9，即便是在潮湿状态下也能达到0.7 左右；二是装配了扭力转换离合器，该装置可以让发动机启动力矩增加到正常的2.5 倍左右，进而为启动提供充足的动力。另一方面，由于该系列底盘具有多种不同的规格，使得其可以在广泛的领域得到运用。



另一项突出的技术是由ZWEIWEG 设计的一套转向架系统，如图5 所示。该系统分为三个部分，分别是用于轨道行驶的轮对、车载液压升降器和压力控制器。这套系统用来帮助公铁两用车在公路和铁路两种模式下快速准确地完成切换，其成功地保证了该车辆在长度约5 m 的水平轨道完成公路和铁路两种模式的转换，同时切换的时间控制在三分钟以内。这让公铁两用车在运用过程中的效率和便捷性得到充分的满足。


ZAGRO 集团最为突出的是它的模块集成技术，它将公铁两用车各个部分作为相应的模块，根据客户所提出的需求进行集成。通过该技术，ZAGRO 集团极大地简化了生产和设计流程，从而提高了效率并降低了成本。表1 为分属于ZAGRO、ZWEIWEG 和SRT 三家公司的三款公铁两用车的一些主要技术参数。


2.1.2 美国公铁两用车
在美国公铁两用车方面，主要是亚特兰大特拉莫比公司相对较为突出，其更多是运用在货运上，该公司的公铁两用车产品大多数为牵引车[5]。特拉莫比公司最独特的是质量转移技术。公铁两用车由于自身质量原因无法在轨道模式下提供足够的黏着牵引力时，可以通过液压装置将车钩上悬挂的车辆适当抬起，从而将被牵引的车辆一部分质量转移到公铁两用车上，从而提高公铁两用车的黏着牵引力。该技术成功降低了对公铁两用车自身质量的要求，实现了公铁两用车轻量化。

图6 为其中一款运用范围较广的VIKING 型公铁两用车。


表2 为特拉莫比公司主推的三款公铁两用车的主要技术参数。


2.1.3 日本公铁两用车
日本公铁两用车的最大突破是将其运用在了客运方面。日本北海道旅客铁道公司从2004 年起研发一款名为DMV（dual mode vehicle）的公铁两用车[6]，该车主要是为趋于老龄化的社会提供无障碍化交通。DMV 采用的是导轮式公铁两用车，该车利用后导向轮分担橡胶轮上的载重，从而达到延长橡胶轮使用寿命的作用。经过实验得出，按橡胶轮60%、后导向轮40% 这个比例分配载荷较为合适。DMV为了后橡胶轮配置优化和通过小半径曲线，对铝合金轮毂位移量与后橡胶轮宽度均进行增大。

DMV901 型公铁两用车如图7 所示。


其主要技术参数如下：


2.2 国内运用现状
相较于发达国家，我国对公铁两用车的研发和运用起步较晚，1988 年引入第一台来自ZWEIWEG 的ZW150S 型公铁两用车，该车主要运用在调车牵引与抢险两方面。伴随着国内铁路技术的发展，中车四方车辆有限公司自1994 年研发出国内第一辆投入运营的公铁两用车，如今已经有了多款自主研发的公铁两用车，如TGC 系列、ICON 系列。大连铁丰联合技术有限公司、中车戚墅堰机车有限公司等均已具有自主研发的公铁两用车。

中车四方车辆有限公司的公铁两用车品种相对较多，可运用于高空作业、轨道清洁以及消防等。其中最新研发的ICON-10 高空作业车（见图8）已经得到业内人士的一致好评，并且成功出口欧洲。该车主要运用于铁路电气化线路接触网的检修、维护，以及信号安装等高空作业场合，并采用了液压钢轮驱动方式，让其可以快速垂直上下道，保证了该车更好地在较为严峻的路况下完成公铁模式的切换。


其主要技术参数如下：


三、导轮式和分动式公铁两用车在城市轨道交通运用中的特点
导轮式和分动式公铁两用车都有着各自的特点，对于不同的运用环境所重视的点也有一定的差异。本文主要针对在城市轨道交通这一运用环境，来对两种牵引模式的公铁两用车进行对比。导轮式和分动式公铁两用车不只是牵引模式的区别，其中的结构和运行特点也有着不小的差异。
1）导轮式相对于分动式最大的问题在于橡胶轮的磨耗问题，主要是由于部分橡胶轮胎的载重集中导致。在城市轨道交通运用中，不需要公铁两用车以铁路模式进行长距离的运行，同时对于非牵引车，可通过将橡胶轮上的载荷分配给钢轮来缓解载重集中问题。
2）导轮式相对于分动式结构会更加简单，制造成本相对较低，维护和检修等更加方便快捷，有效地降低了运营成本。
3）导轮式与分动式最大差别在于，导轮式一部分为橡胶轮与轨道进行接触，橡胶车轮与钢轨的接触为粘弹性接触，这成功起到减震降噪作用，对于城市轨道交通运用来说，这是很重要的。同时橡胶与钢比钢与钢具有更大的摩擦系数，进而提供更大的牵引力以及制动力，可以更好地应对城市中较大的坡度、紧急启停等问题。

通过对比发现，导轮式公铁两用车相较于分动式更为适合于城市轨道交通。

四、公铁两用车在城市轨道交通中的发展趋势
随着城市轨道交通更进一步扩大，公铁两用车的运用范围变得更为广阔。针对公铁两用车在城市轨道交通中的不同用途，该车的发展趋势主要表现为：
1）相对于分动式公铁两用车，导轮式公铁两用车更适用于城市轨道交通，将成为城市轨道交通运用的主要车型。
2）面对更加广泛的运用需求，公铁两用车中的模块集成技术会变得更加重要。
3）随着城市轨道交通运输量的增大和线路的更加繁忙，需要公铁两用车具有更快的模式切换速度，且能在更加复杂的路况下完成公铁两种模式的切换。
4）公铁两用车不再仅限于在城市轨道交通中作为牵引车和工程车，还将作为客运车辆。

五、结束语
随着近年来国家对于城市轨道交通投入的不断加大，国内公铁两用车的技术已经有了很大的进步，与国外顶尖公司的差距正在不断地缩小。公铁两用车能适应更多的路况，同时机动灵活等优点对于迅猛发展的城市轨道交通发挥着巨大的作用。随着国内对于城市轨道交通重视的进一步提高，公铁两用车也会得到进一步的发展和运用。

参考文献 ：
[1] 朱 军. 我国城市轨道交通发展现状与对策建议[J]. 城市轨道交通研究， 2005（6）：11-14.
[2] 季晓丹. 公铁两用车的发展历程和趋势[J]. 铁道机车与动车，2015（3）：1-5.
[3] 钱润华， 雷志平， 秦正爵. 公铁两用车[J]. 时代汽车， 2017（11）：22-24.
[4] 顾海东. 公路铁路多面手——ZAGRO 集团路轨两用车方案解读[J]. 专用汽车， 2016（10）：80-87.
[5] Feuchter J. Road/Rail trucks—very special rail vehicles[M].Wiesbaden：Springer Fachmedien，2014.
[6] 柿沼博彦，難波寿雄，荒川洋. D M V プロトタイプ车の开[N].JREA，2006，49（7）.

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