隨著城市人口的日益增長(zhǎng)，城市擁堵問題變得越發(fā)嚴(yán)峻，軌道交通成為解決城市擁堵的重要手段。從1999 年起，國(guó)家陸續(xù)審批了眾多一線城市和準(zhǔn)一線城的軌道交通項(xiàng)目[1]，軌道交通也進(jìn)入了建設(shè)的高潮期。經(jīng)過接近20 年的建設(shè)，城市軌道系統(tǒng)迅猛擴(kuò)大，針對(duì)軌道線上的各類設(shè)備的保養(yǎng)和維修變得更加繁雜和重要，與此同時(shí)，運(yùn)營(yíng)量的持續(xù)加大，軌道線路的維護(hù)和修理可占用時(shí)間被大大縮短。公鐵兩用車使用便捷，可在公路和軌道兩種路況間快速切換，且經(jīng)濟(jì)性良好，是解決城市軌道交通問題所需要的。目前公鐵兩用車在國(guó)外的城市軌道交通中已經(jīng)得到廣泛的運(yùn)用，同時(shí)國(guó)內(nèi)也加大了引進(jìn)和研Vol. 42 No.1Jan. 20th，2019發(fā)公鐵兩用車的力度。

一、概述
公鐵兩用車是一種可以同時(shí)在公路與軌道兩種路況下作業(yè)的特種車輛[2]。在公路上運(yùn)行時(shí)，便會(huì)收起鋼輪，回歸到汽車的運(yùn)行模式；當(dāng)進(jìn)入軌道時(shí)，便會(huì)放下鋼輪，讓鋼輪與軌道接觸，從而起到導(dǎo)向甚至是驅(qū)動(dòng)的功能。公鐵兩用車在歐洲和日本得到了廣泛的運(yùn)用。

1.1 分類
以牽引模式作為依據(jù)，公鐵兩用車主要分為兩大類，一類被稱作分動(dòng)式公鐵兩用車，另一類被稱作導(dǎo)輪式公鐵兩用車。分動(dòng)式公鐵兩用車具有兩套動(dòng)力傳動(dòng)裝置和走行部，如圖1 所示。



該車在公路和軌道上的動(dòng)力傳動(dòng)裝置和走行部都是相對(duì)獨(dú)立的。導(dǎo)輪式公鐵兩用車只有一套動(dòng)力傳動(dòng)裝置和兩套走行部，如圖2 所示。




該類車在公路和軌道上用的都是汽車自身的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，但在軌道上多了一套走行部，主要起到導(dǎo)向作用， 有時(shí)也會(huì)起到一定的承載作用。有一款比較特殊的公鐵兩用車，該車動(dòng)力來源是汽車的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，只是多了通過汽車的橡膠輪胎與鋼輪摩擦產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的這一環(huán)節(jié)（見圖3），因此還是將它歸為導(dǎo)輪式公鐵兩用車一類。總之，分動(dòng)式公鐵兩用車和導(dǎo)輪式公鐵兩用車關(guān)鍵區(qū)別是具有幾套動(dòng)力傳動(dòng)裝置及在公路和軌道兩種工況下是否用的是同一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。



1.2 運(yùn)用范圍
公鐵兩用車因運(yùn)用范圍的不同，車輛的構(gòu)造之間存在著較大的差異。首先從用途來區(qū)分，可分為牽引車和工程車兩大類。牽引車主要的任務(wù)是牽引車輛，工作場(chǎng)合通常為車輛檢修車間、企業(yè)工況、倉(cāng)庫(kù)等；工程車主要的任務(wù)是進(jìn)行軌道及其相應(yīng)設(shè)施的維修和建造，工作場(chǎng)合通常為鐵路的各種線路上。

牽引車一般用于車輛運(yùn)行牽引和調(diào)車兩個(gè)功能，兩者運(yùn)用范圍有著較大的差異。調(diào)車功能通常運(yùn)用在車站和維修車間中，其更多的是對(duì)牽引車的靈活性以及公路和鐵路模式切換有著較高的要求。車輛運(yùn)行牽引通常需要到車輛的線路上去，在大鐵路上，更多是需要車輛在軌道上可快速運(yùn)行到需要牽引的車輛所在的位置，在城市軌道交通中，則更多的是在公路上快速地運(yùn)行到需要牽引的車輛所在的位置，再切換模式。

工程車具有眾多種類，但可以總結(jié)為以下三大功能：鋪設(shè)軌道及相關(guān)設(shè)施（軌道建成前的作業(yè)），維護(hù)與檢測(cè)軌道及相關(guān)設(shè)施（軌道建成后的作業(yè)），以及搶險(xiǎn)救災(zāi)。相對(duì)來說，搶險(xiǎn)救災(zāi)對(duì)車輛的運(yùn)行速度有很高的要求，更傾向于靈活和具有高運(yùn)行速度的工程車。鋪設(shè)軌道及相關(guān)設(shè)施的工程車需要有較大裝載量，較高的穩(wěn)定性。維護(hù)與檢測(cè)軌道及相關(guān)設(shè)施的工程車需求相對(duì)要介于前兩種類型之間。

二、公鐵兩用車運(yùn)用現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外運(yùn)用現(xiàn)狀
最早研究及投入運(yùn)用公鐵兩用車的公司為美國(guó)的亞特蘭大特拉莫比公司和德國(guó)的柴威科·施奈德有限公司（ZWEIWEG）[3]。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，公鐵兩用車在國(guó)外已經(jīng)得到飛躍性的發(fā)展，如今已經(jīng)在眾多國(guó)家的城市軌道交通中得到了不同程度的運(yùn)用。

2.1.1 歐洲的公鐵兩用車
德國(guó)、法國(guó)等都是屬于軌道車輛領(lǐng)域具有領(lǐng)先水平的國(guó)家，其中在公鐵兩用車這個(gè)領(lǐng)域上面運(yùn)用范圍最為廣泛，同時(shí)最為鐵路行業(yè)人所熟悉的ZAGRO 集團(tuán)就是一家來自德國(guó)的公司。

ZAGRO 集團(tuán)常年專注于針對(duì)公路和鐵路方面的產(chǎn)品的研究和開發(fā)。在最初期，ZAGRO 集團(tuán)只有ZAGRO 這一家公司， 從2006 年起，ZAGRO、ZWEIWEG、SRT 及GMEINDER LOKOMOTIVEN四家曾經(jīng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手逐步地變成了合作伙伴，組成了如今被大家所熟知的ZAGRO 集團(tuán)[4]。公鐵兩用車為ZAGRO、ZWEIWEG 和SRT 三家公司的主打產(chǎn)品，但三家公司各有所長(zhǎng)。ZAGRO 主推的公鐵兩用車是牽引車，主要用于調(diào)車和車輛的運(yùn)行牽引；ZWEIWEG 是以其豐富的公鐵兩用車品種立足于該領(lǐng)域；SRT 主要負(fù)責(zé)需要特殊用途的定制車輛，其中以清潔軌道與高空養(yǎng)護(hù)類型較為突出。ZAGRO 集團(tuán)的公鐵兩用車產(chǎn)品如今已經(jīng)被眾多國(guó)家引進(jìn)與運(yùn)用。

ZAGRO 集團(tuán)最為著名的當(dāng)屬烏尼莫克（Unimog）U400/U500 系列的底盤，如圖4 所示，它在工程作業(yè)設(shè)備搭載平臺(tái)中享有極高的聲譽(yù)。該底盤最大可牽引1 200 t，具有如此巨大的牽引力要?dú)w功于兩個(gè)方面：一是驅(qū)動(dòng)輪為Unimog 底盤自身所采用的橡膠輪，橡膠與鋼的摩擦系數(shù)是鋼與鋼的3~4 倍，最高可達(dá)到0.9，即便是在潮濕狀態(tài)下也能達(dá)到0.7 左右；二是裝配了扭力轉(zhuǎn)換離合器，該裝置可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩增加到正常的2.5 倍左右，進(jìn)而為啟動(dòng)提供充足的動(dòng)力。另一方面，由于該系列底盤具有多種不同的規(guī)格，使得其可以在廣泛的領(lǐng)域得到運(yùn)用。



另一項(xiàng)突出的技術(shù)是由ZWEIWEG 設(shè)計(jì)的一套轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)，如圖5 所示。該系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別是用于軌道行駛的輪對(duì)、車載液壓升降器和壓力控制器。這套系統(tǒng)用來幫助公鐵兩用車在公路和鐵路兩種模式下快速準(zhǔn)確地完成切換，其成功地保證了該車輛在長(zhǎng)度約5 m 的水平軌道完成公路和鐵路兩種模式的轉(zhuǎn)換，同時(shí)切換的時(shí)間控制在三分鐘以內(nèi)。這讓公鐵兩用車在運(yùn)用過程中的效率和便捷性得到充分的滿足。


ZAGRO 集團(tuán)最為突出的是它的模塊集成技術(shù)，它將公鐵兩用車各個(gè)部分作為相應(yīng)的模塊，根據(jù)客戶所提出的需求進(jìn)行集成。通過該技術(shù)，ZAGRO 集團(tuán)極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)和設(shè)計(jì)流程，從而提高了效率并降低了成本。表1 為分屬于ZAGRO、ZWEIWEG 和SRT 三家公司的三款公鐵兩用車的一些主要技術(shù)參數(shù)。


2.1.2 美國(guó)公鐵兩用車
在美國(guó)公鐵兩用車方面，主要是亞特蘭大特拉莫比公司相對(duì)較為突出，其更多是運(yùn)用在貨運(yùn)上，該公司的公鐵兩用車產(chǎn)品大多數(shù)為牽引車[5]。特拉莫比公司最獨(dú)特的是質(zhì)量轉(zhuǎn)移技術(shù)。公鐵兩用車由于自身質(zhì)量原因無法在軌道模式下提供足夠的黏著牽引力時(shí)，可以通過液壓裝置將車鉤上懸掛的車輛適當(dāng)抬起，從而將被牽引的車輛一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)移到公鐵兩用車上，從而提高公鐵兩用車的黏著牽引力。該技術(shù)成功降低了對(duì)公鐵兩用車自身質(zhì)量的要求，實(shí)現(xiàn)了公鐵兩用車輕量化。

圖6 為其中一款運(yùn)用范圍較廣的VIKING 型公鐵兩用車。


表2 為特拉莫比公司主推的三款公鐵兩用車的主要技術(shù)參數(shù)。


2.1.3 日本公鐵兩用車
日本公鐵兩用車的最大突破是將其運(yùn)用在了客運(yùn)方面。日本北海道旅客鐵道公司從2004 年起研發(fā)一款名為DMV（dual mode vehicle）的公鐵兩用車[6]，該車主要是為趨于老齡化的社會(huì)提供無障礙化交通。DMV 采用的是導(dǎo)輪式公鐵兩用車，該車?yán)煤髮?dǎo)向輪分擔(dān)橡膠輪上的載重，從而達(dá)到延長(zhǎng)橡膠輪使用壽命的作用。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出，按橡膠輪60%、后導(dǎo)向輪40% 這個(gè)比例分配載荷較為合適。DMV為了后橡膠輪配置優(yōu)化和通過小半徑曲線，對(duì)鋁合金輪轂位移量與后橡膠輪寬度均進(jìn)行增大。

DMV901 型公鐵兩用車如圖7 所示。


其主要技術(shù)參數(shù)如下：


2.2 國(guó)內(nèi)運(yùn)用現(xiàn)狀
相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)公鐵兩用車的研發(fā)和運(yùn)用起步較晚，1988 年引入第一臺(tái)來自ZWEIWEG 的ZW150S 型公鐵兩用車，該車主要運(yùn)用在調(diào)車牽引與搶險(xiǎn)兩方面。伴隨著國(guó)內(nèi)鐵路技術(shù)的發(fā)展，中車四方車輛有限公司自1994 年研發(fā)出國(guó)內(nèi)第一輛投入運(yùn)營(yíng)的公鐵兩用車，如今已經(jīng)有了多款自主研發(fā)的公鐵兩用車，如TGC 系列、ICON 系列。大連鐵豐聯(lián)合技術(shù)有限公司、中車戚墅堰機(jī)車有限公司等均已具有自主研發(fā)的公鐵兩用車。

中車四方車輛有限公司的公鐵兩用車品種相對(duì)較多，可運(yùn)用于高空作業(yè)、軌道清潔以及消防等。其中最新研發(fā)的ICON-10 高空作業(yè)車（見圖8）已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)人士的一致好評(píng)，并且成功出口歐洲。該車主要運(yùn)用于鐵路電氣化線路接觸網(wǎng)的檢修、維護(hù)，以及信號(hào)安裝等高空作業(yè)場(chǎng)合，并采用了液壓鋼輪驅(qū)動(dòng)方式，讓其可以快速垂直上下道，保證了該車更好地在較為嚴(yán)峻的路況下完成公鐵模式的切換。


其主要技術(shù)參數(shù)如下：


三、導(dǎo)輪式和分動(dòng)式公鐵兩用車在城市軌道交通運(yùn)用中的特點(diǎn)
導(dǎo)輪式和分動(dòng)式公鐵兩用車都有著各自的特點(diǎn)，對(duì)于不同的運(yùn)用環(huán)境所重視的點(diǎn)也有一定的差異。本文主要針對(duì)在城市軌道交通這一運(yùn)用環(huán)境，來對(duì)兩種牽引模式的公鐵兩用車進(jìn)行對(duì)比。導(dǎo)輪式和分動(dòng)式公鐵兩用車不只是牽引模式的區(qū)別，其中的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)也有著不小的差異。
1）導(dǎo)輪式相對(duì)于分動(dòng)式最大的問題在于橡膠輪的磨耗問題，主要是由于部分橡膠輪胎的載重集中導(dǎo)致。在城市軌道交通運(yùn)用中，不需要公鐵兩用車以鐵路模式進(jìn)行長(zhǎng)距離的運(yùn)行，同時(shí)對(duì)于非牽引車，可通過將橡膠輪上的載荷分配給鋼輪來緩解載重集中問題。
2）導(dǎo)輪式相對(duì)于分動(dòng)式結(jié)構(gòu)會(huì)更加簡(jiǎn)單，制造成本相對(duì)較低，維護(hù)和檢修等更加方便快捷，有效地降低了運(yùn)營(yíng)成本。
3）導(dǎo)輪式與分動(dòng)式最大差別在于，導(dǎo)輪式一部分為橡膠輪與軌道進(jìn)行接觸，橡膠車輪與鋼軌的接觸為粘彈性接觸，這成功起到減震降噪作用，對(duì)于城市軌道交通運(yùn)用來說，這是很重要的。同時(shí)橡膠與鋼比鋼與鋼具有更大的摩擦系數(shù)，進(jìn)而提供更大的牽引力以及制動(dòng)力，可以更好地應(yīng)對(duì)城市中較大的坡度、緊急啟停等問題。

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)輪式公鐵兩用車相較于分動(dòng)式更為適合于城市軌道交通。

四、公鐵兩用車在城市軌道交通中的發(fā)展趨勢(shì)
隨著城市軌道交通更進(jìn)一步擴(kuò)大，公鐵兩用車的運(yùn)用范圍變得更為廣闊。針對(duì)公鐵兩用車在城市軌道交通中的不同用途，該車的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為：
1）相對(duì)于分動(dòng)式公鐵兩用車，導(dǎo)輪式公鐵兩用車更適用于城市軌道交通，將成為城市軌道交通運(yùn)用的主要車型。
2）面對(duì)更加廣泛的運(yùn)用需求，公鐵兩用車中的模塊集成技術(shù)會(huì)變得更加重要。
3）隨著城市軌道交通運(yùn)輸量的增大和線路的更加繁忙，需要公鐵兩用車具有更快的模式切換速度，且能在更加復(fù)雜的路況下完成公鐵兩種模式的切換。
4）公鐵兩用車不再僅限于在城市軌道交通中作為牽引車和工程車，還將作為客運(yùn)車輛。

五、結(jié)束語
隨著近年來國(guó)家對(duì)于城市軌道交通投入的不斷加大，國(guó)內(nèi)公鐵兩用車的技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，與國(guó)外頂尖公司的差距正在不斷地縮小。公鐵兩用車能適應(yīng)更多的路況，同時(shí)機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)對(duì)于迅猛發(fā)展的城市軌道交通發(fā)揮著巨大的作用。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)于城市軌道交通重視的進(jìn)一步提高，公鐵兩用車也會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展和運(yùn)用。

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