整列通過式動車組稱重技術難點及對策研究

周愛生，張寒星，孫 偉

（北京鐵路安監(jiān)辦駐北京動車段驗收室，北京102610）

動車組出廠前及3，4，5級修程時，必須進行稱重試驗，對輪重的均衡性進行檢測和調(diào)整，以確保動車組的安全平穩(wěn)運行和乘坐的舒適度。稱重采用兩種方法：靜態(tài)單輛稱重和整列通過式稱重。靜態(tài)單輛稱重主要是在動車組解編后逐輛上稱重臺在靜態(tài)條件下進行稱重作業(yè)，相對來說容易掌握稱重規(guī)律，而整列通過式稱重則要在不解編情況下對全列動車組的整體輪重差進行配重調(diào)整，受到多種因素影響，因此技術難度較大。

1 稱重作業(yè)基本原理

通過對稱重作業(yè)的力學分析可知，稱重過程其實就是通過對高度調(diào)整閥的調(diào)節(jié)桿進行升降調(diào)整和加減軸箱彈簧墊作業(yè)使動車組輪重差達到規(guī)定的技術要求。

1.1 稱重作業(yè)的力學分析

CRH2型動車組每節(jié)車相當于由3個4點平衡結(jié)構(gòu)組成，即車體由4個空氣彈簧這4點受力，一位轉(zhuǎn)向架對車體的受力由1，2，3，4位軸箱彈簧這4點承受，二位轉(zhuǎn)向架對車體的受力由5，6，7，8位軸箱彈簧這4點承受。如圖1所示。

圖1 車體受力示意圖

如果以a，b，c，d 4點代表4個空氣彈簧。當車體上4點受到無形變的重力作用時，a，b，c，d 4點必然處于同一平面A。若其中一點a的高度增加時，這一點將升高從而頂起初始的A平面，a點受力將變大，同時，A平面將發(fā)生對角方向的側(cè)偏，但由于車體不會發(fā)生形變，4點必然仍然在同一水平面，就形成了新的平面B，對角上的d點將受到擠壓，高度降低，彈簧壓縮，從而受力增大。此時，b點和c點的部分受力便發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而自身壓力變輕，使得彈簧高度發(fā)生較小幅度的升高。而要實現(xiàn)空氣彈簧4點的平衡，必須通過調(diào)節(jié)空氣彈簧高度即調(diào)整高度調(diào)整閥調(diào)節(jié)桿（簡稱空簧桿）來完成。

1.2 高度調(diào)整閥作用原理

為了保持車體距軌面的高度不變，在車體與轉(zhuǎn)向架間裝有高度調(diào)整閥，調(diào)節(jié)空氣彈簧膠囊中的壓縮空氣（進風、排風或保持壓力），使車輛地板面不受車內(nèi)乘客多少和分布不均的影響，基本保持水平狀態(tài)。當車體載荷增加時，壓縮空氣向空氣彈簧充氣，直至地板面上升到標定高度為止；當車體載荷減小時，空氣彈簧向大氣排氣，直至地板面下降到標定高度為止。如圖2所示。這是保持車體平衡的一個關鍵部件，通過調(diào)整空簧桿可以達到空氣彈簧受力的均衡。

圖2 高度調(diào)整閥

車體主要由4個二系懸掛裝置，即空氣彈簧直接提供緩沖力以調(diào)節(jié)和保持車體相對平衡，每一個空氣彈簧由兩個一系懸掛裝置，即軸箱彈簧提供緩沖力給空氣彈簧，間接調(diào)節(jié)和保持車體相對平衡，從而保證行車安全和提高旅客乘坐舒適度。而輪對為車體質(zhì)量的主要承受體，輪對受力大小是車體能否平衡的直接體現(xiàn)，因此在速度為5km／h以下的動態(tài)稱重試驗中，在沒有垂直顛簸的前提下，要求有一個相對平衡的基準點，使得車體對輪對和輪軸的垂直力控制在一定范圍內(nèi)，而不發(fā)生偏重現(xiàn)象，因此必須合理地調(diào)整軸箱彈簧和空氣彈簧的初始高度，以達到初始行車時輪對和輪軸的相對受力平衡。

車體是否平衡主要由輪重差（%）和軸重來體現(xiàn)。

對于任意輪對，假定左側(cè)輪重為WL、右側(cè)輪重為WR，則

現(xiàn)行技術標準為：進行連續(xù)3次稱重檢測，輪重差以3次檢測的平均值為最終值應≤8%，單輛靜態(tài)或整列步進式單輛靜態(tài)方式檢測輪重差時差值仍為≤4%，軸重則必須在14t以下。

1.3 兩個關鍵尺寸的測量

稱重作業(yè)的實質(zhì)就是這兩個尺寸的匹配調(diào)整，通過加減軸箱彈簧墊和調(diào)整空氣彈簧高度來實現(xiàn)。

表1給出了CRH2型動車組幾種車型的與稱重作業(yè)相關的數(shù)據(jù)標準，從中可以看出稱重作業(yè)中兩個關鍵尺寸有所不同，調(diào)整時要特別注意。

表1 CRH2A（E）、CRH2C、380A（L）3種車型相關技術標準對比

2 稱重作業(yè)難點分析

影響CRH2型動車組稱重試驗的因素很多，結(jié)合北京動車段動車組三級修，從內(nèi)部環(huán)境因素、外部環(huán)境因素、設備因素和人員素質(zhì)等方面進行分析。正是這些因素成為稱重作業(yè)的難點。

2.1 工藝準備不足

（1）全鐵路首次進行整列車通過式稱重，無現(xiàn)成經(jīng)驗可循。無論從工藝指導、設備驗證，工裝工具，還是人員準備，都呈現(xiàn)明顯不足，作業(yè)中只能是摸著石頭過河，借鑒單輛靜態(tài)稱重的工藝，探索整列車通過式稱重的方法。

（2）預稱重工藝不易掌握，空簧桿調(diào)整作業(yè)時易進入盲區(qū)。高度調(diào)整閥有3～5mm的盲區(qū)位置，即在調(diào)整空簧桿時，上升或下降3～5mm以后，空氣彈簧才開始充風或排風。一旦進入盲區(qū)，則前功盡棄，空氣彈簧既不充風也不排風，調(diào)整作業(yè)無效。

（3）加、減軸箱彈簧墊和調(diào)整空簧桿無具體的尺度標準，只能憑經(jīng)驗臆測。

2.2 內(nèi)部環(huán)境因素

動車組稱重試驗通過公鐵兩用車牽引進行稱重試驗，即試驗過程中動車組并不升弓供電。在數(shù)次試驗之后，由于動車組總風管風壓變化，將會導致空氣彈簧內(nèi)風壓不足，使空氣彈簧高度發(fā)生變化，使車體總重重新分配，最后導致前后兩次的稱重試驗數(shù)據(jù)發(fā)生變化。2011-11-10新一代動車組380A6024因5車中間車鉤風管接頭漏，首次稱重后總風壓即由900kPa降為500kPa，稱重數(shù)據(jù)嚴重失真，被迫升弓打風，影響了作業(yè)進度。

通過對CRH380A60243級修稱重數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)動車組內(nèi)部環(huán)境因素之一的總風壓力變化對稱重數(shù)據(jù)能產(chǎn)生一定的影響，在風壓不足的情況下，一次稱重的數(shù)據(jù)中輪重差值將在二次稱重后繼續(xù)變大，給稱重帶來較大困難。通過對總風壓力數(shù)據(jù)的變化規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)總風壓力每降低100kPa，會影響輪重差大約3.5%左右，因此，必須保證動車組總風壓力在正常值780～880kPa范圍內(nèi)。稱重作業(yè)前，應使用單車試驗器和肥皂水檢測總風管路漏泄量不大于10kPa／2min。發(fā)現(xiàn)漏泄嚴重的，必須進行處理。

此外，如果動車組給水和衛(wèi)生系統(tǒng)漏水也會對稱重數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，特別是軸重值會超過標準值，而且處理起來非常困難，所以稱重前一定要確保動車組給水和衛(wèi)生系統(tǒng)狀態(tài)良好。

2.3 外部環(huán)境因素

稱重試驗對外部環(huán)境有一定的要求，其中稱重臺的水平位置和天氣情況對稱重試驗影響相對較大。

稱重臺的水平度包括單條鋼軌的水平度和兩軌之間的水平度。如果單條鋼軌的水平度不符合要求，如沿鋼軌延伸方向彎曲、傾斜等，將會造成空氣彈簧通過排風和充風重新調(diào)節(jié)自身高度以保持乘坐舒適度，從而導致一系和二系彈簧對車體總重進行重新分配，使稱重儀器獲取的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，不確定性大大增加。如果兩軌之間的水平度不符合要求，將會導致車體傾斜一個角度，使車體總重偏向一側(cè)，也會影響數(shù)據(jù)的獲取。

稱重試驗并不適合在雨雪天氣和大風天氣下進行。雨雪天氣會對軌道黏著力產(chǎn)生影響，導致動車組行進速度不穩(wěn)定，而且也會對一系和二系彈簧材料的性能產(chǎn)生影響。在大風天氣下，動車組在行進過程中會發(fā)生反復傾斜，空氣彈簧高度不斷伸縮，車體質(zhì)量分布不穩(wěn)定，導致稱重結(jié)果不確定性增大，也對作業(yè)人員進行空簧桿調(diào)整作業(yè)產(chǎn)生影響。通過反復試驗，得出表2不同等級風力對CRH2型動車組稱重的影響數(shù)據(jù)。

表2 不同等級風力對CRH2型動車組稱重的影響

由表2可知，當風力等級達到或超過4級以上時，由此引起的輪重差變化達到1.5%左右，說明風對CRH2型動車組室外稱重的影響開始顯現(xiàn)。因此我們建議當風力等級超過4級時，為保證稱重結(jié)果的準確性，同時也是為了保證稱重調(diào)整后動車組的上線運行安全，應該停止對CRH2型動車組的室外稱重作業(yè)。

2.4 設備方面因素

圖3 稱重儀計算機屏幕顯示的數(shù)據(jù)

CRH2型動車組的稱重試驗為室外整列車通過式動態(tài)稱重，在稱重試驗中主要使用的設備為公鐵兩用車及稱重儀等。公鐵兩用車可以在道路行駛，駛?cè)腓F路軌道后，自動控制輔助輪對與鋼軌接觸以控制行進路線，并與車頭連掛進行牽引和推進通過稱重試驗臺。由于公鐵兩用車受自身功率不穩(wěn)定因素影響，不能達到理想的勻速行進，這對整列動車組的各個軸重、輪重和車節(jié)與車節(jié)之間的作用力會產(chǎn)生影響，稱重儀器僅能通過局部的壓力傳感器獲取瞬時的輪重值，而不是獲取一個重力平衡范圍的數(shù)據(jù)，這勢必會增加稱重數(shù)據(jù)的不確定性，對軸箱彈簧高度和空氣彈簧高度的調(diào)整造成影響。而且一旦公鐵兩用車中途停車，則數(shù)據(jù)全部作廢，需要重新進行稱重作業(yè)（圖3）。

3 對策

3.1 對策分析

現(xiàn)行整列車通過式稱重工藝流程為：（1）稱重預調(diào)整，空氣彈簧高度須滿足（330+6-3+h）mm，且同一轉(zhuǎn)向架空氣彈簧高度差不得超過8mm。（2）進行第1次稱重作業(yè)，得到稱重原始數(shù)據(jù)，包括每條軸的輪重及輪重差。（3）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進行加、減軸箱彈簧墊和空氣彈簧高度的調(diào)整，軸箱彈簧須滿足定位轉(zhuǎn)臂上彈簧安裝面到構(gòu)架基準面的高度為88+30mm。（4）進行第2次稱重作業(yè)。根據(jù)此次結(jié)果再進行加減墊和空簧桿的調(diào)整。如此反復，直到稱重結(jié)果合格。在整個作業(yè)過程中，第（1）步極為關鍵，預調(diào)整作業(yè)如果正確到位，則以后的步驟就會順利進行。反之，則會造成空氣彈簧處于盲區(qū)，不進行充、排氣，空氣彈簧調(diào)整無效，無法完成稱重作業(yè)。

3.2 實施的工藝

將空簧桿的高度都調(diào)到330mm。在測量空簧桿高度時，是以空氣彈簧上支撐面與構(gòu)架橫梁堵板上的空氣彈簧測量面為基準（樣沖眼）。注意高度控制閥有3～5mm的盲區(qū)位置，即在調(diào)整空簧桿時，上升或下降3～5mm以后，空氣彈簧才開始充風或排風，因此，當上升或下降空氣彈簧至規(guī)定的高度時，空簧桿的長度回縮（增長）3～5mm，大約調(diào)整絲套轉(zhuǎn)1～1.5圈，因為絲套內(nèi)絲的規(guī)格是12mm×1.75mm，以使空簧桿高度更為準確。然后再上稱重臺進行稱重作業(yè)。預調(diào)整位置的范圍大約在10～15mm左右。

2010-11-08進行CRH2133E型動車組稱重作業(yè)，一次預調(diào)整，然后按規(guī)程要求進行連續(xù)3次稱重作業(yè)，全部合格，只用了一天半的時間，驗證了稱重難題的解決。

2010-11-21進行CRH2136E型動車組的稱重作業(yè)，也僅用了一天半的時間，共6次作業(yè)過程，進一步強化了對預調(diào)整工藝方案的印證。

3.3 稱重作業(yè)時需要重點掌握的基本規(guī)律

根據(jù)輪重差的調(diào)整過程和稱重作業(yè)中的數(shù)據(jù)變化，總結(jié)出稱重作業(yè)中調(diào)整輪重差的一般規(guī)律：

（1）加墊調(diào)整只針對單臺轉(zhuǎn)向架兩條輪對的輪重差，調(diào)整空簧桿針對的則是全車兩個轉(zhuǎn)向架4條輪對的輪重差。

60例患者均有動脈斑塊形成，其中57例并伴有不同程度狹窄或閉塞。其中，斑塊在左側(cè)大腦中動脈及右側(cè)大腦后動脈的有6例患者，這6例患者均伴有重度狹窄或管腔閉塞；有3例斑塊在右側(cè)大腦中動脈及左側(cè)大腦前動脈，3例患者管腔狹窄為重度或次完全閉塞；15例斑塊在左側(cè)大腦中動脈，管腔狹窄為重度或次閉塞；18例斑塊在右側(cè)大腦中動脈，伴有管腔狹窄次閉塞；10例斑塊形成在右側(cè)大腦后動脈部位，管腔狹窄重度或次閉塞；8例斑塊在左側(cè)大腦后動脈部形成，其中5例管腔狹窄重度或次閉塞，剩余3例患者無血管狹窄或閉塞表現(xiàn)。

（2）預調(diào)整時只調(diào)整空簧桿，不調(diào)整軸箱彈簧墊。調(diào)整空氣彈簧高度要充分考慮所加的調(diào)整墊厚度h為3，6，9，12，21mm。空氣彈簧組成下側(cè)加墊總厚度不能超過30mm，調(diào)整墊數(shù)量不能超過3個。預調(diào)整空簧桿時，應連續(xù)調(diào)整兩次，以保證空氣彈簧高度的穩(wěn)定性。

（3）一般來說，空簧桿升高，加重；空簧桿降低，減重。加墊，增重；減墊，減重。

（4）對角原則

4點中對角線兩點一高同重，一低同輕，即一點高度增加（減小），其對角點位所受總重同時增加（降低）。而轉(zhuǎn)向架總重是不變的，4點中一位如果超重，則二、三位變輕，判斷第四位是否需要加墊時，如果軸箱彈簧墊尺寸在標準范圍內(nèi)88～91mm，則不需要加墊，如果軸箱彈簧墊尺寸不達標，則必須加墊，遵循對角同重，總重均勻的原則。軸箱彈簧總增加墊片高度不能超過21mm。

（5）加墊原則

通過30列次的試驗，分別加墊1，2，3，4.5，5.5，6 mm，空簧桿在標準范圍內(nèi)，對試驗結(jié)果進行平均計算得出，每增加（或減少）墊1mm，總重會增加（或減少）大約70～80kg左右。

（6）調(diào)桿原則

（7）補風原則

由前述總風壓力對稱重的影響可知，總風壓力每降低100kPa，會影響輪重差大約3.5%左右。因此，稱重作業(yè)前必須進行整列車保壓試驗，保證動車組總風壓力在正常值780～880kPa范圍內(nèi)。發(fā)現(xiàn)風壓不足時，應及時補風至規(guī)定值，確保稱重作業(yè)順利完成。

4 工藝驗證

以2011-04-09CRH2010A稱重作業(yè)為例進行了工藝驗證。

CRH2010A01車的基本情況：空氣彈簧調(diào)整墊厚h=6mm，則空氣彈簧高度按三級修規(guī)程標準為（330+6-3+h）mm（h為調(diào)整墊厚度），實際調(diào)整時應在333～342 mm范圍內(nèi)；定位轉(zhuǎn)臂上彈簧安裝面與構(gòu)架基準面的高度（即軸箱彈簧88尺寸）的范圍為88～91mm。

4.1 數(shù)據(jù)分析

CRH2010A01車預稱重數(shù)據(jù)見表3。

表3 CRH2010A01車預稱重數(shù)據(jù)

一位轉(zhuǎn)向架兩條輪對輪重差均超出8%的標準，必須進行加墊（軸箱彈簧墊）調(diào)整。因1、3位輕，2、4位重，應對一位側(cè)進行加重處理，二位側(cè)進行減重處理。因1、3位軸箱彈簧高度已到上限，不能采用加墊法加重，所以只能采用先均衡兩側(cè)輪重差再調(diào)空簧桿的方法進行調(diào)整。即先調(diào)整1、3位使輪重差10.58、13.34盡量接近，讓質(zhì)量偏向二位側(cè)，然后通過調(diào)整空簧桿的方法，使一、二位質(zhì)量均衡。

4.2 方案實施

根據(jù)加墊一般原則，4位加2mm墊，可使4位、1位（對角同重）總重加大，2、3位總重減少，同時也使一、二軸輪重差減小。然后，對一位轉(zhuǎn)向架空簧桿進行調(diào)整，通過調(diào)整一位側(cè)空簧桿升高約6mm左右，可增加一位側(cè)質(zhì)量，減小二位側(cè)質(zhì)量，最終達到整車質(zhì)量均衡的目的。

4.3 結(jié)果驗證

對CRH2010A01車調(diào)整后稱重的數(shù)據(jù)見表4。

最后結(jié)果完全符合輪重差≤8%的工藝標準。

5 結(jié)束語

通過對影響稱重作業(yè)各種因素的分析，找到了解決稱重作業(yè)難點的工藝突破口——高度調(diào)整閥調(diào)節(jié)桿（空簧桿）的預調(diào)整；通過多列次的稱重作業(yè)實踐并研究稱重數(shù)據(jù)變化規(guī)律，總結(jié)出調(diào)整輪重差的一些基本規(guī)律。隨著稱重作業(yè)難點的解決，動車組3級修生產(chǎn)進度逐步加快，由原先的3天壓縮到現(xiàn)在的2天，確保了全年生產(chǎn)任務的完成。

表4 調(diào)整后稱重試驗數(shù)據(jù)

［1］鐵道部運輸局、北方交通大學.動車組轉(zhuǎn)向架［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

［2］西南交通大學、鐵路機車司機培訓考試中心 動車組總體及轉(zhuǎn)向架［M］.2008：121-123，209-210.

［3］運裝客車［2009］724號.CRH2A，B，E型動車組3級檢修規(guī)程（試行）［S］.

［4］運裝客車電［2010］473號.關于動車組輪重差檢測有關要求的通知［S］.

［5］TB／T2782-1997，鐵道機車車輛稱重臺技術條件［S］.

［6］鐵道部運輸局裝備部.CRH2型動車組運用檢修實作培訓教材［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.