淺析深圳地鐵1號線列車轉向架綜合測試

朱偉鵬

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518040）

0 前言

為分析研究深圳地鐵1號線轉向架在線運行狀態，需對列車在正常運營中轉向架振動、相對位移、動應力情況進行測試，主要通過測試電機、齒輪箱、電機安裝座、軸箱、構架在轉向架的振動；電機與齒輪箱的橫向位移，一系垂向、橫向位移；構架電機懸掛座、齒輪箱吊掛座、ATC天線安裝座動應力等項目。本次試驗包括輪對鏇修前、后兩次試驗。前、后兩次試驗方法完全一致，且振動加速度傳感器和位移傳感器要求安裝在同一輪對上。另外為了對比深圳地鐵1號線株機公司與龐巴迪轉向架的在線運行狀態，對龐巴迪列車轉向架鏇輪后作一個振動、位移、動應力測試。

1 測試以及分析

（1）試驗車輛及線路條件

列車編組：正常運行4動2拖編組；測試車輛：選取地鐵車輛130車（南車株機生產）和114車（長客龐巴迪生產）；線路條件：深圳地鐵1號線單邊45 km，共30個站；試驗工況：在AW0（空車）工況下并且所有空氣彈簧處于充氣狀態；正常載客運行載荷工況并且所有空氣彈簧處于充氣狀態，試驗過程涵蓋至少一個早或晚高峰時間(相當于AW3 工況)[1]。

（2）測試內容、測試系統、傳感器規格

1）測試內容：本次測試是在列車正常運行狀態下，實測列車轉向架相關部位的動應力、加速度、位移及對應的車體動載荷等。

2）測試系統：對應力及應力梯度較大的動應力測點，經過數據處理后給出關鍵危險測點的應變或應力譜，進行疲勞可靠性評估。對于加速度測點，給出加速度最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉向架相應部位的振動特性提供依據。對于位移測點，給出位移最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉向架相應部位的振動特性和相對運動提供依據。表1給出了測試通道數及傳感器統計表。

表1 測試通道數及傳感器統計表

3）傳感器規格：動應力測試儀器為DDS數據采集儀器，具有超小型化、數字化、網絡化、軟件化的特點，同時具有很高的可靠性。各個測點的應變信號和加速度信號均采用DDS32數字式動態信號采集系統進行全程連續采集。本次DDS32數字式動態信號采集系統，共計56個通道，主要用于加速度、位移、應變等信號的采集。兩臺筆記本計算機分別與兩臺DDS32數字式動態信號采集系統配合使用。

（3）測點布置

本試驗是在列車正常運行狀態下，實測轉向架相關部位的動應力、加速度、位移，具體測點布置如圖1和圖2所示。

圖1 位移傳感器的安裝位置

圖2 加速度傳感器的安裝位置

（4）測試標定、執行標準、數據處理原則

1）加速度傳感器的標定：通過傳感器的標定表進行標定。

2）位移標定：通過高精度卡尺來進行位移的標定。株機車動力車轉向架構架材料為16MnDR[1]，其屈服極限為345 MPa。從電機的座的結構判斷為鑄造件，屈服極限小于345 MPa，各材料在最大可能載荷或超常載荷下，采用屈服極限的運用載荷下的安全系數S為：無焊縫區1.5，焊縫區1.65。因此，在運用工況下的測得的動應力，為安全起見，構架板材按焊縫區進行考慮，最大值不應該超過許用應力209 MPa的標準要求。動應力測試參照《動力轉向架構架強度試驗方法》（TB/T2368-2005）執行。動力學性能試驗參照《鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標準》執行[2]。

3）數據處理原則：對所有原始數據進行工頻（含工頻整數倍）濾波、去除直流分量和趨勢項、壞點以及瞬時沖擊等。

（5）動應力測試

圖3 疲勞強度評估GOODMAN圖

1）最大主應力測試結果，通過對試驗數據進行整理和計算，取得各測點的一對最大應力和最小應力值，由此得出其最大動應力范圍和應力均值。株機車鏇修前，電機懸掛座，最大主應力為76.331 MPa，出現在二位電機懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點；齒輪箱支座，最大主應力為52.441 MPa，出現在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點；ATC支架[2]，最大主應力為6.484 MPa，出現在ATC支架左下側318測點；ATC支座，最大主應力10.595 MPa，出現在ATC支座右上側321A測點。株機車鏇修后，電機懸掛座，最大主應力為57.356 MPa，出現在二位電機懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點；齒輪箱支座，最大主應力55.612 MPa，出現在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點；ATC支架，最大主應力為0.601 MPa，出現在ATC支架右下側318A測點；ATC支座，最大主應力為46.369 MPa，出現在ATC支座左上側的319測點。長客龐巴迪車，電機懸掛座，最大主應力為92.462 MPa，出現在二位電機懸掛座上蓋板上表面左前方的303A測點；齒輪箱支座，最大主應力為84.761 MPa，出現在一位齒輪箱支座體（鑄件）內側左前方的310測點；ATC支架，最大主應力為2.147 MPa，出現在ATC支架右上側314A測點；ATC支座，最大主應力為92.438 MPa，出現在ATC支座右上側320A測點。

表2 各車型鏇修前后位移測試對比表

2）疲勞強度評定結果，動車轉向架構架材料為16MnDR，該材料的疲勞強度評定采用鐵道科學研究院實驗得出的材料GOODMAN圖（如圖5）作判據。由圖標可見，所有測點的應力幅值均在GOODMAN圖[3]內，且有比較大的裕量，因此可以認定，所有測點部位的疲勞壽命仍然是無限長。

（6）位移測試

懸掛系統位移實測14個通道試驗數據。根據TB/T 2360-93《鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標準》和GB5599-1985《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》對位移試驗數據進行處理。按6 s為一個分段，分別計算每個通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數據均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。株機車鏇修前、鏇修后、長客車鏇修后位移測試對比結果如表2所示[3]。

（7）加速度測試

加速度實測45個通道試驗數據。根據TB/T 2360-93《鐵道機車動力學性能試驗鑒定方法及評定標準》和GB5599-85《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》對加速度試驗數據進行了處理。按6 s為一個分段，分別計算了每個通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數據均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。

統計每列車正常載客運行的高峰往返運行的加速度測試結果表明：株機列車轉向架車輪鏇修前：最大值51.16 g，測點106，一位右側軸箱垂向；株機列車轉向架車輪鏇修后：最大值48.55 g，測點106，一位右側軸箱垂向；龐巴迪轉向架車輪鏇修后：最大值51.58 g，測點106，一位右側軸箱垂向。具體分布如表3所示。

2 結論

（1）從GOODMAN圖的評判結果來看，所有測點的疲勞強度均滿足要求。由于本次測試數據較少，因此數據量無法完成所有測點的疲勞壽命評估。

（2）綜合分析位移測試數據顯示：所有測點的位移量均在合理范圍內。

（3）綜合分析加速度測試數據顯示：株機列車轉向架在鏇修前的振動比鏇修后大。通過鏇修后的數據對比發現：株機列車轉向架部分測點測試結果較長客龐巴迪轉向架測試結果稍微偏大，同時長客龐巴迪轉向架的另外一部分測點測試結果較株機列車轉向架測試結果稍微偏大，其余測點的測試結果較接近。

（4）深圳地鐵1號線現有運營車輛在構架主結構上、齒輪箱吊桿部位、齒輪箱箱體及其鑄造的支座體上最大主應力均未超過運行條件下相應材料的許用應力標準，且有足夠的安全裕量。

［1］深圳地鐵.深圳地鐵1號線續建工程車輛維修手冊［Z］.2008.

［2］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉向架構架ATC支座方案分析報告［Z］.2010.

［3］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉向架振動測試報告［Z］.2013.