關于高速動車組稱重試驗及尺寸調整的探討

占鵬+黃勇

摘 要：本文介紹了高速動車組稱重試驗時輪重差的產生機理，對平常所講的調整空簧高度及軸簧加墊進行詳細的分析，得出輪重差的影響因素及調整的本質原因，對部分特殊情況的調整提供了解決方案。

關鍵詞：傳感器;輪重差;軸重;應變

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.212

0 引言

近年來，中國高速動車組技術取得了巨大進步。通常一列動車組一天的行駛里程高達上千公里，動車組長時間的運行，部分地區的動車組還要在高寒、風沙、高溫、高海拔、強紫外線等惡劣環境中運行，因此，動車組的維修保養工作就顯得格外重要，動車組檢修分為五個等級，一級和二級檢修為運用檢修，三級、四級和五級檢修為高級檢修，其中四、五級修為分解檢修，單車稱重是分解檢修的重要工序之一，稱重是依據輪重差進行空簧高度、軸簧高度調整，本文著重對輪重差影響因素及調整進行分析。

1 稱重試驗的目的

簡而言之，稱重試驗目的是保證左右輪重差在允許范圍內。我們對平直軌道上列車車輪受力分析見圖1，列車牽引力由踏面與軌道間的摩擦力提供，摩擦力Ff，正常情況下，兩側車輪所受支持力在允許差距范圍內，兩側的摩擦力也在允許差距范圍內，即兩輪牽引力基本一致;如兩側重量相差超過允許范圍，則一側牽引力大，另一側牽引力小，導致兩輪受力情況不一致，可導致兩輪磨損情況不一致，縮短輪對使用壽命。

2 稱重臺構成及工作原理

稱重臺工作原理為：當重物垂直壓在稱重軌的有效部位上，下部壓力傳感器產生應變，該應變被下位機的數據采集模塊記錄并處理，通過A/D轉換，將變形的模擬量轉變為數字量，經過單片機與PC的接口進行通訊，數字量通過PC機上軟件顯示出來，整個過程如下圖2。

JWLZ-J靜態輪重檢測裝置共有8根稱重軌，每根稱重軌對應一個車輪，每根稱重軌所構成的系統為一個獨立的稱重單元，能夠承擔車輛相應部分的質量，經過校準，8根稱重軌處于相同的水平高度。

如果上述條件已具備，啟動計算機，打開測量軟件，將車輛用牽引車拉入稱重軌，并保證輪徑落入指定范圍內，點擊計算機軟件上開始檢測按鈕，待示數穩定，即顯示出8處車輪各自的重量及同軸兩輪的輪重差。對于任意輪對，假定內輪輪重為WL、外輪輪重為WR，則有：

3 輪重差影響因素及如何調整

目前主要檢修的是中、高速動車組，該型動車組均要求輪重差在4%以內。理想狀態下，左右車輪承受的重量相同，輪重差為0，但實際因車下設備分配不均勻等原因，我們對車輛模型進行簡化處理，取一端2個空氣彈簧支撐作用下，對其受力分析（整車重心在設備艙，不在圖示截面幾何中心）：

輪重差為0即兩側重量相同，空氣彈簧和軸箱彈簧壓縮量左右相同，車體兩側高度相同，即圖5所示情況，且N1=N2=0.5G。

假設右邊偏重了，則右邊空氣彈簧和軸箱彈簧壓縮量大于左邊，雖然這種情況下轉向架與車體支架還有橫向減振器、抗蛇減振器和牽引拉桿連接，這些連接之間還有其他作用力，這些連接左右情況相同，即減振器橡膠變形相同，主要受力點在空氣彈簧上，只考慮主要作用力，不影響我們對兩側豎直方向的作用力進行定性分析。三力或其延長線匯交于一點，假設車體側傾角為θ，則左側豎直方向作用力為F1·cosα，右側豎直方向作用力為F2·cosβ，令Fx=F1·cosα，Fy=F2·cosβ，有如下方程成立：

其中，因車體實際側傾角很小，取近似。

由⑥式可得出，隨增大，Fx減小，Fy增大，即左邊輪重值減小，右邊輪重值增大;同樣，如果車體向左側傾斜，可以得出相似的結論。

導致車輪一側偏重即一側輪重值過大，有哪些影響因素呢？

（1）車下設備及車體整體重量分配不均。車體新造時要求空氣彈簧安裝面平面度不大于1mm，四個空氣彈簧安裝面高度差在1.5mm內，枕梁上平面的平面度不大于1mm/m，車體撓度：中部9～13mm，端部0～5mm，左右差在2mm內，這對于20多米長的車體而言，要求已經很高了，將制造因素導致車體某部位位置降到或升高降到最低，即車體本身誤差對重量分配的影響已降到最低。

車內車外裝上設備后，整體重心越接近車體設備艙的幾何中心，則重量分布越均勻，這時將車體看成是由四個固定點支撐在空簧安裝座處，則這四個點受到的壓力不同，產生的形變不同，既要保證前后兩端重量在一定范圍內，又要保證左右兩側重量在一定范圍內，受力不同的四個支撐點如替換為轉向架上的空氣彈簧，則轉向架產生的形變不同，形變相差越大，則對應的輪重差也越大（圖3，圖4）。

（2）車體或底板有積水，可導致一側輕一側重，三級修還需考慮設備艙積灰導致重量分配不均。

（3） 空氣彈簧充氣后，產生的變形將車體頂起，但空氣彈簧本身比較復雜，具有非線性變化特點，充氣相同卻產生不同的效果。

已知這些影響因素，再看怎樣進行輪重差的調整由上述結論知，車體向哪一側傾斜，則表明哪一側偏重，這個結論同樣可用于前后兩端，在整車上考慮傾斜，可能是向四個角中某個角傾斜，也可能向某兩個角傾斜，一般而言，車體對角線方向剛度要差于鄰邊，所以你將某位車體調高了，可能是對角位置高度變化大，所以調整高度需要一般而言，先“調桿”再“加墊”，“調桿”即調整高度調整桿，先在較低一角將調整桿上螺旋扣左旋，使高度閥杠桿上翹，向空簧充風，空簧產生的向上形變將車體抬高，高度到達一定程度，高度閥杠桿變為水平，高度閥內部單向閥關閉，充風停止，該角重量減輕，對角重量增重，調整須滿足空簧高度在mm范圍內，其中t為空簧底部加墊厚度。

其實由輪重差公式還可以得出一個更直觀的判斷公式：

因為：

|WL-WR|/（WL+WR）≤4%

則有：

| WL-WR |≤4%（WL+WR）

又：

WL+WR≥2

故有：

|WL-W R|≤8% ⑦

公式⑦可以直接看出兩側輪重需在什么范圍內，哪邊須增加多少，或須減少多少，因為數據是變化的，最好是在軟件上直接顯示這個結果，要更方便。比如現在測得WL=6203，WR=6765，可得出：WR-WL≤518，因調整會導致WR、WL均變化，故將WL增加200左右，依據經驗，加墊2～3mm后，再進行檢查。“加墊”須滿足調整墊片總厚度不大于21mm，且軸簧高度在mm范圍內（中、高速動車組）.

4 結語

本文分析了稱重測量時輪重差的產生原因，找出影響輪重差的因素，結合實際稱重可能出現的各種情況說明問題產生的原因及如何解決，可以為稱重試驗及調整提供部分理論依據和方法。

參考文獻：

[1]王伯銘.高速動車組總體及轉向架[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

[2]高速動車組鋁合金車體制造尺寸測量要求[J].2010.

作者簡介：占鵬（1985-），男，本科，助理工藝師，主要從事：動車組檢修等方面的研究。endprint