重慶單軌車輛車體傾斜故障分析及改進(jìn)措施

于忠建 王文華 韓俊臣 陸海英

（中車長春軌道客車股份有限公司國家軌道客車工程研究中心轉(zhuǎn)向架研發(fā)部，130062，長春∥第一作者，工程師）

2015年5月20號，中車長春軌道客車股份有限公司收到重慶市軌道交通集團(tuán)有限公司關(guān)于2031編組5車相對6車向二位側(cè)（注：在車內(nèi)站立，面向1車司機(jī)室，右側(cè)為一位側(cè)，左側(cè)為二位側(cè)）傾斜的反饋問題。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，從6車二位側(cè)觀察5車二位側(cè)上部排水槽，5車二位側(cè)端墻豎直線上部及下部均超出6車二位側(cè)端墻堅直線，且上部大于下部，說明5車車體實際存在的問題是：傾斜加橫向偏移。

1 原因分析

重慶單軌采用的輪胎式單軌車輛與傳統(tǒng)的鋼輪鋼軌車輛相比，無論是走行原理還是受力方式均有較大差異。傳統(tǒng)車輛屬“隨遇穩(wěn)定”模式，輪對中心距大，車輛重心始終處于2個車輪之間。但對于跨坐式單軌轉(zhuǎn)向架而言，同一車軸的2個走行輪中心距僅為400 mm，容易失穩(wěn)，屬“隨遇不穩(wěn)定”模式。因此，轉(zhuǎn)向架設(shè)置了2個穩(wěn)定輪（位于下側(cè)的水平輪）從側(cè)面抱住軌道梁，由此產(chǎn)生一個橫向力，從而形成一個附加反力矩，將“隨遇不穩(wěn)定”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椤半S遇穩(wěn)定”結(jié)構(gòu)，以保證車輛的穩(wěn)定性。另一特點是，走行輪由橡膠輪胎取代傳統(tǒng)車輛的鋼制車輪，由4個導(dǎo)向輪（位于上側(cè)的水平輪）實現(xiàn)傳統(tǒng)車輛車輪踏面的導(dǎo)向作用，導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪也使用橡膠輪胎［1-2］。因此，對轉(zhuǎn)向架輪胎的調(diào)查成為了車體傾斜原因分析的重點。

車體傾斜的影響因素可分為如下4大類10種可能原因。

1.1 轉(zhuǎn)向架傾斜問題

對傾斜車體的轉(zhuǎn)向架空氣彈簧（以下簡稱“空簧”）高度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)空簧調(diào)整到同一高度或空簧無氣時，車體仍然傾斜，此時需考慮轉(zhuǎn)向架自身是否存在傾斜。

（1）走行輪胎壓及輪徑差的影響，由于兩輪較近，即使較小的輪徑差，反映到空簧支點也會被放大。

（2）水平輪胎壓及輪徑差的影響。

（3）水平輪與軌道梁之間的壓力超差。

（4）未對兩側(cè)空簧座面到軌面的高度差進(jìn)行控制。

（5）轉(zhuǎn)向架構(gòu)架機(jī)械加工偏差。

1.2 轉(zhuǎn)向架二系懸掛系統(tǒng)問題

據(jù)悉，2036編組之前出現(xiàn)的車體傾斜即與二系差壓閥故障（低壓力導(dǎo)通，即動作差壓值低）及高度閥調(diào)整桿（以下簡稱“高度閥桿”）故障（高度閥桿襯套磨耗導(dǎo)致其運動間隙大，使得空簧無法正常充、排氣）有關(guān)，通過更換差壓閥及高度閥桿襯套，故障隨即消除。

1.3 線路問題

（1）軌道梁上平面不平順的影響。

（2）軌道梁兩側(cè)立面不平順的影響。

1.4 車體自身問題

因制造偏差及載荷分布不均等車體自身問題，導(dǎo)致落車后轉(zhuǎn)向架因受力不均而傾斜。

（1）車體配重不均衡導(dǎo)致車輛重心偏差。

（2）車體底架扭曲變形的影響。

2 調(diào)查過程

2.1 轉(zhuǎn)向架傾斜調(diào)查

因5車二位車體傾斜程度較重，所以此次對轉(zhuǎn)向架的調(diào)查重點放在5車二位轉(zhuǎn)向架。

2.1.1 走行輪胎壓及輪徑調(diào)查

檢查走行輪胎壓（通過壓力表讀取）并調(diào)整內(nèi)壓至標(biāo)準(zhǔn)值（950±10）kPa、測量外徑（通過高度尺測量）、測量花紋深度（通過深度尺測量）。

從測量結(jié)果可知，一位端一位側(cè)與二位側(cè)走行輪胎壓分別為1 050 kPa和960 kPa，壓差值略大，二位端胎壓相當(dāng)（分別為980 kPa和950 kPa），由于二位車體傾斜程度較重，因而認(rèn)為當(dāng)前走行輪胎壓不會對車體傾斜造成嚴(yán)重影響，但需調(diào)整；一位端一位側(cè)與一位端二位側(cè)輪徑相同（均為1 003.8 mm），二位端輪徑相當(dāng)（分別為1 004.2 mm和1 004.6 mm），輪徑相差不大，最大差值僅為0.8 mm；花紋深度與輪徑為對應(yīng)關(guān)系，從實測值可知，花紋深度相差不大，一位端二位側(cè)輪胎花紋深度略低，走行輪胎無異常磨耗。

2.1.2 水平輪胎壓及輪徑調(diào)查

檢查水平輪胎壓（通過壓力表讀取）并調(diào)整內(nèi)壓至（980± 10）kPa、測量外徑（通過高度尺測量）、測量磨耗孔深度（通過深度尺測量）。

從測量結(jié)果可知，導(dǎo)向輪胎壓相當(dāng)，約為900 kPa，穩(wěn)定輪胎壓略低，約為850 kPa，水平輪胎壓低于標(biāo)準(zhǔn)值約80～130 kPa，輪胎使用一段時間后，壓力下降屬正常現(xiàn)象，隨即將水平輪胎補壓至標(biāo)準(zhǔn)值980 kPa；磨耗孔深度與輪徑為對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)向輪胎磨耗量總體上接近，最大差值僅為0.8 mm（出現(xiàn)在二位端），穩(wěn)定輪胎磨耗量總體上接近，差值僅為0.6 mm。

2.1.3 水平輪與軌道梁之間的壓力調(diào)查

通過輪胎壓力檢測臺，將水平輪與軌道梁之間的壓力調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值3 900～4 900 N。若水平輪與軌道梁之間的壓力值小于標(biāo)準(zhǔn)值，則減少調(diào)整墊，若水平輪與軌道梁之間的壓力值大于標(biāo)準(zhǔn)值，則增加調(diào)整墊。

胎壓調(diào)整原理：單軌車輛的抗側(cè)滾剛度由裝配在轉(zhuǎn)向架對角線位置的導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪提供，不同的壓力等效不同的抗側(cè)滾剛度。基于此考慮，將抵抗車體向二位側(cè)傾斜的抗側(cè)滾剛度提高，即將二位側(cè)導(dǎo)向輪與一位側(cè)穩(wěn)定輪壓在軌道梁上的壓力提高，另一對角相對調(diào)低，但保證在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)，從原理上對車輛傾斜起到一定的抵抗作用。

從測量結(jié)果可知，導(dǎo)向輪胎與軌道梁之間的壓力，一位端（一位側(cè)和二位側(cè)分別為5 182 N和4 982 N）大于二位端（一位側(cè)和二位側(cè)分別為4 847 N和4 568 N），一位側(cè)大于二位側(cè)，部分壓緊力已超過新造轉(zhuǎn)向架標(biāo)準(zhǔn)，最低值出現(xiàn)在二位端二位側(cè)，其中一位端一位側(cè)與二位端二位側(cè)的對角壓力差達(dá)到600 N；穩(wěn)定輪胎與軌道梁之間的壓力，二位側(cè)（為5 543 N）大于一位側(cè)（為5 216 N）約300 N，壓緊力較新造轉(zhuǎn)向架標(biāo)準(zhǔn)偏大，最大已超出允許范圍600 N。水平輪壓差的變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架提供的抗側(cè)滾剛度變化，進(jìn)而導(dǎo)致左右兩側(cè)支撐力不均衡，使轉(zhuǎn)向架或車體傾斜，因此，轉(zhuǎn)向架恢復(fù)時，需通過調(diào)整墊片重新調(diào)節(jié)水平輪胎的壓緊力。

2.1.4 兩側(cè)空簧座面到軌面的高度調(diào)查

兩側(cè)空簧座面的高度測量，要求有準(zhǔn)確的測量設(shè)備及輔助工裝，如激光測距儀、水平尺和測量基準(zhǔn)平臺。經(jīng)調(diào)查，故障轉(zhuǎn)向架在調(diào)整水平輪與軌道梁之間的壓力時，并未對兩側(cè)空簧座面到軌面的高度差進(jìn)行控制，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架在無載荷狀態(tài)下兩側(cè)空簧座面距軌面偏差過大。從測量結(jié)果可知，轉(zhuǎn)向架一位側(cè)空簧座面到測量基準(zhǔn)平臺的距離為2.606 m（測量3次，取平均值），二位側(cè)空簧座面到平臺的距離為2.598 m（測量3次，取平均值），空簧座面到平臺的距離，一位側(cè)比二位側(cè)高8 mm（即空簧無氣狀態(tài)下，一位側(cè)空簧上面高于二位側(cè)空簧上面8 mm，轉(zhuǎn)向架呈傾斜狀態(tài)）。

對故障轉(zhuǎn)向架恢復(fù)，既要按照本文2.1.3節(jié)的胎壓調(diào)整原理，將抵抗車體向二位側(cè)傾斜的抗側(cè)滾剛度提高，又要按本節(jié)控制兩側(cè)空簧座面的高度差。通過加減調(diào)整墊片，適當(dāng)提高二位側(cè)穩(wěn)定輪和一位側(cè)導(dǎo)向輪壓緊力，并將兩側(cè)空簧座面高度差控制在4 mm內(nèi)。

2.1.5 構(gòu)架機(jī)械加工情況檢測

通過三坐標(biāo)測量儀對返廠的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架機(jī)械加工進(jìn)行3D檢測，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架機(jī)械加工3D檢測結(jié)果

測量結(jié)果表明，構(gòu)架機(jī)械加工的精度總體上沒有問題，但個別尺寸略有超差，可通過加減墊片來彌補尺寸超差帶來的影響。

2.2 轉(zhuǎn)向架二系懸掛系統(tǒng)分析

可能影響車體傾斜的轉(zhuǎn)向架二系懸掛系統(tǒng)主要零部件有：高度閥、差壓閥及高度閥桿。高度閥安裝在車體上，通過控制空簧的充、排氣，使車體在不同靜載荷下保持一定高度，同時減少車輛的傾斜。每個空簧由1個高度閥控制。兩側(cè)空簧之間設(shè)置有差壓閥，可確保轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空簧壓差不超過為保證行車安全規(guī)定的某一定值，若超出時，則差壓閥自動連通兩側(cè)空簧，使壓差維持在該定值以下，因此差壓閥起著保證安全的作用［3-5］。高度閥桿配合高度閥一起使用，是高度閥進(jìn)、排氣的控制機(jī)構(gòu)，由機(jī)械桿件組成，安裝在構(gòu)架與高度閥之間。

對從故障車拆下的高度閥、差壓閥進(jìn)行性能檢測（針對高度閥，進(jìn)行了流量、動作、漏泄等試驗［6］；針對差壓閥，進(jìn)行了流向、動作壓力及漏泄等試驗）。對高度閥桿的安裝襯套及L型螺栓球鉸等磨耗件進(jìn)行了仔細(xì)檢查。檢測結(jié)果表明，除襯套因磨耗嚴(yán)重需及時更換外，二系懸掛系統(tǒng)其余零部件均無異常。高度閥桿較為復(fù)雜，活動關(guān)節(jié)較多，襯套材料為聚氨酯橡膠，圖紙要求其硬度為邵氏（D）99°，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，從故障車拆下的襯套硬度值普遍不合格（實測硬度約為邵氏（D）42°）。襯套硬度的嚴(yán)重不足，將導(dǎo)致高度閥桿動作不良，不能將車體與轉(zhuǎn)向架之間的高度變化有效地傳遞至高度閥，進(jìn)而使空簧充、排氣不及時，導(dǎo)致同一轉(zhuǎn)向架2個空簧高度不一致，使車體發(fā)生傾斜。

2.3 線路原因分析

軌道不平順（包括軌道梁上平面和兩側(cè)立面的不平順），若是線路問題，則在不同線路或不同站點，車體傾斜只是程度上的差異，并無本質(zhì)變化，即使程度上的差異也很小，因此線路問題可不予考慮。

2.4 車體自身原因分析

（1）車輛重心位置。由《重慶單軌車前后重量均衡計劃值》可知，除有司機(jī)室的頭尾車其車輛重心位置與車輛中心略有偏差外（也在合理范圍內(nèi)），中間車重心位置處于車輛正中位置，因此，理論上轉(zhuǎn)向架不存在因車體偏載而發(fā)生傾斜。

（2）車輛四點稱重。經(jīng)調(diào)查，落車前，故障車并未進(jìn)行四點稱重，因此不排除車輛在AW0狀態(tài)下的質(zhì)量及質(zhì)量分配不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對5車的4個空簧壓力進(jìn)行檢測，其中1、4位空簧壓力明顯高于2、3位，4位比3位空簧壓力高出73.5 kPa。根據(jù)壓力差推斷，5車二位端轉(zhuǎn)向架左右兩側(cè)載荷相差約1.3 t，說明車體底架扭曲嚴(yán)重。

從重慶軌道交通3號線北延段項目開始，車體設(shè)備組裝完成后、車輛落車前，必須進(jìn)行四點稱重，調(diào)平車體空簧平面，四點稱重結(jié)果必須滿足同一端每個空簧座載荷與其平均載荷偏差≤2%，每端空簧座載荷與兩端平均載荷偏差≤2%，每側(cè)空簧座載荷與兩側(cè)平均載荷偏差≤2%。

2.5 主要原因小結(jié)

解決車體傾斜問題，是提高產(chǎn)品制造質(zhì)量和運行品質(zhì)的一個方面。通過如上調(diào)查，車體傾斜的原因歸納如下：

（1）新造轉(zhuǎn)向架時，未按胎壓調(diào)整原理對水平輪壓緊力進(jìn)行調(diào)整，且未對轉(zhuǎn)向架兩側(cè)空簧座面距軌面的水平度（即高度差）進(jìn)行控制。

（2）轉(zhuǎn)向架部分輪胎內(nèi)壓不足或超差，未定期調(diào)整。

（3）高度閥桿襯套硬度偏低，造成磨耗加劇，導(dǎo)致高度閥桿動作不良，屬產(chǎn)品原始質(zhì)量問題，應(yīng)引以為戒，以后需嚴(yán)格控制襯套硬度。

（4）車體制造后，未進(jìn)行四點稱重，導(dǎo)致未及時發(fā)現(xiàn)車體底架扭曲的情況。

車體傾斜的原因既有原始制造質(zhì)量的問題，又有檢修維護(hù)不當(dāng)?shù)脑颍罄m(xù)應(yīng)嚴(yán)格控制，并加以改進(jìn)。

3 試驗驗證

在更換高度閥桿襯套、轉(zhuǎn)向架輪胎內(nèi)壓調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)值、對水平輪壓緊力及空簧座面高度差進(jìn)行調(diào)整后，將轉(zhuǎn)向架恢復(fù)裝車，上線進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn)，車體傾斜改善明顯。

4 結(jié)語

（1）水平輪壓緊力對車輛狀態(tài)有很大影響。調(diào)整時，先確保胎壓為（980±10）kPa，再按標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整壓緊力，并嚴(yán)格控制兩側(cè)空簧座面高度差。轉(zhuǎn)向架出廠前，高度差應(yīng)不超過3 mm（檢修車可放寬至4 mm）。

（2）在轉(zhuǎn)向架列檢（不超過3天一次的外觀檢查）時，應(yīng)對輪胎內(nèi)壓進(jìn)行檢查，并視情況按標(biāo)準(zhǔn)值對內(nèi)壓進(jìn)行及時調(diào)整。

（3）在轉(zhuǎn)向架列檢時，通過測量走行輪胎花紋深度及水平輪胎磨耗孔深度，對輪胎磨耗情況進(jìn)行監(jiān)控。

（4）在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架機(jī)械加工后，對涉及水平輪胎安裝的平面距構(gòu)架中心的尺寸進(jìn)行測量，并將數(shù)值刻打在構(gòu)架上，以便通過墊片補償機(jī)械加工偏差。

（5）車體制造后，必須進(jìn)行四點稱重，調(diào)平車體空簧平面，適當(dāng)減少車體制造偏差引起的轉(zhuǎn)向架載荷偏差，降低落車后車體傾斜的風(fēng)險。

（6）為便于在落車狀態(tài)下檢測轉(zhuǎn)向架相對軌道梁及橫向止擋相對于構(gòu)架中心的位置關(guān)系，從重慶軌道交通3號線北延段項目開始，在構(gòu)架上增加了垂向（端梁下面）及橫向（左右兩側(cè)減振器座上）檢測基準(zhǔn)，垂向基準(zhǔn)座用于測量轉(zhuǎn)向架到軌面的垂向距離，橫向基準(zhǔn)座用于控制橫向止擋到構(gòu)架中心的橫向距離。

（7）建議業(yè)主修建標(biāo)準(zhǔn)軌，嚴(yán)格控制走行輪軌道水平面以及水平輪豎向平面，在軌道左右2 m區(qū)域內(nèi)設(shè)置等高的標(biāo)準(zhǔn)水平地面（或垂向測量基準(zhǔn)平臺），方便轉(zhuǎn)向架的檢測和調(diào)整。

（8）業(yè)主在重檢（不超過3年一次的拆卸檢查）、全檢（不超過6年一次的解體檢查）時，必須控制轉(zhuǎn)向架傾斜度及整車落成后的傾斜度。

［1］ 劉紹勇，林勤，蔣朝平.重慶跨座式單軌轉(zhuǎn)向架研制［C］∥城市單軌交通國際高級論壇論文集.北京：中國鐵道出版社，2005：266.

［2］ 劉紹勇.重慶跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2006（1）：5.

［3］ 嚴(yán)雋耄.車輛工程［M］.2版.北京：中國鐵道出版社，1999.

［4］ 陸海英.現(xiàn)代軌道交通車輛的空氣彈簧懸掛技術(shù)［J］.機(jī)車電傳動，2003（4）：36.

［5］ 趙旭東，胡定祥，包學(xué)海.鐵道車輛空氣彈簧控制方式的研究［J］.鐵道車輛，2013，51（2）：8.

［6］ 金哲，余欲為，韓曉輝.高度閥工作原理及檢測方法［J］.鐵道機(jī)車車輛，2011，31（5）：151.