基于CW40000型轉(zhuǎn)向架的地鐵車輛稱重調(diào)簧試驗方法及應(yīng)用

摘?要：本文簡要介紹了基于CW40000型轉(zhuǎn)向架的國內(nèi)A型地鐵車輛稱重調(diào)簧試驗的原理及方法，包括車輛一系懸掛調(diào)整，車輛二系懸掛調(diào)整，以及該方法在生產(chǎn)調(diào)試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：A型地鐵車輛;車體;稱重;調(diào)簧

1 概述

在車輛采購技術(shù)合同中，輪（軸）重是鐵道車輛設(shè)計、制造和驗收的重要技術(shù)參數(shù)，一般要求根據(jù)IEC61133標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。各輪對重量分配是否均勻，直接影響到整列車黏著牽引力的發(fā)揮和牽引運動性能的優(yōu)劣，以及車輛的抗脫軌性和抗傾覆性等穩(wěn)定性指標(biāo)。并能有效防止運營中車輛車輪偏磨。因此，對于地鐵車輛，必須在設(shè)計制造過程中采取有效措施，將輪（軸）重偏差限制在較小的范圍。根據(jù)IEC61133要求地鐵車輛軸重偏差不應(yīng)超過平均軸重的±2%，輪重偏差不應(yīng)超過該軸平均輪重的±4%。

對于地鐵車輛轉(zhuǎn)向架，一般由一系懸掛結(jié)構(gòu)、二系懸掛結(jié)構(gòu)共二級剛度組成，導(dǎo)致其輪（軸）重分配不均的原因是多方面的。從載荷傳遞及分布來看，車體直接作用于轉(zhuǎn)向架的二系懸掛結(jié)構(gòu)的空氣彈簧上，構(gòu)架作用力直接傳遞到一系彈簧上，所以各級彈簧支撐點載荷分布情況會直接影響到車輛輪（軸）重偏差是否滿足要求。

傳統(tǒng)的車輛調(diào)簧工藝是在車體轉(zhuǎn)向架落成后，直接進行稱重，并根據(jù)數(shù)值和人工經(jīng)驗適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這種方法不僅生產(chǎn)效率低下，費工費時。而且車體與轉(zhuǎn)向架的互換性也大大降低。不利于后期車輛架修。因此，在實際生產(chǎn)中，將調(diào)簧試驗分為一系調(diào)整（轉(zhuǎn)向架調(diào)整）和二系調(diào)整（車體調(diào)整）分別進行。

2 試驗原理

以輪重為例，根據(jù)要求整車輪重偏差不應(yīng)超過該軸平均輪重的±4%。所以，需要根據(jù)設(shè)計信息或設(shè)計重量分配報告，分割車體調(diào)整差異范圍和轉(zhuǎn)向架調(diào)整差異范圍，若車體控制在±3%之內(nèi)，則轉(zhuǎn)向架須控制在±1%之內(nèi)，最終保證整車±4%要求。

舉應(yīng)用在SZ1號線地鐵車輛的CW40000轉(zhuǎn)向架為例，一般生產(chǎn)中根據(jù)車體重量分配報告，設(shè)定轉(zhuǎn)向架調(diào)整誤差±2%，車體調(diào)整誤差±2%要求。

2.1 轉(zhuǎn)向架調(diào)整

對CW40000轉(zhuǎn)向架，一系懸掛為8個橡膠堆彈簧直接坐落于軸箱上。在轉(zhuǎn)向架裝配完畢后，將轉(zhuǎn)向架放置于對應(yīng)靜壓試驗臺上進行承載模擬，如圖1所示。

均勻施加車輛AW0工況載荷到轉(zhuǎn)向架二系懸掛（空氣彈簧）上表面，并通過構(gòu)架傳遞到軸箱一系彈簧上，此時車輛四輪受力傳遞到下方四個稱重傳感器上，并顯示讀數(shù)。

在對應(yīng)的一系彈簧上方或下方采用加墊片方法改變其受力狀態(tài)。最終達(dá)到規(guī)定的±2%要求。

并記錄此時輪載荷分布，如表1所示。

通過調(diào)整，轉(zhuǎn)向架差異最大0.96%，滿足要求。

通過調(diào)整，轉(zhuǎn)向架差異最大0.96%，滿足要求。

2.2 車體調(diào)整

車體載荷通過二系懸掛直接承受，所以二系調(diào)整是否順利通過，直接影響車輛落成后的輪重分布狀態(tài)。定義車輛左側(cè)、右側(cè)及四個空氣彈簧坐標(biāo)如圖2。

以地鐵A型車為例，轉(zhuǎn)向架中心距為15700mm，同一轉(zhuǎn)向架兩空氣彈簧支撐點間距為1500mm，在車輛裝配完畢后，將車體落于4個稱重傳感器上，保證車體枕梁空氣彈簧支撐面4點水平，以模擬車體落成在轉(zhuǎn)向架上，轉(zhuǎn)向架承載工況。

此時車體四個空氣彈簧承載重量會顯示在四個傳感器上。并定義四點測量的承載力（也叫起重力）為FM（FM=GW），見圖2。

2.2.1 轉(zhuǎn)向架底架作用力理論推導(dǎo)和計算

對一節(jié)車廂，起重力總和如下，

并定義校正量K，

校正量K的值可以為正也可以為負(fù)。

此時定義 起重力FM的平均值和校正量K的代數(shù)和為角力FE。則角力表達(dá)為以下四個算式：

根據(jù)角力公式，可得出重力計算公式如下：

將車體在x方向和y方向分別視為梁結(jié)構(gòu)承載，則車輛重心分布如圖3和圖4。

此時GWXS=XM（FE1L+ FE1R）-XM（FE2L+ FE2R）。推出XS如下：

同理推出 YS如下：

如果計算得到XS為正值，則表明車輛重心靠近1位端。

如果計算得到Y(jié)S為正值，則表明車輛重心偏左側(cè)。

將底架重力在車體X方向上進行分解。既分解到每個轉(zhuǎn)向架上。如圖5。

然后將和各自分解到空氣彈簧上，如圖6，既為力平衡狀態(tài)下的底架作用力。

此時平衡方程如下：

由式1-13和1-12整理得：

一般情況，為方便操作，X′M= XM，Y′M= YM。

所求得的 FF1L、 FF1R、FF2L、FF2R既為車體重量分布于四個空氣彈簧上的力的最佳值。

2.2.2 車體底架作用力實際調(diào)整和應(yīng)用

目前在地鐵制造行業(yè)，多用AST公司的四角稱重設(shè)備直接進行模擬調(diào)整試驗。設(shè)備原理如圖7所示。

將稱重傳感器（件4）位于可升降調(diào)節(jié)機構(gòu)（件2）上，并通過數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)浇K端上進行計算，然后使某點傳感器上升（或下降）調(diào)整各點受力值FM無限接近理論值FF。當(dāng)達(dá)到一定要求后，此時得到某點上升高度值，既為該點需要補償?shù)杰圀w的墊片厚度。并生成相關(guān)報告。見表2。

從報告中可以看出，車體重心偏向2位端右側(cè)。經(jīng)過調(diào)整后，車體左右偏差均控制在2%之內(nèi)。而之前轉(zhuǎn)向架也控制在2%之內(nèi)，則最終偏差會小于4%。

2.3 蠕變補償

由于CW40000轉(zhuǎn)向架一系彈簧和二系彈簧均為橡膠彈簧，實際車體落成后，經(jīng)過一定時期會發(fā)生蠕變。而橡膠彈簧由于自身的特性，彈簧自身蠕變并非線性變化，不同彈簧之間蠕變量也有差異。最后導(dǎo)致車輛落成后，某點彈簧與其它彈簧蠕變量差異過大，造成重量分布失衡。此時需要對車輛進行蠕變補償。

常用方法是通過對轉(zhuǎn)向架二系懸掛中空氣彈簧的充風(fēng)高度進行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。通過每個空氣彈簧的充風(fēng)高度控制，最終使車輛重量重新分布到四個空氣彈簧上，最終達(dá)到輪重滿足±4%要求。

需要注意的是，在車輛空氣彈簧充風(fēng)高度調(diào)節(jié)時，需要考慮以下幾個因素。

當(dāng)充風(fēng)高度左右偏差過大時，會造成車體傾斜，嚴(yán)重情況可能使得車輛無法通過限界試驗。

空氣彈簧充風(fēng)高度普遍過低時，會造成二系懸掛柔性下降，使得車輛舒適度指標(biāo)下降。并且在AW3載客工況下會造成內(nèi)部應(yīng)急彈簧與上蓋板摩擦擠壓，不利于彈簧使用壽命。

同樣的，當(dāng)空氣彈簧充風(fēng)高度過高時，車輛抗傾覆性和穩(wěn)定性指數(shù)下降。

另外，空氣彈簧內(nèi)的氣壓是目前列車制動系統(tǒng)計算整車重量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所以充風(fēng)高度決定了內(nèi)部氣壓的大小。當(dāng)氣壓過大時，則對應(yīng)制動力會加大，造成車輪磨耗加速。當(dāng)氣壓過小時又會面臨制動力過小，而制動距離和制動時間過長的問題。對CW40000轉(zhuǎn)向架，二系懸掛的空氣彈簧一般充風(fēng)高度控制在17～22mm之間。

3 結(jié)語

CW40000型轉(zhuǎn)向架，是典型的采用空氣彈簧支撐的具有二級剛度的三無型轉(zhuǎn)向架。所以，其調(diào)簧試驗方法具有廣泛的代表意義。同樣適用于采用空氣彈簧支撐結(jié)構(gòu)的其它類型轉(zhuǎn)向架。

此調(diào)整方法，目前已成功應(yīng)用于國內(nèi)A型車項目上，有效的縮短了車輛的靜態(tài)調(diào)試時間。在實際的項目生產(chǎn)中對提高車輛品質(zhì)和縮短生產(chǎn)周期都起到積極的影響。

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[3]張立學(xué).城軌車輛稱重找平方法的理論研究與軟件實現(xiàn)[D].西南交通大學(xué)，2013.

作者簡介：任東軍（1985-），男，漢族，陜西白水縣人，碩士，工程師，研究方向：工商管理。