轉向架稱重調簧尺寸超差工藝分析

史錫平

摘要：本文主要針對近年來在轉向架事業部進行稱重調簧時部分B型地鐵項目出現二系高度超差及部分A型地鐵轉向架一系垂向止擋間隙超差問題進行分析，分析產生該類問題的原因。

關鍵詞：二系簧高度;一系垂向止擋間隙;超差

中圖分類號：U260.6+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0033-02

0? 引言

從2014至今陸續出現多個項目地鐵轉向架，在進行轉向架稱重調簧時空氣簧距軌面高度超高問題，需減少二系簧下部設計給定的預加墊數量，大部分轉向架最后僅保留1-2mm的加墊量，部分轉向架甚至需去掉所有墊片仍存在超高問題，需進一步減少一系加墊量來保證二系簧高度在設計要求范圍內，這給轉向架正常生產造成了大量返工，而該類轉向架在整車稱重調簧時，由于需在二系簧下加減墊來保證整車輪重合格，在加完墊后很容易導致地板面距軌面高度超差問題，為減少此類返工特對該類問題產生的原因進行分析。另A型地鐵自SML11項目以來給定了一系垂向止擋間隙值為32±2mm，但在轉向架單獨稱重時大部分轉向架實際測量結果36-37mm之間，不滿足設計給定的限度值，導致稱重不合格，為找到該類問題的根源，特對轉向架一系懸掛的結構及二系簧加壓情況進行分析。

1? 轉向架一系懸掛裝置的結構特點

1.1 一系懸掛的結構形式

我司生產的地鐵轉向架一系懸掛裝置的結構主要有兩種形式，其結構見圖1和圖2。

1.2 一系彈簧實際載荷的計算方法

1.2.1 一系簧偏置結構一系彈簧實際載荷的計算

由于一系彈簧處載荷和轉臂定位座處載荷相對車軸中心形成了力的平衡，所以圖1所示結構分到一系簧上的壓力F1計算公式如下：

F1=

其中：L1=400mm為理論上軸箱體轉臂定位橡膠關節安裝孔與軸箱軸承安裝孔間的孔距;

L2=270mm為理論上一系簧中心與軸箱軸承安裝孔間的水平距離;

F2為設計給定的AW0下空氣簧上部載荷;

Fz為轉向架稱重調簧時測得的轉向架實際重量;

Fc為輪對軸箱組裝的實際重量。

1.2.2 一系簧中置結構下一系彈簧實際載荷的計算

由于一系簧中置結構在AW0狀態下時軸箱體幾乎水平，轉臂定位座處受力可忽略不計，則加載力及一系簧上轉向架本身重量完全平分到4個一系彈簧組上，所以圖2所示結構分到一系簧上的壓力F1可按下式計算：

F1=

式中：Fz為轉向架稱重調簧時測得的轉向架實際重量;Fc為輪對軸箱組裝的實際重量。

2? 部分B型地鐵空氣簧距軌面高度超差分析

2.1 一系彈簧組的技術參數

從GML3項目以來一系彈簧組技術規范中關于一系簧的參數基本無變化，其參數如下：

①一系彈簧組的額定載荷為22.43kN;

②系彈簧組在AWO下的工作高289±2mm;

③一系彈簧組的剛度為345.7±21N/mm。

2.2 一系限度值、預加墊厚度及其它參數

一系限度值是366-372mm，一系彈簧板的預加墊10mm，一系橡膠墊下部的基礎墊為3mm，即總共有13mm的調整量。動車輪對軸箱組裝質量約1680kg。以NNL1為例選取一列車進行動車轉向架平均質量統計如表1。

2.3 NNL1與GML3項目一系彈簧組實際工作高對比

近年來由于車體的輕量化設計導致AW0下空氣簧上部載荷逐漸變小，從GML3的52.3kN變到NNL1的47.04kN，其加載力減少了5.26kN。則一系彈簧上部壓力變化：ΔF=5.26÷2×400÷670=1.57kN;

則一系彈簧將比原來增加Δh=ΔF/345.7×1000=4.54mm，即NNL1要比GML3在一系墊處至少少加5mm的墊。

2.4 NNL1一系彈簧組實際工作高計算

根據1.2.1所示計算公式，待入相關參數，可知F1=19.45kN，則一系彈簧組實際工作高比額定工作高增加Δh=（22.43-19.45）×1000÷345.7=8.62mm。

設計給定的一系預加墊只有13mm，由于一系彈簧板等受到的壓力減小，且彈簧剛度不是線性變換，所以實際整個高度增加量約9mm，從而導致動車轉向架在稱重時一系預加墊在4mm左右，再考慮到輪重需調平等問題，基本只能加2～4mm的調整墊，這與實際稱重調簧合格后的加墊結果一致。

2.5 空氣簧尺寸超差分析

根據前期多個項目數據對比統計發現NNL1在AW0下的空氣簧本身高度與GML3項目一致均為288mm，但空氣簧距軌面的距離由GML3項目的868-872mm改到851-855mm，減少了17mm，而設計給定的二系預加墊只有8mm，在其它參數未變情況下，導致轉向架在稱重時即使將二系墊全部取出，仍無法保證851-855mm的尺寸要求，為保證二系空氣簧距軌面高度只能減少一系調整墊厚度。

2.6 B型地鐵空氣簧上部載荷與一系簧伸長量的關系

根據1.2.2和2.1可知kB=1÷2×400÷670×1000÷345.7=0.863mm/kN，當一系彈簧組的實際加載為22.43kN時，可反推出空氣簧上部壓力為57.02kN，該值可用于后續類似項目的一系彈簧伸長量的快速計算。

即Δh1=

其中kB=0.863mm/kN;

F2為設計給定的AW0下空氣簧上部載荷;

在知道空氣簧上部載荷的情況下，可以快速計算出一系彈簧組實際工作高與理論工作高（289mm）的差值，Δh1為正值表示一系彈簧實際工作高比理論工作高（289mm）大Δh1，Δh1為負值時表示實際工作高比理論工作高（289mm）小Δh1。

3? A型地鐵一系彈簧間隙超差分析（以SML11EXP項目為例）

3.1 相關參數及轉向架實際質量統計

3.1.1 轉向架質量統計

為便于計算隨機抽取1列車轉向架進行實際質量統計，見表2。

3.1.2 SML11EXP的相關設計參數

①一系彈簧組的額定載荷為41.376kN;②一系彈簧組在AWO下的工作高257.4±2mm;③在AWO下一系垂向止擋間隙為32±2mm;④一系彈簧組的剛度為1225.6±68N/mm;⑤動車輪對軸箱組裝實際重量約2340kg;⑥AWO狀態下空氣簧上部載荷動車轉向架為56.5kN。

3.2 SML11EXP一系彈簧組實際工作高計算

一系簧上的載荷可近似計算為：

F1=（56.5×2+（7621.2-2340×2）×0.0098）÷4=35.45kN

根據計算結果可知動車轉向架的實際彈簧工作高比理論工作高要高，Δh=（41.376-35.45）×1000/1225.6=4.84mm

由于一系垂向止擋間隙與一系彈簧實際高度成正比，所以一系垂向止擋間隙比理論值（32mm）要高4.84mm，導致原來設計給定的32±2mm的要求無法滿足，經過與設計溝通后將該值改到了35±2mm，該結果與轉向架稱重調簧時的實際測量值相符。

3.3 空氣簧上部載荷與實際工作高的關系

根據1.2.2和3.1.2可知kA=1÷2×1000÷1225.6=0.408mm/kN，當一系彈簧組的實際加載為41.376kN時，根據公式可反推出空氣簧上部壓力為68.34kN，該值可用于后續類似項目的一系彈簧伸長量的快速計算。

即Δh2=kA（68.34-F2）

其中kA=0.408mm/kN;

F2為設計給定的AW0下空氣簧上部載荷;

Δh2為正表示一系彈簧實際工作高比理論工作高（257.4mm）大Δh2，Δh2為負時表示實際工作高比理論工作高（257.4mm）小Δh2。該值可用于后續類似項目的快速計算出與理論值的差值，從而判定設計給定的一系垂向止擋間隙公差范圍是否滿足要求。

4? 結語

通過此類對比分析可知，在空氣簧上部載荷比額定載荷小時，將導致一系彈簧組實際工作高的升高，造成實際加墊量減少及限度值不滿足要求等問題，這也是造成現場稱重調簧后剩余大量調整墊片的原因。通過本論文中的Δh計算公式，可以預判實際加墊量從而在設計之初即減少調整墊定額避免調整墊過多造成浪費。空氣簧距軌面高度超高時需更改空氣簧或一系彈簧組的工作高，方可保證空氣簧距軌面高度在限度值范圍內，否則會出現去掉所有調整墊都無法滿足二系簧高度在限度范圍內的問題，為后續其它項目工藝審查時及時發現類似問題提供了借鑒和判定依據。

參考文獻：

[1]馮文慧，唐魯楠.地鐵轉向架稱重調簧分析及加墊計算[J].電力機車與城軌車輛，2015（05）.

[2]薛黎平，陳琦.WHL2轉向架稱重調簧的問題分析及處理[J].技術與市場，2012（07）.

[3]陳小軍.靜態機車整體稱重試驗臺研究[J].鐵道機車車輛，2009（3）.