基于CW40000型轉(zhuǎn)向架的地鐵車輛稱重調(diào)簧試驗(yàn)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(yàn)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(jì)、制造和驗(yàn)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(duì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)營中車輛車輪偏磨。因此，對(duì)于地鐵車輛，必須在設(shè)計(jì)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(duì)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(jí)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(jí)彈簧支撐點(diǎn)載荷分布情況會(huì)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(jìn)行稱重，并根據(jù)數(shù)值和人工經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這種方法不僅生產(chǎn)效率低下，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。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(shí)際生產(chǎn)中，將調(diào)簧試驗(yàn)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(jìn)行。

2 試驗(yàn)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(jì)信息或設(shè)計(jì)重量分配報(bào)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(hào)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(bào)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(duì)CW40000轉(zhuǎn)向架，一系懸掛為8個(gè)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(duì)應(yīng)靜壓試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)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(shí)車輛四輪受力傳遞到下方四個(gè)稱重傳感器上，并顯示讀數(shù)。

在對(duì)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(shí)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(gè)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(diǎn)間距為1500mm，在車輛裝配完畢后，將車體落于4個(gè)稱重傳感器上，保證車體枕梁空氣彈簧支撐面4點(diǎn)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(shí)車體四個(gè)空氣彈簧承載重量會(huì)顯示在四個(gè)傳感器上。并定義四點(diǎn)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(jì)算

對(duì)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(shí)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(gè)算式：

根據(jù)角力公式，可得出重力計(jì)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(shí)GWXS=XM（FE1L+ FE1R）-XM（FE2L+ FE2R）。推出XS如下：

同理推出 YS如下：

如果計(jì)算得到XS為正值，則表明車輛重心靠近1位端。

如果計(jì)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(jìn)行分解。既分解到每個(gè)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(shí)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(gè)空氣彈簧上的力的最佳值。

2.2.2 車體底架作用力實(shí)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(jìn)行模擬調(diào)整試驗(yàn)。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(jī)構(gòu)（件2）上，并通過數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)浇K端上進(jìn)行計(jì)算，然后使某點(diǎn)傳感器上升（或下降）調(diào)整各點(diǎn)受力值FM無限接近理論值FF。當(dāng)達(dá)到一定要求后，此時(shí)得到某點(diǎn)上升高度值，既為該點(diǎn)需要補(bǔ)償?shù)杰圀w的墊片厚度。并生成相關(guān)報(bào)告。見表2。

從報(bào)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(huì)小于4%。

2.3 蠕變補(bǔ)償

由于CW40000轉(zhuǎn)向架一系彈簧和二系彈簧均為橡膠彈簧，實(shí)際車體落成后，經(jīng)過一定時(shí)期會(huì)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(diǎn)彈簧與其它彈簧蠕變量差異過大，造成重量分布失衡。此時(shí)需要對(duì)車輛進(jìn)行蠕變補(bǔ)償。

常用方法是通過對(duì)轉(zhuǎn)向架二系懸掛中空氣彈簧的充風(fēng)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。通過每個(gè)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(gè)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(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素。

當(dāng)充風(fēng)高度左右偏差過大時(shí)，會(huì)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(yàn)。

空氣彈簧充風(fēng)高度普遍過低時(shí)，會(huì)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(huì)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(shí)，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(dòng)系統(tǒng)計(jì)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(shí)，則對(duì)應(yīng)制動(dòng)力會(huì)加大，造成車輪磨耗加速。當(dāng)氣壓過小時(shí)又會(huì)面臨制動(dòng)力過小，而制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間過長的問題。對(duì)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(jí)剛度的三無型轉(zhuǎn)向架。所以，其調(diào)簧試驗(yàn)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(xiàng)目上，有效的縮短了車輛的靜態(tài)調(diào)試時(shí)間。在實(shí)際的項(xiàng)目生產(chǎn)中對(duì)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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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。