軌道車輛輪重偏差影響分析

劉曉坤

摘要：隨著近些年軌道列車的快速發(fā)展，車輛生產(chǎn)質(zhì)量水平也在不斷提升。輪重、軸重等指標(biāo)是考量軌道列車動力學(xué)性能的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響到了列車運(yùn)行過程中的制動性能和牽引性能的發(fā)揮，是車輛運(yùn)營的安全性與平穩(wěn)性的關(guān)鍵項點(diǎn)。本文對車輛輪重分配進(jìn)行論述，討論車輛輪重分配對牽引力和制動力的影響以及影響輪重偏差的原因及調(diào)整修正。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;輪重偏差;影響分析;調(diào)整修正

1 ?研究背景

隨著我國八縱八橫政策的推進(jìn)以及各大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的布置，使軌道行業(yè)得到了空前的發(fā)展。為了適應(yīng)日益增長的人口流動現(xiàn)狀，車輛速度等級以及車輛軸重也在不斷提升，這對車輛的牽引能力以及制動能力都有很大的影響，對車輛的運(yùn)行安全及穩(wěn)定也是一種隱患。輪重偏差是車輛整體性能的一個關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規(guī)則》對我國的城市軌道車輛的輪、軸重偏差的規(guī)定，在任一動車的四根動軸上進(jìn)行軸重測量，所測得的數(shù)據(jù)與該車各動軸實(shí)際平均軸重之差應(yīng)該小于等于實(shí)際平均軸重的±2%，每個車輪的實(shí)際輪重與同軸兩輪平均輪重之差應(yīng)該小于等于該軸兩輪平均輪重的±4%。如此可見，輪重偏差對車輛性能影響是十分重要的。

2 ?輪重偏差影響分析

2.1 制動力分析

制動作用是保障車輛安全運(yùn)行最重要的功能，保障制動力的存在就是確保車輛的安全性。軌道車輛制動分為盤型制動和閘瓦制動，盤型制動里面又分為輪盤制動和閘瓦制動。本文以典型的閘瓦制動進(jìn)行分析，當(dāng)車輛制動作用施加時，轉(zhuǎn)向架各車輪處閘瓦抱緊踏面產(chǎn)生制動力P，根據(jù)作用力與反作用力的作用，該處車輪就會相應(yīng)的產(chǎn)生與軌道間的摩擦力U。當(dāng)該處輪重小于其他輪重時，該處的靜摩擦力極限也最小，會導(dǎo)致該處車輪發(fā)生滑動摩擦，受力分析如圖1所示。

2.2 牽引力分析

牽引力的存在是車輛始終具有前進(jìn)動力的保障，軌道車輛在運(yùn)行過程中，輪軌間的黏著力為車輛前進(jìn)提供動力。根據(jù)黏著定律表明，當(dāng)車輛牽引力大于車輛各動輪與鋼軌之間最大黏著力的總和時，車輛將會發(fā)生車輪打滑或者空轉(zhuǎn)的危險，即：

式中：Tmax是轉(zhuǎn)向架動輪牽引力（N）;

μmax是轉(zhuǎn)向架粘著系數(shù);

QI是列車軸重;

n是列車動軸個數(shù)。

由上式可知，當(dāng)車輛牽引力大于車輛各動軸黏著力之和時，車輛動輪發(fā)生空轉(zhuǎn)或打滑。車輛在運(yùn)行過程中，車輛輪軌間的黏著系數(shù)μ基本維持一直，當(dāng)輪軸亦或軸重分配不均的情況下，隨著牽引力的增加個別軸重、輪重較低的車輪首先超過黏著力的限制導(dǎo)致打滑甚至空轉(zhuǎn)。當(dāng)出現(xiàn)打滑或者空轉(zhuǎn)的情況，該處車輪分擔(dān)的牽引力銳減，導(dǎo)致其他車軸分配的牽引力增加，存在導(dǎo)致其他車軸也超過黏著力的風(fēng)險，導(dǎo)致越來越多的輪軸出現(xiàn)打滑或者空轉(zhuǎn)的情況，若工況惡劣則可能使整車牽引喪失，車輛打滑示意圖如圖2所示。

3 ?輪重分配不均原因分析

為了防止車輛出現(xiàn)輪重偏差，所以在車輛出廠前需要進(jìn)行稱重試驗。將車輛運(yùn)送著稱重試驗臺，測試輪重差值，如圖3所示。

3.1 結(jié)構(gòu)原因

軌道車輛隨著不斷的更新發(fā)展，車輛基本結(jié)構(gòu)形式已較為完善且大同小異。車輛多采用二系懸掛緩沖振動沖擊，一系鋼彈簧或者橡膠堆彈簧連接構(gòu)架與輪對，二系空氣彈簧連接構(gòu)架與車體。一系懸掛及二系懸掛都是彈性連接，將懸掛固化為一個剛體的八點(diǎn)支撐來看，支撐形式屬于超靜定支撐。支撐點(diǎn)的質(zhì)量分布不均衡是造成輪重和軸重分布不均的主要原因。

3.2 制造原因

車輛在設(shè)計初期，車體和轉(zhuǎn)向架上的零件質(zhì)量分布應(yīng)該是對稱的，車輛的重心也會和形心重合。但是在實(shí)際的車輛制造過程中，由于工藝及生產(chǎn)等方面的限制，生產(chǎn)的單件往往理論重心和實(shí)際重心就無法重合。當(dāng)組裝完成后的車輛理論重心與實(shí)際重心更加存在偏差。

4 ?軸重調(diào)整

軸重調(diào)整目前多采用調(diào)整懸掛裝置處調(diào)整軸重分配。

4.1 一系懸掛調(diào)整

針對一系彈簧加墊調(diào)整，一個位置加墊后，對角位置和該位置的力增大，且增加量相同;其余兩個位置的力會減小，減小的量相同且等于加墊位置增大的量。所以對一系彈簧加墊時，需在一個位置加墊的同時給對角位置加相同厚度的墊片。

4.2 二系懸掛調(diào)整

二系一個位置增加墊片，則會使該位置所在的轉(zhuǎn)向架同一側(cè)的輪重以及對角線位置另一轉(zhuǎn)向架同側(cè)的輪重增加，同時另外兩個位置的彈簧壓縮力減小，則會引起所在位置轉(zhuǎn)向架同側(cè)的輪重減小。所以在轉(zhuǎn)向架加墊過程中可以首先通過算法計算得到需要加墊的一個位置和加墊量，然后將該加墊量平均分為兩部分加在該位置和其對角位置。

5 ?總結(jié)

輪重分配是車輛的動力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，對車輛牽引力及制動力的保證具有巨大的影響。本文通過對輪重偏差對制動力及牽引力的影響進(jìn)行分析，討論產(chǎn)生輪重偏差的原因，并提出了修正輪重偏差的加墊方法關(guān)鍵項點(diǎn)。

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