地鐵車輛稱重故障分析與改進(jìn)

朱磊

摘 ?要：本文介紹了南京地鐵三號(hào)線車輛架修過(guò)程中出現(xiàn)的極少數(shù)稱重異常案例，針對(duì)車輛在四點(diǎn)稱重、八點(diǎn)稱重出現(xiàn)的新問(wèn)題，通過(guò)與原廠履歷的對(duì)比分析，運(yùn)營(yíng)車輛系統(tǒng)對(duì)故障的研判，協(xié)同主機(jī)廠進(jìn)行一系列驗(yàn)證，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：南京地鐵;四點(diǎn)稱重;八點(diǎn)稱重

中圖分類號(hào)： U279.3+31

引言

地鐵車輛的各類重量、高度和壓力指標(biāo)的均衡影響著車輛運(yùn)營(yíng)安全。本文主要分析南京地鐵三號(hào)線某A型寬體鼓形列車在首輪架修過(guò)程中車體四、八點(diǎn)稱重出現(xiàn)的典型故障及改進(jìn)措施。該車在出廠時(shí)曾有同類問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)驗(yàn)證后安全投入運(yùn)營(yíng)，架修時(shí)發(fā)現(xiàn)車體出現(xiàn)新的重量偏差故障，比如重量超差增大。在各方努力下，該車故障得到了妥善處理，保證了車輛的安全運(yùn)營(yíng)。

1.三號(hào)線車輛結(jié)構(gòu)與稱重系統(tǒng)概述

南京地鐵三號(hào)線電客車于2018年在秣周車輛段啟動(dòng)架修修程。列車為兩動(dòng)四拖編組。車體的底架、側(cè)端墻、車頂以及司機(jī)室框架等大模塊主結(jié)構(gòu)均通過(guò)鋁合金擠壓型材焊接而成。列車共有三種轉(zhuǎn)向架，分別為7250kg動(dòng)力、5100kg拖車導(dǎo)向和5030kg拖車內(nèi)三種轉(zhuǎn)向架。

車輛在架修中后期會(huì)進(jìn)入四、八點(diǎn)稱重階段，該階段著重對(duì)車體重量、落車組裝后整節(jié)車的八點(diǎn)重量進(jìn)行調(diào)平，其結(jié)果對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)安全有直接影響。架修四點(diǎn)稱重系統(tǒng)采用CZGD09型號(hào)設(shè)備，用于采集車體原始重量，通過(guò)增加空簧補(bǔ)償墊片后實(shí)現(xiàn)車體四點(diǎn)重量平衡。八點(diǎn)稱重采用JZL-1型稱重試驗(yàn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)A&B型車輛在靜態(tài)、軌道超高或扭曲條件下，對(duì)整節(jié)車各輪、軸等相關(guān)重量測(cè)量。

2.故障分析及改進(jìn)

2.1.車輛稱重故障

三號(hào)線某電客車首輪架修時(shí)在進(jìn)行四點(diǎn)和八點(diǎn)稱重時(shí)重量異常。

據(jù)了解該車新造時(shí)四點(diǎn)稱重調(diào)整墊片厚度超標(biāo)，P1位加墊5mm、P4位加墊6mm（位置如圖1），如按新造車加墊厚度不超過(guò)3mm方案處置，八點(diǎn)重量則超標(biāo)。廠方對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了分析和改進(jìn)：

（1）車輛性能分析：車輛動(dòng)力學(xué)性能主要在于車體重心及相關(guān)懸掛參數(shù)、重量、車體模態(tài)參數(shù)與轉(zhuǎn)向架性能參數(shù)的匹配情況。根據(jù)該車調(diào)平稱重前重量記錄“1、4位角分別為1805kg、1755kg，2、3位角分別為8755kg、8555kg”計(jì)算出車輛一位側(cè)重量10360kg，二位側(cè)重量10510kg一位端重量為10560kg，二位端重量為10310kg，其兩側(cè)和兩端各自重量差很小，可判斷該車重心位置并沒有發(fā)生偏移的情況。對(duì)于懸掛參數(shù)、重量和車體模態(tài)在車輛配置、車體和轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)均沒有出現(xiàn)明顯變化的情況下，不會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)上述分析，車輛動(dòng)力學(xué)性能將與正常車輛保持一致。車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在增加調(diào)平墊片后，車體四個(gè)空簧面的支撐力保持一致，此狀態(tài)下內(nèi)部不存在因形狀扭曲產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，因車輛重心未發(fā)生偏移，可判斷該車尺寸偏差不會(huì)影響車體強(qiáng)度。通過(guò)限界門試驗(yàn)也證明了制造誤差在公差允許范圍內(nèi)，符合靜態(tài)限界要求。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，南京三號(hào)線車體結(jié)構(gòu)的撓度需滿足10-14mm.該車純車體結(jié)構(gòu)撓度測(cè)量結(jié)果為13-14mm，滿足要求。

（2）空簧面加墊標(biāo)準(zhǔn)分析及改進(jìn)：南京三號(hào)線對(duì)空簧上表面加墊的標(biāo)準(zhǔn)為總厚度不超3mm。此標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線計(jì)算參數(shù)以及車輛制造誤差確定的。車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線設(shè)定的上體高度公差為±12mm，車體高度公差為+6mm/-4mm，車輛上部設(shè)備安裝高度公差為±2mm，計(jì)算可以得出空簧上表面加墊允許最大厚度為12-2-6=4（mm），考慮預(yù)留一定安全余量，加墊標(biāo)準(zhǔn)定為3mm。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)其他主機(jī)廠調(diào)研得知，對(duì)于同類地鐵車輛產(chǎn)品，某機(jī)車廠加墊標(biāo)準(zhǔn)為4mm。因此空簧加墊改進(jìn)方案定位在P1、P4點(diǎn)位各加4mm墊片。廠方加墊標(biāo)準(zhǔn)為3mm，在行業(yè)同類產(chǎn)品中較為嚴(yán)格。在車輛可以滿足限界以及八點(diǎn)輪重差要求的前提下，加墊不超4mm，車輛完全滿足正常運(yùn)營(yíng)要求。

（3）轉(zhuǎn)向架選配的改進(jìn)：在空簧加4mm墊片狀態(tài)下，根據(jù)四、八點(diǎn)稱重?cái)?shù)據(jù)得知車體2、3點(diǎn)偏重，導(dǎo)致2、4側(cè)和5、7側(cè)偏重，另外轉(zhuǎn)向架數(shù)據(jù)顯示2、3對(duì)角和6、7對(duì)角偏重。正常輪重偏差是車體與轉(zhuǎn)向架疊加的結(jié)果，可選擇與其偏重趨勢(shì)相反的轉(zhuǎn)向架來(lái)調(diào)整整車輪重偏差，因此所選轉(zhuǎn)向架應(yīng)滿足兩個(gè)原則：一是在2、4位及5、7位偏重;二是在1、4位和5、8位偏重。廠方綜合選擇兩臺(tái)靜載數(shù)據(jù)合格且符合兩項(xiàng)原則的轉(zhuǎn)向架，同時(shí)應(yīng)在段內(nèi)各修程中專車專用。

經(jīng)上述分析及改進(jìn)，車輛八點(diǎn)稱重最終一次通過(guò)，重量、空簧高度和壓力、車輛限界等標(biāo)準(zhǔn)均滿足設(shè)計(jì)檢查要求，故障得以妥善解決。該車運(yùn)營(yíng)近7年后進(jìn)行首輪架修修程，在四點(diǎn)稱重過(guò)程中發(fā)現(xiàn)加墊前重量差已遠(yuǎn)超新造時(shí)加墊前重量數(shù)據(jù)（表1）。如按新造車時(shí)在P1、P4點(diǎn)位各加4mm墊片方案，已無(wú)法彌補(bǔ)新的重量超差故障，因此需要新的加墊方式保證八點(diǎn)稱重以及車輛限界等重要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.故障分析與改進(jìn)

架修根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)反復(fù)測(cè)算，在P1、P4點(diǎn)位各加至4.6mm、6.4mm墊片，P2、P3點(diǎn)位保持出廠時(shí)不加墊片，無(wú)法通過(guò)四點(diǎn)稱重（表1），但可滿足八點(diǎn)稱重標(biāo)準(zhǔn)。此方案已超出架修四點(diǎn)稱重“一位兩點(diǎn)、二位兩點(diǎn)重量差在±2%范圍內(nèi)，加墊數(shù)量最多不超過(guò)2層”的常規(guī)工藝要求，同時(shí)也超出了原廠在P1、P4點(diǎn)位各加4mm墊片標(biāo)準(zhǔn)。該車架修時(shí)無(wú)重大部件更換，僅空調(diào)、車鉤、TBU、空簧、風(fēng)機(jī)為送修周轉(zhuǎn)件，其余部件均為原位原裝。空簧調(diào)整墊目的是為了保證最終車輛八點(diǎn)稱重指標(biāo)，針對(duì)此問(wèn)題，地鐵運(yùn)營(yíng)方面會(huì)同總機(jī)廠、監(jiān)造等多家單位進(jìn)行技術(shù)專題研究。總機(jī)廠跟蹤架修數(shù)據(jù)的發(fā)展情況，分析偏差原因，對(duì)該車進(jìn)行限界試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)包絡(luò)線計(jì)算、空簧調(diào)整墊超差分析等系統(tǒng)性計(jì)算和評(píng)估，形成嚴(yán)謹(jǐn)、完整的專業(yè)評(píng)估報(bào)告，驗(yàn)證和明確了該車此次架修時(shí)可以根據(jù)情況適當(dāng)選擇厚度大于3mm的調(diào)整墊片。

2.3.計(jì)算與驗(yàn)證

2.3.1.限界試驗(yàn)

總機(jī)廠在架修車間設(shè)置了限界門等裝置，對(duì)該車進(jìn)行了限界試驗(yàn)（如圖1）。

數(shù)據(jù)表明，車輛頂部及設(shè)備、兩側(cè)、底部及設(shè)備與限界門接觸結(jié)果均達(dá)標(biāo)（如表2）。

2.3.2.動(dòng)態(tài)包絡(luò)線計(jì)算

動(dòng)態(tài)包絡(luò)線計(jì)算為了保證車輛能在最不利的運(yùn)行情況下（非故障）也能適合南京地鐵三號(hào)線工程的要求，故選用橫向平移和車體傾角產(chǎn)生的橫向偏移方向相同的一種計(jì)算方式。

動(dòng)態(tài)包絡(luò)線各控制點(diǎn)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)根據(jù)車輛在不同區(qū)間分成隧道內(nèi)和地面、高架線兩種情況計(jì)算。隧道內(nèi)不計(jì)算風(fēng)速產(chǎn)生的附加偏移量，但地面、高架線要計(jì)及。正常計(jì)算條件包括車輛速度從0到80km/h、車輛載荷為 AW0到AW3工況、全新車輪至磨耗到限等7種，非正常條件有任何一個(gè)一系懸掛彈性元件失效、風(fēng)速為115km/h引起的車輛側(cè)向位移和角位移等4種。慮到背風(fēng)面負(fù)壓現(xiàn)象，在任何情況下，還需加上20%的系數(shù)。組合正常條件和非正常條件得出正常計(jì)算工況4類、非正常工況7類。

通過(guò)計(jì)算表明，車輛在正常工況除個(gè)別部位超出南京地鐵三號(hào)線的車輛限界外，其余部分完全能夠適應(yīng)車輛限界，且未侵入站臺(tái)。非正常工況運(yùn)行時(shí)，僅在空簧過(guò)充工況下，空調(diào)端部超出設(shè)備限界（隧道最大超出7.4mm，地面及高架最大超出1.1mm），其余部分完全能夠適應(yīng)設(shè)備限界，且未侵入站臺(tái)。因超限部位在受電弓限界范圍內(nèi)，經(jīng)確認(rèn)侵入部位不影響車輛安全運(yùn)行的前提下，可以認(rèn)為車輛符合限界要求。

3.結(jié)束語(yǔ)

基于相關(guān)試驗(yàn)計(jì)算報(bào)告，經(jīng)車輛設(shè)計(jì)、制造等多方共同確認(rèn)，該稱重故障車輛架修期間采用上述加墊改進(jìn)方案可滿足設(shè)計(jì)、運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)。廠方在該車架修后定期按照前述圖1方法對(duì)該車AW0狀態(tài)下外輪廓進(jìn)行跟蹤記錄測(cè)點(diǎn)，前提為試驗(yàn)列車或單節(jié)車測(cè)點(diǎn)時(shí)均處于正常操作條件，輪對(duì)踏面沒有明顯的缺陷（例如：扁疤）。兩輪跟蹤測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)上述論證，該車始終運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)，制造和運(yùn)營(yíng)等各方將對(duì)該車在全壽命周期內(nèi)各高級(jí)別修程中、投入運(yùn)營(yíng)后的重量變化狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行科學(xué)研判，嚴(yán)密跟蹤，確保車輛運(yùn)營(yíng)絕對(duì)安全，也積累了對(duì)此類極少數(shù)車輛超重偏差故障如何改進(jìn)解決的寶貴經(jīng)驗(yàn)，有助于推動(dòng)其它各類型、各線路地鐵車輛同類問(wèn)題的改進(jìn)和解決。

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