淺析轉(zhuǎn)向架靜載試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)備安裝、標(biāo)定及試驗(yàn)要點(diǎn)

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摘 要：轉(zhuǎn)向架靜載試驗(yàn)臺(tái)是地鐵架、大修必須使用的重要測(cè)試設(shè)備。它可以模擬車體作用于轉(zhuǎn)向架之上時(shí)的載荷分布，從而驗(yàn)證車輛制造及維修后實(shí)際的重心與設(shè)計(jì)形心的重合情況。保證轉(zhuǎn)向架輪軸所受的載荷均勻分配，整體尺寸、位置無(wú)變形與錯(cuò)位。本文介紹了Nencki NBT COACH 2×250 kN試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)施工、安裝校驗(yàn)優(yōu)化，分析了試驗(yàn)中各重要測(cè)試項(xiàng)點(diǎn)的測(cè)試依據(jù)及原理。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn)臺(tái);轉(zhuǎn)向架;安裝標(biāo)定;試驗(yàn)要點(diǎn)分析

0 引言

南京地鐵四號(hào)線的架、大修周期為4年或75～80萬(wàn)公里（以先二者先到為準(zhǔn)）。目前，四號(hào)線現(xiàn)有列車29列，均采用PW120E型B型車轉(zhuǎn)向架。自2017年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)到現(xiàn)在，已平均運(yùn)營(yíng)里程65萬(wàn)公里，預(yù)計(jì)2021年開(kāi)始陸續(xù)進(jìn)入架修。PW120E型轉(zhuǎn)向架整體采用U型結(jié)構(gòu)構(gòu)架、一系懸掛為鋼簧結(jié)構(gòu)，二系懸掛為無(wú)附加氣室的空氣彈簧結(jié)構(gòu)。靜載實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)模擬車體在不同工況下對(duì)轉(zhuǎn)向架施加不同的載荷，旨在驗(yàn)證轉(zhuǎn)向架四角所受載荷均勻分配，輪對(duì)及構(gòu)架的尺寸、位置無(wú)變形與錯(cuò)位。

目前市面上靜載試驗(yàn)臺(tái)品牌眾多，但主要工作原理及組成大都相似。下面以南京地鐵青龍基地采購(gòu)的Nencki NBT COACH 2×250 kN為例結(jié)合安裝、調(diào)試及試驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹。

1 靜載試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)功能概述

該靜載試驗(yàn)臺(tái)主體框架采用剛性整體封閉式框架設(shè)計(jì)，且具有側(cè)向立柱結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)過(guò)程中，所有力均作用于框架內(nèi)部，沒(méi)有任何力施加到地面機(jī)床放置在地基上。兩個(gè)液壓缸可單獨(dú)加載，也可同步加載，帶有一體式全自動(dòng)線性測(cè)量系統(tǒng)，用于測(cè)量Z向高度（彈簧行程），精度可達(dá)±0.1 mm。

輪重測(cè)量單元內(nèi)置于測(cè)量托架中，最大載荷為每輪150 kN，每軸300 kN，精度等級(jí)6級(jí)。該靜載試驗(yàn)臺(tái)具備輪重、軸重、軸距、內(nèi)測(cè)距、一二系高度、轉(zhuǎn)向架電阻等多種數(shù)據(jù)的測(cè)量功能。具體結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)下圖1。

2 設(shè)備安裝及標(biāo)定

土建施工部分：靜載試驗(yàn)臺(tái)基坑的整個(gè)土建過(guò)程大致包括原基礎(chǔ)破碎挖掘、沙石換填、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、一次澆筑（布置預(yù)埋件）、二次澆注等主要過(guò)程?？偨Y(jié)其中的施工要點(diǎn)有：

（1）由于靜載試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)為封閉框架式，試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于地基無(wú)過(guò)大的作用力。因此，土建施工時(shí)地面承載最低滿足可承受設(shè)備本體與轉(zhuǎn)向架重量之和，而無(wú)過(guò)高承載需求。

（2）土建施工圖審核時(shí)，設(shè)備動(dòng)力升降軌道舉升范圍需與地面鋼軌的高度適配。

（3）由于設(shè)備底部有高度調(diào)平結(jié)構(gòu)，土建施工時(shí)需對(duì)照調(diào)平底座位置準(zhǔn)確布置好承重預(yù)埋件并做好二次澆注及預(yù)埋件找平，每個(gè)地腳的支撐強(qiáng)度4 N/mm2。

安裝及調(diào)試部分：該NBT 2×250 kN試驗(yàn)臺(tái)采取集成模塊式結(jié)構(gòu)，將機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓站、電氣柜及控制臺(tái)等模塊相互連接后即可開(kāi)始調(diào)試。其中設(shè)備主體框架落坑安裝完成后，必須先進(jìn)行調(diào)平工作。具體調(diào)平建議遵循先中間后外圍的原則，使用水準(zhǔn)儀配合標(biāo)尺的組合為最佳選擇，底座的水平度<0.5 mm。

在設(shè)備各部件動(dòng)作及水平度調(diào)試完成后，可開(kāi)始進(jìn)行標(biāo)定工作。此步驟是保證設(shè)備測(cè)量精度，減小測(cè)量誤差的關(guān)鍵步驟，需按各廠家推薦的周期進(jìn)行定期校準(zhǔn)標(biāo)定。

稱重、負(fù)載裝置的標(biāo)定與優(yōu)化分析：

（1）標(biāo)定過(guò)程：靜載試驗(yàn)臺(tái)共有四組稱重單元按下圖2（2）所示組裝好校準(zhǔn)工具，在油缸與稱重單元間裝入壓力傳感器。將設(shè)備與壓力傳感器歸0后開(kāi)始標(biāo)定。標(biāo)定過(guò)程從0 kN開(kāi)始依次均勻遞增輸入壓力值，穩(wěn)壓后將設(shè)備所測(cè)壓力值與傳感器顯示數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如二者有偏差時(shí)對(duì)設(shè)備顯示值進(jìn)行修改。

（2）原理分析及優(yōu)化：設(shè)備系統(tǒng)默認(rèn)以其中心點(diǎn)建立坐標(biāo)系，定義X軸為設(shè)備縱向、Y軸為設(shè)備橫向、Z軸為設(shè)備垂向來(lái)建立坐標(biāo)系（如圖1）。試驗(yàn)臺(tái)可測(cè)試的軸距范圍為1 600 mm到3 200 mm，校準(zhǔn)前將各稱重單元移至距Y軸1 600 mm位置。此時(shí)四個(gè)傳感器距離最近，校準(zhǔn)過(guò)程可大量提高效率。

通過(guò)分析校準(zhǔn)過(guò)程可知其是使用油壓千斤頂施加不同的壓力，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器測(cè)得的數(shù)值與系統(tǒng)顯示的壓力值來(lái)進(jìn)行標(biāo)定校正的。如果以壓力作為X軸、油缸位移作為Y軸來(lái)繪制，可得出標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)量值的近似曲線，見(jiàn)下圖3所示。其中每次施加相同力油缸的位置變化是固定的，那么所校準(zhǔn)后的實(shí)際值與顯示值通過(guò)校準(zhǔn)最終應(yīng)近似重合。而兩條曲線的中間所取值組數(shù)越多重合度就越大設(shè)備測(cè)量的就越精確。但過(guò)多的取值會(huì)增加時(shí)間與人力成本，從時(shí)間與效率的角度出發(fā)，結(jié)合一直以來(lái)的校準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)筆者推薦取30 kN/次，共校準(zhǔn)8～10次為宜。

設(shè)備校準(zhǔn)后，可施加某數(shù)值力進(jìn)行對(duì)比，確保校準(zhǔn)精度準(zhǔn)確。

負(fù)載油缸的壓力傳感器校準(zhǔn)過(guò)程、原理與輪重單元的校準(zhǔn)基本類似，校準(zhǔn)器具的安裝可參考圖2（1），本文不再另加贅述。在此筆者推薦可取25 kN/次，校準(zhǔn)8～10次即可。

3 轉(zhuǎn)向架靜載試驗(yàn)工藝分析

根據(jù)DIN 25043-4-2012《軌道交通.新鐵路車輛的測(cè)量》[1]及GB/T 14894-2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗(yàn)規(guī)則》標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合國(guó)內(nèi)地鐵架大修規(guī)程中的相關(guān)要求。列出靜載試驗(yàn)常用的測(cè)量項(xiàng)點(diǎn)如下表1：

GB/T 14894-2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗(yàn)規(guī)則》中要求：“測(cè)得的軸重與該車各動(dòng)軸實(shí)際平均軸重之差不應(yīng)超過(guò)實(shí)際平均軸重的±2%;每個(gè)車輪的實(shí)際輪重與該軸兩輪平均輪重之差不應(yīng)超過(guò)該軸兩輪平均輪重的±4%。”[2]根據(jù)描述我們可知轉(zhuǎn)向架輪重差的計(jì)算方法如下：

式中W1、W2為左右車輪的實(shí)際輪重，△W為輪重差。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算可得：

即輪重差△W為同一車軸兩輪實(shí)際輪重之差與兩輪實(shí)際輪重之和的比值。

同理可推得軸重差△Z的計(jì)算公式為：

為保證整車八點(diǎn)稱重的輪重及軸重值符合標(biāo)準(zhǔn)要求，建議此處轉(zhuǎn)向架靜載時(shí)無(wú)特殊情況控制軸重差不大于1%，輪重差不大于2%。在無(wú)法滿足輪重與軸重的均勻分配時(shí)，可通過(guò)一系四角增減調(diào)整墊來(lái)調(diào)整四角的高度從而達(dá)到重新對(duì)載荷進(jìn)行分配的目的。

由于列車運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)向架各部件的受力是復(fù)查多變的，因此在架、大修時(shí)除了檢查輪軸的載荷分配外還應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)向架整體的尺寸進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)測(cè)量軸距與內(nèi)側(cè)距保證轉(zhuǎn)向架整體不會(huì)出現(xiàn)“梯形”或“平行四邊形”等變形狀態(tài)。除此之外，轉(zhuǎn)向架一系、二系基準(zhǔn)點(diǎn)到軌面的距離可以保證列車整體的尺寸狀態(tài)，避免出現(xiàn)超出輪廓限界的情況。而各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的高度差則可以評(píng)判轉(zhuǎn)向架整體的水平度，防止“某角”或“某側(cè)”傾斜造成各處部件長(zhǎng)期處于形變不一致的狀態(tài)運(yùn)行。

在供電系統(tǒng)故障或在非平衡狀態(tài)時(shí)，電流可通過(guò)車體——轉(zhuǎn)向架——軸承——鋼軌形成回路。因此應(yīng)對(duì)車體轉(zhuǎn)向架電氣接地方式及電流對(duì)軸承的影響引起注意。根據(jù)UIC 533-2001《機(jī)車金屬部件接地保護(hù)》標(biāo)準(zhǔn)中的要求，技術(shù)部件與鐵軌間的電阻抗不得超過(guò)0.05 Ω（鐵路客車）[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

靜載試驗(yàn)是保證整車八點(diǎn)稱重、車輛限界及運(yùn)行性能的重要工藝步驟。只有盡量減少任何一個(gè)可能影響試驗(yàn)結(jié)果精度的因素才能提高試驗(yàn)成功的概率，保證城軌車輛的運(yùn)營(yíng)安全與壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]DIN 25043-4-2012，軌道交通.新鐵路車輛的測(cè)量[S].

[2]GB/T 14894-2005，城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗(yàn)規(guī)則[S].

[3]UIC 533-2001，機(jī)車金屬部件接地保護(hù)[S].