朱偉鵬

（深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518040）

0 前言

為分析研究深圳地鐵1號線轉(zhuǎn)向架在線運行狀態(tài)，需對列車在正常運營中轉(zhuǎn)向架振動、相對位移、動應(yīng)力情況進行測試，主要通過測試電機、齒輪箱、電機安裝座、軸箱、構(gòu)架在轉(zhuǎn)向架的振動；電機與齒輪箱的橫向位移，一系垂向、橫向位移；構(gòu)架電機懸掛座、齒輪箱吊掛座、ATC天線安裝座動應(yīng)力等項目。本次試驗包括輪對鏇修前、后兩次試驗。前、后兩次試驗方法完全一致，且振動加速度傳感器和位移傳感器要求安裝在同一輪對上。另外為了對比深圳地鐵1號線株機公司與龐巴迪轉(zhuǎn)向架的在線運行狀態(tài)，對龐巴迪列車轉(zhuǎn)向架鏇輪后作一個振動、位移、動應(yīng)力測試。

1 測試以及分析

（1）試驗車輛及線路條件

列車編組：正常運行4動2拖編組；測試車輛：選取地鐵車輛130車（南車株機生產(chǎn)）和114車（長客龐巴迪生產(chǎn)）；線路條件：深圳地鐵1號線單邊45 km，共30個站；試驗工況：在AW0（空車）工況下并且所有空氣彈簧處于充氣狀態(tài)；正常載客運行載荷工況并且所有空氣彈簧處于充氣狀態(tài)，試驗過程涵蓋至少一個早或晚高峰時間(相當于AW3 工況)[1]。

（2）測試內(nèi)容、測試系統(tǒng)、傳感器規(guī)格

1）測試內(nèi)容：本次測試是在列車正常運行狀態(tài)下，實測列車轉(zhuǎn)向架相關(guān)部位的動應(yīng)力、加速度、位移及對應(yīng)的車體動載荷等。

2）測試系統(tǒng)：對應(yīng)力及應(yīng)力梯度較大的動應(yīng)力測點，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后給出關(guān)鍵危險測點的應(yīng)變或應(yīng)力譜，進行疲勞可靠性評估。對于加速度測點，給出加速度最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉(zhuǎn)向架相應(yīng)部位的振動特性提供依據(jù)。對于位移測點，給出位移最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉(zhuǎn)向架相應(yīng)部位的振動特性和相對運動提供依據(jù)。表1給出了測試通道數(shù)及傳感器統(tǒng)計表。

表1 測試通道數(shù)及傳感器統(tǒng)計表

3）傳感器規(guī)格：動應(yīng)力測試儀器為DDS數(shù)據(jù)采集儀器，具有超小型化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、軟件化的特點，同時具有很高的可靠性。各個測點的應(yīng)變信號和加速度信號均采用DDS32數(shù)字式動態(tài)信號采集系統(tǒng)進行全程連續(xù)采集。本次DDS32數(shù)字式動態(tài)信號采集系統(tǒng)，共計56個通道，主要用于加速度、位移、應(yīng)變等信號的采集。兩臺筆記本計算機分別與兩臺DDS32數(shù)字式動態(tài)信號采集系統(tǒng)配合使用。

（3）測點布置

本試驗是在列車正常運行狀態(tài)下，實測轉(zhuǎn)向架相關(guān)部位的動應(yīng)力、加速度、位移，具體測點布置如圖1和圖2所示。

圖1 位移傳感器的安裝位置

圖2 加速度傳感器的安裝位置

（4）測試標定、執(zhí)行標準、數(shù)據(jù)處理原則

1）加速度傳感器的標定：通過傳感器的標定表進行標定。

2）位移標定：通過高精度卡尺來進行位移的標定。株機車動力車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料為16MnDR[1]，其屈服極限為345 MPa。從電機的座的結(jié)構(gòu)判斷為鑄造件，屈服極限小于345 MPa，各材料在最大可能載荷或超常載荷下，采用屈服極限的運用載荷下的安全系數(shù)S為：無焊縫區(qū)1.5，焊縫區(qū)1.65。因此，在運用工況下的測得的動應(yīng)力，為安全起見，構(gòu)架板材按焊縫區(qū)進行考慮，最大值不應(yīng)該超過許用應(yīng)力209 MPa的標準要求。動應(yīng)力測試參照《動力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強度試驗方法》（TB/T2368-2005）執(zhí)行。動力學(xué)性能試驗參照《鐵道機車動力學(xué)性能試驗鑒定方法及評定標準》執(zhí)行[2]。

3）數(shù)據(jù)處理原則：對所有原始數(shù)據(jù)進行工頻（含工頻整數(shù)倍）濾波、去除直流分量和趨勢項、壞點以及瞬時沖擊等。

（5）動應(yīng)力測試

圖3 疲勞強度評估GOODMAN圖

1）最大主應(yīng)力測試結(jié)果，通過對試驗數(shù)據(jù)進行整理和計算，取得各測點的一對最大應(yīng)力和最小應(yīng)力值，由此得出其最大動應(yīng)力范圍和應(yīng)力均值。株機車鏇修前，電機懸掛座，最大主應(yīng)力為76.331 MPa，出現(xiàn)在二位電機懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力為52.441 MPa，出現(xiàn)在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點；ATC支架[2]，最大主應(yīng)力為6.484 MPa，出現(xiàn)在ATC支架左下側(cè)318測點；ATC支座，最大主應(yīng)力10.595 MPa，出現(xiàn)在ATC支座右上側(cè)321A測點。株機車鏇修后，電機懸掛座，最大主應(yīng)力為57.356 MPa，出現(xiàn)在二位電機懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力55.612 MPa，出現(xiàn)在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點；ATC支架，最大主應(yīng)力為0.601 MPa，出現(xiàn)在ATC支架右下側(cè)318A測點；ATC支座，最大主應(yīng)力為46.369 MPa，出現(xiàn)在ATC支座左上側(cè)的319測點。長客龐巴迪車，電機懸掛座，最大主應(yīng)力為92.462 MPa，出現(xiàn)在二位電機懸掛座上蓋板上表面左前方的303A測點；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力為84.761 MPa，出現(xiàn)在一位齒輪箱支座體（鑄件）內(nèi)側(cè)左前方的310測點；ATC支架，最大主應(yīng)力為2.147 MPa，出現(xiàn)在ATC支架右上側(cè)314A測點；ATC支座，最大主應(yīng)力為92.438 MPa，出現(xiàn)在ATC支座右上側(cè)320A測點。

表2 各車型鏇修前后位移測試對比表

2）疲勞強度評定結(jié)果，動車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料為16MnDR，該材料的疲勞強度評定采用鐵道科學(xué)研究院實驗得出的材料GOODMAN圖（如圖5）作判據(jù)。由圖標可見，所有測點的應(yīng)力幅值均在GOODMAN圖[3]內(nèi)，且有比較大的裕量，因此可以認定，所有測點部位的疲勞壽命仍然是無限長。

（6）位移測試

懸掛系統(tǒng)位移實測14個通道試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)TB/T 2360-93《鐵道機車動力學(xué)性能試驗鑒定方法及評定標準》和GB5599-1985《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》對位移試驗數(shù)據(jù)進行處理。按6 s為一個分段，分別計算每個通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數(shù)據(jù)均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。株機車鏇修前、鏇修后、長客車鏇修后位移測試對比結(jié)果如表2所示[3]。

（7）加速度測試

加速度實測45個通道試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)TB/T 2360-93《鐵道機車動力學(xué)性能試驗鑒定方法及評定標準》和GB5599-85《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗鑒定規(guī)范》對加速度試驗數(shù)據(jù)進行了處理。按6 s為一個分段，分別計算了每個通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數(shù)據(jù)均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。

統(tǒng)計每列車正常載客運行的高峰往返運行的加速度測試結(jié)果表明：株機列車轉(zhuǎn)向架車輪鏇修前：最大值51.16 g，測點106，一位右側(cè)軸箱垂向；株機列車轉(zhuǎn)向架車輪鏇修后：最大值48.55 g，測點106，一位右側(cè)軸箱垂向；龐巴迪轉(zhuǎn)向架車輪鏇修后：最大值51.58 g，測點106，一位右側(cè)軸箱垂向。具體分布如表3所示。

2 結(jié)論

（1）從GOODMAN圖的評判結(jié)果來看，所有測點的疲勞強度均滿足要求。由于本次測試數(shù)據(jù)較少，因此數(shù)據(jù)量無法完成所有測點的疲勞壽命評估。

（2）綜合分析位移測試數(shù)據(jù)顯示：所有測點的位移量均在合理范圍內(nèi)。

（3）綜合分析加速度測試數(shù)據(jù)顯示：株機列車轉(zhuǎn)向架在鏇修前的振動比鏇修后大。通過鏇修后的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：株機列車轉(zhuǎn)向架部分測點測試結(jié)果較長客龐巴迪轉(zhuǎn)向架測試結(jié)果稍微偏大，同時長客龐巴迪轉(zhuǎn)向架的另外一部分測點測試結(jié)果較株機列車轉(zhuǎn)向架測試結(jié)果稍微偏大，其余測點的測試結(jié)果較接近。

（4）深圳地鐵1號線現(xiàn)有運營車輛在構(gòu)架主結(jié)構(gòu)上、齒輪箱吊桿部位、齒輪箱箱體及其鑄造的支座體上最大主應(yīng)力均未超過運行條件下相應(yīng)材料的許用應(yīng)力標準，且有足夠的安全裕量。

［1］深圳地鐵.深圳地鐵1號線續(xù)建工程車輛維修手冊［Z］.2008.

［2］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架ATC支座方案分析報告［Z］.2010.

［3］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉(zhuǎn)向架振動測試報告［Z］.2013.