摘要：針對地鐵車輛車體稱重出現(xiàn)的稱重結(jié)果不在范圍之內(nèi)，無法準(zhǔn)確快速確定加墊厚度的問題，文章介紹了車體稱重調(diào)簧實驗裝置的結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和工作原理，分析了地鐵車輛稱重調(diào)簧工藝的特點，對地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的稱重和空氣彈簧及軸箱彈簧的加墊調(diào)整提出意見。

關(guān)鍵詞：稱重調(diào)簧；車體；轉(zhuǎn)向架；空氣彈簧；軸箱彈簧；地鐵車輛 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U231 文章編號：1009-2374（2017）10-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.073

為了提高地鐵車輛的行車安全系數(shù)，保證動車牽引系統(tǒng)每軸單位重量的牽引力和電制動力基本相等以及車輛空氣制動系統(tǒng)的各軸空氣制動率基本相等，充分利用黏著牽引力，防止制動時發(fā)生空轉(zhuǎn)和滑行對輪對踏面的過度磨耗等情況，因此地鐵車輛必須通過稱重調(diào)簧等措施，將輪（軸）重差限制在較小的范圍內(nèi)，以確保各輪對重量分配均勻。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，整備重量的車輛重量不應(yīng)該比出廠規(guī)定的值大3%，同一動車的每根動軸實際測得軸重與該車實際平均軸重差之差不應(yīng)超過實際平均軸重的±2%，每個車輪的實際輪重與該軸兩輪平均輪重之差不應(yīng)該超過該軸兩輪平均輪重的±4%。

導(dǎo)致輪（軸）重分配不均的原因是多方面的，如車體底架上撓、車載設(shè)備的布局、空氣彈簧的剛度和高度、軸箱彈簧的剛度和高度、輪徑誤差等。但是對于二系懸掛結(jié)構(gòu)的地鐵車輛，從載荷傳遞和分布結(jié)構(gòu)上看，車體重量通過二系懸掛裝置作用在轉(zhuǎn)向架上，再通過一系懸掛裝置作用在輪對上，一系、二系懸掛裝置支撐點載荷分布不均是造成輪重和軸重分配偏差更為直接和重要的根源。因此按照國內(nèi)外經(jīng)驗，地鐵車輛稱重調(diào)簧工藝分解為車體和轉(zhuǎn)向架兩部分分別進(jìn)行稱重調(diào)簧，車體調(diào)簧通過調(diào)整車體底架的工藝塊下平面與構(gòu)架的工藝塊之間的距離即車體水平性實驗來保證，轉(zhuǎn)向架調(diào)簧通過調(diào)整一系、二系懸掛彈簧墊片進(jìn)行。這里主要依托西安地鐵二號線車輛在空車（AW0）下的稱重實驗，并通過實驗分析和驗證，闡述轉(zhuǎn)向架構(gòu)架一系彈簧座的制造偏差、前后轉(zhuǎn)向架上的質(zhì)量的分配偏差、轉(zhuǎn)向架重心偏差等因素引起的輪（軸）重變化都可以通過稱重實驗得到調(diào)整。

1 稱重調(diào)簧裝置

車體稱重調(diào)簧實驗裝置采用平臺-支承結(jié)構(gòu)，主要由計算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及單軸稱重裝置等三大部分組成。

計算機(jī)控制系統(tǒng)主要功能是通過顯示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時上傳的輪重測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)輪重差、軸重差狀態(tài)顯示及實驗結(jié)果數(shù)據(jù)管理等。

傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能是接受計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制指令并實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理、模擬量的轉(zhuǎn)換和預(yù)處理等。兩級控制系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)傳輸電纜和RS485-USB轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

單軸稱重裝置由2個稱重單元和1根絲杠調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。稱重單元由連接桿、支撐件、過度支承、稱重傳感器、稱重板及磨耗板等構(gòu)成。單軸稱重裝置是一個獨立的模塊，可以進(jìn)行軸重計量，幾軸車輛就用幾個單軸稱重裝置進(jìn)行稱量，可實現(xiàn)稱重系統(tǒng)的無障礙擴(kuò)容。稱重傳感器采用C15-10t型測力稱重傳感器，其額定容量為10t，精度級別為0.2%FS，足以滿足西安地鐵車輛的稱重要求。

2 稱重調(diào)簧實驗

依據(jù)被稱量車輛的軸距、定距、軌距要求調(diào)整好單稱單元的位置并連接好線纜和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，打開計算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序便攜式稱重臺，然后將車輛牽引過來，車輪的輪緣可以通過“磨耗板—導(dǎo)向裝置”滾動到傳感器正上方的稱重板中心稱量，待車體充滿風(fēng)待靜止后，測量軸箱彈簧、空氣彈簧高度及輪（軸）重差，以此分析車輛狀態(tài)，并在人機(jī)交互界面4軸一次測量記錄保存原始狀態(tài)。然后把空氣彈簧里的氣排完待靜止后，再測量軸箱彈簧、空氣彈簧高度及輪（軸）重差，對于軸箱彈簧超限的要做好記錄，空氣彈簧要調(diào)整到要求的高度，分析此時的輪（軸）重分配，調(diào)整直至測量到的軸箱彈簧沒有超限、空氣彈簧在要求范圍內(nèi)。這時如果輪（軸）重差沒有超限，則采用4軸二次測量記錄兩次，若輪（軸）重差有超限的，則根據(jù)測量的數(shù)據(jù)適當(dāng)對軸箱簧或空氣簧加墊片，使其輪重盡量分配均勻，然后再次在稱重裝置上重新檢測，當(dāng)然加墊片調(diào)整會引起車體的稍微變化，所有參數(shù)都會變化，還需要重新測量，看是否在要求范圍內(nèi)。若輪（軸）重差在范圍之內(nèi)在人機(jī)界面4軸二次測量中點記錄1，把車推下去再重新測量，再點記錄2，然后保存，直至滿足所有要求。

2.1 加載量

因車輛乘客的變化，地鐵車輛模擬工況分4種：空車（AW0）、滿員（AW1）、額定（AW2）、超載（AW3）。橡膠彈簧的剛度是非線性的，模擬不同的工況可能會得到不同的結(jié)果，即不同工況下要加調(diào)整墊片的厚度和位置是不一樣的。因為稱重調(diào)簧的目的是為了提高機(jī)車的牽引力，地鐵車輛在額定工況和超載工況的粘著情況對車輛的牽引力尤為重要，且車輛大部分時間是運行在額定工況，因此稱重調(diào)簧實驗臺模擬加載應(yīng)按車體在額定工況下的質(zhì)量進(jìn)行。不同列車載客狀態(tài)下的人員重量配置及動車和拖車的車體質(zhì)量因車體設(shè)備布置的不同而不同。

2.2 調(diào)簧計算

這里采用的新型電動軌道車輛的無搖枕焊接結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向架，一系懸掛裝置采用圓錐疊層橡膠彈簧，其高度為軸箱的頂部和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的止擋之間的距離正常應(yīng)保持在115±5mm，如果此數(shù)值低于110mm，必須用調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)整，二系簧采用低橫向剛度的新結(jié)構(gòu)空氣彈簧，正常工作高度為200±2mm，為了保證其高度是通過測量車體底架的工藝塊下平面與構(gòu)架的工藝塊之間的距離，此距離為（255+t）±3mm（t為空氣彈簧下調(diào)整墊的厚度）。由此結(jié)合車輛的實際情況，特做出以下的假設(shè)，在空車（AW0）下，車輛只受鉛垂力的作用，且作用在車體底架的車體平面重心位置處，位于軸箱兩側(cè)的一系簧的作用力簡化為軸箱中心一點作用，兩個轉(zhuǎn)向架均勻承載，并且可以通過計算一系簧加墊量推導(dǎo)空氣簧的加墊量，加墊物為剛體，加墊高度為壓縮量。

3 稱重測量精度的先決條件

為了能夠通過稱重調(diào)簧使車輛處于最佳狀態(tài)，稱重參數(shù)測定的精度非常重要，直接影響到車輛的各項動力學(xué)性能及運營安全性評估的判定。稱重裝置必須要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況調(diào)整到最好的測量狀態(tài)，同時對于車輛的一些部件的性能參數(shù)的變化和調(diào)節(jié)要嚴(yán)格把控，尤其是空氣彈簧和軸箱彈簧等性能參數(shù)，以便得到較為準(zhǔn)確的稱重測量數(shù)據(jù)。

3.1 稱重臺安裝要求

首先必須要求稱面必須在同一水平上，稱臺是固定在鋼軌上，所以要求車輛在其上面不能引起稱面下沉，然后繼續(xù)用水平測繪儀測量，對于下沉的進(jìn)行補(bǔ)償，直至高度差小于±0.8mm的要求，以確保車輛在稱重試驗臺上時，8個稱重點與車輪的接觸面在同一個平面上，以保證稱重的準(zhǔn)確性。以稱重板最高值為基準(zhǔn)，將此稱重板與基準(zhǔn)軌面鋼軌調(diào)整至2.8cm之內(nèi)。要求輪緣完全壓在磨耗板上并滾到傳感器正上方的“稱重范圍”，車輛停放位置越靠近稱重板中心位置精度越高。稱的精度是0.3%，經(jīng)過計算對造成的誤差要求車輛總重變化差應(yīng)該在200kg以內(nèi)。

3.2 高度閥的調(diào)整

高度閥不感帶為±5mm，高度閥的調(diào)整應(yīng)該是空氣彈簧在充氣狀態(tài)進(jìn)行的越過不感帶的影響。因而當(dāng)高度閥在較低的狀態(tài)時可以直接調(diào)整，在較高的狀態(tài)時要先排氣到比理想高度低的狀態(tài)再進(jìn)行調(diào)整。高度閥的絲錐與絲錐之間的間距是1.5mm，調(diào)整桿旋轉(zhuǎn)一圈的距離是1.5×2mm。調(diào)整后上下貝母和球形關(guān)節(jié)軸承要鎖死防止車體因震動引起高度變化。杠桿向上傾斜一定時間后進(jìn)氣閥打開，總風(fēng)缸的空氣充向空氣彈簧，杠桿恢復(fù)到水平位置附近，進(jìn)氣閥迅速關(guān)閉；杠桿向下傾斜一定時間后排氣閥打開，空氣簧內(nèi)的空氣經(jīng)排氣孔排入大氣杠桿恢復(fù)到水平位置附近，進(jìn)氣閥迅速關(guān)閉?？諝鈴椈烧{(diào)整后要同時排氣和充氣才能測量：同時排氣是為了讓空氣簧里的空氣充分排得比較均勻?qū)圀w整體平穩(wěn)影響不大，而同時充氣則會避開由于高度閥不感帶的影響造成一些空氣簧過沖引起的車體不平，車體不平影響到輪重的分配和軸箱彈簧的測量，因而每次調(diào)整高度閥后要求空氣彈簧同時排氣和充氣。

3.3 空氣簧和軸箱簧測量數(shù)據(jù)的分析

軸箱簧使用的是圓錐橡膠彈簧，為了調(diào)整在一個轉(zhuǎn)向架上安裝的八個彈簧的特性，應(yīng)使用同一標(biāo)記的彈簧。關(guān)于對軸箱簧初始蠕變的調(diào)整，保持軸箱簧的高度從而保持了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的高度、車輛地板面的高度。為了補(bǔ)償蠕變的影響，需要對高度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)測量的輪重較輕時，則表示此處的軸箱簧需要加墊片。當(dāng)加完墊片時會引起車輛重量的重新分配，對于加過墊片的地方則會承受更大的力，可能會造成重新測量的增加的高度小于墊片的高度。為了保證車體的高度要求，在此次測量中要求軸箱簧的高度不低于112mm。空氣簧的高度可以由調(diào)整桿的長度來控制，當(dāng)需要調(diào)整車體高度時，如果僅調(diào)整高度閥桿的長度而不在空氣簧下部加墊片，會造成空氣簧工作高度和空氣簧工作直徑的變化，導(dǎo)致空氣簧不在其標(biāo)準(zhǔn)高度下工作，這是絕對不允許的。因此要求當(dāng)車輪磨耗旋輪超過10mm左右時需要在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架和空氣簧下加調(diào)整墊片，同時需要在中心銷座和枕梁之間插入相同高度的調(diào)整墊片。為了使高度閥處于工作高度，此次測量要求高度調(diào)整桿在251±2mm之間，由于高度閥不感帶為±5，所以車輪運行一段時間后高度調(diào)整桿會到達(dá)理論要求（255+t）±3mm。

4 結(jié)語

由于地鐵運輸客流量每天都在不停的變化，偏載規(guī)律較難把握，軌道對轉(zhuǎn)向架的各種沖擊不可預(yù)見，稱重實驗也只能模擬出地鐵車輛在靜載時的承載狀況，要對轉(zhuǎn)向架和車體進(jìn)行更好的調(diào)整還需進(jìn)行大量的實驗，針對實際稱重加墊的情況進(jìn)行分析，建立將整車的輪重差和軸重差控制在技術(shù)范圍內(nèi)的加墊調(diào)簧計算模型，作為實際運用的一個參考進(jìn)而尋求可靠和實用的新型稱重測量工藝，在實際應(yīng)用中進(jìn)行驗證，找到真實運行時需要調(diào)整的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅宏波，胡和平.轉(zhuǎn)向架稱重調(diào)簧裝置及應(yīng)用[J].電力機(jī)車技術(shù)，2001，24（4）.

[2] 李艷，張衛(wèi)華，康椿龍.轉(zhuǎn)向架稱重調(diào)簧實驗臺設(shè)計及調(diào)簧計算[J].中國科技論文在線，2006，（5）.

作者簡介：劉濤（1981-），男，陜西西安人，西安市地下鐵道有限責(zé)任公司運營分公司工程師，研究方向：軌道車輛檢修管理。

（責(zé)任編輯：王 波）