周 源

(中車株洲電力機車有限公司，412001,株洲//工程師)

長沙中低速磁浮列車是由中車株洲電力機車有限公司牽頭自主研發(fā)生產(chǎn)的國內(nèi)首個商業(yè)化運行中低速磁浮列車，與傳統(tǒng)輪式軌道交通車輛相比有著明顯的特點：一是車輛行駛時輪軌不接觸;二是車輛的懸浮、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向完全依靠其下方的磁浮走行部來實現(xiàn)。車輛運行時，懸浮架與F型軌道之間需保證精確而穩(wěn)定的8 mm懸浮間隙，同時需應(yīng)對車輛上下坡、轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜工況。磁浮走行部作為一種新型走行結(jié)構(gòu)，其新型的機械結(jié)構(gòu)和嚴格的產(chǎn)品標準，對裝配工藝及可靠性提出了更高要求。

1 長沙中低速磁浮列車磁浮走行部構(gòu)成

長沙中低速磁浮列車磁浮走行部構(gòu)成如圖1所示。由圖1可見,磁浮走行部包括懸浮架單元I、懸浮架單元II、迫導(dǎo)向機構(gòu)、滑臺裝配、高度調(diào)節(jié)裝置、測速定位裝置、雷達與安裝支架裝配、掃石器裝置、接地刷和受流器等構(gòu)件。其中懸浮架單元包括模塊裝配、牽引裝置、電機懸掛裝置、懸浮架管路、支撐輪裝置、空氣彈簧裝置、垂向滑撬裝置、懸浮電磁鐵裝配、防脫開裝置等構(gòu)件；模塊裝配包括左右模塊和前后抗側(cè)滾梁裝配等構(gòu)件。整個磁浮走行部依靠滑臺與車體底部相連接，為整車提供了懸浮、驅(qū)動和轉(zhuǎn)向等功能。

圖1 長沙中低速磁浮列車磁浮走行部俯視簡圖

2 磁浮走行部組裝工藝技術(shù)要點

懸浮架在電磁鐵與F軌電磁作用力下處于懸浮狀態(tài)，直線電機為車輛提供行駛驅(qū)動力。組裝時，要求各懸浮架上的電磁鐵和直線電機與F軌方向平行且間隙均勻。作為懸浮式走行轉(zhuǎn)向機構(gòu)，組裝偏差的直接反映為懸浮力、驅(qū)動力及機構(gòu)運作狀態(tài)不對稱，引入了難以定量的內(nèi)部作用力，對磁浮走行部及列車通過空間曲線時的運動學(xué)狀態(tài)產(chǎn)生復(fù)雜的影響。另一方面，懸浮控制系統(tǒng)的控制算法依據(jù)磁浮走行部的理論結(jié)構(gòu)和力學(xué)模型建立，其對機械連接間隙、運動副精度十分敏感。整個磁浮走行部機械裝配的質(zhì)量問題可能導(dǎo)致車輛的懸浮、驅(qū)動及轉(zhuǎn)向等發(fā)生控制失穩(wěn)，甚至影響列車的正常運行，因此需嚴格控制磁浮走行部組裝的工藝質(zhì)量。本文選取其中典型工藝案例闡述其工藝技術(shù)要點。

2. 1 迫導(dǎo)向機構(gòu)轉(zhuǎn)臂定向

迫導(dǎo)向機構(gòu)如圖2所示。由圖2可見，當(dāng)車輛通過曲線時，迫導(dǎo)向機構(gòu)長短轉(zhuǎn)臂相對其與車底架的連接軸會發(fā)生轉(zhuǎn)動，同滑臺、鋼管組件共同構(gòu)成了車輛通過曲線時的幾何約束。

圖2 迫導(dǎo)向機構(gòu)示意圖

為了保證迫導(dǎo)向機構(gòu)轉(zhuǎn)臂方向的準確性，在車輛處于直線軌道時，迫導(dǎo)向機構(gòu)的長短轉(zhuǎn)臂需指向車輛正前方。原試驗車組裝時需要操作人員不斷測量和調(diào)整迫導(dǎo)向機構(gòu)轉(zhuǎn)臂的位置尺寸以確保其處于居中位置，組裝調(diào)整過程非常繁復(fù)。在長沙中低速磁浮車輛上，轉(zhuǎn)臂及車輛底架對應(yīng)位置預(yù)先通過機械加工開出工藝孔，組裝前通過定制的定位銷軸連接，將轉(zhuǎn)臂直接固定于居中狀態(tài)，然后再與調(diào)整螺桿及鋼管組裝。該工藝方案的引入，大大降低了迫導(dǎo)向機構(gòu)的組裝難度，減少了機械調(diào)整和動態(tài)調(diào)試的工作量，使迫導(dǎo)向組裝工序的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量獲得了“雙提升”。

2. 2 機械配合

磁浮走行部組裝對機械配合要求較高。在懸浮架模塊和迫導(dǎo)向機構(gòu)中存在多處保證機構(gòu)運動功能的軸承連接。如片梁與片梁安裝座之間的向心關(guān)節(jié)軸承的作用是保證抗側(cè)滾梁小角度轉(zhuǎn)動的自由度。該結(jié)構(gòu)設(shè)計依靠關(guān)節(jié)軸承、銷套與銷軸配合來實現(xiàn)，如圖3所示。銷軸中部與關(guān)節(jié)軸承銷套、銷軸與片梁銷套及片梁對應(yīng)的安裝孔應(yīng)精密配合，以減少機械間隙對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的難以預(yù)測的誤差擾動，保證車輛在小半徑曲線轉(zhuǎn)彎時懸浮架模塊以足夠精確的平行四邊變形來產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。因此磁浮走行部組裝前，需對配合件的加工精度進行把控。此外，考慮到部件表面按照GB/T 9799—1997《金屬覆蓋層 鋼鐵上的鋅電鍍層》中的相關(guān)規(guī)定進行處理，部件實際尺寸為原件尺寸與2倍電鍍層厚度之和，故需嚴格控制加工后的零件尺寸和電鍍工藝，使部件最終尺寸達到設(shè)計要求。另一方面，還需保證銷軸和銷套的長度尺寸，以及保證關(guān)節(jié)軸承位于兩個片梁的對稱中心線位置。

圖3 抗側(cè)滾關(guān)節(jié)軸承裝配示意圖

2. 3 空氣彈簧配置

空氣彈簧安裝于懸浮架和車體底部滑臺之間，傳遞垂向力和橫向力。空氣彈簧的各項性能需滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求，保證有氣、無氣狀態(tài)下的高度及AW0(空載)、AW3(超載)等工況下空氣彈簧的垂向剛度值。結(jié)合原試驗車運行經(jīng)驗，為保證車輛懸浮及運行的可靠性，空氣彈簧在裝車前需進行相關(guān)載荷試驗，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)標記于銘牌上。在組裝時對空氣彈簧進行排序分組，按車輛一位端至二位端方向依次將20個空氣彈簧安裝在5個懸浮架托臂上，并做好記錄。在實際安裝過程中，單個懸浮架上的4個空氣彈簧在AW0工況下的剛度差值原則上不大于5 N/mm。此外，對于空氣彈簧高度，選取單節(jié)車上20個空氣彈簧中的最大自由高度作為基準，使用調(diào)整墊墊在托臂空氣彈簧穴內(nèi)的空氣彈簧底部，并將該節(jié)車所有空氣彈簧調(diào)整至同一高度。在后續(xù)車輛運營中亦驗證了空氣彈簧參數(shù)對懸浮系統(tǒng)的影響。

2. 4 懸浮架在軌移動問題

長沙中低速磁浮車輛在正常行駛時輪軌未接觸，靜止狀態(tài)下以垂向滑撬著陸于F軌軌面。而懸浮架模塊在組裝完成吊入軌道后需按車體底部滑臺尺寸確定位置，以便于準確落車。為調(diào)整懸浮架在F軌上的位置，若使用天車吊運定位，精度難以滿足裝配要求；若使用撬棍等工具強行調(diào)整，則可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形或油漆面損壞等情況。懸浮架上設(shè)計了有輔助支撐的支撐輪裝置，以應(yīng)對車輛懸浮功能失效的狀況。然而，正常組裝后支撐輪裝置下底面距離F軌約3 mm，車輛運行時可通過液壓驅(qū)動進行伸縮。經(jīng)綜合考慮，設(shè)計了一套結(jié)構(gòu)特殊的增高墊工裝，結(jié)合其使用位置空間狹小的特點，在工裝設(shè)計時通過CAD模擬其使用過程，調(diào)整工裝形狀尺寸以避免與周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉，確保該調(diào)整墊能夠順利插入和取出。在實際生產(chǎn)過程中，在組裝時將支撐輪伸出約6 mm，然后插入該工裝進行組裝，并于車輛調(diào)試時完全施放支撐輪(伸長約11 mm)，即可回收調(diào)整墊片工裝。這樣大大降低了懸浮架移動和定位調(diào)整的工作量，提高了作業(yè)效率。

2. 5 其他工藝要點

為優(yōu)化磁浮走行部組裝工藝，解決作業(yè)難題，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，組裝工藝中的其他方面亦應(yīng)進行優(yōu)化。例如：結(jié)合懸浮架結(jié)構(gòu)設(shè)計了1套懸浮架組裝工裝，以便懸浮架實現(xiàn)離軌組裝和批量生產(chǎn)；在直線電機懸掛組裝時，設(shè)計了厚度檢測工裝，便于快速調(diào)整直線電機底面到F軌鋁感應(yīng)板的上表面尺寸；制定滑臺雙直線導(dǎo)軌組裝操作流程，保證雙直線導(dǎo)軌的平行度和滑動順暢；結(jié)合原試驗車經(jīng)驗為牽引銷軸增加了減載槽等結(jié)構(gòu)，改善了應(yīng)力分布狀態(tài)，并增加端部六方頭便于進行更換操作；設(shè)計了懸浮架固定工裝，防止懸浮架在轉(zhuǎn)運過程中產(chǎn)生變形，避免了重復(fù)尺寸調(diào)整，提高了工作效率。此外，橫向滑撬磨損性能、螺栓防銹、空調(diào)排水管位置優(yōu)化等工藝問題有待于進一步改善。

3 結(jié)語

長沙中低速磁浮列車為中車株洲電力機車有限公司在試驗車基礎(chǔ)上推出的商業(yè)化運行磁浮列車，磁浮走行部的設(shè)計和組裝工藝在批量生產(chǎn)前及過程中反復(fù)進行大量的改進和優(yōu)化，在組裝工藝方面也逐步積累經(jīng)驗，對后續(xù)磁浮車輛產(chǎn)品及其他相關(guān)領(lǐng)域的組裝工藝具有一定指導(dǎo)意義。