關(guān)于高速動車組稱重試驗及尺寸調(diào)整的探討

占鵬+黃勇

摘 要：本文介紹了高速動車組稱重試驗時輪重差的產(chǎn)生機理，對平常所講的調(diào)整空簧高度及軸簧加墊進行詳細的分析，得出輪重差的影響因素及調(diào)整的本質(zhì)原因，對部分特殊情況的調(diào)整提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：傳感器;輪重差;軸重;應(yīng)變

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.212

0 引言

近年來，中國高速動車組技術(shù)取得了巨大進步。通常一列動車組一天的行駛里程高達上千公里，動車組長時間的運行，部分地區(qū)的動車組還要在高寒、風沙、高溫、高海拔、強紫外線等惡劣環(huán)境中運行，因此，動車組的維修保養(yǎng)工作就顯得格外重要，動車組檢修分為五個等級，一級和二級檢修為運用檢修，三級、四級和五級檢修為高級檢修，其中四、五級修為分解檢修，單車稱重是分解檢修的重要工序之一，稱重是依據(jù)輪重差進行空簧高度、軸簧高度調(diào)整，本文著重對輪重差影響因素及調(diào)整進行分析。

1 稱重試驗的目的

簡而言之，稱重試驗?zāi)康氖潜ＷC左右輪重差在允許范圍內(nèi)。我們對平直軌道上列車車輪受力分析見圖1，列車牽引力由踏面與軌道間的摩擦力提供，摩擦力Ff，正常情況下，兩側(cè)車輪所受支持力在允許差距范圍內(nèi)，兩側(cè)的摩擦力也在允許差距范圍內(nèi)，即兩輪牽引力基本一致;如兩側(cè)重量相差超過允許范圍，則一側(cè)牽引力大，另一側(cè)牽引力小，導致兩輪受力情況不一致，可導致兩輪磨損情況不一致，縮短輪對使用壽命。

2 稱重臺構(gòu)成及工作原理

稱重臺工作原理為：當重物垂直壓在稱重軌的有效部位上，下部壓力傳感器產(chǎn)生應(yīng)變，該應(yīng)變被下位機的數(shù)據(jù)采集模塊記錄并處理，通過A/D轉(zhuǎn)換，將變形的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，經(jīng)過單片機與PC的接口進行通訊，數(shù)字量通過PC機上軟件顯示出來，整個過程如下圖2。

JWLZ-J靜態(tài)輪重檢測裝置共有8根稱重軌，每根稱重軌對應(yīng)一個車輪，每根稱重軌所構(gòu)成的系統(tǒng)為一個獨立的稱重單元，能夠承擔車輛相應(yīng)部分的質(zhì)量，經(jīng)過校準，8根稱重軌處于相同的水平高度。

如果上述條件已具備，啟動計算機，打開測量軟件，將車輛用牽引車拉入稱重軌，并保證輪徑落入指定范圍內(nèi)，點擊計算機軟件上開始檢測按鈕，待示數(shù)穩(wěn)定，即顯示出8處車輪各自的重量及同軸兩輪的輪重差。對于任意輪對，假定內(nèi)輪輪重為WL、外輪輪重為WR，則有：

3 輪重差影響因素及如何調(diào)整

目前主要檢修的是中、高速動車組，該型動車組均要求輪重差在4%以內(nèi)。理想狀態(tài)下，左右車輪承受的重量相同，輪重差為0，但實際因車下設(shè)備分配不均勻等原因，我們對車輛模型進行簡化處理，取一端2個空氣彈簧支撐作用下，對其受力分析（整車重心在設(shè)備艙，不在圖示截面幾何中心）：

輪重差為0即兩側(cè)重量相同，空氣彈簧和軸箱彈簧壓縮量左右相同，車體兩側(cè)高度相同，即圖5所示情況，且N1=N2=0.5G。

假設(shè)右邊偏重了，則右邊空氣彈簧和軸箱彈簧壓縮量大于左邊，雖然這種情況下轉(zhuǎn)向架與車體支架還有橫向減振器、抗蛇減振器和牽引拉桿連接，這些連接之間還有其他作用力，這些連接左右情況相同，即減振器橡膠變形相同，主要受力點在空氣彈簧上，只考慮主要作用力，不影響我們對兩側(cè)豎直方向的作用力進行定性分析。三力或其延長線匯交于一點，假設(shè)車體側(cè)傾角為θ，則左側(cè)豎直方向作用力為F1·cosα，右側(cè)豎直方向作用力為F2·cosβ，令Fx=F1·cosα，F(xiàn)y=F2·cosβ，有如下方程成立：

其中，因車體實際側(cè)傾角很小，取近似。

由⑥式可得出，隨增大，F(xiàn)x減小，F(xiàn)y增大，即左邊輪重值減小，右邊輪重值增大;同樣，如果車體向左側(cè)傾斜，可以得出相似的結(jié)論。

導致車輪一側(cè)偏重即一側(cè)輪重值過大，有哪些影響因素呢？

（1）車下設(shè)備及車體整體重量分配不均。車體新造時要求空氣彈簧安裝面平面度不大于1mm，四個空氣彈簧安裝面高度差在1.5mm內(nèi)，枕梁上平面的平面度不大于1mm/m，車體撓度：中部9～13mm，端部0～5mm，左右差在2mm內(nèi)，這對于20多米長的車體而言，要求已經(jīng)很高了，將制造因素導致車體某部位位置降到或升高降到最低，即車體本身誤差對重量分配的影響已降到最低。

車內(nèi)車外裝上設(shè)備后，整體重心越接近車體設(shè)備艙的幾何中心，則重量分布越均勻，這時將車體看成是由四個固定點支撐在空簧安裝座處，則這四個點受到的壓力不同，產(chǎn)生的形變不同，既要保證前后兩端重量在一定范圍內(nèi)，又要保證左右兩側(cè)重量在一定范圍內(nèi)，受力不同的四個支撐點如替換為轉(zhuǎn)向架上的空氣彈簧，則轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生的形變不同，形變相差越大，則對應(yīng)的輪重差也越大（圖3，圖4）。

（2）車體或底板有積水，可導致一側(cè)輕一側(cè)重，三級修還需考慮設(shè)備艙積灰導致重量分配不均。

（3） 空氣彈簧充氣后，產(chǎn)生的變形將車體頂起，但空氣彈簧本身比較復雜，具有非線性變化特點，充氣相同卻產(chǎn)生不同的效果。

已知這些影響因素，再看怎樣進行輪重差的調(diào)整由上述結(jié)論知，車體向哪一側(cè)傾斜，則表明哪一側(cè)偏重，這個結(jié)論同樣可用于前后兩端，在整車上考慮傾斜，可能是向四個角中某個角傾斜，也可能向某兩個角傾斜，一般而言，車體對角線方向剛度要差于鄰邊，所以你將某位車體調(diào)高了，可能是對角位置高度變化大，所以調(diào)整高度需要一般而言，先“調(diào)桿”再“加墊”，“調(diào)桿”即調(diào)整高度調(diào)整桿，先在較低一角將調(diào)整桿上螺旋扣左旋，使高度閥杠桿上翹，向空簧充風，空簧產(chǎn)生的向上形變將車體抬高，高度到達一定程度，高度閥杠桿變?yōu)樗剑叨乳y內(nèi)部單向閥關(guān)閉，充風停止，該角重量減輕，對角重量增重，調(diào)整須滿足空簧高度在mm范圍內(nèi)，其中t為空簧底部加墊厚度。

其實由輪重差公式還可以得出一個更直觀的判斷公式：

因為：

|WL-WR|/（WL+WR）≤4%

則有：

| WL-WR |≤4%（WL+WR）

又：

WL+WR≥2

故有：

|WL-W R|≤8% ⑦

公式⑦可以直接看出兩側(cè)輪重需在什么范圍內(nèi)，哪邊須增加多少，或須減少多少，因為數(shù)據(jù)是變化的，最好是在軟件上直接顯示這個結(jié)果，要更方便。比如現(xiàn)在測得WL=6203，WR=6765，可得出：WR-WL≤518，因調(diào)整會導致WR、WL均變化，故將WL增加200左右，依據(jù)經(jīng)驗，加墊2～3mm后，再進行檢查。“加墊”須滿足調(diào)整墊片總厚度不大于21mm，且軸簧高度在mm范圍內(nèi)（中、高速動車組）.

4 結(jié)語

本文分析了稱重測量時輪重差的產(chǎn)生原因，找出影響輪重差的因素，結(jié)合實際稱重可能出現(xiàn)的各種情況說明問題產(chǎn)生的原因及如何解決，可以為稱重試驗及調(diào)整提供部分理論依據(jù)和方法。

參考文獻：

[1]王伯銘.高速動車組總體及轉(zhuǎn)向架[M].成都：西南交通大學出版社，2008.

[2]高速動車組鋁合金車體制造尺寸測量要求[J].2010.

作者簡介：占鵬（1985-），男，本科，助理工藝師，主要從事：動車組檢修等方面的研究。endprint