基于CW40000型轉向架的地鐵車輛稱重調簧試驗方法及應用

摘?要：本文簡要介紹了基于CW40000型轉向架的國內A型地鐵車輛稱重調簧試驗的原理及方法，包括車輛一系懸掛調整，車輛二系懸掛調整，以及該方法在生產調試中的應用。

關鍵詞：A型地鐵車輛;車體;稱重;調簧

1 概述

在車輛采購技術合同中，輪（軸）重是鐵道車輛設計、制造和驗收的重要技術參數，一般要求根據IEC61133標準執行。各輪對重量分配是否均勻，直接影響到整列車黏著牽引力的發揮和牽引運動性能的優劣，以及車輛的抗脫軌性和抗傾覆性等穩定性指標。并能有效防止運營中車輛車輪偏磨。因此，對于地鐵車輛，必須在設計制造過程中采取有效措施，將輪（軸）重偏差限制在較小的范圍。根據IEC61133要求地鐵車輛軸重偏差不應超過平均軸重的±2%，輪重偏差不應超過該軸平均輪重的±4%。

對于地鐵車輛轉向架，一般由一系懸掛結構、二系懸掛結構共二級剛度組成，導致其輪（軸）重分配不均的原因是多方面的。從載荷傳遞及分布來看，車體直接作用于轉向架的二系懸掛結構的空氣彈簧上，構架作用力直接傳遞到一系彈簧上，所以各級彈簧支撐點載荷分布情況會直接影響到車輛輪（軸）重偏差是否滿足要求。

傳統的車輛調簧工藝是在車體轉向架落成后，直接進行稱重，并根據數值和人工經驗適當的調整，這種方法不僅生產效率低下，費工費時。而且車體與轉向架的互換性也大大降低。不利于后期車輛架修。因此，在實際生產中，將調簧試驗分為一系調整（轉向架調整）和二系調整（車體調整）分別進行。

2 試驗原理

以輪重為例，根據要求整車輪重偏差不應超過該軸平均輪重的±4%。所以，需要根據設計信息或設計重量分配報告，分割車體調整差異范圍和轉向架調整差異范圍，若車體控制在±3%之內，則轉向架須控制在±1%之內，最終保證整車±4%要求。

舉應用在SZ1號線地鐵車輛的CW40000轉向架為例，一般生產中根據車體重量分配報告，設定轉向架調整誤差±2%，車體調整誤差±2%要求。

2.1 轉向架調整

對CW40000轉向架，一系懸掛為8個橡膠堆彈簧直接坐落于軸箱上。在轉向架裝配完畢后，將轉向架放置于對應靜壓試驗臺上進行承載模擬，如圖1所示。

均勻施加車輛AW0工況載荷到轉向架二系懸掛（空氣彈簧）上表面，并通過構架傳遞到軸箱一系彈簧上，此時車輛四輪受力傳遞到下方四個稱重傳感器上，并顯示讀數。

在對應的一系彈簧上方或下方采用加墊片方法改變其受力狀態。最終達到規定的±2%要求。

并記錄此時輪載荷分布，如表1所示。

通過調整，轉向架差異最大0.96%，滿足要求。

通過調整，轉向架差異最大0.96%，滿足要求。

2.2 車體調整

車體載荷通過二系懸掛直接承受，所以二系調整是否順利通過，直接影響車輛落成后的輪重分布狀態。定義車輛左側、右側及四個空氣彈簧坐標如圖2。

以地鐵A型車為例，轉向架中心距為15700mm，同一轉向架兩空氣彈簧支撐點間距為1500mm，在車輛裝配完畢后，將車體落于4個稱重傳感器上，保證車體枕梁空氣彈簧支撐面4點水平，以模擬車體落成在轉向架上，轉向架承載工況。

此時車體四個空氣彈簧承載重量會顯示在四個傳感器上。并定義四點測量的承載力（也叫起重力）為FM（FM=GW），見圖2。

2.2.1 轉向架底架作用力理論推導和計算

對一節車廂，起重力總和如下，

并定義校正量K，

校正量K的值可以為正也可以為負。

此時定義 起重力FM的平均值和校正量K的代數和為角力FE。則角力表達為以下四個算式：

根據角力公式，可得出重力計算公式如下：

將車體在x方向和y方向分別視為梁結構承載，則車輛重心分布如圖3和圖4。

此時GWXS=XM（FE1L+ FE1R）-XM（FE2L+ FE2R）。推出XS如下：

同理推出 YS如下：

如果計算得到XS為正值，則表明車輛重心靠近1位端。

如果計算得到YS為正值，則表明車輛重心偏左側。

將底架重力在車體X方向上進行分解。既分解到每個轉向架上。如圖5。

然后將和各自分解到空氣彈簧上，如圖6，既為力平衡狀態下的底架作用力。

此時平衡方程如下：

由式1-13和1-12整理得：

一般情況，為方便操作，X′M= XM，Y′M= YM。

所求得的 FF1L、 FF1R、FF2L、FF2R既為車體重量分布于四個空氣彈簧上的力的最佳值。

2.2.2 車體底架作用力實際調整和應用

目前在地鐵制造行業，多用AST公司的四角稱重設備直接進行模擬調整試驗。設備原理如圖7所示。

將稱重傳感器（件4）位于可升降調節機構（件2）上，并通過數據采集器傳輸到終端上進行計算，然后使某點傳感器上升（或下降）調整各點受力值FM無限接近理論值FF。當達到一定要求后，此時得到某點上升高度值，既為該點需要補償到車體的墊片厚度。并生成相關報告。見表2。

從報告中可以看出，車體重心偏向2位端右側。經過調整后，車體左右偏差均控制在2%之內。而之前轉向架也控制在2%之內，則最終偏差會小于4%。

2.3 蠕變補償

由于CW40000轉向架一系彈簧和二系彈簧均為橡膠彈簧，實際車體落成后，經過一定時期會發生蠕變。而橡膠彈簧由于自身的特性，彈簧自身蠕變并非線性變化，不同彈簧之間蠕變量也有差異。最后導致車輛落成后，某點彈簧與其它彈簧蠕變量差異過大，造成重量分布失衡。此時需要對車輛進行蠕變補償。

常用方法是通過對轉向架二系懸掛中空氣彈簧的充風高度進行調節來實現。通過每個空氣彈簧的充風高度控制，最終使車輛重量重新分布到四個空氣彈簧上，最終達到輪重滿足±4%要求。

需要注意的是，在車輛空氣彈簧充風高度調節時，需要考慮以下幾個因素。

當充風高度左右偏差過大時，會造成車體傾斜，嚴重情況可能使得車輛無法通過限界試驗。

空氣彈簧充風高度普遍過低時，會造成二系懸掛柔性下降，使得車輛舒適度指標下降。并且在AW3載客工況下會造成內部應急彈簧與上蓋板摩擦擠壓，不利于彈簧使用壽命。

同樣的，當空氣彈簧充風高度過高時，車輛抗傾覆性和穩定性指數下降。

另外，空氣彈簧內的氣壓是目前列車制動系統計算整車重量的數據基礎，所以充風高度決定了內部氣壓的大小。當氣壓過大時，則對應制動力會加大，造成車輪磨耗加速。當氣壓過小時又會面臨制動力過小，而制動距離和制動時間過長的問題。對CW40000轉向架，二系懸掛的空氣彈簧一般充風高度控制在17～22mm之間。

3 結語

CW40000型轉向架，是典型的采用空氣彈簧支撐的具有二級剛度的三無型轉向架。所以，其調簧試驗方法具有廣泛的代表意義。同樣適用于采用空氣彈簧支撐結構的其它類型轉向架。

此調整方法，目前已成功應用于國內A型車項目上，有效的縮短了車輛的靜態調試時間。在實際的項目生產中對提高車輛品質和縮短生產周期都起到積極的影響。

參考文獻：

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作者簡介：任東軍（1985-），男，漢族，陜西白水縣人，碩士，工程師，研究方向：工商管理。