整車稱重式固定架車機設計與仿真研究

趙小磊，蘇忠侃，張錦標

（中車青島四方車輛研究所有限公司智能裝備事業部，山東青島 266031）

0 引言

固定架車機用于地鐵列車轉向架及車下零部件的拆裝等架修作業，整車稱重設備用于對組裝完成后車輛按照標準進行稱重檢測。目前國內外車輛的架修與稱重檢測都在不同工位，每次車輛稱重完成后都需要通過牽引車輛牽引至架車工位進行架車維修。維修完成后需要再次牽引車輛到稱重工位進行復核稱重，工作流程繁瑣復雜。兩種設備分別各自占用作業股道空間，給車輛檢修作業帶來不便，投資建設費用也較高。

將車輛稱重設備與固定架車機組功能進行融合，在同一個工位可完成車輛的軸重、整車重、轉向架重、整車重心平面坐標測量以及車輛的架修作業，既節約車輛段建設用地，又提高了檢修效率。該設備可設置于檢修基地臨修及大架修作業較多的場合，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。

1 設備結構

設計一種適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機設備，由轉向架（車輛）架升系統、車體架升系統、稱重系統等組成。架車機架升系統為成熟結構，本文主要對稱重式固定架車機設備稱重部分進行設計，并對關鍵部件進行有限元分析。稱重式固定架車機布置如圖1 所示，設備結構如圖2 所示。

圖1 稱重式固定架車機布置圖（單節，2 個坑位）

轉向架（車輛）架升系統主要由轉向架舉升柱、舉升梁、舉升絲杠、導向箱等組成，實現對車輛（轉向架）的升降。車體架升系統主要由車體舉升柱、托頭組成、減速機、絲杠螺母、導向箱等組成，實現對電客車車體的支撐。

圖2 設備結構

稱重系統部分采用8 根稱重梁（4 根/坑位），稱重作業時每根稱重梁對應電客車的一個車輪。為確保稱重梁安裝的穩定性，將4 個稱重傳感器布置在稱重梁底部4 角位置，在稱重梁兩端設置防傾覆裝置，確保電客車通過時稱重梁不發生側翻。稱重梁滿足架車機舉升梁空間要求及車輛到位結構安裝需求，從而既能具備稱重測量功能又具備車輛到位檢測功能；稱重底座平臺作為稱重傳感器安裝座，同時提供轉向架跟隨蓋板的安裝位置，確保轉向架（車輛）架升系統升起后，跟隨蓋板在氣彈簧作用下自動升起填補空隙；端部承載立柱和中間承載立柱作為稱重系統的承載部件，電客車稱重作業和通過設備時，載荷通過承載立柱傳遞到土建基礎。轉向架（車輛）架升系統、車體架升系統結構如圖3 所示，稱重系統與舉升梁、跟隨蓋板等結構關系如圖4 所示。

2 稱重系統關鍵部件仿真

稱重系統各部分結構需要具備足夠的強度和剛度，才能保證整個測量系統的穩定性和準確性。對稱重梁、中間承載立柱、端部承載立柱等關鍵部件進行有限元仿真分析。本文以地鐵B型車為例，B 型電客車單節車重量≤400 kN。計算時參照《起重機設計規范》，工作狀態下結構強度安全系數n=1.34，稱重梁采用可鍛鑄鐵，材料需用應力[σ1]=275/1.34=205 MPa；中間承載立柱和端部承載立柱采用Q345B 板材焊接而成，故材料許用應力[σ2]=345/1.34=257 MPa。考慮偏載等情況，取載荷放大系數ψ＝1.4。電客車通過時設備受力示意如圖5 所示。

圖3 轉向架（車輛）架升系統、車體架升系統結構

圖4 稱重系統與舉升梁、跟隨蓋板等結構關系

每根稱重梁最大承受重量為車輪產生的壓力F=400/8=50 kN，稱重梁計算載荷F1=70 kN。當車輪處于稱重梁中間部位時，所受彎矩和變形最大。稱重梁最大應力σmax=103 MPa＜[σ1]=205 MPa，位移變形量為0.278 mm。稱重梁仿真結果如圖6 所示。

對于承載立柱，根據圖5 所示受力關系，當車輪在傳感器正上方位置時，載荷通過稱重梁和稱重傳感器傳遞到承載立柱上，此時立柱受力最大。另一位置車輪處在另一根稱重梁上或在車間軌道上，對于承載立柱取計算載荷為2F×1.4=140 kN。端部承載立柱最大應力σmax=24.6 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.067 mm；中部承載立柱最大應力σmax=26.4 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.1 mm。端部承載立柱仿真結果如圖7 所示，中部承載立柱仿真結果如圖8 所示。

圖5 電客車通過時設備受力示意

圖6 稱重梁仿真結果

經過計算，關鍵承載部件均具有足夠的強度和剛度，結構平穩，滿足設計和使用要求。

圖7 端部承載立柱仿真結果

圖8 中部承載立柱仿真結果

3 總結

通過對稱重系統結構進行設計，將車輛稱重設備與固定架車機組功能進行結合，滿足電客車架車和稱重功能的結構需求；對稱重系統關鍵結構部件進行有限元分析，其強度和剛度能夠保證整體結構的穩定性，進而保證整個測量系統的穩定性和準確性。通過對適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機產品設計，豐富了架車機的功能，節省檢修場地建設，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。