地鐵車輛稱重故障分析與改進

朱磊

摘 ?要：本文介紹了南京地鐵三號線車輛架修過程中出現的極少數稱重異常案例，針對車輛在四點稱重、八點稱重出現的新問題，通過與原廠履歷的對比分析，運營車輛系統對故障的研判，協同主機廠進行一系列驗證，并提出相應的改進措施。

關鍵詞：南京地鐵;四點稱重;八點稱重

中圖分類號： U279.3+31

引言

地鐵車輛的各類重量、高度和壓力指標的均衡影響著車輛運營安全。本文主要分析南京地鐵三號線某A型寬體鼓形列車在首輪架修過程中車體四、八點稱重出現的典型故障及改進措施。該車在出廠時曾有同類問題并進行改進驗證后安全投入運營，架修時發現車體出現新的重量偏差故障，比如重量超差增大。在各方努力下，該車故障得到了妥善處理，保證了車輛的安全運營。

1.三號線車輛結構與稱重系統概述

南京地鐵三號線電客車于2018年在秣周車輛段啟動架修修程。列車為兩動四拖編組。車體的底架、側端墻、車頂以及司機室框架等大模塊主結構均通過鋁合金擠壓型材焊接而成。列車共有三種轉向架，分別為7250kg動力、5100kg拖車導向和5030kg拖車內三種轉向架。

車輛在架修中后期會進入四、八點稱重階段，該階段著重對車體重量、落車組裝后整節車的八點重量進行調平，其結果對車輛運營安全有直接影響。架修四點稱重系統采用CZGD09型號設備，用于采集車體原始重量，通過增加空簧補償墊片后實現車體四點重量平衡。八點稱重采用JZL-1型稱重試驗臺，可實現A&B型車輛在靜態、軌道超高或扭曲條件下，對整節車各輪、軸等相關重量測量。

2.故障分析及改進

2.1.車輛稱重故障

三號線某電客車首輪架修時在進行四點和八點稱重時重量異常。

據了解該車新造時四點稱重調整墊片厚度超標，P1位加墊5mm、P4位加墊6mm（位置如圖1），如按新造車加墊厚度不超過3mm方案處置，八點重量則超標。廠方對此問題進行了分析和改進：

（1）車輛性能分析：車輛動力學性能主要在于車體重心及相關懸掛參數、重量、車體模態參數與轉向架性能參數的匹配情況。根據該車調平稱重前重量記錄“1、4位角分別為1805kg、1755kg，2、3位角分別為8755kg、8555kg”計算出車輛一位側重量10360kg，二位側重量10510kg一位端重量為10560kg，二位端重量為10310kg，其兩側和兩端各自重量差很小，可判斷該車重心位置并沒有發生偏移的情況。對于懸掛參數、重量和車體模態在車輛配置、車體和轉向架結構均沒有出現明顯變化的情況下，不會發生改變。根據上述分析，車輛動力學性能將與正常車輛保持一致。車輛結構強度在增加調平墊片后，車體四個空簧面的支撐力保持一致，此狀態下內部不存在因形狀扭曲產生的內應力，因車輛重心未發生偏移，可判斷該車尺寸偏差不會影響車體強度。通過限界門試驗也證明了制造誤差在公差允許范圍內，符合靜態限界要求。根據設計標準，南京三號線車體結構的撓度需滿足10-14mm.該車純車體結構撓度測量結果為13-14mm，滿足要求。

（2）空簧面加墊標準分析及改進：南京三號線對空簧上表面加墊的標準為總厚度不超3mm。此標準是根據車輛動態包絡線計算參數以及車輛制造誤差確定的。車輛動態包絡線設定的上體高度公差為±12mm，車體高度公差為+6mm/-4mm，車輛上部設備安裝高度公差為±2mm，計算可以得出空簧上表面加墊允許最大厚度為12-2-6=4（mm），考慮預留一定安全余量，加墊標準定為3mm。根據對國內其他主機廠調研得知，對于同類地鐵車輛產品，某機車廠加墊標準為4mm。因此空簧加墊改進方案定位在P1、P4點位各加4mm墊片。廠方加墊標準為3mm，在行業同類產品中較為嚴格。在車輛可以滿足限界以及八點輪重差要求的前提下，加墊不超4mm，車輛完全滿足正常運營要求。

（3）轉向架選配的改進：在空簧加4mm墊片狀態下，根據四、八點稱重數據得知車體2、3點偏重，導致2、4側和5、7側偏重，另外轉向架數據顯示2、3對角和6、7對角偏重。正常輪重偏差是車體與轉向架疊加的結果，可選擇與其偏重趨勢相反的轉向架來調整整車輪重偏差，因此所選轉向架應滿足兩個原則：一是在2、4位及5、7位偏重;二是在1、4位和5、8位偏重。廠方綜合選擇兩臺靜載數據合格且符合兩項原則的轉向架，同時應在段內各修程中專車專用。

經上述分析及改進，車輛八點稱重最終一次通過，重量、空簧高度和壓力、車輛限界等標準均滿足設計檢查要求，故障得以妥善解決。該車運營近7年后進行首輪架修修程，在四點稱重過程中發現加墊前重量差已遠超新造時加墊前重量數據（表1）。如按新造車時在P1、P4點位各加4mm墊片方案，已無法彌補新的重量超差故障，因此需要新的加墊方式保證八點稱重以及車輛限界等重要標準。

2.2.故障分析與改進

架修根據現場數據反復測算，在P1、P4點位各加至4.6mm、6.4mm墊片，P2、P3點位保持出廠時不加墊片，無法通過四點稱重（表1），但可滿足八點稱重標準。此方案已超出架修四點稱重“一位兩點、二位兩點重量差在±2%范圍內，加墊數量最多不超過2層”的常規工藝要求，同時也超出了原廠在P1、P4點位各加4mm墊片標準。該車架修時無重大部件更換，僅空調、車鉤、TBU、空簧、風機為送修周轉件，其余部件均為原位原裝?？栈烧{整墊目的是為了保證最終車輛八點稱重指標，針對此問題，地鐵運營方面會同總機廠、監造等多家單位進行技術專題研究?？倷C廠跟蹤架修數據的發展情況，分析偏差原因，對該車進行限界試驗、動態包絡線計算、空簧調整墊超差分析等系統性計算和評估，形成嚴謹、完整的專業評估報告，驗證和明確了該車此次架修時可以根據情況適當選擇厚度大于3mm的調整墊片。

2.3.計算與驗證

2.3.1.限界試驗

總機廠在架修車間設置了限界門等裝置，對該車進行了限界試驗（如圖1）。

數據表明，車輛頂部及設備、兩側、底部及設備與限界門接觸結果均達標（如表2）。

2.3.2.動態包絡線計算

動態包絡線計算為了保證車輛能在最不利的運行情況下（非故障）也能適合南京地鐵三號線工程的要求，故選用橫向平移和車體傾角產生的橫向偏移方向相同的一種計算方式。

動態包絡線各控制點動態坐標根據車輛在不同區間分成隧道內和地面、高架線兩種情況計算。隧道內不計算風速產生的附加偏移量，但地面、高架線要計及。正常計算條件包括車輛速度從0到80km/h、車輛載荷為 AW0到AW3工況、全新車輪至磨耗到限等7種，非正常條件有任何一個一系懸掛彈性元件失效、風速為115km/h引起的車輛側向位移和角位移等4種。慮到背風面負壓現象，在任何情況下，還需加上20%的系數。組合正常條件和非正常條件得出正常計算工況4類、非正常工況7類。

通過計算表明，車輛在正常工況除個別部位超出南京地鐵三號線的車輛限界外，其余部分完全能夠適應車輛限界，且未侵入站臺。非正常工況運行時，僅在空簧過充工況下，空調端部超出設備限界（隧道最大超出7.4mm，地面及高架最大超出1.1mm），其余部分完全能夠適應設備限界，且未侵入站臺。因超限部位在受電弓限界范圍內，經確認侵入部位不影響車輛安全運行的前提下，可以認為車輛符合限界要求。

3.結束語

基于相關試驗計算報告，經車輛設計、制造等多方共同確認，該稱重故障車輛架修期間采用上述加墊改進方案可滿足設計、運行安全標準。廠方在該車架修后定期按照前述圖1方法對該車AW0狀態下外輪廓進行跟蹤記錄測點，前提為試驗列車或單節車測點時均處于正常操作條件，輪對踏面沒有明顯的缺陷（例如：扁疤）。兩輪跟蹤測點試驗結果均符合標準。

經上述論證，該車始終運營平穩，制造和運營等各方將對該車在全壽命周期內各高級別修程中、投入運營后的重量變化狀態及時進行科學研判，嚴密跟蹤，確保車輛運營絕對安全，也積累了對此類極少數車輛超重偏差故障如何改進解決的寶貴經驗，有助于推動其它各類型、各線路地鐵車輛同類問題的改進和解決。

參考文獻：

[1]新型地坑式架車稱重設備的研究與開發[J].洪福臣，王明海，趙小磊. 鐵道車輛.2015（09）

[2]移動式整車稱重系統的研制[J].戴強，王洪海，韓樹安. 電力機車與城軌車輛.2011（05）