淺析轉向架靜載試驗臺的設備安裝、標定及試驗要點

顏子喬

摘 要：轉向架靜載試驗臺是地鐵架、大修必須使用的重要測試設備。它可以模擬車體作用于轉向架之上時的載荷分布，從而驗證車輛制造及維修后實際的重心與設計形心的重合情況。保證轉向架輪軸所受的載荷均勻分配，整體尺寸、位置無變形與錯位。本文介紹了Nencki NBT COACH 2×250 kN試驗臺基礎施工、安裝校驗優化，分析了試驗中各重要測試項點的測試依據及原理。

關鍵詞：靜載試驗臺;轉向架;安裝標定;試驗要點分析

0 引言

南京地鐵四號線的架、大修周期為4年或75～80萬公里（以先二者先到為準）。目前，四號線現有列車29列，均采用PW120E型B型車轉向架。自2017年開通運營到現在，已平均運營里程65萬公里，預計2021年開始陸續進入架修。PW120E型轉向架整體采用U型結構構架、一系懸掛為鋼簧結構，二系懸掛為無附加氣室的空氣彈簧結構。靜載實驗臺通過模擬車體在不同工況下對轉向架施加不同的載荷，旨在驗證轉向架四角所受載荷均勻分配，輪對及構架的尺寸、位置無變形與錯位。

目前市面上靜載試驗臺品牌眾多，但主要工作原理及組成大都相似。下面以南京地鐵青龍基地采購的Nencki NBT COACH 2×250 kN為例結合安裝、調試及試驗過程中的經驗進行介紹。

1 靜載試驗臺結構功能概述

該靜載試驗臺主體框架采用剛性整體封閉式框架設計，且具有側向立柱結構，在試驗過程中，所有力均作用于框架內部，沒有任何力施加到地面機床放置在地基上。兩個液壓缸可單獨加載，也可同步加載，帶有一體式全自動線性測量系統，用于測量Z向高度（彈簧行程），精度可達±0.1 mm。

輪重測量單元內置于測量托架中，最大載荷為每輪150 kN，每軸300 kN，精度等級6級。該靜載試驗臺具備輪重、軸重、軸距、內測距、一二系高度、轉向架電阻等多種數據的測量功能。具體結構圖詳見下圖1。

2 設備安裝及標定

土建施工部分：靜載試驗臺基坑的整個土建過程大致包括原基礎破碎挖掘、沙石換填、鋪設鋼筋網、一次澆筑（布置預埋件）、二次澆注等主要過程。總結其中的施工要點有：

（1）由于靜載試驗臺整體結構為封閉框架式，試驗過程中對于地基無過大的作用力。因此，土建施工時地面承載最低滿足可承受設備本體與轉向架重量之和，而無過高承載需求。

（2）土建施工圖審核時，設備動力升降軌道舉升范圍需與地面鋼軌的高度適配。

（3）由于設備底部有高度調平結構，土建施工時需對照調平底座位置準確布置好承重預埋件并做好二次澆注及預埋件找平，每個地腳的支撐強度4 N/mm2。

安裝及調試部分：該NBT 2×250 kN試驗臺采取集成模塊式結構，將機械結構、液壓站、電氣柜及控制臺等模塊相互連接后即可開始調試。其中設備主體框架落坑安裝完成后，必須先進行調平工作。具體調平建議遵循先中間后外圍的原則，使用水準儀配合標尺的組合為最佳選擇，底座的水平度<0.5 mm。

在設備各部件動作及水平度調試完成后，可開始進行標定工作。此步驟是保證設備測量精度，減小測量誤差的關鍵步驟，需按各廠家推薦的周期進行定期校準標定。

稱重、負載裝置的標定與優化分析：

（1）標定過程：靜載試驗臺共有四組稱重單元按下圖2（2）所示組裝好校準工具，在油缸與稱重單元間裝入壓力傳感器。將設備與壓力傳感器歸0后開始標定。標定過程從0 kN開始依次均勻遞增輸入壓力值，穩壓后將設備所測壓力值與傳感器顯示數值進行對比，如二者有偏差時對設備顯示值進行修改。

（2）原理分析及優化：設備系統默認以其中心點建立坐標系，定義X軸為設備縱向、Y軸為設備橫向、Z軸為設備垂向來建立坐標系（如圖1）。試驗臺可測試的軸距范圍為1 600 mm到3 200 mm，校準前將各稱重單元移至距Y軸1 600 mm位置。此時四個傳感器距離最近，校準過程可大量提高效率。

通過分析校準過程可知其是使用油壓千斤頂施加不同的壓力，通過對比標準壓力傳感器測得的數值與系統顯示的壓力值來進行標定校正的。如果以壓力作為X軸、油缸位移作為Y軸來繪制，可得出標準值與測量值的近似曲線，見下圖3所示。其中每次施加相同力油缸的位置變化是固定的，那么所校準后的實際值與顯示值通過校準最終應近似重合。而兩條曲線的中間所取值組數越多重合度就越大設備測量的就越精確。但過多的取值會增加時間與人力成本，從時間與效率的角度出發，結合一直以來的校準經驗筆者推薦取30 kN/次，共校準8～10次為宜。

設備校準后，可施加某數值力進行對比，確保校準精度準確。

負載油缸的壓力傳感器校準過程、原理與輪重單元的校準基本類似，校準器具的安裝可參考圖2（1），本文不再另加贅述。在此筆者推薦可取25 kN/次，校準8～10次即可。

3 轉向架靜載試驗工藝分析

根據DIN 25043-4-2012《軌道交通.新鐵路車輛的測量》[1]及GB/T 14894-2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規則》標準中的相關規定，結合國內地鐵架大修規程中的相關要求。列出靜載試驗常用的測量項點如下表1：

GB/T 14894-2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規則》中要求：“測得的軸重與該車各動軸實際平均軸重之差不應超過實際平均軸重的±2%;每個車輪的實際輪重與該軸兩輪平均輪重之差不應超過該軸兩輪平均輪重的±4%。”[2]根據描述我們可知轉向架輪重差的計算方法如下：

式中W1、W2為左右車輪的實際輪重，△W為輪重差。經過簡化計算可得：

即輪重差△W為同一車軸兩輪實際輪重之差與兩輪實際輪重之和的比值。

同理可推得軸重差△Z的計算公式為：

為保證整車八點稱重的輪重及軸重值符合標準要求，建議此處轉向架靜載時無特殊情況控制軸重差不大于1%，輪重差不大于2%。在無法滿足輪重與軸重的均勻分配時，可通過一系四角增減調整墊來調整四角的高度從而達到重新對載荷進行分配的目的。

由于列車運行過程中轉向架各部件的受力是復查多變的，因此在架、大修時除了檢查輪軸的載荷分配外還應對轉向架整體的尺寸進行驗證。通過測量軸距與內側距保證轉向架整體不會出現“梯形”或“平行四邊形”等變形狀態。除此之外，轉向架一系、二系基準點到軌面的距離可以保證列車整體的尺寸狀態，避免出現超出輪廓限界的情況。而各個基準點的高度差則可以評判轉向架整體的水平度，防止“某角”或“某側”傾斜造成各處部件長期處于形變不一致的狀態運行。

在供電系統故障或在非平衡狀態時，電流可通過車體——轉向架——軸承——鋼軌形成回路。因此應對車體轉向架電氣接地方式及電流對軸承的影響引起注意。根據UIC 533-2001《機車金屬部件接地保護》標準中的要求，技術部件與鐵軌間的電阻抗不得超過0.05 Ω（鐵路客車）[3]。

4 結束語

靜載試驗是保證整車八點稱重、車輛限界及運行性能的重要工藝步驟。只有盡量減少任何一個可能影響試驗結果精度的因素才能提高試驗成功的概率，保證城軌車輛的運營安全與壽命。

參考文獻：

[1]DIN 25043-4-2012，軌道交通.新鐵路車輛的測量[S].

[2]GB/T 14894-2005，城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規則[S].

[3]UIC 533-2001，機車金屬部件接地保護[S].