西安地铁车辆称重调簧工艺浅析

摘要：针对地铁车辆车体称重出现的称重结果不在范围之内，无法准确快速确定加垫厚度的问题，文章介绍了车体称重调簧实验装置的结构、技术性能和工作原理，分析了地铁车辆称重调簧工艺的特点，对地铁车辆转向架的称重和空气弹簧及轴箱弹簧的加垫调整提出意见。

关键词：称重调簧；车体；转向架；空气弹簧；轴箱弹簧；地铁车辆 文献标识码：A

中图分类号：U231 文章编号：1009-2374（2017）10-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.073

为了提高地铁车辆的行车安全系数，保证动车牵引系统每轴单位重量的牵引力和电制动力基本相等以及车辆空气制动系统的各轴空气制动率基本相等，充分利用黏着牵引力，防止制动时发生空转和滑行对轮对踏面的过度磨耗等情况，因此地铁车辆必须通过称重调簧等措施，将轮（轴）重差限制在较小的范围内，以确保各轮对重量分配均匀。按照标准规定，整备重量的车辆重量不应该比出厂规定的值大3%，同一动车的每根动轴实际测得轴重与该车实际平均轴重差之差不应超过实际平均轴重的±2%，每个车轮的实际轮重与该轴两轮平均轮重之差不应该超过该轴两轮平均轮重的±4%。

导致轮（轴）重分配不均的原因是多方面的，如车体底架上挠、车载设备的布局、空气弹簧的刚度和高度、轴箱弹簧的刚度和高度、轮径误差等。但是对于二系悬挂结构的地铁车辆，从载荷传递和分布结构上看，车体重量通过二系悬挂装置作用在转向架上，再通过一系悬挂装置作用在轮对上，一系、二系悬挂装置支撑点载荷分布不均是造成轮重和轴重分配偏差更为直接和重要的根源。因此按照国内外经验，地铁车辆称重调簧工艺分解为车体和转向架两部分分别进行称重调簧，车体调簧通过调整车体底架的工艺块下平面与构架的工艺块之间的距离即车体水平性实验来保证，转向架调簧通过调整一系、二系悬挂弹簧垫片进行。这里主要依托西安地铁二号线车辆在空车（AW0）下的称重实验，并通过实验分析和验证，阐述转向架构架一系弹簧座的制造偏差、前后转向架上的质量的分配偏差、转向架重心偏差等因素引起的轮（轴）重变化都可以通过称重实验得到调整。

1 称重调簧装置

车体称重调簧实验装置采用平台-支承结构，主要由计算机控制系统、传感器数据采集系统及单轴称重装置等三大部分组成。

计算机控制系统主要功能是通过显示数据采集系统实时上传的轮重测量数据，实现轮重差、轴重差狀态显示及实验结果数据管理等。

传感器数据采集系统主要功能是接受计算机控制系统的控制指令并实现对传感器数据采集系统的控制、数据处理、模拟量的转换和预处理等。两级控制系统之间通过数据传输电缆和RS485-USB转换模块进行数据交换。

单轴称重装置由2个称重单元和1根丝杠调节机构构成。称重单元由连接杆、支撑件、过度支承、称重传感器、称重板及磨耗板等构成。单轴称重装置是一个独立的模块，可以进行轴重计量，几轴车辆就用几个单轴称重装置进行称量，可实现称重系统的无障碍扩容。称重传感器采用C15-10t型测力称重传感器，其额定容量为10t，精度级别为0.2%FS，足以满足西安地铁车辆的称重要求。

2 称重调簧实验

依据被称量车辆的轴距、定距、轨距要求调整好单称单元的位置并连接好线缆和数据采集设备，打开计算机控制系统应用程序便携式称重台，然后将车辆牵引过来，车轮的轮缘可以通过“磨耗板—导向装置”滚动到传感器正上方的称重板中心称量，待车体充满风待静止后，测量轴箱弹簧、空气弹簧高度及轮（轴）重差，以此分析车辆状态，并在人机交互界面4轴一次测量记录保存原始状态。然后把空气弹簧里的气排完待静止后，再测量轴箱弹簧、空气弹簧高度及轮（轴）重差，对于轴箱弹簧超限的要做好记录，空气弹簧要调整到要求的高度，分析此时的轮（轴）重分配，调整直至测量到的轴箱弹簧没有超限、空气弹簧在要求范围内。这时如果轮（轴）重差没有超限，则采用4轴二次测量记录两次，若轮（轴）重差有超限的，则根据测量的数据适当对轴箱簧或空气簧加垫片，使其轮重尽量分配均匀，然后再次在称重装置上重新检测，当然加垫片调整会引起车体的稍微变化，所有参数都会变化，还需要重新测量，看是否在要求范围内。若轮（轴）重差在范围之内在人机界面4轴二次测量中点记录1，把车推下去再重新测量，再点记录2，然后保存，直至满足所有要求。

2.1 加载量

因车辆乘客的变化，地铁车辆模拟工况分4种：空车（AW0）、满员（AW1）、额定（AW2）、超载（AW3）。橡胶弹簧的刚度是非线性的，模拟不同的工况可能会得到不同的结果，即不同工况下要加调整垫片的厚度和位置是不一样的。因为称重调簧的目的是为了提高机车的牵引力，地铁车辆在额定工况和超载工况的粘着情况对车辆的牵引力尤为重要，且车辆大部分时间是运行在额定工况，因此称重调簧实验台模拟加载应按车体在额定工况下的质量进行。不同列车载客状态下的人员重量配置及动车和拖车的车体质量因车体设备布置的不同而不同。

2.2 调簧计算

这里采用的新型电动轨道车辆的无摇枕焊接结构的转向架，一系悬挂装置采用圆锥叠层橡胶弹簧，其高度为轴箱的顶部和转向架构架的止挡之间的距离正常应保持在115±5mm，如果此数值低于110mm，必须用调整垫进行调整，二系簧采用低横向刚度的新结构空气弹簧，正常工作高度为200±2mm，为了保证其高度是通过测量车体底架的工艺块下平面与构架的工艺块之间的距离，此距离为（255+t）±3mm（t为空气弹簧下调整垫的厚度）。由此结合车辆的实际情况，特做出以下的假设，在空车（AW0）下，车辆只受铅垂力的作用，且作用在车体底架的车体平面重心位置处，位于轴箱两侧的一系簧的作用力简化为轴箱中心一点作用，两个转向架均匀承载，并且可以通过计算一系簧加垫量推导空气簧的加垫量，加垫物为刚体，加垫高度为压缩量。

3 称重测量精度的先决条件

为了能够通过称重调簧使车辆处于最佳状态，称重参数测定的精度非常重要，直接影响到车辆的各项动力学性能及运营安全性评估的判定。称重装置必须要结合现场的实际情况调整到最好的测量状态，同时对于车辆的一些部件的性能参数的变化和调节要严格把控，尤其是空气弹簧和轴箱弹簧等性能参数，以便得到较为准确的称重测量数据。

3.1 称重台安装要求

首先必须要求称面必须在同一水平上，称台是固定在钢轨上，所以要求车辆在其上面不能引起称面下沉，然后继续用水平测绘仪测量，对于下沉的进行补偿，直至高度差小于±0.8mm的要求，以确保车辆在称重试验台上时，8个称重点与车轮的接触面在同一个平面上，以保证称重的准确性。以称重板最高值为基准，将此称重板与基准轨面钢轨调整至2.8cm之内。要求轮缘完全压在磨耗板上并滚到传感器正上方的“称重范围”，车辆停放位置越靠近称重板中心位置精度越高。称的精度是0.3%，经过计算对造成的误差要求车辆总重变化差应该在200kg以内。

3.2 高度阀的调整

高度阀不感带为±5mm，高度阀的调整应该是空气弹簧在充气状态进行的越过不感带的影响。因而当高度阀在较低的状态时可以直接调整，在较高的状态时要先排气到比理想高度低的状态再进行调整。高度阀的丝锥与丝锥之间的间距是1.5mm，调整杆旋转一圈的距离是1.5×2mm。调整后上下贝母和球形关节轴承要锁死防止车体因震动引起高度变化。杠杆向上倾斜一定时间后进气阀打开，总风缸的空气充向空气弹簧，杠杆恢复到水平位置附近，进气阀迅速关闭；杠杆向下倾斜一定时间后排气阀打开，空气簧内的空气经排气孔排入大气杠杆恢复到水平位置附近，进气阀迅速关闭。空气弹簧调整后要同时排气和充气才能测量：同时排气是为了让空气簧里的空气充分排得比较均匀对车体整体平稳影响不大，而同时充气则会避开由于高度阀不感带的影响造成一些空气簧过冲引起的车体不平，车体不平影响到轮重的分配和轴箱弹簧的测量，因而每次调整高度阀后要求空气弹簧同时排气和充气。

3.3 空气簧和轴箱簧测量数据的分析

轴箱簧使用的是圆锥橡胶弹簧，为了调整在一个转向架上安装的八个弹簧的特性，应使用同一标记的弹簧。关于对轴箱簧初始蠕变的调整，保持轴箱簧的高度从而保持了转向架构架的高度、车辆地板面的高度。为了补偿蠕变的影响，需要对高度进行调整。当测量的轮重较轻时，则表示此处的轴箱簧需要加垫片。当加完垫片时会引起车辆重量的重新分配，對于加过垫片的地方则会承受更大的力，可能会造成重新测量的增加的高度小于垫片的高度。为了保证车体的高度要求，在此次测量中要求轴箱簧的高度不低于112mm。空气簧的高度可以由调整杆的长度来控制，当需要调整车体高度时，如果仅调整高度阀杆的长度而不在空气簧下部加垫片，会造成空气簧工作高度和空气簧工作直径的变化，导致空气簧不在其标准高度下工作，这是绝对不允许的。因此要求当车轮磨耗旋轮超过10mm左右时需要在转向架构架和空气簧下加调整垫片，同时需要在中心销座和枕梁之间插入相同高度的调整垫片。为了使高度阀处于工作高度，此次测量要求高度调整杆在251±2mm之间，由于高度阀不感带为±5，所以车轮运行一段时间后高度调整杆会到达理论要求（255+t）±3mm。

4 结语

由于地铁运输客流量每天都在不停的变化，偏载规律较难把握，轨道对转向架的各种冲击不可预见，称重实验也只能模拟出地铁车辆在静载时的承载状况，要对转向架和车体进行更好的调整还需进行大量的实验，针对实际称重加垫的情况进行分析，建立将整车的轮重差和轴重差控制在技术范围内的加垫调簧计算模型，作为实际运用的一个参考进而寻求可靠和实用的新型称重测量工艺，在实际应用中进行验证，找到真实运行时需要调整的经验数据。

参考文献

[1] 罗宏波，胡和平.转向架称重调簧装置及应用[J].电力机车技术，2001，24（4）.

[2] 李艳，张卫华，康椿龙.转向架称重调簧实验台设计及调簧计算[J].中国科技论文在线，2006，（5）.

作者简介：刘涛（1981-），男，陕西西安人，西安市地下铁道有限责任公司运营分公司工程师，研究方向：轨道车辆检修管理。

（责任编辑：王 波）