固定式架车机气弹簧更换装置设计与应用

陈福生　孙李华　房志阳　周建兴　曹炜

摘 要：固定式架车机的转向架及车体举升机构上升后会产生机构间隙，缺口通过气弹簧顶升活动盖板弥补。更换气弹簧时需要使用千斤顶顶升活动盖板，使气弹簧不在受力状态从而拆除气弹簧，但固定式架车机地坑内操作空间小，不利于操作且容易受伤，因此本文设计一种新型固定式架车机气弹簧更换装置，并在厦门地铁2号线投入使用。

关键词：固定式架车机;气弹簧;更换装置

中图分类号：U279 文獻标识码：A

0 引言

固定式架车机用于地铁列车及工程车架修、大修时的车辆举升作业。该设备安装在地下基础坑内，对列车车体下部的机械、电气部件进行拆卸、维修、保养和更换。每台架车机机械系统结构主要由钢结构部分、车体架车单元、转向架架车单元、活动盖板、维修平台及通风系统等组成。其中，活动盖板的下方设置有气弹簧组成的盖板举升机构，通过气弹簧作为执行机构，在固定式架车机将转向架和车体架升后自动顶升活动盖板，填补产生的间隙。由气弹簧组成的填补机构如图1所示，配置足够数量的气弹簧，保证了双侧盖板升降同步性与随动性，从而支持检修作业。

气弹簧的原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。相比于普通弹簧，由于原理上的差异，气弹簧有着很突出的优点：速度相对缓慢、动态力变化较小（一般在1∶1.2以内）、容易控制。缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。且在实际应用中气弹簧长时间属于受力状态容易损坏，需要定期检查并及时进行更换。

1 现状分析

厦门地铁2号线一个地坑共有12个气弹簧，12个地坑共有144个气弹簧，当前更换气弹簧时存在以下两个问题：

（1）有气弹簧弹出伤人的安全隐患，并且安装困难需要多人操作;

（2）需要使用千斤顶固定活动盖板防止因气弹簧突然弹出造成活动盖板下降，操作繁琐效率低。现需要设计一种新型固定式架车机气弹簧更换装置简化整个更换流程，节省工时并降低安全隐患。

厦门地铁2号线采用千斤顶顶升方式进行气弹簧更换，其更换步骤为：①开机上升转向架举升机构，减少气弹簧压力;②在活动盖板下方放置千斤顶并上升千斤顶（如图2所示）固定活动盖板;③拆除气弹簧与活动盖板连接处插销（如图3所示）;④拆除气弹簧下方与气弹簧套筒连接处插销（如图4所示），此时气弹簧存在压力拆卸时注意气弹簧弹出伤人;⑤更换气弹簧，先将气弹簧与活动盖板连接并插上插销;⑥用力往上推动气弹簧，使气弹簧下方插销与套筒处于水平状态，插上插销。

根据更换过程总结出以下问题：

①拆卸气弹簧时，气弹簧内部存在压力，容易造成人员受伤;②气弹簧安装困难，安装时需用力往上推动气弹簧;需要1人推动气弹簧，1人插插销;③地坑作业空间狭小，在横梁放置千斤顶存在操作困难问题。

2 优化方案

综合以上问题设计气弹簧更换螺母装置，不需使用千斤顶，通过螺母形式锁住气弹簧套筒，从而更换气弹簧。消除气弹簧弹出伤人安全隐患，该方案使用螺母形式拆装气弹簧一人操作即可。气弹簧更换螺母装置的相关设计图纸与使用方法如下。

2.1 装置设计方案

根据现场气弹簧套筒尺寸数据，进行装置设计：

装置实物如图6所示，使用作业现场情况如图7所示。

2.2 优化更换方法

优化后的气弹簧拆除步骤为：

①开机上升转向架举升机构减少气弹簧压力;②将装置拧进气弹簧套筒下方，旋入套筒直至顶住气弹簧下支撑部使下轴销不受力，取出下支撑插销（如图8所示）;③缓慢拧松更换螺母装置，释放气弹簧压力，并取出上支撑插销（如图9所示）;④更换气弹簧，先将气弹簧与活动盖板连接并插上插销;⑤装入装置旋入套筒将气弹簧与套筒连接处保持水平，再插入下插销。气弹簧安装时步骤与上述相反，安装后进行调试。

2.3 功能测试

改造完成后进行现场测试，通过多次重复更换气弹簧来检验，事实证明该装置功能良好，投入使用三个月均无异常。

3 实施效果

使用自制装置更换气弹簧后，实际使用情况良好，总结为以下三种成效：

3.1 消除安全隐患

使用该装置更换时不需要担心气弹簧内部存在压力会飞出伤人。

3.2 节约时间

无需使用千斤顶作业，原方案需要大约30分钟时间才能更换完成，使用新方案后时间缩短为15分钟。

3.3 节省人力

更换气弹簧从2人操作变成只需要1个人操作即可。

4 总结

固定式架车机气弹簧更换装置通过了安全性与稳定性测试，投入生产三个月，使用情况良好，目前已推广到厦门地铁其余线路，行之有效地消除安全隐患。解决了原方案更换时气弹簧容易弹出伤人，以及地坑内部作业空间狭小难以操作千斤顶的问题。原方案2人操作需要大约30分钟时间才能更换完成，使用固定式架车机气弹簧更换装置后时间缩短为1人操作15分钟，达到节约人力、节省时间的预期效果。

参考文献：

[1]宋抗.地铁车辆段固定式架车机安装技术要点及常见调试故障处理[J].装备制造技术，2021（5）：144-147.

[2]陈绵献.用空气弹簧解决机械弹簧问题[J].液压气动与密封，1993（3）：51-52.

[3]中岛稔，彭惠民.空气弹簧橡皮囊更换作业的改善[J].国外机车车辆工艺，2019（2）：31-33+41.

作者简介：陈福生（1991—），男，福建厦门人，本科，技师，研究方向：地铁设备维护。