基于CW40000型转向架的地铁车辆称重调簧试验方法及应用

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　　摘 要：本文简要介绍了基于CW40000型转向架的国内A型地铁车辆称重调簧试验的原理及方法，包括车辆一系悬挂调整，车辆二系悬挂调整，以及该方法在生产调试中的应用。
　　关键词：A型地铁车辆;车体;称重;调簧
　　1 概述
　　在车辆采购技术合同中，轮（轴）重是铁道车辆设计、制造和验收的重要技术参数，一般要求根据IEC61133标准执行。各轮对重量分配是否均匀，直接影响到整列车黏着牵引力的发挥和牵引运动性能的优劣，以及车辆的抗脱轨性和抗倾覆性等稳定性指标。并能有效防止运营中车辆车轮偏磨。因此，对于地铁车辆，必须在设计制造过程中采取有效措施，将轮（轴）重偏差限制在较小的范围。根据IEC61133要求地铁车辆轴重偏差不应超过平均轴重的±2%，轮重偏差不应超过该轴平均轮重的±4%。
　　对于地铁车辆转向架，一般由一系悬挂结构、二系悬挂结构共二级刚度组成，导致其轮（轴）重分配不均的原因是多方面的。从载荷传递及分布来看，车体直接作用于转向架的二系悬挂结构的空气弹簧上，构架作用力直接传递到一系弹簧上，所以各级弹簧支撑点载荷分布情况会直接影响到车辆轮（轴）重偏差是否满足要求。
　　传统的车辆调簧工艺是在车体转向架落成后，直接进行称重，并根据数值和人工经验适当的调整，这种方法不仅生产效率低下，费工费时。而且车体与转向架的互换性也大大降低。不利于后期车辆架修。因此，在实际生产中，将调簧试验分为一系调整（转向架调整）和二系调整（车体调整）分别进行。
　　2 试验原理
　　以轮重为例，根据要求整车轮重偏差不应超过该轴平均轮重的±4%。所以，需要根据设计信息或设计重量分配报告，分割车体调整差异范围和转向架调整差异范围，若车体控制在±3%之内，则转向架须控制在±1%之内，最终保证整车±4%要求。
　　举应用在SZ1號线地铁车辆的CW40000转向架为例，一般生产中根据车体重量分配报告，设定转向架调整误差±2%，车体调整误差±2%要求。
　　2.1 转向架调整
　　对CW40000转向架，一系悬挂为8个橡胶堆弹簧直接坐落于轴箱上。在转向架装配完毕后，将转向架放置于对应静压试验台上进行承载模拟，如图1所示。
　　均匀施加车辆AW0工况载荷到转向架二系悬挂（空气弹簧）上表面，并通过构架传递到轴箱一系弹簧上，此时车辆四轮受力传递到下方四个称重传感器上，并显示读数。
　　在对应的一系弹簧上方或下方采用加垫片方法改变其受力状态。最终达到规定的±2%要求。
　　并记录此时轮载荷分布，如表1所示。
　　通过调整，转向架差异最大0.96%，满足要求。
　　通过调整，转向架差异最大0.96%，满足要求。
　　2.2 车体调整
　　车体载荷通过二系悬挂直接承受，所以二系调整是否顺利通过，直接影响车辆落成后的轮重分布状态。定义车辆左侧、右侧及四个空气弹簧坐标如图2。
　　以地铁A型车为例，转向架中心距为15700mm，同一转向架两空气弹簧支撑点间距为1500mm，在车辆装配完毕后，将车体落于4个称重传感器上，保证车体枕梁空气弹簧支撑面4点水平，以模拟车体落成在转向架上，转向架承载工况。
　　此时车体四个空气弹簧承载重量会显示在四个传感器上。并定义四点测量的承载力（也叫起重力）为FM（FM=GW），见图2。
　　2.2.1 转向架底架作用力理论推导和计算
　　对一节车厢，起重力总和如下，
　　并定义校正量K，
　　校正量K的值可以为正也可以为负。
　　此时定义 起重力FM的平均值和校正量K的代数和为角力FE。则角力表达为以下四个算式：
　　根据角力公式，可得出重力计算公式如下：
　　将车体在x方向和y方向分别视为梁结构承载，则车辆重心分布如图3和图4。
　　此时GWXS=XM（FE1L+ FE1R）-XM（FE2L+ FE2R）。推出XS如下：
　　同理推出 YS如下：
　　如果计算得到XS为正值，则表明车辆重心靠近1位端。
　　如果计算得到YS为正值，则表明车辆重心偏左侧。
　　将底架重力在车体X方向上进行分解。既分解到每个转向架上。如图5。
　　然后将和各自分解到空气弹簧上，如图6，既为力平衡状态下的底架作用力。
　　此时平衡方程如下：
　　由式1-13和1-12整理得：
　　一般情况，为方便操作，X′M= XM，Y′M= YM。
　　所求得的 FF1L、 FF1R、FF2L、FF2R既为车体重量分布于四个空气弹簧上的力的最佳值。
　　2.2.2 车体底架作用力实际调整和应用
　　目前在地铁制造行业，多用AST公司的四角称重设备直接进行模拟调整试验。设备原理如图7所示。
　　将称重传感器（件4）位于可升降调节机构（件2）上，并通过数据采集器传输到终端上进行计算，然后使某点传感器上升（或下降）调整各点受力值FM无限接近理论值FF。当达到一定要求后，此时得到某点上升高度值，既为该点需要补偿到车体的垫片厚度。并生成相关报告。见表2。
　　从报告中可以看出，车体重心偏向2位端右侧。经过调整后，车体左右偏差均控制在2%之内。而之前转向架也控制在2%之内，则最终偏差会小于4%。
　　2.3 蠕变补偿
　　由于CW40000转向架一系弹簧和二系弹簧均为橡胶弹簧，实际车体落成后，经过一定时期会发生蠕变。而橡胶弹簧由于自身的特性，弹簧自身蠕变并非线性变化，不同弹簧之间蠕变量也有差异。最后导致车辆落成后，某点弹簧与其它弹簧蠕变量差异过大，造成重量分布失衡。此时需要对车辆进行蠕变补偿。
　　常用方法是通过对转向架二系悬挂中空气弹簧的充风高度进行调节来实现。通过每个空气弹簧的充风高度控制，最终使车辆重量重新分布到四个空气弹簧上，最终达到轮重满足±4%要求。
　　需要注意的是，在车辆空气弹簧充风高度调节时，需要考虑以下几个因素。
　　当充风高度左右偏差过大时，会造成车体倾斜，严重情况可能使得车辆无法通过限界试验。
　　空气弹簧充风高度普遍过低时，会造成二系悬挂柔性下降，使得车辆舒适度指标下降。并且在AW3载客工况下会造成内部应急弹簧与上盖板摩擦挤压，不利于弹簧使用寿命。
　　同样的，当空气弹簧充风高度过高时，车辆抗倾覆性和稳定性指数下降。
　　另外，空气弹簧内的气压是目前列车制动系统计算整车重量的数据基础，所以充风高度决定了内部气压的大小。当气压过大时，则对应制动力会加大，造成车轮磨耗加速。当气压过小时又会面临制动力过小，而制动距离和制动时间过长的问题。对CW40000转向架，二系悬挂的空气弹簧一般充风高度控制在17～22mm之间。
　　3 结语
　　CW40000型转向架，是典型的采用空气弹簧支撑的具有二级刚度的三无型转向架。所以，其调簧试验方法具有广泛的代表意义。同样适用于采用空气弹簧支撑结构的其它类型转向架。
　　此调整方法，目前已成功应用于国内A型车项目上，有效的缩短了车辆的静态调试时间。在实际的项目生产中对提高车辆品质和缩短生产周期都起到积极的影响。
　　参考文献：
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　　[2]曾海燕.地铁车辆的车体调簧工艺研究[J].电力机车与城轨车辆，2006（03）：40-42.
　　[3]张立学.城轨车辆称重找平方法的理论研究与软件实现[D].西南交通大学，2013.
　　作者简介：任东军（1985-），男，汉族，陕西白水县人，硕士，工程师，研究方向：工商管理。
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