顏子喬

摘 要：轉(zhuǎn)向架靜載試驗臺是地鐵架、大修必須使用的重要測試設(shè)備。它可以模擬車體作用于轉(zhuǎn)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(shè)計形心的重合情況。保證轉(zhuǎn)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(chǔ)施工、安裝校驗優(yōu)化，分析了試驗中各重要測試項點的測試依據(jù)及原理。

關(guān)鍵詞：靜載試驗臺;轉(zhuǎn)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(xiàn)有列車29列，均采用PW120E型B型車轉(zhuǎn)向架。自2017年開通運營到現(xiàn)在，已平均運營里程65萬公里，預(yù)計2021年開始陸續(xù)進入架修。PW120E型轉(zhuǎn)向架整體采用U型結(jié)構(gòu)構(gòu)架、一系懸掛為鋼簧結(jié)構(gòu)，二系懸掛為無附加氣室的空氣彈簧結(jié)構(gòu)。靜載實驗臺通過模擬車體在不同工況下對轉(zhuǎn)向架施加不同的載荷，旨在驗證轉(zhuǎn)向架四角所受載荷均勻分配，輪對及構(gòu)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(jié)合安裝、調(diào)試及試驗過程中的經(jīng)驗進行介紹。

1 靜載試驗臺結(jié)構(gòu)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(shè)計，且具有側(cè)向立柱結(jié)構(gòu)，在試驗過程中，所有力均作用于框架內(nèi)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(tǒng)，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(nèi)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(nèi)測距、一二系高度、轉(zhuǎn)向架電阻等多種數(shù)據(jù)的測量功能。具體結(jié)構(gòu)圖詳見下圖1。

2 設(shè)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(chǔ)破碎挖掘、沙石換填、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、一次澆筑（布置預(yù)埋件）、二次澆注等主要過程?？偨Y(jié)其中的施工要點有：

（1）由于靜載試驗臺整體結(jié)構(gòu)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(shè)備本體與轉(zhuǎn)向架重量之和，而無過高承載需求。

（2）土建施工圖審核時，設(shè)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(shè)備底部有高度調(diào)平結(jié)構(gòu)，土建施工時需對照調(diào)平底座位置準確布置好承重預(yù)埋件并做好二次澆注及預(yù)埋件找平，每個地腳的支撐強度4 N/mm2。

安裝及調(diào)試部分：該NBT 2×250 kN試驗臺采取集成模塊式結(jié)構(gòu)，將機械結(jié)構(gòu)、液壓站、電氣柜及控制臺等模塊相互連接后即可開始調(diào)試。其中設(shè)備主體框架落坑安裝完成后，必須先進行調(diào)平工作。具體調(diào)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(shè)備各部件動作及水平度調(diào)試完成后，可開始進行標定工作。此步驟是保證設(shè)備測量精度，減小測量誤差的關(guān)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(yōu)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(shè)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(wěn)壓后將設(shè)備所測壓力值與傳感器顯示數(shù)值進行對比，如二者有偏差時對設(shè)備顯示值進行修改。

（2）原理分析及優(yōu)化：設(shè)備系統(tǒng)默認以其中心點建立坐標系，定義X軸為設(shè)備縱向、Y軸為設(shè)備橫向、Z軸為設(shè)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(shù)值與系統(tǒng)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(yīng)近似重合。而兩條曲線的中間所取值組數(shù)越多重合度就越大設(shè)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(fā)，結(jié)合一直以來的校準經(jīng)驗筆者推薦取30 kN/次，共校準8～10次為宜。

設(shè)備校準后，可施加某數(shù)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(zhuǎn)向架靜載試驗工藝分析

根據(jù)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(guī)則》標準中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合國內(nèi)地鐵架大修規(guī)程中的相關(guān)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(guī)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(yīng)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(yīng)超過該軸兩輪平均輪重的±4%。”[2]根據(jù)描述我們可知轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)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(diào)整墊來調(diào)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(zhuǎn)向架各部件的受力是復(fù)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(yīng)對轉(zhuǎn)向架整體的尺寸進行驗證。通過測量軸距與內(nèi)側(cè)距保證轉(zhuǎn)向架整體不會出現(xiàn)“梯形”或“平行四邊形”等變形狀態(tài)。除此之外，轉(zhuǎn)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(tài)，避免出現(xiàn)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(zhuǎn)向架整體的水平度，防止“某角”或“某側(cè)”傾斜造成各處部件長期處于形變不一致的狀態(tài)運行。

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

4 結(jié)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(jié)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(guī)則[S].

[3]UIC 533-2001，機車金屬部件接地保護[S].