A型地铁车辆的四点找平工艺研究

薛海峰 李春广 郭新 陈宝雄

摘 要：本文介绍了与国外合作设计的某A型地铁车辆车体落成前的找平工艺。该工艺保证了车体重量在4个二系弹簧上的均匀分布，同时保证了车体和转向架的互换性及车辆牵引性能的正常发挥，是该A型地铁车辆落车前的关键工序。

关键词：A型地铁转向架牵引性能找平称重

轮（轴）重是地铁车辆的保持平稳运行的重要技术参数，轮（轴）重的分配不均，会造成起动空转和运行过程中的轮缘过渡磨耗，严重降低了牵引性能的正常发挥。

地铁车辆设置4个两系弹簧悬挂，以四个作用点通过二系弹簧将车体重量传递给转向架，继而传递至车辆轮（轴），而这四个作用点的车体重量的分配不当必将影响到轮（轴）重的分配不均，因此，地铁车辆在设计和制造过程中必须充分考虑其后果，并在最终的落车过程中将轮（轴）重偏差调整在相对合理的范围内。

1．四点重量分配不匀影响牵引性能的力学分析

设该A型地铁车辆车体为P，载荷分布简图如右。图中P1、P2、P3、P4是车体重量作用在4个二系承载点上分载荷。

设：轨距为L、一位端转向架中心销至车钩固定转轴中心距为L1、二位端转向架中心销至车钩固定转轴中心距为L2。设轮子与轨道的摩擦系数为μ1、轮缘侧边与轨道的摩擦系数为μ2。由于轨道的摩擦是滚动摩擦，轮缘侧边与轨道的摩擦是滑动摩擦，μ2远大于μ1。该车牵引力F。

2．A型地铁车辆车体的四点找平工艺

车体四点找平指的是在落车前调整车体的重量分布，避免轮（轴）重分布超出标准，确保车辆在八点称重的通过率。

四点找平的前提条件：车体必须已经完成所有上体部件的安装，如有部件没有安装，则必须配重以保证车体重心不发生偏移，配重数据是根据所有所缺部件的重量和坐标位置计算出总的重量和坐标位置，然后用配重块将所需的重量放在已经计算出的总坐标位置上。

当车体满足四点找平试验的前提条件后，在找平工位利用4个移动式架车机、辅助称重墩及称重系统完成车辆原始数据及补偿后的车体载荷的测量。需要说明的是辅助称重墩放置在轨道两侧的水平基准面上（4个辅助墩上表面的平面度为0.5mm），4个辅助墩的位置关系和车辆的定距及同一转向架空簧中心距离相当。

2.1四点找平工艺步骤

2.1.1用4个架车机把车体抬高，移走假台车，清洁枕梁与空簧上表面接触面的杂物；

2.1.2将四个称重辅助墩依次摆放到轨道两次的四个基准面上，将压力传感器放置到四个称重辅助墩上，并在传感器顶端依次放置上帽形接触过渡件；

2.1.3开动架车机，确保四台架车机同步将车体平稳落到四个压力传感器上方，手动调整压力传感器及帽形过渡件的位置，确保车体枕梁的空簧进气孔能够和帽形件对中，然后在下降，通过称重试验台读取原始载荷分布数据；

2.1.4对数据进行分析，通过在帽形件上方加减垫片的方式，确定车体无应力平面。

2.2轴重偏差△D的分析计算

车体在进行大部件焊接和总成焊时，由于焊接变形造成的车体扭曲、设计上设备重量分布不均或制造上的公差等原因会对车体产生一定的扭曲变形，所以车体四个承载点的载荷一般会存在一定的差异。

M1=(P1＋P2)/2

M2=(P3＋P4)/2

载荷偏差△Dx=（Px－M1）/M1×100%(其中X=1、2)

△Dy=（Py－M2）/M2×100%（其中y=3、4）

上式中P1、P2、P3、P4是车体重量作用在4个二系承载点上分载荷，M1、M2分别是作用在一位端和二位端的轴重平均值。△D是轴重偏差。

根据标准IEC61133要求，轴重偏差△D必须在±2%以内。

2.3轴重偏差计算示例

表1车体原始载荷数据分布

P1重量(kg) P2重量(kg) P3重量(kg) P4重量(kg)

6590 6130 5680 5730

M1=(P1＋P2)/2=(6590＋6130)/2=6360

M2=(P3＋P4)/2=(5680＋5730)/2=5705

△D1=（P1－M1）/M1×100%=(6590–6360)/6360=3.6%

△D2=（P2－M1）/M1×100%=(6130–6360)/6360=-3.6%

△D3=（P3－M2）/M2×100%=(5680–5705)/5705=-0.4%

△D4=（P4－M2）/M2×100%=(5730–5705)/5705=0.4%

通过上述对四个二系承载点的轴重偏差计算可知：P1、P2点的偏差为±3.6%,P3、P4的偏差为±0.4%,，说明车体存在不可忽视的扭曲现象，如果在此种情况下落车将导致两个转向架簧上重量不均匀，影响整车的轮（轴）重偏差，再加之线路不平顺等客观因素的存在，很可能在列车运行过程中出现倾覆等不安全事故。为了消除车体的这种客观存在的载荷不均衡状态，必须对4个二系承载进行垫片调整以补偿车体的扭曲变形。

表2垫片补偿后的数据分布

P1重量(kg) P2重量(kg) P3重量(kg) P4重量(kg)

6470 6270 5780 5620

补偿垫片 补偿垫片 补偿垫片 补偿垫片

1mm 1.2mm 1mm 1mm

根据等效加垫法及以往的调整经验，在P2点增加一1.2mm厚的调整垫片，致使P1点和P2点载荷差距由原来的460kg减少到200kg；P3点和P4电由原来的50kg增加到160kg，经过计算可知：四个二系承载点轴重偏差一位端为±1.5%二位端为±1.4%，均小于标准要求的±2%，轴重偏差处于可以接受的范围之内。

因此，根据四点找平最终的数据，在转向架空气弹簧的上表面进行补偿，弥补了车体本身存在的扭曲變形缺陷，借助补偿垫片找到了无应力连接面。这样就保证了车体无论和哪个转向架连接，只要转向架上4个承载点在同一水平面上，则这4个承载点的载荷就会大致分布均匀，从而保证了车体和转向架的互换性。在A型地铁车辆的找平工序中，一般常用的调整垫片规格有1mm、1.5mm、2mm、2.5mm。但在含有司机室、ATC的车辆进行四点找平时，由于一位端布置的设备增多，致使载荷的不均衡型增强，根据实际工作经验，厚度为0.5mm和1.2mm的调整垫片能够更好的使该类型车辆的扭曲制造缺陷得到更好的补偿，使4个二系承载点的轴重偏差降低到最小值。

3．结论

通过四点找平工艺获取基础数据，进而计算得到在空气弹簧和车体枕梁的接触面上增加补偿垫片的规格，经过补偿使地铁车辆二系支承载荷优化分布，排除了后续8点称重由于车体扭曲带来的轮重偏差超过±4%的要求，在改善轮（轴）重分配的同时，又改善了牵引性能的发挥，增强了车体与转向架的互换性，是A型地铁车辆落车前的关键工序。

参考文献：

[1]杨振祥.关于机车轮(轴)重偏差的分析与研究[M].铁道机车车辆,1997,3:59-60.

[2]崔培兴.地铁车辆轮重分布问题研究[M].铁道车辆,1997,1,1:14-18.