整列通过式动车组称重技术难点及对策研究

2012-11-27周爱生张寒星

铁道机车车辆 2012年4期

周爱生，张寒星，孙伟

（北京铁路安监办驻北京动车段验收室，北京102610）

动车组出厂前及3，4，5级修程时，必须进行称重试验，对轮重的均衡性进行检测和调整，以确保动车组的安全平稳运行和乘坐的舒适度。称重采用两种方法：静态单辆称重和整列通过式称重。静态单辆称重主要是在动车组解编后逐辆上称重台在静态条件下进行称重作业，相对来说容易掌握称重规律，而整列通过式称重则要在不解编情况下对全列动车组的整体轮重差进行配重调整，受到多种因素影响，因此技术难度较大。

1 称重作业基本原理

通过对称重作业的力学分析可知，称重过程其实就是通过对高度调整阀的调节杆进行升降调整和加减轴箱弹簧垫作业使动车组轮重差达到规定的技术要求。

1.1 称重作业的力学分析

CRH2型动车组每节车相当于由3个4点平衡结构组成，即车体由4个空气弹簧这4点受力，一位转向架对车体的受力由1，2，3，4位轴箱弹簧这4点承受，二位转向架对车体的受力由5，6，7，8位轴箱弹簧这4点承受。如图1所示。

图1 车体受力示意图

如果以a，b，c，d 4点代表4个空气弹簧。当车体上4点受到无形变的重力作用时，a，b，c，d 4点必然处于同一平面A。若其中一点a的高度增加时，这一点将升高从而顶起初始的A平面，a点受力将变大，同时，A平面将发生对角方向的侧偏，但由于车体不会发生形变，4点必然仍然在同一水平面，就形成了新的平面B，对角上的d点将受到挤压，高度降低，弹簧压缩，从而受力增大。此时，b点和c点的部分受力便发生转移，从而自身压力变轻，使得弹簧高度发生较小幅度的升高。而要实现空气弹簧4点的平衡，必须通过调节空气弹簧高度即调整高度调整阀调节杆（简称空簧杆）来完成。

1.2 高度调整阀作用原理

为了保持车体距轨面的高度不变，在车体与转向架间装有高度调整阀，调节空气弹簧胶囊中的压缩空气（进风、排风或保持压力），使车辆地板面不受车内乘客多少和分布不均的影响，基本保持水平状态。当车体载荷增加时，压缩空气向空气弹簧充气，直至地板面上升到标定高度为止；当车体载荷减小时，空气弹簧向大气排气，直至地板面下降到标定高度为止。如图2所示。这是保持车体平衡的一个关键部件，通过调整空簧杆可以达到空气弹簧受力的均衡。

图2 高度调整阀

车体主要由4个二系悬挂装置，即空气弹簧直接提供缓冲力以调节和保持车体相对平衡，每一个空气弹簧由两个一系悬挂装置，即轴箱弹簧提供缓冲力给空气弹簧，间接调节和保持车体相对平衡，从而保证行车安全和提高旅客乘坐舒适度。而轮对为车体质量的主要承受体，轮对受力大小是车体能否平衡的直接体现，因此在速度为5km／h以下的动态称重试验中，在没有垂直颠簸的前提下，要求有一个相对平衡的基准点，使得车体对轮对和轮轴的垂直力控制在一定范围内，而不发生偏重现象，因此必须合理地调整轴箱弹簧和空气弹簧的初始高度，以达到初始行车时轮对和轮轴的相对受力平衡。

车体是否平衡主要由轮重差（%）和轴重来体现。

对于任意轮对，假定左侧轮重为WL、右侧轮重为WR，则

现行技术标准为：进行连续3次称重检测，轮重差以3次检测的平均值为最终值应≤8%，单辆静态或整列步进式单辆静态方式检测轮重差时差值仍为≤4%，轴重则必须在14t以下。

1.3 两个关键尺寸的测量

称重作业的实质就是这两个尺寸的匹配调整，通过加减轴箱弹簧垫和调整空气弹簧高度来实现。

表1给出了CRH2型动车组几种车型的与称重作业相关的数据标准，从中可以看出称重作业中两个关键尺寸有所不同，调整时要特别注意。

表1 CRH2A（E）、CRH2C、380A（L）3种车型相关技术标准对比

2 称重作业难点分析

影响CRH2型动车组称重试验的因素很多，结合北京动车段动车组三级修，从内部环境因素、外部环境因素、设备因素和人员素质等方面进行分析。正是这些因素成为称重作业的难点。

2.1 工艺准备不足

（1）全铁路首次进行整列车通过式称重，无现成经验可循。无论从工艺指导、设备验证，工装工具，还是人员准备，都呈现明显不足，作业中只能是摸着石头过河，借鉴单辆静态称重的工艺，探索整列车通过式称重的方法。

（2）预称重工艺不易掌握，空簧杆调整作业时易进入盲区。高度调整阀有3～5mm的盲区位置，即在调整空簧杆时，上升或下降3～5mm以后，空气弹簧才开始充风或排风。一旦进入盲区，则前功尽弃，空气弹簧既不充风也不排风，调整作业无效。

（3）加、减轴箱弹簧垫和调整空簧杆无具体的尺度标准，只能凭经验臆测。

2.2 内部环境因素

动车组称重试验通过公铁两用车牵引进行称重试验，即试验过程中动车组并不升弓供电。在数次试验之后，由于动车组总风管风压变化，将会导致空气弹簧内风压不足，使空气弹簧高度发生变化，使车体总重重新分配，最后导致前后两次的称重试验数据发生变化。2011-11-10新一代动车组380A6024因5车中间车钩风管接头漏，首次称重后总风压即由900kPa降为500kPa，称重数据严重失真，被迫升弓打风，影响了作业进度。

通过对CRH380A60243级修称重数据的分析，发现动车组内部环境因素之一的总风压力变化对称重数据能产生一定的影响，在风压不足的情况下，一次称重的数据中轮重差值将在二次称重后继续变大，给称重带来较大困难。通过对总风压力数据的变化规律进行研究，发现总风压力每降低100kPa，会影响轮重差大约3.5%左右，因此，必须保证动车组总风压力在正常值780～880kPa范围内。称重作业前，应使用单车试验器和肥皂水检测总风管路漏泄量不大于10kPa／2min。发现漏泄严重的，必须进行处理。

此外，如果动车组给水和卫生系统漏水也会对称重数据产生影响，特别是轴重值会超过标准值，而且处理起来非常困难，所以称重前一定要确保动车组给水和卫生系统状态良好。

2.3 外部环境因素

称重试验对外部环境有一定的要求，其中称重台的水平位置和天气情况对称重试验影响相对较大。

称重台的水平度包括单条钢轨的水平度和两轨之间的水平度。如果单条钢轨的水平度不符合要求，如沿钢轨延伸方向弯曲、倾斜等，将会造成空气弹簧通过排风和充风重新调节自身高度以保持乘坐舒适度，从而导致一系和二系弹簧对车体总重进行重新分配，使称重仪器获取的数据不稳定，不确定性大大增加。如果两轨之间的水平度不符合要求，将会导致车体倾斜一个角度，使车体总重偏向一侧，也会影响数据的获取。

称重试验并不适合在雨雪天气和大风天气下进行。雨雪天气会对轨道黏着力产生影响，导致动车组行进速度不稳定，而且也会对一系和二系弹簧材料的性能产生影响。在大风天气下，动车组在行进过程中会发生反复倾斜，空气弹簧高度不断伸缩，车体质量分布不稳定，导致称重结果不确定性增大，也对作业人员进行空簧杆调整作业产生影响。通过反复试验，得出表2不同等级风力对CRH2型动车组称重的影响数据。

表2 不同等级风力对CRH2型动车组称重的影响

由表2可知，当风力等级达到或超过4级以上时，由此引起的轮重差变化达到1.5%左右，说明风对CRH2型动车组室外称重的影响开始显现。因此我们建议当风力等级超过4级时，为保证称重结果的准确性，同时也是为了保证称重调整后动车组的上线运行安全，应该停止对CRH2型动车组的室外称重作业。

2.4 设备方面因素

图3 称重仪计算机屏幕显示的数据

CRH2型动车组的称重试验为室外整列车通过式动态称重，在称重试验中主要使用的设备为公铁两用车及称重仪等。公铁两用车可以在道路行驶，驶入铁路轨道后，自动控制辅助轮对与钢轨接触以控制行进路线，并与车头连挂进行牵引和推进通过称重试验台。由于公铁两用车受自身功率不稳定因素影响，不能达到理想的匀速行进，这对整列动车组的各个轴重、轮重和车节与车节之间的作用力会产生影响，称重仪器仅能通过局部的压力传感器获取瞬时的轮重值，而不是获取一个重力平衡范围的数据，这势必会增加称重数据的不确定性，对轴箱弹簧高度和空气弹簧高度的调整造成影响。而且一旦公铁两用车中途停车，则数据全部作废，需要重新进行称重作业（图3）。

3 对策

3.1 对策分析

现行整列车通过式称重工艺流程为：（1）称重预调整，空气弹簧高度须满足（330+6-3+h）mm，且同一转向架空气弹簧高度差不得超过8mm。（2）进行第1次称重作业，得到称重原始数据，包括每条轴的轮重及轮重差。（3）根据原始数据进行加、减轴箱弹簧垫和空气弹簧高度的调整，轴箱弹簧须满足定位转臂上弹簧安装面到构架基准面的高度为88+30mm。（4）进行第2次称重作业。根据此次结果再进行加减垫和空簧杆的调整。如此反复，直到称重结果合格。在整个作业过程中，第（1）步极为关键，预调整作业如果正确到位，则以后的步骤就会顺利进行。反之，则会造成空气弹簧处于盲区，不进行充、排气，空气弹簧调整无效，无法完成称重作业。

3.2 实施的工艺

将空簧杆的高度都调到330mm。在测量空簧杆高度时，是以空气弹簧上支撑面与构架横梁堵板上的空气弹簧测量面为基准（样冲眼）。注意高度控制阀有3～5mm的盲区位置，即在调整空簧杆时，上升或下降3～5mm以后，空气弹簧才开始充风或排风，因此，当上升或下降空气弹簧至规定的高度时，空簧杆的长度回缩（增长）3～5mm，大约调整丝套转1～1.5圈，因为丝套内丝的规格是12mm×1.75mm，以使空簧杆高度更为准确。然后再上称重台进行称重作业。预调整位置的范围大约在10～15mm左右。

2010-11-08进行CRH2133E型动车组称重作业，一次预调整，然后按规程要求进行连续3次称重作业，全部合格，只用了一天半的时间，验证了称重难题的解决。

2010-11-21进行CRH2136E型动车组的称重作业，也仅用了一天半的时间，共6次作业过程，进一步强化了对预调整工艺方案的印证。

3.3 称重作业时需要重点掌握的基本规律

根据轮重差的调整过程和称重作业中的数据变化，总结出称重作业中调整轮重差的一般规律：

（1）加垫调整只针对单台转向架两条轮对的轮重差，调整空簧杆针对的则是全车两个转向架4条轮对的轮重差。

60例患者均有动脉斑块形成，其中57例并伴有不同程度狭窄或闭塞。其中，斑块在左侧大脑中动脉及右侧大脑后动脉的有6例患者，这6例患者均伴有重度狭窄或管腔闭塞；有3例斑块在右侧大脑中动脉及左侧大脑前动脉，3例患者管腔狭窄为重度或次完全闭塞；15例斑块在左侧大脑中动脉，管腔狭窄为重度或次闭塞；18例斑块在右侧大脑中动脉，伴有管腔狭窄次闭塞；10例斑块形成在右侧大脑后动脉部位，管腔狭窄重度或次闭塞；8例斑块在左侧大脑后动脉部形成，其中5例管腔狭窄重度或次闭塞，剩余3例患者无血管狭窄或闭塞表现。

（2）预调整时只调整空簧杆，不调整轴箱弹簧垫。调整空气弹簧高度要充分考虑所加的调整垫厚度h为3，6，9，12，21mm。空气弹簧组成下侧加垫总厚度不能超过30mm，调整垫数量不能超过3个。预调整空簧杆时，应连续调整两次，以保证空气弹簧高度的稳定性。

（3）一般来说，空簧杆升高，加重；空簧杆降低，减重。加垫，增重；减垫，减重。

（4）对角原则

4点中对角线两点一高同重，一低同轻，即一点高度增加（减小），其对角点位所受总重同时增加（降低）。而转向架总重是不变的，4点中一位如果超重，则二、三位变轻，判断第四位是否需要加垫时，如果轴箱弹簧垫尺寸在标准范围内88～91mm，则不需要加垫，如果轴箱弹簧垫尺寸不达标，则必须加垫，遵循对角同重，总重均匀的原则。轴箱弹簧总增加垫片高度不能超过21mm。

（5）加垫原则

通过30列次的试验，分别加垫1，2，3，4.5，5.5，6 mm，空簧杆在标准范围内，对试验结果进行平均计算得出，每增加（或减少）垫1mm，总重会增加（或减少）大约70～80kg左右。

（6）调杆原则

（7）补风原则

由前述总风压力对称重的影响可知，总风压力每降低100kPa，会影响轮重差大约3.5%左右。因此，称重作业前必须进行整列车保压试验，保证动车组总风压力在正常值780～880kPa范围内。发现风压不足时，应及时补风至规定值，确保称重作业顺利完成。

4 工艺验证

以2011-04-09CRH2010A称重作业为例进行了工艺验证。

CRH2010A01车的基本情况：空气弹簧调整垫厚h=6mm，则空气弹簧高度按三级修规程标准为（330+6-3+h）mm（h为调整垫厚度），实际调整时应在333～342 mm范围内；定位转臂上弹簧安装面与构架基准面的高度（即轴箱弹簧88尺寸）的范围为88～91mm。

4.1 数据分析

CRH2010A01车预称重数据见表3。

表3 CRH2010A01车预称重数据

一位转向架两条轮对轮重差均超出8%的标准，必须进行加垫（轴箱弹簧垫）调整。因1、3位轻，2、4位重，应对一位侧进行加重处理，二位侧进行减重处理。因1、3位轴箱弹簧高度已到上限，不能采用加垫法加重，所以只能采用先均衡两侧轮重差再调空簧杆的方法进行调整。即先调整1、3位使轮重差10.58、13.34尽量接近，让质量偏向二位侧，然后通过调整空簧杆的方法，使一、二位质量均衡。