关于高速动车组称重试验及尺寸调整的探讨

摘 要：本文介绍了高速动车组称重试验时轮重差的产生机理，对平常所讲的调整空簧高度及轴簧加垫进行详细的分析，得出轮重差的影响因素及调整的本质原因，对部分特殊情况的调整提供了解决方案。

关键词：传感器;轮重差;轴重;应变

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.212

0 引言

近年来，中国高速动车组技术取得了巨大进步。通常一列动车组一天的行驶里程高达上千公里，动车组长时间的运行，部分地区的动车组还要在高寒、风沙、高温、高海拔、强紫外线等恶劣环境中运行，因此，动车组的维修保养工作就显得格外重要，动车组检修分为五个等级，一级和二级检修为运用检修，三级、四级和五级检修为高级检修，其中四、五级修为分解检修，单车称重是分解检修的重要工序之一，称重是依据轮重差进行空簧高度、轴簧高度调整，本文着重对轮重差影响因素及调整进行分析。

1 称重试验的目的

简而言之，称重试验目的是保证左右轮重差在允许范围内。我们对平直轨道上列车车轮受力分析见图1，列车牵引力由踏面与轨道间的摩擦力提供，摩擦力Ff，正常情况下，两侧车轮所受支持力在允许差距范围内，两侧的摩擦力也在允许差距范围内，即两轮牵引力基本一致;如两侧重量相差超过允许范围，则一侧牵引力大，另一侧牵引力小，导致两轮受力情况不一致，可导致两轮磨损情况不一致，缩短轮对使用寿命。

2 称重台构成及工作原理

称重台工作原理为：当重物垂直压在称重轨的有效部位上，下部压力传感器产生应变，该应变被下位机的数据采集模块记录并处理，通过A/D转换，将变形的模拟量转变为数字量，经过单片机与PC的接口进行通讯，数字量通过PC机上软件显示出来，整个过程如下图2。

JWLZ-J静态轮重检测装置共有8根称重轨，每根称重轨对应一个车轮，每根称重轨所构成的系统为一个独立的称重单元，能够承担车辆相应部分的质量，经过校准，8根称重轨处于相同的水平高度。

如果上述条件已具备，启动计算机，打开测量软件，将车辆用牵引车拉入称重轨，并保证轮径落入指定范围内，点击计算机软件上开始检测按钮，待示数稳定，即显示出8处车轮各自的重量及同轴两轮的轮重差。对于任意轮对，假定内轮轮重为WL、外轮轮重为WR，则有：

3 轮重差影响因素及如何调整

目前主要检修的是中、高速动车组，该型动车组均要求轮重差在4%以内。理想状态下，左右车轮承受的重量相同，轮重差为0，但实际因车下设备分配不均匀等原因，我们对车辆模型进行简化处理，取一端2个空气弹簧支撑作用下，对其受力分析（整车重心在设备舱，不在图示截面几何中心）：

轮重差为0即两侧重量相同，空气弹簧和轴箱弹簧压缩量左右相同，车体两侧高度相同，即图5所示情况，且N1=N2=0.5G。

假设右边偏重了，则右边空气弹簧和轴箱弹簧压缩量大于左边，虽然这种情况下转向架与车体支架还有横向减振器、抗蛇减振器和牵引拉杆连接，这些连接之间还有其他作用力，这些连接左右情况相同，即减振器橡胶变形相同，主要受力点在空气弹簧上，只考虑主要作用力，不影响我们对两侧竖直方向的作用力进行定性分析。三力或其延长线汇交于一点，假设车体侧倾角为θ，则左侧竖直方向作用力为F1・cosα，右侧竖直方向作用力为F2・cosβ，令Fx=F1・cosα，Fy=F2・cosβ，有如下方程成立：

其中，因车体实际侧倾角很小，取近似。

由⑥式可得出，随增大，Fx减小，Fy增大，即左边轮重值减小，右边轮重值增大;同样，如果车体向左侧倾斜，可以得出相似的结论。

导致车轮一侧偏重即一侧轮重值过大，有哪些影响因素呢？

（1）车下设备及车体整体重量分配不均。车体新造时要求空气弹簧安装面平面度不大于1mm，四个空气弹簧安装面高度差在1.5mm内，枕梁上平面的平面度不大于1mm/m，车体挠度：中部9～13mm，端部0～5mm，左右差在2mm内，这对于20多米长的车体而言，要求已经很高了，将制造因素导致车体某部位位置降到或升高降到最低，即车体本身误差对重量分配的影响已降到最低。

车内车外装上设备后，整体重心越接近车体设备舱的几何中心，则重量分布越均匀，这时将车体看成是由四个固定点支撑在空簧安装座处，则这四个点受到的压力不同，产生的形变不同，既要保证前后两端重量在一定范围内，又要保证左右两侧重量在一定范围内，受力不同的四个支撑点如替换为转向架上的空气弹簧，则转向架产生的形变不同，形变相差越大，则对应的轮重差也越大（图3，图4）。

（2）车体或底板有积水，可导致一侧轻一侧重，三级修还需考虑设备舱积灰导致重量分配不均。

（3） 空气弹簧充气后，产生的变形将车体顶起，但空气弹簧本身比较复杂，具有非线性变化特点，充气相同却产生不同的效果。

已知这些影响因素，再看怎样进行轮重差的调整由上述结论知，车体向哪一侧倾斜，则表明哪一侧偏重，这个结论同样可用于前后两端，在整车上考虑倾斜，可能是向四个角中某个角倾斜，也可能向某两个角倾斜，一般而言，车体对角线方向刚度要差于邻边，所以你将某位车体调高了，可能是对角位置高度变化大，所以调整高度需要一般而言，先“调杆”再“加垫”，“调杆”即调整高度调整杆，先在较低一角将调整杆上螺旋扣左旋，使高度阀杠杆上翘，向空簧充风，空簧产生的向上形变将车体抬高，高度到达一定程度，高度阀杠杆变为水平，高度阀内部单向阀关闭，充风停止，该角重量减轻，对角重量增重，调整须满足空簧高度在mm范围内，其中t为空簧底部加垫厚度。

其实由轮重差公式还可以得出一个更直观的判断公式：

因为：

|WL-WR|/（WL+WR）≤4%

则有：

| WL-WR |≤4%（WL+WR）

又：

WL+WR≥2

故有：

|WL-W R|≤8% ⑦

公式⑦可以直接看出两侧轮重需在什么范围内，哪边须增加多少，或须减少多少，因为数据是变化的，最好是在软件上直接显示这个结果，要更方便。比如现在测得WL=6203，WR=6765，可得出：WR-WL≤518，因调整会导致WR、WL均变化，故将WL增加200左右，依据经验，加垫2～3mm后，再进行检查。“加垫”须满足调整垫片总厚度不大于21mm，且轴簧高度在mm范围内（中、高速动车组）.

4 结语

本文分析了称重测量时轮重差的产生原因，找出影响轮重差的因素，结合实际称重可能出现的各种情况说明问题产生的原因及如何解决，可以为称重试验及调整提供部分理论依据和方法。

参考文献：

[1]王伯铭.高速动车组总体及转向架[M].成都：西南交通大学出版社，2008.

[2]高速动车组铝合金车体制造尺寸测量要求[J].2010.

作者简介：占鹏（1985-），男，本科，助理工艺师，主要从事：动车组检修等方面的研究。