杜贵益;肖瑞金
黑碟【摘 要】地铁车辆质量、车辆轴重与轮重是车辆的重要技术指标.地铁车辆大修后这些指标是否达到设计要求,需要称重设备验证.介绍地铁车辆称重设备的种类、称重原理及称重方法,结合称重设备的类型,对其在车辆修理工艺设计的影响和称重设备在大、架修库内的布置方式进行探讨.
【期刊名称】《都市快轨交通》
【年(卷),期】2019(032)004
【总页数】8页(P85-92)琉璃砖
【关键词】地铁车辆;称重设备;地铁车辆大修库;称重设备布置
【作 者】杜贵益;肖瑞金
【作者单位】北京南铁技术有限公司,北京100176;北京城建设计发展集团股份有限公司,北京100037
看门狗电路【正文语种】中 文
【中图分类】U231.1
地铁车辆大修是指对车辆进行全面检查和彻底修理，并进行必要的技术改造，目的是恢复车辆的基本技术性能，使修理后的车辆性能接近新造车辆水平。
车辆质量、轴重与轮重是车辆的重要指标，大修后车辆的这些指标是否达到设计要求，需要称重设备进行验证。
目前国内地铁使用各种称重设备，新的称重设备也在不断研发。由于对检修后的车辆提出称重要求，车辆大修的工艺流程也发生了较大变化，大修库内库线的数量需要随之增加，位置也要随之调整。
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轨道机车车辆的载荷与车辆的寿命、动平衡性、能耗及旅客的安全性和舒适性等密切相关。
如果轮重不均匀，减载率和脱轨系数会增大，轨道机车车辆黏着牵引力和牵引运动性能会受到不良的影响，还会影响列车的舒适性，容易引起车轮的多边形磨损及轨道的波浪形磨损，严重的还会威胁到行车安全。
《电力机车通用技术条件》(GB/T 3317—2006)、《地铁车辆通用技术条件》(GB/T 7928—2003)、《车辆组装和运行前的整车试验规范》(IEC 61133—2006)和《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》(GB/T14894—2005)等标准对我国轨道交通机车、车辆的车重、轴重、轮重偏差和车辆的载荷状态等作了严格的规定。因此，必须要在机车、车辆设计和制造过程中将其质量分配误差严格控制在标准规定的范围内。
地铁车辆车体与转向架之间，以及转向架内部通过一、二系弹簧进行连接、承载，其属于一个由多个一、二系弹簧组成的超静定力学结构。 在设计、制造、检修、组装过程中，受车体、转向架内部设备布置、总质量限制，以及各零部件的加工、安装工艺的偏差等因素影响，经常导致地铁车辆实际重心与车体的形心存在一定偏差，从而导致各轮轴重的偏差超出相关标准要求。除在设计过程(如通过建模、仿真)和制造、检修过程(如提高零部件的加工精度、加强零部件的检测和选配等)优化外，采
用称重调簧方法辅助进行调整法装配是当前通用的、较为经济有效的方法。
地铁车辆在运营过程中，受线路不平顺性，车体内装载的人员和设备的质量的变化，列车在起动、变速和制动时受纵向载荷的变化等各种作用力影响，导致车辆车体长期存在应力，进一步影响到整车各轮轴重偏差，需要在车辆维护环节中通过车体称重调簧设备进行应力检测和残余应力处理。
《地铁设计规范》规定地铁车辆修理分为定修、架修和大修[1]。通常车辆大修是对车辆进行全面检查和彻底修理，并进行必要的技术改造。目的在于恢复车辆的基本技术性能，使修理后车辆的性能接近新造车辆水平。
对于车辆的质量、轴重和轮重，《地铁车辆通用技术条件》(GB/T 7928—2003)相关规定如下[2]：
整备状态下的车辆质量不应比合同中规定的值大3%。
同一动车的每根动轴上所测得的轴重与该车各动轴实际平均轴重之差不应超过实际平均轴重的2%。
每个车轮的实际轮重与该轴两轮平均轮重之差不应超过该轴两轮平均轮重的±4%。
大修后的地铁车辆需要通过称重设备得到质量、轴重和轮重数据，再根据这些数据对轴重和轮重做相应的调整，使之满足《地铁车辆通用技术条件》(GB/T 7928—2003)的要求。
法兰轴所谓轨道交通车辆称重调簧，就是通过载荷传感器测量各车体支撑点、整车各车轮的承载力，获得各支承点或轮、轴重的偏差，然后通过改变轨面与车体之间的弹性支承点的弹簧压缩量，在一、二系弹簧加垫，或调整二系空气弹簧高度等，使各个支承点的受力尽可能均衡。
对于轨道交通机车车辆轮轴重分配不均问题，国内外已经做了大量的工作，研制了相应的调簧设备，并广泛应用于国内外铁路行业各主机厂、检修车辆段等，主要包括转向架称重调簧、车体称重调簧、整车称重调簧和综合称重调簧等设备[3]。
制作门窗转向架称重设备用于转向架单独试验，主要由加载装置、车轮载荷传感器、计算机测控系统等组成。通过加载装置(静液压油缸)模拟车体载荷，对转向架二系簧进行模拟加载；通过载荷传感器测量转向架各车轮承载力；同时通过计算机测控系统计算一系簧加垫值，确保转向架自重及车体载荷在各车轮上均衡。
转向架称重设备已广泛应用于各大机车、车辆主机厂、车辆段，成为转向架检修过程的必备设备。
车体称重设备是在拆除转向架后或落车前，对车体进行单独的称重，主要的车体称重设备有3种。
2.2.1 纯车体称重设备
纯车体称重设备主要由支撑立柱、载荷传感器及计算机测试系统组成，见图1。称重传感器放置于车体支撑立柱上以支撑车体，实现车体各承载点的受力测量；计算机测试系统通过各受力点的偏差分析，形成测试报表，并提供建议理论加垫值，为操作人员进行车体、转向架组装时提供加垫量的参考。
该系统具有设备小巧、便携可移动等优点，可以适应不同车型、不同场地的需要；但也存在一些不足：①系统不具备承载点高度测量功能，需配套激光水平测试仪，操作、对位较为麻烦；②系统不具备承载点高度可精确调整功能，需配套移动式架车机或天车实现车体的起升与落车；③系统仅提供单次称重测量结果，所提供的加垫建议值为理论计算值，与实际需求加垫量存在偏差，需要操作人员经验判断调整，或反复多次加垫、试验验证。
该设备为传统的车体称重方式，目前广泛应用于各大机车、车辆主机厂、车辆段。
2.2.2 移动式车体架车称重设备
移动式车体架车称重设备主要由车体称重单元、移动式架车机、计算机测控系统等组成，见图2。车体称重单元安装于移动式架车机承载鞍上，采用车体架车点作为车体载荷的测量点，近似测量各车体二系簧承载点承载值及承载高度；通过计算机测控系统动态计算各架车点加垫值，并动态控制各架车点的支撑高度，模拟加垫；直至所测量的各承载载荷值达到均衡，输出车体各二系簧加垫值与承载值测试报表。
该设备集车体架车与称重功能于一体，通过理论计算、模拟加垫、实际测量等方式实现车体的称重。相对于纯车体称重设备，其输出的载荷测量结果与加垫值更加贴近于真实要求；同时具备轨道交通车辆的架、落车功能，降低了厂房设备数量和空间布置需求，具有较好的应用价值[4]。
该设备目前主要应用于地铁车辆新造、架/大修场合。
2.2.3 机车、车辆称重设备
机车称重设备主要由车体称重单元、移动式车体支撑、固定式车体支撑、计算机测控系统等组成，见图3。固定式车体支撑主要用于称重、调簧试验前后承接被试机车车辆，以及试验过程保护。移动式车体支撑与被试机车车辆各二系簧对应，模拟转向架承接车体，并可以精确调整高度。车体称重单元安装于移动式车体支撑上，实时测量各二系簧承载值。计算机测控系统实时采集各二系簧承载值，并精确控制各移动支撑高度，实现各二系簧加垫值模拟；直至所测量的承载载荷值达到均衡，输出车体各二系簧加垫值与承载值测试报表。
该设备结构紧凑，特别适用于具有多个二系簧承载点的场合，如6轴、8轴机车。通过理论计算、模拟加垫、实际测量等方式实现车体的称重与调簧。相对于纯车体称重设备，其输出的载荷测量结果与加垫值更加贴近于真实要求。
整车称重调簧试验，用于在轨道交通车辆完成车体与转向架落车后，对各轮、轴重的偏差测量与调整，确保车辆各轮、轴重偏差在相关标准允许范围之内。通常主要采用的设备有以下3种。
2.3.1 便携式整车称重设备
便携式整车称重设备主要由便携式车轮称重传感器及计算机测试系统组成，见图4。车轮称重传感器根据需求安装在轨道内侧，与轨道平齐，与车轮轮缘接触。操作人员将车辆推至称重传感器上，使各车轮对位，完成车辆轮轴重测量，输出测试报表[5]。
该设备具备小巧、便携可移动等优点，可以适应不同车型、不同场地的需要。根据被试车辆轴数，可灵活配置多个车辆称重传感器，主要适用于具有检修地沟的场合。
该设备也存在一些不足：①系统不具备承载点高度测量功能，需配套激光水平测试仪，操作、对位较为麻烦；②系统仅提供单次称重测量结果，通常不具备加垫值计算、输出功能；部分设备所提供的加垫建议值为理论计算值，与实际需求加垫量存在偏差，需要操作人员经验判断调整，或反复多次加垫、试验验证；③为保证测量结果，通常需要来回反复多次测量，多次来回推车，取多次测量平均值作为最终测量结果。
