薛源

摘要：為進(jìn)一步了解采用國產(chǎn)化一、二系簧的轉(zhuǎn)向架車輛在運行時其動態(tài)限界、車輛與沿線固定設(shè)備和移動設(shè)備是否相碰，以其判定車輛運行的安全性，特在不同工況下對某安裝有國產(chǎn)化一、二系簧轉(zhuǎn)向架的一輛動車和一輛拖車分別進(jìn)行了柔度系數(shù)試驗。結(jié)果表明：空氣彈簧在充氣狀態(tài)情況下，該車輛均滿足UIC505規(guī)定的柔度系數(shù)小于0.4的要求，具有很好的安全性和平穩(wěn)性。

關(guān)鍵詞：國產(chǎn)化；安全性；柔度系數(shù)

1.概述

對于中國城市的軌道交通建設(shè)，城軌裝備的國產(chǎn)化率是制約其發(fā)展的主要因素之一。城軌車輛的國產(chǎn)化可以提高城市軌道交通設(shè)備的技術(shù)水平，降低建設(shè)投資，促進(jìn)軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近些年來，中國城市軌道車輛制造業(yè)在自身的不斷努力下和與國外成熟的軌道交通裝備制造商的合作基礎(chǔ)上，車輛設(shè)計制造能力取得了跨越式發(fā)展，實現(xiàn)的國產(chǎn)化率高于70%，設(shè)備價格和運行維護(hù)費用也大幅度的降低。我國的城軌制造已逐步達(dá)到世界領(lǐng)先水平，車輛的安全性和舒適性也得到提升。

通過國內(nèi)技術(shù)人員的刻苦攻關(guān)，我國城軌部分產(chǎn)品實現(xiàn)了自主生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量甚至已優(yōu)于發(fā)達(dá)國家水平，但在牽引、傳動和控制等領(lǐng)域，大部分技術(shù)仍掌握在西門子、阿爾斯通、龐巴迪等手中，克諾爾與NABCO則在制動領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，以上公司的相關(guān)產(chǎn)品在國內(nèi)仍占有很大的市場份額。國外的產(chǎn)品和技術(shù)普遍存在著采購周期長、產(chǎn)品及維修價格高、技術(shù)復(fù)雜、貿(mào)易爭端等多種弊端，因此，我國的城軌技術(shù)仍要堅持全面國產(chǎn)化，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)，在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時搞好國內(nèi)配套廠家的分工協(xié)作。

城軌車輛的各類產(chǎn)品中，國產(chǎn)化的一系簧與二系簧有其重要的意義，它們是緩和軌道對機(jī)車的沖擊振動，改善車輛各部件工作可靠性和車輛舒適度的重要部件，其參數(shù)作為轉(zhuǎn)向架的懸掛參數(shù)，更是直接影響著車輛的運行穩(wěn)定性、安全性和舒適性。在眾多評價車輛的運行指標(biāo)中，車輛的柔度系數(shù)是整車參數(shù)優(yōu)化后的校驗參數(shù)，是確定車輛動態(tài)限界范圍的重要指標(biāo)，關(guān)系到車輛在曲線上傾覆的安全性和線路運行適應(yīng)性。本文對某采用國產(chǎn)化一、二系簧轉(zhuǎn)向架的地鐵車輛進(jìn)行了柔度系數(shù)試驗，進(jìn)一步了解該車輛在運行時其動態(tài)限界、車輛與沿線固定設(shè)備和移動設(shè)備是否相碰，以其判定車輛運行的安全性。

2.柔度系數(shù)原理及試驗方法

車輛柔度系數(shù)是軌道車輛的重要參數(shù)，國際鐵路聯(lián)盟（UIC）以及歐洲（EN）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車輛需提供柔度系數(shù)來明確車輛的動態(tài)限界，避免車輛行進(jìn)過程中與線路旁的固定設(shè)備或移動設(shè)備相互碰撞導(dǎo)致行車安全受到影響。伴隨著軌道車輛出口項目的增多、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)的對接以及國際標(biāo)準(zhǔn)的需求，測量車輛柔度系數(shù)顯得尤為重要。當(dāng)一個靜止的車輛停在一個左右軌高不一致的軌道（超高線路）上時，軌道走行面與水平面之間有一個夾角δ，在懸掛上傾斜的車體重心線與軌道中心線之間形成一個夾角η，二者之比s稱為柔度系數(shù)，即：

附圖為車輛柔度系數(shù)示意圖，圖中h為車輛高度，δ為走行面與水平面之間的夾角，η為車體重心線與軌道中心線的夾角。

UIC標(biāo)準(zhǔn)中要求車輛的柔度系數(shù)一般不能超過0，4，柔度過大易使人出現(xiàn)不舒適的傾斜感。在計算或測量柔度系數(shù)的過程中，車輛需要考慮運行狀態(tài)以及滿載狀態(tài)，以及去掉不列稱、彈簧摩擦和減振器的影響。柔度系數(shù)試驗方法有重錘法、傾角法和加速傳感器測量法等。通常試驗在試驗臺上進(jìn)行，首先需將車輛靜止放置于水平軌道上，在車輛地板面中心放置角度儀并調(diào)零。隨后抬高軸箱使車輪離開軌道接觸點達(dá)到所需要的位移，測量不同條件下的柔度系數(shù)，由于影響因素較多，結(jié)果離散性較大，通常取多次測量的最大值為最終結(jié)果，試驗也可在不同超高的線路上進(jìn)行。

3.懸掛參數(shù)對柔度系數(shù)的影響

彈簧懸掛裝置的作用主要體現(xiàn)在將車輛質(zhì)量與載荷較均衡地傳遞到各個輪軸，以確保車輛能夠正常連掛：緩和車輛因輪對問題導(dǎo)致的振動和沖擊：提高車輛運行的平穩(wěn)性和舒適性；延長車輛零部件和鋼軌的使用壽命。

一系懸掛裝置中常用的有橡膠彈簧，其內(nèi)阻隨變形速度的提高而增大，因而有良好的隔聲效果，有吸收沖擊和高頻振動的能力，可以同時承受幾個方向的載荷。二系懸掛裝置中常用的有空氣彈簧，利用空氣壓縮的非線性恢復(fù)力來實現(xiàn)隔振和緩沖作用，具有優(yōu)良的非線性硬特性，能夠有效限制振幅，避開共振，防止沖擊。

通過對以往仿真計算及試驗結(jié)果的分析，柔度系數(shù)會隨著一、二系懸掛剛度的增大而減小，并呈指數(shù)衰減的形式，即懸掛系統(tǒng)的橫向、垂向剛度越小，懸掛系統(tǒng)的柔度系數(shù)隨著剛度變化越顯著，車輛的抗傾覆性能也越差。此外，車輛柔度系數(shù)會隨著車體以及構(gòu)架的重心高度的增加而增大，但通常這項指標(biāo)不能隨意更改。因此，在設(shè)計時，針對柔度系數(shù)的影響需要重點考慮各個懸掛參數(shù)的設(shè)置。對于柔度系數(shù)指標(biāo)，通常國內(nèi)外采用降低二系垂向和橫向剛度來滿足舒適度要求。

4.試驗內(nèi)容對某采用國產(chǎn)化一、二系簧的一輛動車和一輛拖車分別進(jìn)行了柔度系數(shù)試驗，試驗如下：

4.1試驗條件

整車停放在平直軌道上，AW0載荷狀態(tài)：

試驗車輛為一輛動車M1和一輛拖車Tel：

空氣簧處于正常充氣狀態(tài)：

抬升超高試驗過程中關(guān)閉空簧充排氣截氣閥，防止充排氣：

車輛運行線路的最大超高120mm。

4.2試驗儀器和設(shè)備及試驗方法

城軌車輛整車稱重試驗臺，要求（距軌面）最大抬升量120mm；數(shù)字式角度儀2個。

4.3試驗方法

通過稱重臺位的抬升將車輛同一側(cè)的四個車輪同步抬升120mm，而另一側(cè)車輪保持不動，從而模擬形成軌道超高。設(shè)抬升側(cè)至靜止側(cè)橫向間距（稱重臺位結(jié)構(gòu)尺寸）為D（mm），則超高角δ=120/D。

4.4試驗步驟

（1）將待測車輛置于試驗臺上，載荷條件為AW0，且不與其它車輛聯(lián)掛。

（2）檢查所有的空氣彈簧在充氣狀態(tài)下處于正常高度。

（3）通過使用傾斜計確認(rèn)車輛位置停放恰當(dāng)，通過測量工具確認(rèn)中心位置朝向軌道中心且處于轉(zhuǎn)向架中心。

（4）抬升兩臺轉(zhuǎn)向架的A側(cè)車輪至最大外軌超高120mm，如圖2、圖3所示，車輪抬升過程中要保持勻速緩慢，始終保持車體不能晃動，并對車輛增加側(cè)翻防護(hù)措施。

（5）測量車體的傾斜角度，并將結(jié)果記錄在記錄表上。

（6）同時落下A側(cè)車輪。

（7）在回歸到原始位置后，驗證沒有殘余位移。如果有，進(jìn)行更正。

（8）抬升兩臺轉(zhuǎn)向架的B側(cè)車輪至最大外軌超高120mm，車輪抬升過程中要保持勻速緩慢，始終保持車體不能晃動，并對車輛增加側(cè)翻防護(hù)措施。

（9）測量車體的傾斜角度，并將結(jié)果記錄在記錄表上。

（10）同時落下B側(cè)車輪。

4.5試驗判定條件

在任何載荷狀態(tài)下，S<0.4。

4.6試驗記錄

詳見表1、表2。

4.7試驗結(jié)果

經(jīng)過對某國產(chǎn)化地鐵車輛M1車和TCl車2種車型進(jìn)行柔度系數(shù)測試，兩種車型的柔度系數(shù)s均遠(yuǎn)小于0.4，試驗結(jié)果表明裝有國產(chǎn)化一、二系簧的轉(zhuǎn)向架車輛完全可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，車輛具有很好的安全性和平穩(wěn)性。

5.結(jié)論

國產(chǎn)化的一系簧與二系簧直接影響著我國城軌車輛的運行穩(wěn)定性、安全性和舒適性。本文在不同工況下對安裝有國產(chǎn)化一、二系簧轉(zhuǎn)向架的某地鐵車輛的一輛動車和一輛拖車分別進(jìn)行得柔度系數(shù)試驗結(jié)果表明：空氣彈簧在充氣狀態(tài)情況下，均滿足UIC505規(guī)定的柔度系數(shù)小于0.4的要求，國產(chǎn)化一、二系簧的轉(zhuǎn)向架車輛在運行時其動態(tài)限界符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，具有良好的車輛運行安全性。