趙小磊，蘇忠侃，張錦標

（中車青島四方車輛研究所有限公司智能裝備事業(yè)部，山東青島 266031）

0 引言

固定架車機用于地鐵列車轉(zhuǎn)向架及車下零部件的拆裝等架修作業(yè)，整車稱重設(shè)備用于對組裝完成后車輛按照標準進行稱重檢測。目前國內(nèi)外車輛的架修與稱重檢測都在不同工位，每次車輛稱重完成后都需要通過牽引車輛牽引至架車工位進行架車維修。維修完成后需要再次牽引車輛到稱重工位進行復(fù)核稱重，工作流程繁瑣復(fù)雜。兩種設(shè)備分別各自占用作業(yè)股道空間，給車輛檢修作業(yè)帶來不便，投資建設(shè)費用也較高。

將車輛稱重設(shè)備與固定架車機組功能進行融合，在同一個工位可完成車輛的軸重、整車重、轉(zhuǎn)向架重、整車重心平面坐標測量以及車輛的架修作業(yè)，既節(jié)約車輛段建設(shè)用地，又提高了檢修效率。該設(shè)備可設(shè)置于檢修基地臨修及大架修作業(yè)較多的場合，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)計一種適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機設(shè)備，由轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)等組成。架車機架升系統(tǒng)為成熟結(jié)構(gòu)，本文主要對稱重式固定架車機設(shè)備稱重部分進行設(shè)計，并對關(guān)鍵部件進行有限元分析。稱重式固定架車機布置如圖1 所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 稱重式固定架車機布置圖（單節(jié)，2 個坑位）

轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向架舉升柱、舉升梁、舉升絲杠、導(dǎo)向箱等組成，實現(xiàn)對車輛（轉(zhuǎn)向架）的升降。車體架升系統(tǒng)主要由車體舉升柱、托頭組成、減速機、絲杠螺母、導(dǎo)向箱等組成，實現(xiàn)對電客車車體的支撐。

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

稱重系統(tǒng)部分采用8 根稱重梁（4 根/坑位），稱重作業(yè)時每根稱重梁對應(yīng)電客車的一個車輪。為確保稱重梁安裝的穩(wěn)定性，將4 個稱重傳感器布置在稱重梁底部4 角位置，在稱重梁兩端設(shè)置防傾覆裝置，確保電客車通過時稱重梁不發(fā)生側(cè)翻。稱重梁滿足架車機舉升梁空間要求及車輛到位結(jié)構(gòu)安裝需求，從而既能具備稱重測量功能又具備車輛到位檢測功能；稱重底座平臺作為稱重傳感器安裝座，同時提供轉(zhuǎn)向架跟隨蓋板的安裝位置，確保轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)升起后，跟隨蓋板在氣彈簧作用下自動升起填補空隙；端部承載立柱和中間承載立柱作為稱重系統(tǒng)的承載部件，電客車稱重作業(yè)和通過設(shè)備時，載荷通過承載立柱傳遞到土建基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示，稱重系統(tǒng)與舉升梁、跟隨蓋板等結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4 所示。

2 稱重系統(tǒng)關(guān)鍵部件仿真

稱重系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)需要具備足夠的強度和剛度，才能保證整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。對稱重梁、中間承載立柱、端部承載立柱等關(guān)鍵部件進行有限元仿真分析。本文以地鐵B型車為例，B 型電客車單節(jié)車重量≤400 kN。計算時參照《起重機設(shè)計規(guī)范》，工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)n=1.34，稱重梁采用可鍛鑄鐵，材料需用應(yīng)力[σ1]=275/1.34=205 MPa；中間承載立柱和端部承載立柱采用Q345B 板材焊接而成，故材料許用應(yīng)力[σ2]=345/1.34=257 MPa。考慮偏載等情況，取載荷放大系數(shù)ψ＝1.4。電客車通過時設(shè)備受力示意如圖5 所示。

圖3 轉(zhuǎn)向架（車輛）架升系統(tǒng)、車體架升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 稱重系統(tǒng)與舉升梁、跟隨蓋板等結(jié)構(gòu)關(guān)系

每根稱重梁最大承受重量為車輪產(chǎn)生的壓力F=400/8=50 kN，稱重梁計算載荷F1=70 kN。當(dāng)車輪處于稱重梁中間部位時，所受彎矩和變形最大。稱重梁最大應(yīng)力σmax=103 MPa＜[σ1]=205 MPa，位移變形量為0.278 mm。稱重梁仿真結(jié)果如圖6 所示。

對于承載立柱，根據(jù)圖5 所示受力關(guān)系，當(dāng)車輪在傳感器正上方位置時，載荷通過稱重梁和稱重傳感器傳遞到承載立柱上，此時立柱受力最大。另一位置車輪處在另一根稱重梁上或在車間軌道上，對于承載立柱取計算載荷為2F×1.4=140 kN。端部承載立柱最大應(yīng)力σmax=24.6 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.067 mm；中部承載立柱最大應(yīng)力σmax=26.4 MPa＜[σ2]=257 MPa，位移變形量為0.1 mm。端部承載立柱仿真結(jié)果如圖7 所示，中部承載立柱仿真結(jié)果如圖8 所示。

圖5 電客車通過時設(shè)備受力示意

圖6 稱重梁仿真結(jié)果

經(jīng)過計算，關(guān)鍵承載部件均具有足夠的強度和剛度，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，滿足設(shè)計和使用要求。

圖7 端部承載立柱仿真結(jié)果

圖8 中部承載立柱仿真結(jié)果

3 總結(jié)

通過對稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，將車輛稱重設(shè)備與固定架車機組功能進行結(jié)合，滿足電客車架車和稱重功能的結(jié)構(gòu)需求；對稱重系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件進行有限元分析，其強度和剛度能夠保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進而保證整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。通過對適用于B 型地鐵列車的整車稱重式固定架車機產(chǎn)品設(shè)計，豐富了架車機的功能，節(jié)省檢修場地建設(shè)，為車輛段工藝檢修提供一種新的選擇方式。