轨道车辆轮重偏差影响分析

刘晓坤

摘要：随着近些年轨道列车的快速发展，车辆生产质量水平也在不断提升。轮重、轴重等指标是考量轨道列车动力学性能的关键参数，直接影响到了列车运行过程中的制动性能和牵引性能的发挥，是车辆运营的安全性与平稳性的关键项点。本文对车辆轮重分配进行论述，讨论车辆轮重分配对牵引力和制动力的影响以及影响轮重偏差的原因及调整修正。

关键词：轨道车辆;轮重偏差;影响分析;调整修正

1  研究背景

随着我国八纵八横政策的推进以及各大城市轨道交通网络的布置，使轨道行业得到了空前的发展。为了适应日益增长的人口流动现状，车辆速度等级以及车辆轴重也在不断提升，这对车辆的牵引能力以及制动能力都有很大的影响，对车辆的运行安全及稳定也是一种隐患。轮重偏差是车辆整体性能的一个关键指标，根据《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》对我国的城市轨道车辆的轮、轴重偏差的规定，在任一动车的四根动轴上进行轴重测量，所测得的数据与该车各动轴实际平均轴重之差应该小于等于实际平均轴重的±2%，每个车轮的实际轮重与同轴两轮平均轮重之差应该小于等于该轴两轮平均轮重的±4%。如此可见，轮重偏差对车辆性能影响是十分重要的。

2  轮重偏差影响分析

2.1 制动力分析

制动作用是保障车辆安全运行最重要的功能，保障制动力的存在就是确保车辆的安全性。轨道车辆制动分为盘型制动和闸瓦制动，盘型制动里面又分为轮盘制动和闸瓦制动。本文以典型的闸瓦制动进行分析，当车辆制动作用施加时，转向架各车轮处闸瓦抱紧踏面产生制動力P，根据作用力与反作用力的作用，该处车轮就会相应的产生与轨道间的摩擦力U。当该处轮重小于其他轮重时，该处的静摩擦力极限也最小，会导致该处车轮发生滑动摩擦，受力分析如图1所示。

2.2 牵引力分析

牵引力的存在是车辆始终具有前进动力的保障，轨道车辆在运行过程中，轮轨间的黏着力为车辆前进提供动力。根据黏着定律表明，当车辆牵引力大于车辆各动轮与钢轨之间最大黏着力的总和时，车辆将会发生车轮打滑或者空转的危险，即：

式中：Tmax是转向架动轮牵引力（N）;

μmax是转向架粘着系数;

QI是列车轴重;

n是列车动轴个数。

由上式可知，当车辆牵引力大于车辆各动轴黏着力之和时，车辆动轮发生空转或打滑。车辆在运行过程中，车辆轮轨间的黏着系数μ基本维持一直，当轮轴亦或轴重分配不均的情况下，随着牵引力的增加个别轴重、轮重较低的车轮首先超过黏着力的限制导致打滑甚至空转。当出现打滑或者空转的情况，该处车轮分担的牵引力锐减，导致其他车轴分配的牵引力增加，存在导致其他车轴也超过黏着力的风险，导致越来越多的轮轴出现打滑或者空转的情况，若工况恶劣则可能使整车牵引丧失，车辆打滑示意图如图2所示。

3  轮重分配不均原因分析

为了防止车辆出现轮重偏差，所以在车辆出厂前需要进行称重试验。将车辆运送着称重试验台，测试轮重差值，如图3所示。

3.1 结构原因

轨道车辆随着不断的更新发展，车辆基本结构形式已较为完善且大同小异。车辆多采用二系悬挂缓冲振动冲击，一系钢弹簧或者橡胶堆弹簧连接构架与轮对，二系空气弹簧连接构架与车体。一系悬挂及二系悬挂都是弹性连接，将悬挂固化为一个刚体的八点支撑来看，支撑形式属于超静定支撑。支撑点的质量分布不均衡是造成轮重和轴重分布不均的主要原因。

3.2 制造原因

车辆在设计初期，车体和转向架上的零件质量分布应该是对称的，车辆的重心也会和形心重合。但是在实际的车辆制造过程中，由于工艺及生产等方面的限制，生产的单件往往理论重心和实际重心就无法重合。当组装完成后的车辆理论重心与实际重心更加存在偏差。

4  轴重调整

轴重调整目前多采用调整悬挂装置处调整轴重分配。

4.1 一系悬挂调整

针对一系弹簧加垫调整，一个位置加垫后，对角位置和该位置的力增大，且增加量相同;其余两个位置的力会减小，减小的量相同且等于加垫位置增大的量。所以对一系弹簧加垫时，需在一个位置加垫的同时给对角位置加相同厚度的垫片。

4.2 二系悬挂调整

二系一个位置增加垫片，则会使该位置所在的转向架同一侧的轮重以及对角线位置另一转向架同侧的轮重增加，同时另外两个位置的弹簧压缩力减小，则会引起所在位置转向架同侧的轮重减小。所以在转向架加垫过程中可以首先通过算法计算得到需要加垫的一个位置和加垫量，然后将该加垫量平均分为两部分加在该位置和其对角位置。

5  总结

轮重分配是车辆的动力学性能的关键因素，对车辆牵引力及制动力的保证具有巨大的影响。本文通过对轮重偏差对制动力及牵引力的影响进行分析，讨论产生轮重偏差的原因，并提出了修正轮重偏差的加垫方法关键项点。

参考文献：

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