浅析转向架静载试验台的设备安装、标定及试验要点

颜子乔

摘 要：转向架静载试验台是地铁架、大修必须使用的重要测试设备。它可以模拟车体作用于转向架之上时的载荷分布，从而验证车辆制造及维修后实际的重心与设计形心的重合情况。保证转向架轮轴所受的载荷均匀分配，整体尺寸、位置无变形与错位。本文介绍了Nencki NBT COACH 2×250 kN试验台基础施工、安装校验优化，分析了试验中各重要测试项点的测试依据及原理。

关键词：静载试验台;转向架;安装标定;试验要点分析

0 引言

南京地铁四号线的架、大修周期为4年或75～80万公里（以先二者先到为准）。目前，四号线现有列车29列，均采用PW120E型B型车转向架。自2017年开通运营到现在，已平均运营里程65万公里，预计2021年开始陆续进入架修。PW120E型转向架整体采用U型结构构架、一系悬挂为钢簧结构，二系悬挂为无附加气室的空气弹簧结构。静载实验台通过模拟车体在不同工况下对转向架施加不同的载荷，旨在验证转向架四角所受载荷均匀分配，轮对及构架的尺寸、位置无变形与错位。

目前市面上静载试验台品牌众多，但主要工作原理及组成大都相似。下面以南京地铁青龙基地采购的Nencki NBT COACH 2×250 kN为例结合安装、调试及试验过程中的经验进行介绍。

1 静载试验台结构功能概述

该静载试验台主体框架采用刚性整体封闭式框架设计，且具有侧向立柱结构，在试验过程中，所有力均作用于框架内部，没有任何力施加到地面机床放置在地基上。两个液压缸可单独加载，也可同步加载，带有一体式全自动线性测量系统，用于测量Z向高度（弹簧行程），精度可达±0.1 mm。

轮重测量单元内置于测量托架中，最大载荷为每轮150 kN，每轴300 kN，精度等级6级。该静载试验台具备轮重、轴重、轴距、内测距、一二系高度、转向架电阻等多种数据的测量功能。具体结构图详见下图1。

2 设备安装及标定

土建施工部分：静载试验台基坑的整个土建过程大致包括原基础破碎挖掘、沙石换填、铺设钢筋网、一次浇筑（布置预埋件）、二次浇注等主要过程。总结其中的施工要点有：

（1）由于静载试验台整体结构为封闭框架式，试验过程中对于地基无过大的作用力。因此，土建施工时地面承载最低满足可承受设备本体与转向架重量之和，而无过高承载需求。

（2）土建施工图审核时，设备动力升降轨道举升范围需与地面钢轨的高度适配。

（3）由于设备底部有高度调平结构，土建施工时需对照调平底座位置准确布置好承重预埋件并做好二次浇注及预埋件找平，每个地脚的支撑强度4 N/mm²。

安装及调试部分：该NBT 2×250 kN试验台采取集成模块式结构，将机械结构、液压站、电气柜及控制台等模块相互连接后即可开始调试。其中设备主体框架落坑安装完成后，必须先进行调平工作。具体调平建议遵循先中间后外围的原则，使用水准仪配合标尺的组合为最佳选择，底座的水平度<0.5 mm。

在设备各部件动作及水平度调试完成后，可开始进行标定工作。此步骤是保证设备测量精度，减小测量误差的关键步骤，需按各厂家推荐的周期进行定期校准标定。

称重、负载装置的标定与优化分析：

（1）标定过程：静载试验台共有四组称重单元按下图2（2）所示组装好校准工具，在油缸与称重单元间装入压力传感器。将设备与压力传感器归0后开始标定。标定过程从0 kN开始依次均匀递增输入压力值，稳压后将设备所测压力值与传感器显示数值进行对比，如二者有偏差时对设备显示值进行修改。

（2）原理分析及优化：设备系统默认以其中心点建立坐标系，定义X轴为设备纵向、Y轴为设备横向、Z轴为设备垂向来建立坐标系（如图1）。试验台可测试的轴距范围为1 600 mm到3 200 mm，校准前将各称重单元移至距Y轴1 600 mm位置。此时四个传感器距离最近，校准过程可大量提高效率。

通过分析校准过程可知其是使用油压千斤顶施加不同的压力，通过对比标准压力传感器测得的数值与系统显示的压力值来进行标定校正的。如果以压力作为X轴、油缸位移作为Y轴来绘制，可得出标准值与测量值的近似曲线，见下图3所示。其中每次施加相同力油缸的位置变化是固定的，那么所校准后的实际值与显示值通过校准最终应近似重合。而两条曲线的中间所取值组数越多重合度就越大设备测量的就越精确。但过多的取值会增加时间与人力成本，从时间与效率的角度出发，结合一直以来的校准经验笔者推荐取30 kN/次，共校准8～10次为宜。

设备校准后，可施加某数值力进行对比，确保校准精度准确。

负载油缸的压力传感器校准过程、原理与轮重单元的校准基本类似，校准器具的安装可参考图2（1），本文不再另加赘述。在此笔者推荐可取25 kN/次，校准8～10次即可。

3 转向架静载试验工艺分析

根据DIN 25043-4-2012《轨道交通.新铁路车辆的测量》[1]及GB/T 14894-2005《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》标准中的相关规定，结合国内地铁架大修规程中的相关要求。列出静载试验常用的测量项点如下表1：

GB/T 14894-2005《城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则》中要求：“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%。”[2]根据描述我们可知转向架轮重差的计算方法如下：

式中W1、W2为左右车轮的实际轮重，△W为轮重差。经过简化计算可得：

即轮重差△W为同一车轴两轮实际轮重之差与两轮实际轮重之和的比值。

同理可推得轴重差△Z的计算公式为：

为保证整车八点称重的轮重及轴重值符合标准要求，建议此处转向架静载时无特殊情况控制轴重差不大于1%，轮重差不大于2%。在无法满足轮重与轴重的均匀分配时，可通过一系四角增减调整垫来调整四角的高度从而达到重新对载荷进行分配的目的。

由于列车运行过程中转向架各部件的受力是复查多变的，因此在架、大修时除了检查轮轴的载荷分配外还应对转向架整体的尺寸进行验证。通过测量轴距与内侧距保证转向架整体不会出现“梯形”或“平行四边形”等变形状态。除此之外，转向架一系、二系基准点到轨面的距离可以保证列车整体的尺寸状态，避免出现超出轮廓限界的情况。而各个基准点的高度差则可以评判转向架整体的水平度，防止“某角”或“某侧”倾斜造成各处部件长期处于形变不一致的状态运行。

在供电系统故障或在非平衡状态时，电流可通过车体——转向架——轴承——钢轨形成回路。因此應对车体转向架电气接地方式及电流对轴承的影响引起注意。根据UIC 533-2001《机车金属部件接地保护》标准中的要求，技术部件与铁轨间的电阻抗不得超过0.05 Ω（铁路客车）[3]。

4 结束语

静载试验是保证整车八点称重、车辆限界及运行性能的重要工艺步骤。只有尽量减少任何一个可能影响试验结果精度的因素才能提高试验成功的概率，保证城轨车辆的运营安全与寿命。

参考文献：

[1]DIN 25043-4-2012，轨道交通.新铁路车辆的测量[S].

[2]GB/T 14894-2005，城市轨道交通车辆组装后的检查与试验规则[S].

[3]UIC 533-2001，机车金属部件接地保护[S].