淺析深圳地鐵1號線列車轉(zhuǎn)向架綜合測試

朱偉鵬

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518040）

0 前言

為分析研究深圳地鐵1號線轉(zhuǎn)向架在線運(yùn)行狀態(tài)，需對列車在正常運(yùn)營中轉(zhuǎn)向架振動(dòng)、相對位移、動(dòng)應(yīng)力情況進(jìn)行測試，主要通過測試電機(jī)、齒輪箱、電機(jī)安裝座、軸箱、構(gòu)架在轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)；電機(jī)與齒輪箱的橫向位移，一系垂向、橫向位移；構(gòu)架電機(jī)懸掛座、齒輪箱吊掛座、ATC天線安裝座動(dòng)應(yīng)力等項(xiàng)目。本次試驗(yàn)包括輪對鏇修前、后兩次試驗(yàn)。前、后兩次試驗(yàn)方法完全一致，且振動(dòng)加速度傳感器和位移傳感器要求安裝在同一輪對上。另外為了對比深圳地鐵1號線株機(jī)公司與龐巴迪轉(zhuǎn)向架的在線運(yùn)行狀態(tài)，對龐巴迪列車轉(zhuǎn)向架鏇輪后作一個(gè)振動(dòng)、位移、動(dòng)應(yīng)力測試。

1 測試以及分析

（1）試驗(yàn)車輛及線路條件

列車編組：正常運(yùn)行4動(dòng)2拖編組；測試車輛：選取地鐵車輛130車（南車株機(jī)生產(chǎn)）和114車（長客龐巴迪生產(chǎn)）；線路條件：深圳地鐵1號線單邊45 km，共30個(gè)站；試驗(yàn)工況：在AW0（空車）工況下并且所有空氣彈簧處于充氣狀態(tài)；正常載客運(yùn)行載荷工況并且所有空氣彈簧處于充氣狀態(tài)，試驗(yàn)過程涵蓋至少一個(gè)早或晚高峰時(shí)間(相當(dāng)于AW3 工況)[1]。

（2）測試內(nèi)容、測試系統(tǒng)、傳感器規(guī)格

1）測試內(nèi)容：本次測試是在列車正常運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)測列車轉(zhuǎn)向架相關(guān)部位的動(dòng)應(yīng)力、加速度、位移及對應(yīng)的車體動(dòng)載荷等。

2）測試系統(tǒng)：對應(yīng)力及應(yīng)力梯度較大的動(dòng)應(yīng)力測點(diǎn)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后給出關(guān)鍵危險(xiǎn)測點(diǎn)的應(yīng)變或應(yīng)力譜，進(jìn)行疲勞可靠性評估。對于加速度測點(diǎn)，給出加速度最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉(zhuǎn)向架相應(yīng)部位的振動(dòng)特性提供依據(jù)。對于位移測點(diǎn)，給出位移最大值、最大推斷值、均方根值、峰谷值、方差，為分析轉(zhuǎn)向架相應(yīng)部位的振動(dòng)特性和相對運(yùn)動(dòng)提供依據(jù)。表1給出了測試通道數(shù)及傳感器統(tǒng)計(jì)表。

表1 測試通道數(shù)及傳感器統(tǒng)計(jì)表

3）傳感器規(guī)格：動(dòng)應(yīng)力測試儀器為DDS數(shù)據(jù)采集儀器，具有超小型化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、軟件化的特點(diǎn)，同時(shí)具有很高的可靠性。各個(gè)測點(diǎn)的應(yīng)變信號和加速度信號均采用DDS32數(shù)字式動(dòng)態(tài)信號采集系統(tǒng)進(jìn)行全程連續(xù)采集。本次DDS32數(shù)字式動(dòng)態(tài)信號采集系統(tǒng)，共計(jì)56個(gè)通道，主要用于加速度、位移、應(yīng)變等信號的采集。兩臺筆記本計(jì)算機(jī)分別與兩臺DDS32數(shù)字式動(dòng)態(tài)信號采集系統(tǒng)配合使用。

（3）測點(diǎn)布置

本試驗(yàn)是在列車正常運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)測轉(zhuǎn)向架相關(guān)部位的動(dòng)應(yīng)力、加速度、位移，具體測點(diǎn)布置如圖1和圖2所示。

圖1 位移傳感器的安裝位置

圖2 加速度傳感器的安裝位置

（4）測試標(biāo)定、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理原則

1）加速度傳感器的標(biāo)定：通過傳感器的標(biāo)定表進(jìn)行標(biāo)定。

2）位移標(biāo)定：通過高精度卡尺來進(jìn)行位移的標(biāo)定。株機(jī)車動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料為16MnDR[1]，其屈服極限為345 MPa。從電機(jī)的座的結(jié)構(gòu)判斷為鑄造件，屈服極限小于345 MPa，各材料在最大可能載荷或超常載荷下，采用屈服極限的運(yùn)用載荷下的安全系數(shù)S為：無焊縫區(qū)1.5，焊縫區(qū)1.65。因此，在運(yùn)用工況下的測得的動(dòng)應(yīng)力，為安全起見，構(gòu)架板材按焊縫區(qū)進(jìn)行考慮，最大值不應(yīng)該超過許用應(yīng)力209 MPa的標(biāo)準(zhǔn)要求。動(dòng)應(yīng)力測試參照《動(dòng)力轉(zhuǎn)向架構(gòu)架強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（TB/T2368-2005）執(zhí)行。動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)參照《鐵道機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評定標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行[2]。

3）數(shù)據(jù)處理原則：對所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行工頻（含工頻整數(shù)倍）濾波、去除直流分量和趨勢項(xiàng)、壞點(diǎn)以及瞬時(shí)沖擊等。

（5）動(dòng)應(yīng)力測試

圖3 疲勞強(qiáng)度評估GOODMAN圖

1）最大主應(yīng)力測試結(jié)果，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，取得各測點(diǎn)的一對最大應(yīng)力和最小應(yīng)力值，由此得出其最大動(dòng)應(yīng)力范圍和應(yīng)力均值。株機(jī)車鏇修前，電機(jī)懸掛座，最大主應(yīng)力為76.331 MPa，出現(xiàn)在二位電機(jī)懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點(diǎn)；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力為52.441 MPa，出現(xiàn)在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點(diǎn)；ATC支架[2]，最大主應(yīng)力為6.484 MPa，出現(xiàn)在ATC支架左下側(cè)318測點(diǎn)；ATC支座，最大主應(yīng)力10.595 MPa，出現(xiàn)在ATC支座右上側(cè)321A測點(diǎn)。株機(jī)車鏇修后，電機(jī)懸掛座，最大主應(yīng)力為57.356 MPa，出現(xiàn)在二位電機(jī)懸掛座上蓋板上表面右后方的302A測點(diǎn)；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力55.612 MPa，出現(xiàn)在二位齒輪箱支座下蓋板圓弧過渡中部右后方的309A測點(diǎn)；ATC支架，最大主應(yīng)力為0.601 MPa，出現(xiàn)在ATC支架右下側(cè)318A測點(diǎn)；ATC支座，最大主應(yīng)力為46.369 MPa，出現(xiàn)在ATC支座左上側(cè)的319測點(diǎn)。長客龐巴迪車，電機(jī)懸掛座，最大主應(yīng)力為92.462 MPa，出現(xiàn)在二位電機(jī)懸掛座上蓋板上表面左前方的303A測點(diǎn)；齒輪箱支座，最大主應(yīng)力為84.761 MPa，出現(xiàn)在一位齒輪箱支座體（鑄件）內(nèi)側(cè)左前方的310測點(diǎn)；ATC支架，最大主應(yīng)力為2.147 MPa，出現(xiàn)在ATC支架右上側(cè)314A測點(diǎn)；ATC支座，最大主應(yīng)力為92.438 MPa，出現(xiàn)在ATC支座右上側(cè)320A測點(diǎn)。

表2 各車型鏇修前后位移測試對比表

2）疲勞強(qiáng)度評定結(jié)果，動(dòng)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料為16MnDR，該材料的疲勞強(qiáng)度評定采用鐵道科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)得出的材料GOODMAN圖（如圖5）作判據(jù)。由圖標(biāo)可見，所有測點(diǎn)的應(yīng)力幅值均在GOODMAN圖[3]內(nèi)，且有比較大的裕量，因此可以認(rèn)定，所有測點(diǎn)部位的疲勞壽命仍然是無限長。

（6）位移測試

懸掛系統(tǒng)位移實(shí)測14個(gè)通道試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)TB/T 2360-93《鐵道機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評定標(biāo)準(zhǔn)》和GB5599-1985《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對位移試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。按6 s為一個(gè)分段，分別計(jì)算每個(gè)通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數(shù)據(jù)均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項(xiàng)的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。株機(jī)車鏇修前、鏇修后、長客車鏇修后位移測試對比結(jié)果如表2所示[3]。

（7）加速度測試

加速度實(shí)測45個(gè)通道試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)TB/T 2360-93《鐵道機(jī)車動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)鑒定方法及評定標(biāo)準(zhǔn)》和GB5599-85《鐵道車輛動(dòng)力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》對加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。按6 s為一個(gè)分段，分別計(jì)算了每個(gè)通道每段中的平均值、峰值和谷值。對所有數(shù)據(jù)均采用高通濾波以消除曲線信號、零漂和趨勢項(xiàng)的影響，并采用帶阻濾波消除50 Hz工頻干擾。

統(tǒng)計(jì)每列車正常載客運(yùn)行的高峰往返運(yùn)行的加速度測試結(jié)果表明：株機(jī)列車轉(zhuǎn)向架車輪鏇修前：最大值51.16 g，測點(diǎn)106，一位右側(cè)軸箱垂向；株機(jī)列車轉(zhuǎn)向架車輪鏇修后：最大值48.55 g，測點(diǎn)106，一位右側(cè)軸箱垂向；龐巴迪轉(zhuǎn)向架車輪鏇修后：最大值51.58 g，測點(diǎn)106，一位右側(cè)軸箱垂向。具體分布如表3所示。

2 結(jié)論

（1）從GOODMAN圖的評判結(jié)果來看，所有測點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度均滿足要求。由于本次測試數(shù)據(jù)較少，因此數(shù)據(jù)量無法完成所有測點(diǎn)的疲勞壽命評估。

（2）綜合分析位移測試數(shù)據(jù)顯示：所有測點(diǎn)的位移量均在合理范圍內(nèi)。

（3）綜合分析加速度測試數(shù)據(jù)顯示：株機(jī)列車轉(zhuǎn)向架在鏇修前的振動(dòng)比鏇修后大。通過鏇修后的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：株機(jī)列車轉(zhuǎn)向架部分測點(diǎn)測試結(jié)果較長客龐巴迪轉(zhuǎn)向架測試結(jié)果稍微偏大，同時(shí)長客龐巴迪轉(zhuǎn)向架的另外一部分測點(diǎn)測試結(jié)果較株機(jī)列車轉(zhuǎn)向架測試結(jié)果稍微偏大，其余測點(diǎn)的測試結(jié)果較接近。

（4）深圳地鐵1號線現(xiàn)有運(yùn)營車輛在構(gòu)架主結(jié)構(gòu)上、齒輪箱吊桿部位、齒輪箱箱體及其鑄造的支座體上最大主應(yīng)力均未超過運(yùn)行條件下相應(yīng)材料的許用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，且有足夠的安全裕量。

［1］深圳地鐵.深圳地鐵1號線續(xù)建工程車輛維修手冊［Z］.2008.

［2］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架ATC支座方案分析報(bào)告［Z］.2010.

［3］深圳地鐵.深圳1號線地鐵轉(zhuǎn)向架振動(dòng)測試報(bào)告［Z］.2013.