CN100337866C - 铁路客车悬挂弹簧选配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁路客车上的悬挂弹簧，具体为铁路客车悬挂弹簧选配方法。本发明解决目前客车段修时，没有规范的轴箱弹簧和摇枕弹簧的选配方法，从而难以保证客车一次落车交验合格的问题。对客车车体称重，测出客车车体四个支撑位置的负载分布，并根据四个支撑位置的负载分布情况，确定出客车车体的重端和轻端，以及重端和轻端的重的一侧、轻的一侧；测量出随车轴箱弹簧和摇枕弹簧的自由高度、刚度，以弹簧的自由高度与刚度的乘积从大到小的顺序对轴箱弹簧和摇枕弹簧进行排序；再按从重端到轻端、先重侧后轻侧的原则进行选配。本发明可以减少客车故障辅修工作量，提高客车段修落成的成功率，可基本做到一次落车交验合格，提高了客车检修效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及铁路客车，特别涉及铁路客车上的悬挂弹簧，具体为铁路客车悬挂弹簧选配方法。
背景技术
铁路客车悬挂弹簧装置是铁路车辆减振装置的重要组成部件，它的作用主要体现在二个方面：一是使车辆的质量及载荷较均衡地传递给各轴，并使车辆在静载状况下(包括空、重车)，两端的车钩距轨面高度应满足“铁路技术管理规程”规定的要求，以保证车辆的正常联挂；二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道岔、钢轨磨耗和不均匀下沉，以及因车轮擦伤、车轮不圆、轴颈偏心等原因引起车辆的振动和冲击。客车设置悬挂弹簧装置可以缓和轮轨之间相互作用，可以提高车辆运行的舒适性和平稳性，保证旅客舒适、安全，延长车辆零部件及钢轨的使用寿命。
目前我国国内多数客车采用的是心盘摇枕平衡车厢，侧承起辅助限位作用。车厢的垂向载荷和水平牵引力是通过心盘传递到转向架和轮对上的。转向构架与轮对轴之间有轴箱弹簧(每个轮对两侧的轴箱内各有两个轴箱弹簧，车厢每一端有两个轮对，外侧轮对上的轴箱称为外侧轴箱，内侧轮对上的轴箱称为内侧轴箱，共有16个轴箱弹簧)。心盘摇枕两侧与转向构架之间有摇枕弹簧(每个心盘摇枕两侧各有两个摇枕弹簧，两个心盘摇枕共有8个摇枕弹簧)。通过轴箱弹簧和摇枕弹簧达到转向构架与心盘摇枕的平衡。
铁路客车在线路上运行时，承受着复杂的载荷作用。两系弹簧(即轴箱弹簧和摇枕弹簧)运行一段时间后，产生疲劳、锈蚀、永久变形和蠕变等，使刚度变小，强度减弱，部分弹簧的弹簧性能达不到最初的设计要求。经常使转向构架四角的弹簧支承反力达不到自相平衡力系。经常因为垂直斜对称载荷过大，造成转向构架变形，造成客车提速后导柱套磨损加剧，弹簧超限疲劳工作，弹簧断裂故障增多，严重影响车辆的运行品质和行车安全。因此，需经常对悬挂弹簧进行检修、定期维修。根据客车检修工艺要求，同一转向架两侧的摇枕弹簧工作高度差要小于10mm，由此判断该转向架摇枕弹簧工作高度是否满足要求。根据客车检修工艺要求，同一轴箱的两轴箱弹簧工作高度差要小于6mm，同一转向架所有轴箱弹簧的最大工作高度差要小于8mm。
客车维修后是否达到检修工艺要求(即车体的倾斜程度和弹簧工作高度)与各弹簧的摆放位置有关。目前，在进行悬挂弹簧检修、维修时，不进行弹簧选配，各轴箱弹簧、摇枕弹簧任意放置，或者仅凭人工目测对弹簧自由高度进行简单的感觉判断。弹簧安装好后，进行车体落成；检测轴箱弹簧、摇枕弹簧的工作高度是否满足客车检修工艺要求；如此很难保证一次落车交验合格。如达不到要求，需再次架车加垫或调整弹簧位置、甚至更换弹簧，往往需要如此多次重复才能达到检修工艺要求，不但增大了检修的工作量、延长了检修周期，而且造成客车检修台位利用率低，影响正常的客车段修过程。同时垂向斜对称载荷作用较大，对转向架构架造成不平衡力系，影响客车提速后的安全运行。
发明内容
本发明解决目前客车段修时，没有规范的轴箱弹簧和摇枕弹簧的选配方法，从而难以保证客车一次落车交验合格的问题，以及转向架构架平衡力系作用的问题，提供一种铁路客车悬挂弹簧选配方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：铁路客车悬挂弹簧选配方法，对客车车体称重，测出客车车体四个支撑位置(即与客车两侧车轮对应的四个位置)的负载分布，并根据四个支撑位置的负载分布情况，确定出客车车体的重端和轻端，以及重端和轻端的重的一侧、轻的一侧；测量出随车(或个别更换的)轴箱弹簧和摇枕弹簧的自由高度、刚度，以弹簧的自由高度与刚度的乘积(本发明将该乘积定义为弹簧的弹力当量)从大到小的顺序对轴箱弹簧和摇枕弹簧进行排序；然后，依次每两个分为一组，将16个轴箱弹簧分为8组，8个摇枕弹簧分为4组；8组轴箱弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧的外侧、重端轻的一侧的外侧、重端重的一侧的内侧、重端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的内侧、轻端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的外侧、轻端轻的一侧的外侧的位置顺序分别放入轴箱内；4组摇枕弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧、重端轻的一侧、轻端重的一侧、轻端轻的一侧的位置顺序进行固定。
弹簧的主要特性是挠度、刚度和柔度。挠度是指弹簧在外力作用下产生的弹性变形的大小和弹性位移量，而弹簧产生单位挠度所需力的大小称为弹簧的刚度，反之单位载荷作用下产生的挠度称为该弹簧的柔度。客车弹簧的设计一般都考虑到车辆的垂向载荷、水平力、侧向力、纵向冲击力、扭转载荷等力和载荷的作用，根据车体转向架结构设计出弹簧的结构和主要参数。但在实际生产中，即使一组型号相同的弹簧，其平均直径D、簧条直径d很难精确的保持一致性，也就是说弹簧的刚度是随着材质、外型尺寸和疲劳程度变化而变化的值，不是恒定值。弹簧的弹力也随着刚度和挠度的变化而在变化。因此，对于客车上所用的16个轴箱弹簧、8个摇枕弹簧很难用肉眼去直观地判断它们相互之间的弹力差别。虽然作为一般的公知常识，本领域的技术人员应当知道将弹力较大的弹簧放置于客车车体较重的一侧，但是，弹簧只有在变形下才能产生弹力，在弹簧未装上客车、未实际表现出各弹簧弹力是否满足其所在位置所需的弹性支撑或悬挂要求前，很难对自由状态下的弹簧的弹力大小作出定量的判断，即目前没有以弹簧静态参数(自由高度、刚度)来表征弹簧弹力大小的方法。当然，目前客车段修时并不对车体负载分布情况进行测试，只是任意或仅依靠目测去确定轴箱弹簧和摇枕弹簧的位置，但即使在客车车体负载分布已知的情况下，本领域技术人员也不知道如何选配自由状态下的轴箱弹簧和摇枕弹簧应该处于的合理位置。本发明的实质在于引入了弹力当量(弹簧自由高度与刚度的乘积)，将其作为轴箱弹簧和摇枕弹簧安装位置选配的参量。弹力当量可以表现出弹簧弹力的大小特征，而且成正比例关系影响弹力的大小。当量是一个科技用语，指的是与某种标准数相对应的量。在这里的弹力当量定义为是与弹簧的的弹力相对应的量，能够反映出弹簧弹力的部分性能，是模糊概括反映出弹簧的弹力性能的量。
本发明为客车悬挂弹簧的合理、快速选配提供了规范的选配方法。本发明所述的铁路客车悬挂弹簧选配方法可以实现按照弹簧弹力当量进行弹簧分组优化，弹簧弹力对转向架构架和心盘摇枕的作用分布更加合理，不但能满足客车检修工艺要求，而且能在检修工艺要求范围内进一步优化弹簧的选配。从而进一步保证客车的承载和减振性能，减少垂向斜对称载荷对车辆构架的影响，减少车辆运行故障，以适应提速提效的铁路运输发展要求，保证旅客列车的行车安全。同时可以减少客车故障辅修工作量，提高客车段修和客车A2和A3级修程的落成的成功率(可基本做到一次落车交验合格)，提高了客车检修效率和质量。通过大量的实际运用和试验对比，操作方便，效果明显。
附图说明
图1为客车摇枕弹簧的安装位置及位置编号示意图；
图2为客车轴箱弹簧的安装位置及位置编号示意图；
图中，数字代表实际检修时按惯例为各弹簧安装位置设置的编号，PA、PB、PC、PD代表客车车体四个支撑位置的负载量。
具体实施方式
铁路客车悬挂弹簧选配方法，对客车车体称重，测出客车车体四个支撑位置的负载分布PA、PB、PC、PD，并根据四个支撑位置的负载分布情况，确定出客车车体的重端和轻端，以及重端和轻端的重的一侧、轻的一侧；测量出随车轴箱弹簧和摇枕弹簧的自由高度、刚度，以弹簧的自由高度与刚度的乘积从大到小的顺序对轴箱弹簧和摇枕弹簧进行排序；然后，依次每两个分为一组，将16个轴箱弹簧分为8组，8个摇枕弹簧分为4组；8组轴箱弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧的外侧、重端轻的一侧的外侧、重端重的一侧的内侧、重端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的内侧、轻端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的外侧、轻端轻的一侧的外侧的位置顺序分别放入轴箱内；4组摇枕弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧、重端轻的一侧、轻端重的一侧、轻端轻的一侧的位置顺序进行固定。
客车车体称重的称重设备和使用对本领域技术人员是公知的。称重测试仪选用KCZ20T-1。该测试仪配置有型号为GZLB-A-20t的称重传感器。
以一个具体的选配实例对本发明进一步描述如下：
时间2005年5月
地点太原车辆段段修车间
车号：YZ9006
车型：硬座22型
所用设备：称重测试仪(KCZ20T-1)、客车架车机、KTS-II型圆弹簧试验机。
对客车上的摇枕弹簧和轴箱弹簧的安装位置进行编号(如图1、图2示)，对8个摇枕弹簧进行01-08的编号，对16个轴箱弹簧进行01-16的编号。
专用的客车架车机将客车架起，将GZLB-A-20t称重传感器置于架车机的架车台位上，后随架车机的升高而车体压在称重传感器上，等升高到一定的高度后，架车机停止，通过称重测试仪测试读取车体四个位置的重量，得到四个支撑位置的负载分布，然后落下车体，撤出称重传感器，再重新进行车体架车作业。
四个支撑位置的负载分布为：PA＝3594Kg PB＝10902Kg PC＝9680Kg PD＝2069Kg。由于PA+PB＞PC+PD，因此确定AB端(即I端)为重端，CD端(即II端)为轻端；由于PB＞PA，因此B侧为重端重的一侧、A侧为重端轻的一侧；同理，由于PC＞PD，因此C侧为轻端重的一侧、D侧为轻端轻的一侧。以轴箱弹簧的位置编号为代表，2、4位置为重端重的一侧的外侧，1、3位置为重端轻的一侧的外侧，9、11位置为轻端重的一侧的内侧，10、12位置为轻端轻的一侧的内侧。
用KTS-II型圆弹簧试验机(公知产品)对8个摇枕弹簧和16个轴箱弹簧进行测试，得出如下测试数据：
摇枕簧8组数据：
轴箱弹簧16组数据：
然后算出弹簧自由高与刚度的乘积，按乘积(即弹力当量)从大到小得到8个摇枕弹簧和16个轴箱弹簧的编号排序：05-08-04-01-06-03-02-07；10-15-05-12-04-06-02-07-13-16-09-11-03-08-01-14。依次每两个分为一组，将16个轴箱弹簧分为8组，8个摇枕弹簧分为4组，即摇枕弹簧分为：05-08、04-01、06-03、02-07；轴箱弹簧分为：10-15、05-12、04-06、02-07、13-16、09-11、03-08、01-14；8组轴箱弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧的外侧、重端轻的一侧的外侧、重端重的一侧的内侧、重端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的内侧、轻端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的外侧、轻端轻的一侧的外侧的位置顺序分别放入轴箱内，得到轴箱弹簧位置选配方案如下：
轴箱弹簧位置分布表：
| 摇枕弹簧位置 | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 |
| 弹簧号 | 9006 Z 05 | 9006 Z 12 | 9006 Z 02 | 9006 Z 07 | 9006 Z 13 | 9006 Z 16 | 9006 Z 03 | 9006 Z 08 |
| 高度 | 316 | 316 | 311 | 314 | 315 | 316 | 313 | 317 |
| 摇枕弹簧位置 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| 弹簧号 | 9006 Z 10 | 9006 Z 15 | 9006 Z 04 | 9006 Z 06 | 9006 Z 09 | 9006 Z 11 | 9006 Z 01 | 9006 Z 14 |
| 高度 | 313 | 316 | 308 | 309 | 309 | 311 | 309 | 309 |
4组摇枕弹簧以自由高度与刚度的乘积(弹力当量)从大到小的顺序按重端重的一侧、重端轻的一侧、轻端重的一侧、轻端轻的一侧的位置顺序进行固定，得到摇枕弹簧位置选配方案如下：
摇枕弹簧位置分布表：
| 摇枕弹簧位置 | 1 | 3 | 2 | 4 | 5 | 7 | 6 | 8 |
| 弹簧号 | 9006Y04 | 9006Y01 | 9006Y05 | 9006Y08 | 9006Y06 | 9006Y03 | 9006Y02 | 9006Y07 |
| 高度 | 347 | 346 | 340 | 338 | 345 | 345 | 343 | 343 |
同一轴箱内的两个弹簧(即同一组的两个弹簧)以及同一侧的两个摇枕弹簧(同一组的两个弹簧)可任意放置，任意放置不会影响选配的最终结果。
作为对比，在车号为YZ9109的硬座客车上以现有方法进行弹簧选配，其摇枕弹簧和轴箱弹簧位置选配方案如下：
轴箱弹簧位置分布表：
| 位置 | 1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 11 | 13 | 15 |
| 弹簧号 | ||||||||
| 高度 | 294 | 298 | 311 | 314 | 315 | 316 | 313 | 317 |
| 位置 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| 弹簧号 | ||||||||
| 高度 | 313 | 316 | 308 | 309 | 309 | 311 | 309 | 309 |
摇枕弹簧位置分布表：
| 位置 | 1 | 3 | 2 | 4 | 5 | 7 | 6 | 8 |
| 弹簧号 | ||||||||
| 高度 | 330 | 335 | 332 | 342 | 350 | 347 | 335 | 338 |
YZ9006硬座客车和YZ9109硬座客车落成。落成后对YZ9006硬座客车进行检测，I端转向架轴箱弹簧最大高度差为8mm，II端转向架轴箱弹簧最大高度差为8mm，I端转向架同一轴箱两弹簧的高度差最大为3mm，II端转向架同一轴箱两弹簧的高度差最大为4mm；I端转向架摇枕弹簧最大高度差为2mm，II端转向架摇枕弹簧最大高度差为2mm，摇枕弹簧同一侧高度差最大为2mm，测量钩高差为0mm；说明YZ9006客车的弹簧工作高度满足规程要求。
而用现有技术进行弹簧选配的YZ9109硬座车落成后经检测，I端转向架轴箱弹簧最大高度差为18mm，II端转向架轴箱弹簧最大高度差为18mm，I端转向架同一轴箱两弹簧的高度差最大为8mm，II端转向架同一轴箱两弹簧的高度差最大为18mm，I端转向架摇枕弹簧最大高度差为12mm，II端转向架摇枕弹簧最大高度差为15mm，摇枕弹簧同一侧高度差最大为17mm，测量钩高差为10mm，YZ9109硬座车的部分轴箱弹簧工作高度差超标，需再次架车进行弹簧调整。
通过对YZ9006硬座车的摇枕弹簧和轴箱弹簧进行现场选配，说明客车弹簧选配方法对客车弹簧检修具有很好的指导作用，同时通过和YZ9109硬座车的落成后数据比较，充分说明其能提高客车弹簧检修的质量，提高车辆落成率。
本发明所述方法已在多台客车上得到验证，基本可做到一次落车交验合格。
Claims (1)
1、一种铁路客车悬挂弹簧选配方法，其特征为：对客车车体称重，测出客车车体四个支撑位置的负载分布，并根据四个支撑位置的负载分布情况，确定出客车车体的重端和轻端，以及重端和轻端的重的一侧、轻的一侧；测量出随车轴箱弹簧和摇枕弹簧的自由高度、刚度，以弹簧的自由高度与刚度的乘积从大到小的顺序对轴箱弹簧和摇枕弹簧分别进行排序；然后，依次每两个分为一组，将16个轴箱弹簧分为8组，8个摇枕弹簧分为4组；8组轴箱弹簧以自由高度与刚度的乘积从大到小的顺序按重端重的一侧的外侧、重端轻的一侧的外侧、重端重的一侧的内侧、重端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的内侧、轻端轻的一侧的内侧、轻端重的一侧的外侧、轻端轻的一侧的外侧的位置顺序分别放入轴箱内；4组摇枕弹簧以自由高度与刚度的乘积从大到小的顺序按重端重的一侧、重端轻的一侧、轻端重的一侧、轻端轻的一侧的位置顺序进行固定。
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