高速磁浮车辆称重试验方法及关键装备研究.pdf

49工装设备文章编号：1 0 0 7-6 0 34（2 0 2 3）0 4-0 0 4 9-0 3D0I:10.14032/j.issn.1007-6034.2023.04.013高速磁浮车辆称重试验方法及关键装备研李丰，刘然，王强，董力群，常杰（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛2 6 6 1 1 1）摘要：根据高速磁浮车辆及轨道的结构特点，通过分析单车及编组列车的称重试验要求，形成了高速磁浮车辆称重试验方法，并研发了称重试验的关键工艺装备，在高速磁浮单车及编组列车的称重试验过程中得到了充分的技术验证。关键词：高速磁浮；称重试验；工艺装备中图分类号：U269.4*3文献标识码：B高速磁浮列车采用“抱轨”运行的结构，安全等级高，空间宽，乘坐舒适。高速磁浮列车通过电磁力实现列车与轨道之间无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行，实现列车的悬浮导向、牵引、制动功能1-2为了验证车辆均衡计算的准确性，了解车辆设备布置的合理性及整车重量控制情况，车辆组装落成后通常通过称重试验的方式获得车辆均衡性的实际数据3。传统轨道车辆一般采用称量轮对的方式进行称重试验，称重时将车辆推至称重试验装置上，将轮缘顶起或者使车轮踏面完全落在称重传感器上，同时称量各车轮上的重量。目前各称重试验装置专为轮轨车辆结构特点设计，根据车轮的轴距及定距进行调节或预先设定，可分为固定式、通过式及便携式，无论哪种称重试验方式，都需要将车辆移动至称重试验装置上进行称重试验4 。高速磁浮车辆没有轨道轮，非悬浮状态下在轨道上移动困难，设置固定式的称重试验装备需要设计专用的轨道梁，将称重传感器嵌入轨道梁中，不仅制造成本高，使用也不方便，通用性、灵活性不高。因此需要根据磁浮车辆及轨道的结构特点，研究一套适合高速磁浮车辆称重试验的方法和工艺装备。1称重试验方法分析目前，高速磁浮车辆没有统一的称重试验标准，本文比照轨道车辆的称重试验相关标准，制定了高速磁浮车辆称重试验方法。称重试验装备的关键参基金项目：山东省重点研发计划（重大科技创新工程）资助(2020CXGC010202)。收稿日期：2 0 2 2-0 3-1 0作者简介：李丰（1 9 8 2 一），男，正高级工程师，本科。数比照TB/T27821997铁道机车车辆称重台技术条件制定，并参照JJG1172015静态机车车辆称重台检定规程要求进行称重试验装备的定期标定。TB/T2782标准规定：称重台应能同时测定机车车辆的各个轮重，称重台的误差在称重范围内应不大于0.5%。称重台在结构上应能在单体和组成状态下进行标定。根据此要求，高速磁浮车辆称重试验装备应能同时称量各个滑撬作用于轨道上的重量，故需在每个滑撬下方放置一个称重传感器，以测定磁浮车辆在静态时的总重和重量分配。高速磁浮车辆在非悬浮状态下，由1 6 个滑撬支撑在轨道面上，称量1 6 个滑撬面上的重量来分析高速磁浮车辆的载荷分布数据，从而了解车辆的均衡性。在高速磁浮车辆非悬浮状态下，为了在滑撬下方放人称重试验装备，需要通过外力将悬浮电磁铁模块顶起，使滑撬支撑面脱离轨道面一定的距离。难点在于，此距离不足2 0 mm，需要设计一种非常薄的称重试验装备，以便将其方便地放人滑撬下方对应的轨道面上。2称重试验关键装备研制2.1称重试验装备组成及功能根据高速磁浮车辆的结构特点及称重试验要求，设计开发了一种高速磁浮车辆称重试验装备。该试验装备主要由称重单元、集控台、称重管理软件、校准装置、辅助顶升装置组成。其中，称重单元设计为薄板结构，称重试验时，将其置于滑撬与轨道之间，用于称量车辆作用于滑撬上的重量。（1）称重单元称重试验装备包含1 6 个称重单元，可同时测量50机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月工装设备整车1 6 个滑撬的重量。每个称重单元包含结构本体、应变式称重传感器、A/D转换器。称重单元结构如图1 所示。车辆进行称重试验时，整车重量通过滑撬将重力传递给称重单元的结构本体，在重力作用下，结构本体产生微小形变，使应变式称重传感器输出与重量数值成比例的电信号，经信号放大，A/D转换器将电信号转换成数字信号5，每个称重单元设有独立的地址编码，通过屏蔽电缆与集控台进行通讯，数字信号抗干扰能力强，传输距离远应变式称重传感器A/D转换器结构本体图1称重单元(2）集控台集控台是称重试验装备的操控与数据处理平台，是与用户交互的窗口。集控台集成了工控主机、显示屏、集线器，同时还配备了不间断电源、打印机等。称重单元将重量信号通过集线器汇集到一起传输给工控主机，工控主机操作系统中安装的称重管理软件对数据进一步处理，显示在用户交互界面上（3）称重管理软件称重管理软件可实时接收、处理原始称重数据，并将处理后的称重数据显示于用户界面上，同时接收用户相关信息的输入和参数设定，称重试验完成后生成称重试验报告。称重管理软件具有用户权限管理、参数设置、试验数据实时显示、数据存储与统计、数据查询与回放、试验报告生成等功能。称重管理软件用户界面如图2 所示老工车砂标签图2称重管理软件用户界面进人称重管理软件用户界面，用户界面上部区域显示称重单元的放置位置，并实时显示称重单元的重量数值；用户界面下部区域为车辆朝向、对应滑撬的位置示意，根据车辆的实际朝向，调整用户界面中的车辆朝向与实际一致。称重单元示数稳定后，选择接受当前称重结果时，称重单元的示数会被读取到车辆对应滑撬的位置处称重试验结束后，称重管理软件按照用户设定的计算规则自动计算出车辆总重、端位差、侧位差等数据，并可按用户设定的模板打印称重试验报告。称重管理软件将用户确认的称重试验数据存储至数据库，数据分析界面可对存储的称重试验数据进行检索、读取、分析、汇总等处理。称重管理软件也具有称重试验数据的回读功能，允许用户对存储的试验数据进行离线查看（4）辅助顶升装置在磁浮车辆非悬浮状态下，要将称重单元放置于滑撬下方，需配备多组辅助顶升装置。辅助顶升装置通过液压泵控制装置升降，顶升相邻两个悬浮磁铁模块托臂的正下方位置，滑撬脱离轨道一定的距离，使称重单元能够放人滑撬下方。利用跷板原理，辅助顶升装置可很好地平衡两个支持面的顶升力，使两侧悬浮磁铁模块的受力一致，辅助顶升装置结构如图3所示2.2称重试验装备标定装置称重管理软件允许具有管理员权限的人员通过标定装置进行定期计量，对称重单元的线性偏差进行修正。标定装置用于单独校准每个称重单元的精度。标定装置模拟磁浮车辆滑撬作用于称重单元的状态，使用液压柱塞泵为称重单元逐级加载，通过比较标定仪表的示数和称重管理软件中标定界面显示的数值偏差，输人修正系数，使用户界面显示的数值与实际获得的数值偏差保持在设备允许的精度范围内。标定装置结构如图4 所示图3辅助顶升装置图4称重试验装备标定装置3称重试验方法3.1称重试验前准备待称重试验的车辆应为整备状态，车载空压机运行正常，空簧高度调整至正常范围内。车辆停靠的轨道位置应能保证作业人员从车底接触到滑撬，51丰刘李高速磁浮车辆称重试验方法及关键装备研究然，王强，等便于将称重单元放置到滑撬下方位置3.2称重试验的实现过程称重单元的编号为1#16#，将称重单元按照编号分组，依次放置于滑撬一旁的轨道上，使用通讯电缆将称重单元串联，分4组与集控台连接，连接方式如图5所示。打开工控主机并登录称重管理软件，用户界面实时显示称重单元的示数。称重单元示数稳定后，将称重单元示数置零。集控台不不不不1#称重单元3#称重单元5#称重单元7#称重单元9#称重单元11#称重单元13#称重单元15#称重单元2#称重单元4#称重单元6#称重单元8#称重单元10#称重单元12#称重单元14#称重单元16#称重单元图5称重单元与集控台连接示意车辆、称重试验装备准备就绪后，使用辅助顶升装置将悬浮磁铁模块顶起，使滑撬脱离轨道一定的距离，为了防止相邻悬浮磁铁模块顶起的高度差过大，悬浮架结构发生过度形变，使用了多组顶升装置，依次逐一将电磁铁模块顶起一定的高度，直至能将称重单元放入滑撬下方。将悬浮磁铁模块依次循环顶起，放人其他称重单元，将顶升装置缓慢降下，使滑撬落于称重单元上，直至全部称重单元放人滑撬下方。为了减少称重数据偏差，称重单元应于滑撬前后、左右对居中放置，所放位置的轨道面应平整，以便称重单元下表面平贴轨道面，称重单元放置位置如图6 所示。图6称重单元放置位置根据称重试验要求，为确保称重数据的准确性，需进行两次称重。用户界面实时显示的称重单元示数即为整车通过滑撬作用在轨道上的重量，待示数稳定后，接受并保存此次称重数据，第1次称重结束。重复上述称重单元的放置过程，将车辆左右两侧滑撬下方的称重单元互换位置，进行第2 次称重。两次称重结束后，称重管理软件将称重试验的数据存入数据库，按照用户设定的报告样式打印称重试验报告。3.3编组状态下的称重试验磁浮车辆编组状态下，包含跨接两车的电磁铁模块、裙板、连接两车之间的车钩、风挡等部件，在编组状态下进行称重试验更能反映出车辆运行状态下的均衡性。本称重试验装备同样适用于编组状态下的称重试验，只需在相邻车辆的滑撬下方垫上与称重单元等厚度的垫板，使相邻车辆与待称重车辆的滑撬处于同一高度平面内，即可进行车辆编组状态下的称重试验4结束语高速磁浮称重试验装备是高速磁浮列车制造平台中的重要装备之一，通过称量高速磁浮车辆分配于滑撬上的重量，获得高速磁浮车辆的载荷分布数据。本文通过分析轨道车辆的称重试验标准和方法，制定了高速磁浮车辆称重试验的方法，开发了相应的称重试验装备，本装备无需对磁浮轨道进行改造，不受车辆停放轨道位置的限制，放置、移除方便，通过实车验证，可满足高速磁浮单车及编组状态下的称重试验要求参考文献：1】张杨，吴超.磁悬浮列车技术发展路线研究J.技术与市场，2017,24(6):101-102,104.2】孙玉玺，山荣成，董力群，等.高速磁浮车辆悬浮架装配关键技术研究J.机车车辆工艺，2 0 2 0（1）：1-314.【3杨怀生，尚歌.城市轨道车辆重量管理、计算及测定方法J.中国设备工程，2 0 2 0（2 2）：31-32【4】刘顺华，刘玉泉.铁道车辆称重均衡试验台设计J.铁道车辆，2011,49(7):25-29.【5】刘九卿.应变式称重传感器的技术集成性与环境适应性 J.衡器,2 0 12,41(1):3-10.