摘要：随着城市道路交通日益拥挤，轨道交通以其不占用地上空间、运输量大、安全性好、准时率高的优势成为各城市发展的新方向。城轨车辆轮重是决定车辆动力学性能的关键，影响到了车辆牵引及制动性能的稳定性与可靠性。本文从轮重偏差对车辆牵引及制动性能带来的影响进行分析，并找出影响轮重分布不均的原因。
关键词：城轨车辆；轮重分配；影响分析
1.研究背景
随着近些年城镇化进程的加快，人们生活水平的提高，城市交通变得越来越拥挤。城市轨道交通，尤其是地铁车辆，以其运输量大，安全性好，准时率高且不占用地上空间的巨大优势被各大城市青睐。而城轨车辆轮重分配均匀性一直是影响车辆生产效率及产品质量的关键问题。本文从轮重偏差对车辆牵引及制动性能带来的影响进行分析，找出影响轮重分布不均的原因。
2.轮重均匀性要求
城轨车辆生产过程中对于轮重均匀性有着明确的要求，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：“同一动车的每根动轴上所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同轴两轮平均轮重之差不应超过该轴两轮平均轮重的±4%”。为了验证车辆出厂前满足该要求，车辆需在出厂前进行轮重检测并根据检测结果进行调整。
3.轮重偏差的影响
3.1 牵引力的影响分析
车辆在运行过程中，依靠轮轨间的黏着力提供作用力，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，车辆将会发生动轮打滑或者空转的危险，即：
（3-1）
式中：Tmax是车辆动轮最大牵引力（N）；
μmax是车辆最大粘着系数；
QI是车辆各动轴轴重；
n是车辆动轴个数。
由式（3-1）可知，当车辆牵引力大于车辆各动轴黏着力之和时，车辆动轴发生空转或打滑。由于车辆运行过程中，各车轮驶过的轨道状况基本一致，导致车辆轮轨间的黏着系数μ基本一致，在轴重分配不均的情况下，随着牵引力的增加个别轴重较低的车轮首先达到黏着力的要求导致打滑甚至空转。由于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，存在超过黏着力的风险，运行工况恶劣的情况下可能发生整车牵引丧失的情况，车辆打滑示意图如图1所示。
图1 车辆牵引打滑示意图
3.2 制动力的影响分析
城轨车辆多采用闸瓦制动，当制动作用施加时，闸瓦抱紧踏面产生制动力P，相应的该处车轮产生与轨道间的摩擦力U，受力分析如图2所示。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。
图2 制动打滑示意图
4.轮重偏差原因分析
4.1 设计结构原因
城轨车辆转向架悬挂方式多采用一系钢弹簧或橡胶叠簧连接构架与轮对，二系空气弹簧连接构架与车体。两者都是弹性连接，支撑形式都是超静定支撑。在设计结构及设备部件需求的限制下，转向架簧上质量的分配在设计上无法达到完美的分配，在设计期望上，希望车体结构的理论重心在转向架中心销中心，如此能够实现轴重的均匀分布，但实际设计重心总是与理想状态存在偏差，虽在设计结构时，车体各部件得到最大限度的补偿，但设计理论重心与理想中心仍存在些许差异。
4.2 生产制造原因
车辆结构设计阶段，车体和转向架上的零件质量受设计最大限度的补偿，车体理论重心与轮重均分配对应的车辆重心基本一致，但是在生产过程中，各零组件的生产受工艺水平及制造水平的限制导致本身质量的不稳定性，加之装配到车体及转向架上时，由于组装误差的原因导致组装零部件的重心偏离设计要求，各零部件组成整体过后进一步放大了实际重心与理论重心的偏差，导致轮重分布不均。
5.结论
轮重分布决定了车辆的动力学性能，极大的影响到了车辆牵引性能及制动性能的稳定，本文分析了轮重偏差对车辆牵引力及制动力的影响，并提出了导致轮重分布不均的原因存在设计结构的限制以及生产制造能力的限制，希望通过本文的分析，能够提高对轮重均匀分布的认识，避免由于轮重偏差导致的牵引力缺失或者制动力不足的情况。
参考文献
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论文作者:徐晶平
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月51期
论文发表时间:2019/12/6
标签：车辆论文; 牵引力论文; 偏差论文; 重心论文; 车体论文; 转向架论文; 车轮论文; 《知识-力量》2019年11月51期论文;