國內目前動車組最高運行速度已達到350 km/h。彈簧廠在研究高速動車組軸箱彈簧載荷測試技術基礎上，對某型高速動車組動力和非動力轉向架軸箱彈簧加工力進行連續10天的線路測試，總測試里程約為11 000 km。獲得軸箱彈簧力動態特性，給出典型工況下彈簧的載荷時間歷程，抽樣分析高速直線、曲線、道岔、進出車站、進出車庫以及制動等典型運用工況下的彈簧載荷特性，并在統計基礎上給出彈簧一定運用里程下的彈簧載荷譜以確定載荷出現幅值、次數與測試里程之間關系。研究結果表明，高速動車組載荷特性與運用線路等級密切相關，且彈簧載荷最大值一般出現在等級更差的進出車庫、車站以及聯絡線區段，測試得到的最大軸箱彈簧動態載荷系數為0.28；頻域分析結果表明，高速線路區段彈簧力有1.1 Hz左右的穩定振動頻率，即該測試線路區段存在波長為100 m左右的軌道高低不平順激擾；另外，高速時由于車輪轉動引起的彈簧低幅值動態力的主頻率為一般為11 Hz。研究結果可用于指導轉向架設計以及相關理論研究等。
目前，彈簧廠引進并聯合設計生產的高速動車組最高運用速度已經達到350 km/h。在這一運用條件下，首先應明確高速動車組在實際運用條件下的載荷特性。從運行安全性上看，輪軌力占有不可替代的作用，因而在已有的理論研究與測試中受到了普遍關注與重視。但從結構安全性來看，構架作為高速動車組最薄弱的關鍵部件之一，既承受來自一系懸掛系統作用力，又受到二系懸掛作用力，因此針對轉向架構架作用力測試與識別是目前應完成的首要任務之一。
運營中動車組轉向架構架主要受到軸箱垂向載荷、橫向載荷、縱向牽引載荷、電動機載荷、齒輪箱載荷和制動載荷的共同作用，理論上應對它們分別測試或識別。事實上，軸箱垂向載荷和橫向載荷在這些所有載荷中起決定性作用。因此如果能夠準確獲得軸箱位置的垂向和橫向載荷，那么就可以較為準確地確定出作用于構架上的載荷及其特性。
彈簧廠獲得結構的力載荷一般有三種方式。其一是數值仿真法，由于線路條件、運營工況、車輛模型以及系統非線性參數等方面的差異和限制，數值仿真手段不能夠完全和真實地反映軸箱彈簧加工的載荷特性；其二是載荷識別法，盡管載荷識別有各種各樣的理論與方法，但其實際效果并不十分理想；其三是直接測試，實際上，直接測試部件的作用力是獲得載荷特性最為理想、直接和準確的方法。目前轉向架載荷線路測試中只有輪軌力實現了線路測試。但是目前輪軌力測試也僅限于車輪每轉動一周只有有限次作用力輸出方式，還沒有達到車輪轉動任意位置和時刻均能夠輸出力的連續測試方式。
為此，本文研究軸箱彈簧力直接和連續的測試方法，并在此基礎上完成高速動車組軸箱彈簧載荷連續測試和特性分析。在本文之前國內外還沒有進行過同類實車高速線路測試和載荷分析工作。
1 軸箱載荷測試與識別
1.1 測試轉向架 為全面把握高速動車組彈簧載荷特性，本文對某型高速動車組的動力和非動力轉向架均進行了測試，測試最高速度為350 km/h。該型動車組編組及兩測試轉向架(非動力和動力轉向架)位置分布1，它們分別位于頭車后位以及第二車前位。
測試轉向架軸位及編號。鑒于動車組在測試過程中每天在北京和天津間來回往返運行并入庫，每兩天完成一個完整的運用工況，因而兩測試轉向架處于導向位和非導向位的概率幾乎完全一致，這有利于保證測試結果的準確性和全面性。
1.2 軸箱彈簧加工力測試方案 為了直接測試軸箱彈簧垂向載荷，由國內相關研究所通過專業的力傳感器制作工序如布片、絕緣、溫控、封裝、信號放大以及加載測試試驗等，將該型高速動車組用軸箱彈簧做成力傳感器元件(圖3)并將其安裝于該型動車組上，以完成線路測試前期工作。由于該“力傳感器”能夠連續記錄任一時刻軸箱彈簧變化引起的電壓信號，因此該方法實現了對軸箱載荷直接和連續測試，這對獲得所有頻率范圍內的彈簧力具有重要的意義。另外，為確保測試結果的準確性，每一組彈簧上有兩個測試通道，理論上這兩個測試通道的測試結果應一致。
圖4給出了軸箱彈簧測試電壓與測試載荷F之間對應關系，即19.62 kN/V。動車組空載時動力和非動力轉向架每一軸箱彈簧靜態載荷分別為52.5 kN和48.0 kN，彈簧受載后力值一般在40～60 kN范圍內，彈簧力測試范圍正好落在其線性度較好的 中間區段，這對進一步提高測試精度具有重要幫助。
2 載荷線路測試與處理 北京至天津高速鐵路線全程約為117 km，80% 為高架橋梁，采用了無砟軌道整體道床技術。該線路技術將應用于京滬高速線路，因此彈簧廠測試結果對論證該項線路技術的有效性和可行性具有重要意義。 2008年7月，某型高速動車組在北京至天津高速路線上連續測試了10天。運行工況為每天從車庫出發后，平均運行5個半往返(11個單程)共約1 100 km。測試與數據采集從車庫發車到回到車庫，實現全程連續采集。10天總測試里程約11 000 km，大量而全面的數據涵蓋了動車組各種運營工況如高速、低速、曲線、道岔以及進出車站和車庫等。 測試儀器采用多通道數據采集系統。軸箱彈簧加工有效振動頻率低于50 Hz而采用頻率為500 Hz，該采樣頻率足以保證采樣數據的完整性。整個測試過程中列車在線路上快速運行，各種干擾信號也有可能由測試環節進入數據采集系統對信號產生干擾。因此，采用專用數據處理軟件，對實測信號進行去除零漂、排除干擾、提高信噪比并將電信號轉換為載荷值等處理方式，以獲得準確的測試結果。
3 軸箱彈簧載荷特性 雖然測試范圍限于北京動車庫至天津動車庫之間，但是連續10天的測試數據覆蓋的總里程長、工況全面，測試結果具有很好的重復性和代表性。為確認不同工況下軸箱彈簧力的動態變化特性，這里針對主要和典型運用工況進行抽樣，以進一步揭示軸箱彈簧載荷在不同工況下的變化規律。這些工況主要包括高速直線、曲線、道岔、進出正線車站以及車庫等。 3.1 軸箱彈簧載荷抽樣時間歷程 3.1.1 高速直線，高速直線條件下，即使其運行速度達到了350 km/h，動力和非動力轉向架軸箱彈簧載荷峰值一般不超過58 kN和53 kN，最大動態載荷變化值不超過6 kN和5 kN。即是說，高速區段具有優良的線路狀態，此時列車運行速度對軸箱彈簧垂向載荷幅值影響有限。
由此可見，在高速直線區段軸箱彈簧力有相對穩定的1.1 Hz左右的振動頻率。而運行速度v、振動頻率f以及波長l三者之間有式的關系，這表明該測試區段內有周期性的、波長為100 m左右的軌道高低不平順，這在線路維修與養護過程中應引起注意并對其合理處理。 fvl= (1) 在該測試區段中，還存在頻率為11 Hz和24 Hz左右的彈簧力；比較兩種轉向架彈簧加工幅值譜密度可知，在頻率23～27 Hz范圍內動力轉向架彈簧力的譜密度明顯較非動力轉向架彈簧大，這可能是由于電動機轉動或齒輪箱振動引起。另外，該頻率與構架第1階彈性振動頻率非常接近，這在動車彈簧彈簧設計加工以及高速運用過程中應引起足夠地重視。
相關產品：
汽車雨刮臂彈簧,高壽命,超防腐
汽車制動閥彈簧
空氣濾清器彈簧
汽車離合器回位彈簧生產
