深圳地鐵列車車底異響慣性故障整治分析

摘要：深圳地鐵自開通以來，地鐵列車車底異響慣性故障頻發，嚴重影響列車正線運營。本文根據深圳地鐵歷年車底異響故障統計及現場跟蹤，把車底異響故障主要分四種類型，根據分類從列車抗側滾扭桿、車輪、牽引電機、車門、閘瓦、駕駛員及軌道鋼軌等方面制定一系列控制措施，有效降低了車底異響故障率，由2011年的10次/月降至2014年的3次/月，降幅達70%。

關鍵詞：異響；整治；故障率

一、故障描述

地鐵列車車底異響是由于軌道環境、列車運行速度及列車自身特點的突變導致從列車車底發出的異常聲音，該異常聲音會導致駕駛員及乘客恐亂、投訴，列車退出服務。由于對正線運營造成嚴重影響，深圳地鐵一直把車底異響故障作為重點整治的慣性故障。本文根據深圳地鐵歷年車底異響故障統計及現場跟蹤，將車底異響故障主要分四種類型，詳見表1。

根據各類型異響的歷史比例及影響，初步確定抗側滾扭桿異響、輪軌異響及牽引電機異響為重點整治異響，占異響歷史統計總數94.19%，閘瓦抱閘異響作為次要整治異響，占異響歷史統計總數5.81%。

二、故障原因分析及整治

（一）抗側滾扭桿異響

抗側滾扭桿主要用于提高車輛的抗側滾剛度，限制車輛在限界允許范圍內。抗側滾扭桿主要由中心扭力桿、扭轉臂、垂向連桿及關節組成。深圳地鐵部分列車抗側滾扭桿采用上下金屬球鉸關節，由于球鉸加工工藝缺陷及內部潤滑不良，在使用過程中出現內部滑動不暢及擦傷，致使球鉸發出持續的金屬滑動摩擦異響，由于球鉸配合不暢，出現扭桿機構頂升車體的瞬間異響，并在緩曲線線路及道岔處特別明顯。

為解決抗側滾扭桿異響，深圳地鐵組織車輛生產廠家對球鉸的內部結構及潤滑情況進行改進分析，最終確認將原裝車球鉸更換為進口西門子球鉸的整改方案，通過裝車試驗滿足要求。新型球鉸更換完畢后取得良好的效果，抗側滾扭桿異響故障率降至0.2次/月，故障影響基本消除。

（二）輪軌異響

本文中輪軌異響指列車輪軌噪聲過大。深圳地鐵二期工程自開通以來部分線路輪軌噪聲過大，嚴重影響正線乘駕舒適度。根據國內對輪軌噪聲的研究，深圳地鐵結合自身運營特點采取相應的控制措施有效降低輪軌噪聲影響：

文獻[1]分析輪軌噪聲產生的機理為鋼軌表面和車輪踏面都存在粗糙，當輪對在軌面上滾動時，粗糙會導致輪軌相對運動及本身的彈性振動，也引起軌下基礎部件如軌枕的振動，并向空氣中輻射噪聲，如圖1所示。根據對輪軌噪聲的產生機理分析可知，輪軌噪聲的主要來源是粗糙度激勵、車輪振動、鋼軌振動、軌枕振動及其聲輻射，因此治理噪聲也要從這幾個方面入手，也就是說，降低鋼軌表面粗糙度、增加車輪彈性、增大阻尼、降低各自的聲輻射、安裝吸振裝置等。

圖1 輪軌噪聲示意圖

文獻[2]在對輪軌噪聲源的研究中發現，鋼軌輻射的主要是中、高頻噪聲，車輪輻射的主要是中頻噪聲，而軌枕則主要輻射低頻噪聲。從三者對總噪聲的貢獻來看，鋼軌是主要的輻射源，車輪次之，軌枕最小。因此，控制輪軌噪聲輻射，主要是要控制鋼軌和車輪輻射的噪聲，軌枕次之。

文獻[3]認為由于噪聲和振動在500～2500Hz頻率范圍內線性相關，且鋼軌在此范圍內是主要的輻射體，因此，有效抑制鋼軌振動、減小鋼軌的振動加速度和頻率是降噪的關鍵。輪軌系統激擾是引起輪軌相互動力作用的根本因素，沒有激擾就不會產生振動和沖擊，也不會輻射出噪聲。因此，必須嚴格控制輪軌系統的振動激擾源。早期一些研究表明，由于輪軌作用面的局部不平順（粗造度）而產生振動，從而引起滾動噪聲。鋼軌頂面的粗糙度是產生滾動噪聲的主要聲源。

根據國內對輪軌噪聲的研究，深圳地鐵結合自身運營特點把降低鋼軌表面粗糙度，增大車輪阻尼作為輪軌噪聲的重點整治方法。自2013年8月開始，深圳地鐵組織相關部門對部分線路進行鋼軌打磨，打磨后輪軌噪聲有效降低約10dB；在采購的新車中加入車輪阻尼器，將降低約10dB的輪軌噪聲。

另外，在降低輪軌噪聲輻射過程中，深圳地鐵制定有效控制措施。文獻[4]研究認為塞拉門隔音量要比內藏門的隔音量大（在噪聲頻率達2kHz時，相差可達10dB）。深圳地鐵列車客室車門全為塞拉門，部分列車駕駛室考慮內藏門損壞故障率較低的原因采用內藏門。通過正線噪聲測量，安裝塞拉門駕駛室噪聲比安裝內藏門低約5dB。因此，在采購的新車中駕駛室門設計為塞拉門，并通過優化設計有效降低塞拉門損壞故障率。

通過整治，輪軌異響故障率得到一定程度降低，平均接近于1.5次/月，達到較好效果。

（三）牽引電機異響

深圳地鐵部分列車牽引電機多次發生軸承故障，導致輪對固死，輪軌摩擦損傷，對正線運營造成嚴重影響。電機軸承故障時通常會產生刺耳金屬摩擦異響、濃煙及列車振動等現象，并且部分牽引電機軸承故障可預先從電機軸承異響進行判斷。因此，牽引電機異響作為重點故障進行整治。

自2012年6月至2014年6月，深圳地鐵通過應急組織牽引電機溫度普查、軸承振動測試及牽引電機更換有效遏制了牽引電機軸承故障的發生。同時，深圳地鐵組織車輛生產廠家、第三方科研機構對牽引電機軸承故障原因進行深入分析，開展了三次正線載客動態監控測試，以調查列車走行部、電機運行工況，同時調查軌道線路是否滿足列車轉向架運行要求等，最終，確認把原裝車牽引電機軸承更換為同型號小游隙軸承方案作為根治軸承故障的最佳方案。自軸承更換完畢后，牽引電機軸承故障未再發生，因此牽引電機異響故障基本消除。

（四）閘瓦抱閘異響

深圳地鐵列車制動系統由電氣制動和空氣制動組成，根據制動力計算分別對列車施加電氣制動、空氣制動或電空混合制動，使運行中的列車減速或在規定的距離內停車。空氣制動的執行機構是基礎制動單元，深圳地鐵設計速度為80km/h的列車基礎制動單元采用踏面制動單元，其制動原理就是把列車動能轉化為閘瓦與車輪的摩擦熱能。

閘瓦抱閘異響是指閘瓦與車輪摩擦時發出的異常聲音，聲音尖銳刺耳，影響列車乘駕舒適度。閘瓦抱閘異響原因較多：閘瓦材料及性能，新閘瓦裝車導致閘瓦與踏面尚未磨合，閘瓦間隙不符合標準，電空制動配合模式問題導致列車提前抱閘，列車施加緊急制動等，因此，根治閘瓦抱閘異響難度較大。通過優化制動系統軟件，定期測量及調整閘瓦間隙，閘瓦換型及試驗等措施，深圳地鐵有效降低閘瓦抱閘異響故障率。由于閘瓦抱閘異響一般在列車制動停穩前一刻發出，聲音極其類似于金屬摩擦聲音，因此閘瓦抱閘異響較為容易分辨。通過閘瓦抱閘異響錄音，對駕駛員進行分辨培訓，一定程度上減輕該異響引起的恐慌、投訴。

三、歷史故障情況

深圳地鐵歷史車底異響慣性故障統計如圖2所示：自2011年7月二期工程開通至2012年5月，車底異響故障高發，2012年4月開始組織相關整治并取得一定成效，車底異響故障逐月降低至2012年8月較低故障率；2012年9月車底異響故障再次爆發，2013年6月開始實行全面綜合整治并取得較大成效，車底異響故障逐月降低至2013年11月最低故障率，后續統計至2014年9月一直維持低故障率。

2011年7月至2013年10月，深圳地鐵車底異響故障率約為10次/月，2013年11月至2014年9月故障率約為3次/月，降幅達70%，全面綜合整治取得較大成效。

圖2 深圳地鐵列車歷年車底異響慣性故障統計

四、結論

地鐵列車車底異響故障是極其復雜的慣性故障，涉及軌道、列車及駕乘人等。隨著線路的開通，行車速度越來越高、載客量越來越大，車流密度不斷增加以及新型車輛結構的推廣，車底異響原因會越來越多，根治難道越來越大。本文根據深圳地鐵歷年車底異響故障統計及現場跟蹤，將車底異響主要分四種類型，根據分類從列車抗側滾扭桿、車輪、牽引電機、車門、閘瓦、駕駛員及軌道鋼軌等方面制定一系列控制措施，有效降低了車底異響故障率。

參考文獻：

[1]劉揚，練松良，章新權.輪軌噪聲的產生機理及其治理措施[J].石家莊鐵道學院學報.2006（3）

[2]孫大新，高亮.高速鐵路輪軌噪聲及其控制措施[J].中國安全科學學報.2005（11）

[3]葛世平.城市軌道交通的振動和噪聲對環境的影響及其對策[J].城市軌道交通研究.2003（03）

[4]葉彪，程雄，陳曉，王續.地鐵車門隔聲性能試驗研究與分析.電力機車于城軌車輛.2013（3）