關(guān)于地鐵車輛偏磨解決措施及調(diào)頭換向需求的分析研究

于校然

徐州地鐵運營有限公司 江蘇 徐州 221000

引言：M3線自運營以來,車輛輪對偏磨嚴重,其線路布局或為造成偏磨的主要成因之一,在車輛走行部選型穩(wěn)定的情況下,考慮設(shè)置調(diào)頭線進行車輛換向運行,進而解決車輛輪對偏磨問題。

一、車輛輪對偏磨的形成原因

(一)基礎(chǔ)成因：輪軌接觸幾何關(guān)系和蠕滑機理表明,車輛通過曲線時,輪緣與鋼軌發(fā)生接觸是導(dǎo)致產(chǎn)生輪軌磨耗的根本原因。車輛行駛在彎道上時,受離心力作用,外側(cè)輪緣與鋼軌緊貼,內(nèi)側(cè)輪緣與鋼軌相離,造成輪緣偏磨。而離心力大小與車輛速度成正比,隨著車輛提速,轉(zhuǎn)彎時外側(cè)車輪需提供更大的向心力以保證車輛不會脫軌,卻使得輪緣與鋼軌摩擦加劇,日積月累將會造成輪對偏磨現(xiàn)象。

此外,影響輪緣磨耗的主要因素還有線路曲線外軌超高、曲線段軌距、輪軌沖角、車輪輪徑差、輪緣耐磨性,以及轉(zhuǎn)向架彈簧裝置懸掛剛度等。

(二)線路曲線對偏磨的影響：當車輛運行在彎道多、坡度大的線路時,發(fā)生偏磨的概率較大。在困難地段,線路采取小半徑敷設(shè),能大量節(jié)省工程費用,卻不利于車輛運行,特別是曲線限制行車速度時,影響更為嚴重,曲線半徑越小,鋼軌磨耗越快,車輪剛度一般低于鋼軌,其磨耗程度不言而喻。

二、M3線線路條件及車輪磨耗情況

M3線整體分布呈“3”的運行走勢,彎道多且多為右彎道、曲線距離長,車輛運行中受離心力影響,長期存在外側(cè)車輪即左側(cè)車輪輪緣與鋼軌緊貼摩擦現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計,M3線正線共有彎道81處,總曲線長度達18.5公里,占總里程的74.6%。在M3線運行總里程達到70萬公里時,車輛輪對數(shù)據(jù)顯示已存在一定程度上的偏磨現(xiàn)象(左側(cè)輪緣磨耗較快)。以M0303為例,該車運行至10.95萬公里時,右側(cè)輪緣厚度均大于左側(cè)輪緣,最大差值達1.24 mm,平均差值達0.51 mm。

三、車輪輪緣偏磨對運營的影響

輪對尺寸超標行車存在脫軌風險,危及運營安全。此外,輪緣偏磨的修復(fù)將額外造成運營成本的增加,更影響車輛正常投用。

(一)對輪對使用壽命的影響：輪對偏磨通常體現(xiàn)為輪緣偏磨,而現(xiàn)有L M 型踏面鏇修恢復(fù)1 mm 輪緣厚度需損失4-5 mm 的踏面直徑以保障L M的踏面廓形完整。若一個車輪輪緣發(fā)生偏磨,輪緣厚度超限(新輪32 mm,上線標準26 mm),為恢復(fù)其輪緣厚度至32 mm,需損失至少24 mm 輪徑值,同時依據(jù)同軸不超過0.5 mm,同架不超過0.5mm,同車不超過2 mm 的鏇修標準,以確保鏇修后可維持在相對磨耗率較低的磨耗周期中,將會消耗更多車輪直徑。

(二)對車輛運用的影響：以M3線輪對鏇修作業(yè)用時為例,通常完成一根軸輪對的測量及鏇修耗時30至40分鐘,加之調(diào)車、斷送電、鏇修后車體高度調(diào)整、上電靜調(diào)等作業(yè)內(nèi)容,鏇修整列車耗時達3至4個工作日之久,造成一定的供車壓力。

四、業(yè)內(nèi)車輛偏磨及解決措施

(一)上海地鐵四號線。上海地鐵四號線為全長33.77k m 的環(huán)行線,蒲匯塘停車場、宜山路站和上海體育場站位于三個端點,兩條出入庫線和一條正線形成三角線。同時,蒲匯塘車庫和四號線其余部分正線還構(gòu)成了一條燈泡線。四號線車輛投用不久即出現(xiàn)了嚴重的車輪輪緣異常磨耗現(xiàn)象,為降低輪緣磨耗,在安裝了輪緣潤滑裝置降低輪軌摩擦的同時,針對環(huán)線情況,采取每兩周換端運營的措施,列車定期換端后,輪緣磨耗量明顯降低,車輪鏇修周期明顯延長。

(二)廣州三、五號線。廣三線線路呈南北“Y”字形走向。在廈滘站、車輛段、大石站三站點之間設(shè)置了三角線,不定期換向運行。三號線北延線車輛運行一段時間后即出現(xiàn)車輛偏磨現(xiàn)象,目前通過聯(lián)絡(luò)線開行至三號線進行換向調(diào)頭運行。

廣五線考慮正線存在較多小半徑曲線,在設(shè)計之初于魚珠站、車輛段及三溪站三點之間設(shè)置了三角線,并且在實際運用中每兩周進行換向運行。自開通運行至今,除車輪圓跳動大、剝離等常見故障外,未出現(xiàn)車輪偏磨現(xiàn)象。

(三)其他地鐵調(diào)頭線設(shè)置情況。北京地鐵機場線往T3、T2及市區(qū)方向位于三個端點,形成三角線;北京地鐵1號線古城車輛段、天津地鐵九號線胡家園車輛段、南京地鐵2號線馬群車輛段、上海地鐵1 號線富錦路基地、2/7號線龍陽路基地、11/16 號線川楊河基地均設(shè)置了燈泡線;上海地鐵6號線港城路車輛段、8號線殷行車輛段均在段內(nèi)設(shè)置了三角線;臺灣阿里山線在竹崎車站與二萬平車站設(shè)置了三角線;臺北捷運在藍線的土城機廠內(nèi)設(shè)置了三角線,專為一組三輛車調(diào)頭之用。

(四)偏磨解決措施。解決(控制)輪對偏磨最直接方式為輪對鏇修,但無法有效控制運營生產(chǎn)成本;另一種解決方式即通過車輛調(diào)頭換向來平衡兩側(cè)車輪的磨耗。

除此之外,線路在設(shè)計之初,應(yīng)盡量避免設(shè)置小半徑曲線;在車輛運行時,應(yīng)加強小半徑曲線潤滑,設(shè)置鋼軌涂油裝置或在車輛上安裝輪緣潤滑裝置;加強鋼軌減磨和型面的日常養(yǎng)修工作,特別是鋼軌潤滑和鋼軌打磨工作的有效結(jié)合;在車輛日常檢修時,加強轉(zhuǎn)向架、輪對尺寸參數(shù)檢查,如一系簧工作高度、踏面直徑尺寸、輪緣厚度等,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超標及時進行調(diào)整(鏇修)作業(yè);在車輛架大修或運營生產(chǎn)允許且鏇修不及時,考慮將轉(zhuǎn)向架換向布置,平衡兩側(cè)車輪偏磨及車下設(shè)備載荷分布不均情況等。

五、車輛調(diào)頭形式

結(jié)合現(xiàn)有設(shè)計經(jīng)驗,車輛調(diào)頭可通過布置燈泡線、三角線或大轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)。環(huán)形回轉(zhuǎn)線(即燈泡線)用以供列車直接掉頭而無需轉(zhuǎn)軌甚至無需停車,通常布置在段場或站線終端,以節(jié)省用地需求;三角線即為三條鐵路軌道以三角形的形狀交會,并在三個交會點設(shè)有轉(zhuǎn)轍器,車輛經(jīng)過“進、退、進”實現(xiàn)調(diào)頭;轉(zhuǎn)盤調(diào)頭即把機車行駛至轉(zhuǎn)盤上,轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)半周后再駛離轉(zhuǎn)盤,適用于自帶動力的鐵路機車頭,地鐵車輛為多節(jié)編組形式,受轉(zhuǎn)盤直徑影響,需解編為單節(jié)車輛,通常在車輛架大修時使用。

六、結(jié)論及建議

結(jié)合現(xiàn)有M3線車輛輪緣偏磨及業(yè)內(nèi)輪對普遍偏磨的情況,建議在線路建設(shè)初期,充分考慮設(shè)置三角線或燈泡線用于車輛的定期換向,該舉措不僅可減少輪對偏磨造成的使用壽命縮減,更可提高車輛運行的安全性及舒適性。

具體建議如下：

1.考慮車輛段及正線車站通常用地面積緊張,建議對于車輛段設(shè)置在線路中段的線路,在車輛段設(shè)置八字形出入段線,結(jié)合正線線路形成“三角線”,不需額外用地。

2.對于車輛段設(shè)置在線路盡頭的線路,可在段內(nèi)或端部車站設(shè)置三角線或燈泡線。若均不具備條件,可在車輛大修基地設(shè)置轉(zhuǎn)盤,車輛解編、組裝時實現(xiàn)車輛換向功能。

3.在線網(wǎng)的各條線路中設(shè)置聯(lián)絡(luò)線,用于不同線路轉(zhuǎn)線或?qū)崿F(xiàn)車輛調(diào)頭功能。

4.既有線路如不能整改,后續(xù)運營將通過加緊輪對鏇修或考慮車輛轉(zhuǎn)向架換向以及通過聯(lián)絡(luò)線行至其他有三角線的線路上調(diào)頭等多種形式。