淺談地鐵車輛輪對異常磨耗原因及控制

摘 要：地鐵車輛輪對異常磨損是困擾地鐵車輛運營部門難題。輪對模式異常磨損可分為凹槽、W形磨損和梯形磨損，這主要與車輪組沿履帶移動時胎面和履帶之間摩擦以及制動鉗與制動模式之間摩擦有關(guān)。在日常操作和維護中，隨著車輛里程增加，車輪磨損異常現(xiàn)象逐漸暴露出來。根據(jù)對A市地鐵1號線車輛輪對磨損情況研究和分析，指出異常磨損原因，并提出解決胎面異常磨損方案。輪組作為地鐵、汽車的重要組成部分，關(guān)系到列車運行的穩(wěn)定性和安全性。以A市地鐵1號線異常胎面和輪式磨損為研究對象，其主要原因是電力系統(tǒng)與空氣制動不協(xié)調(diào)，ATO控制不力。進行合理控制后，車輛輪對異常磨損將得到有效控制。

關(guān)鍵詞：地鐵;車輛輪對;異常磨耗

一、 引言

隨著我國地鐵和地鐵車輛里程表增加，地鐵車輛輪對保護器異常磨損現(xiàn)象逐漸暴露出來。輪對異常磨損會影響地鐵列車安全穩(wěn)定，也影響乘客舒適度，縮短車輛使用壽命，增加維修部門的。據(jù)調(diào)查，A市地鐵1號線多個車輛輪對有不同程度異常磨損。車輪胎面異常磨損會降低車輪與鐵軌之間接觸連接，影響道路穩(wěn)定性、乘客安全性和便利性，縮短履帶系統(tǒng)部件使用壽命。鑒于這種現(xiàn)象進一步惡化會降低駕駛安全系數(shù)，因此，有必要進行徹底研究和分析，以確保地鐵安全。

地鐵具有承載能力高、速度快、舒適性大等優(yōu)點，是市民日常出行常見選擇。路面制動是地鐵主要制動方式，由于地鐵站距離短，制動頻繁，只有空氣制動不能滿足熱負荷要求。當車輪承載車輛橫向負載時，驅(qū)動駕駛員、牽引力傳動力和制動力，輪對承載量過高。當輪對承受熱負荷超過其自身軸承限制時，輪對保護器將受到熱損傷，如剝落、熱裂紋和異常磨損。以A市地鐵1號線為例，駕駛員頻繁使用快速制動會導致車輪胎面產(chǎn)生大量熱應力，從而導致輪對異常磨損。如果這些異常磨損不能及時修復，地鐵車輛安全將受到嚴重影響。在研究輪對異常磨損現(xiàn)象時，需要了解異常磨損主要表現(xiàn)。在A市地鐵1號線中，輪對異常磨損主要是由于以下城市鐵路車輛頻繁剎車和重熱負荷，電動氣動制動分布不合理，空氣停止入口點設置不合理，容易導致磨損。

二、 原因分析

（一）制動系統(tǒng)配合不良

以A市地鐵1號線為例，當車輛時速為60km/h時，車輛制動具有一定延時。這主要是因為有效電氣制動信號在車輛按下制動指令需要反饋給制動系統(tǒng)，但空氣制動系統(tǒng)無法在短時間內(nèi)獲得電氣制動信號，制動系統(tǒng)需要根據(jù)電氣信號給出制動數(shù)值，以便立即應用空氣制動。然后，電動制動器發(fā)出有效信號并開始建立電動制動力，電動制動力與空氣制動力相結(jié)合，車速開始下降，直到電動制動以當前制動性能執(zhí)行，制動完全退出。因此，造成此問題的原因在于電動制動信號供電時間不正確，導致制動提前增加，而有效電動制動信號以一定梯度上升，這必然導致初始制動階段電動制動力失效，進而影響車輛行進，磨損輪對。該問題由車輛牽引系統(tǒng)與空氣制動系統(tǒng)電控配合控制不良導致。

（二）信號自動駕駛（ATO）問題

以A市地鐵1號線為例，當列車速度為45km/h時，ATO車輛控制過程需要從制動到推力，然后進行停車，牽引系統(tǒng)必須根據(jù)ATO控制指令反復切換發(fā)動機磁場控制。因此，在電動制動轉(zhuǎn)換過程中，列車任何制動都必須輔以氣動制動，為防止整個制動過程中制動功率不足從而導致氣動，制動器在此過程中需要加注。當ATO自動列車制動控制車輛發(fā)送推力信號不正確時，會增加空氣制動器。當車輛因發(fā)送推力信號錯誤時，牽引力系統(tǒng)會根據(jù)ATO駕駛要求反復切換發(fā)動機磁場控制，即從發(fā)電機狀態(tài)切換到發(fā)動機，之后發(fā)電機狀態(tài)和磁場切換過程大約需要4秒。在電動制動轉(zhuǎn)換過程中，電動制動能力實際上無效。此階段輪對磨損異常問題是由ATO汽車管理系統(tǒng)不良引起。

三、 控制措施

（一）修改牽引系統(tǒng)

以A市地鐵1號線為例，控制車輛輪對磨損需要配合空氣剎車系統(tǒng)，使牽引系統(tǒng)提前發(fā)出有效電制動功率信號，并為制動系統(tǒng)的空氣動力建立等效虛擬值為2.5s制動功率信號，以防止氣動制動啟動。在虛值期內(nèi)制動功率損失時，制動總功率隨后由氣動制動系統(tǒng)增大，電動制動功率增大，從而起到特殊作用，避免不正常異常補氣抱閘現(xiàn)象。

（二）優(yōu)化ATO控車應用

列車自動駕駛系統(tǒng)（ATO）主要利用地面信息和車輛信息對列車運行進行控制，實現(xiàn)列車自動駕駛，而控制策略是ATO系統(tǒng)核心部分。以A市地鐵1號線為例，ATO常見控制策略主要包括節(jié)省時間策略、節(jié)能控制策略和混合控制策略。應根據(jù)不同駕駛要求采用不同控制策略，每種控制策略的控制效果應有所不同。由于列車處于不同工況時，其所受合力不同，牽引工況下列車受牽引力和運行阻力作用，會對輪對產(chǎn)生磨損。ATO控制策略需要根據(jù)A市地鐵1號線列車速度位置等運行數(shù)據(jù)和行車路線情況來控制列車工況切換或維持，以此改變列車所受合力大小，進而影響列車加速度，從而調(diào)節(jié)列車運行速度和運行距離，減輕輪對磨損，保證運行效率和行車安全。在傳統(tǒng)混合動力控制策略基礎上，改進ATO控制策略應將行駛狀態(tài)減速效果需要應用于列車中間階段，通過確定中間階段保障列車速度差異在一定范圍內(nèi)，從而保證列車運行效率。A市地鐵1號線實際優(yōu)化ATO控車應用需要進行參數(shù)調(diào)整，測定合理性，這些可以在很大程度上決定控制策略有效性。

四、 結(jié)語

綜上所述，雖然A市地鐵1號線車輛異常輪對磨損問題在進行優(yōu)化后得到緩解，但是電動制動系統(tǒng)響應速度仍然過慢。為滿足減速需求，空氣制動在一定的操作條件下需要進行部分補充。在地鐵工程電動空氣協(xié)調(diào)方案中，必須考慮到電動制動能力和電動制動響應特性，合理規(guī)劃電動空氣協(xié)調(diào)方案，提高電動制動能力，縮短電動制動響應時間，減少無效制動力互補性，延長輪對使用壽命，有效降低維護成本。

參考文獻：

[1]巫紅波，王明娟，呂勁松.廣州地鐵二號線車輛閘瓦與車輪磨耗異常分析及改進[J].電力機車與城軌車輛，2006（5）.

作者簡介：

馬駿豪，蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司。