沈陽地鐵車輛防滑分析

張星宇 賈思晉 沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

一、選題背景

自2016 年起，沈陽地鐵二號線電客車在北陵公園站、白塔河路站等站臺多次出現打滑現象。為此，車輛中心對電客車ER 數據、制動系統數據進行分析，未發現故障，防滑系統正常啟動；對輪對踏面的進行查驗，未發現踏面擦傷現象。

經研究，滑行是由于粘著力變化而產生的非正常運行狀態，會導致制動距離延長、對設備設施造成損害并影響運行平穩性。本文通過對滑行概念、危害、影響因素、防滑控制原理的研究，結合沈陽地鐵二號線線網實際情況，深入分析造成沈陽地鐵二號線電客車打滑的因素，為減少打滑現象提出有效的運營維保建議。

二、防滑系統介紹

（一）列車滑行的概念

列車是依靠粘著滾動的車輪與鋼軌粘著點之間的粘著力來實現車輛的制動，即粘著制動。列車采用粘著制動時，能夠獲得的最大制動力不會大于粘著力。當列車制動時，制動力大于車輪與鋼軌之間的最大粘著力，列車就會發生滑行現象。

（二）列車滑行的危害

列車制動滑行會產生輪軌發熱、輪軌擦傷現象。輪軌擦傷會使輪軌之間產生強烈的振動和沖擊噪聲；會導致車輪軸承、車軸和軌道的損傷，增加輪軌維修費用；也會造成輪軌粘著效果進一步降低，嚴重時還會使線路失穩，甚至導致脫軌事故的發生。

（三）影響打滑因素

通過調研國內其他地鐵和鐵路出現的打滑現象，總結影響打滑的因素可能有以下六種原因：

1.軌面狀態及環境影響因素

鋼軌表面狀態及周圍環境狀況對粘著的影響最大。主要包括樹葉、植物、油、油脂、水、冰、雪、泥和鋼軌上的鐵銹對軌道的污染影響以及對輪軌接觸表面微觀粗糙度的影響等。

2.走行速度

當速度增加時，輪軌間的接觸狀態發生了變化，最大粘著系數隨速度增加而略有減小。

3.軌道質量的影響

軌道質量對列車所能獲得的粘著有直接影響。接頭鋼軌和扭曲鋼軌均會使粘著水平下降。由于接頭鋼軌引起的沖擊，在鋼軌接頭處引起車輪減載，導致粘著顯著下降。

4.曲線軌道

列車在曲線上運行時，輪對的運行方向與曲線的切線方向形成沖角，沖角使車輪在鋼軌上產生橫向蠕滑，由于輪軌間所能傳遞的總蠕滑力受到粘著的限制，因此造成曲線粘降。

5.車輛因素

高速導致單軸功率和制動功率的不斷提高，過大的制動力會導致車輛產生滑行的傾向。

（四）防滑保護系統

防滑保護系統是列車在出現打滑現象之后自動施加的緩解滑行的措施。它不僅能防止車輪失穩、打滑，還能充分利用輪軌粘著，在不擦傷輪對的前提下對列車進行有效的制動控制。

1.參考速度的確定

車輛在制動工況時，系統將選取各制動控制模塊所控制的所有軸中的最大速度，作為判斷本制動控制單元所控制的各軸是否發生滑行的參考速度。

2.滑行判斷

（1）速度差判斷

將一個制動控制單元控制的每根軸的速度與參考速度進行比較，當差值大于預設定值Δv 時，則判定此輪發生了滑行。

（2）減速度判斷

當一個制動控制單元控制的每根軸都不同程度的滑行時，各軸的速度與參考速度的差值未達到設定值Δv，但實際車輛已經發生了滑行，此時通過速度差已經不能判斷出輪對的滑行，需利用減速度作為判斷滑行的依據。當減速度超過預設定值β 時，則判斷此軸發生了滑行。

速度差與減速度只要兩者中有一個達到預設定值，系統就認為此軸發生了滑行。

3.防滑控制過程

在列車運行過程中，各軸端速度傳感器將速度信號實時傳給EBCU，EBCU 判斷該軸是否產生滑行。當判斷出某一軸發生滑行時，EBCU 會控制本軸防滑閥進行排氣。此時制動缸壓力降低，制動力減小，通過控制防滑閥的排氣、保持，最終使車輛最大程度地利用粘著，使輪對恢復正常運行。

三、結合沈陽地鐵實際情況的分析

根據數據統計結果顯示，發生打滑現象的月份不規律，發生打滑現象的電客車無規律，因此可以排除由于季節交替降雨、降雪等環境因素以及車輛偶發故障引起的電客車打滑現象。

以影響列車打滑因素為依據，結合打滑現象數據統計結果，對引起沈陽地鐵二號線電客車打滑的原因分析如下：

（一）輪軌間粘著系數惡化

導致軌面粘著狀態改變的裝置有輪緣潤滑裝置和軌道涂油器，其作用是減少鋼軌和車輪輪緣磨耗。輪緣潤滑裝置是安裝在輪緣處的潤滑裝置；軌道涂油器是安裝在軌道曲線處，為外軌內側進行涂油的一種涂油裝置。正常狀態下，輪緣潤滑裝置和軌道涂油器可以正常滿足粘著需求。當存在其他因素影響時，在多種因素的共同作用下，會導致粘著系數下降。

（二）軌道曲線半徑

根據數據統計結果顯示，沈陽地鐵二號線發生打滑的電客車在沈陽北站站、岐山路站、北陵公園站、新樂遺址站和白塔河路站進出站位置，其中北陵公園站和白塔河路站發生打滑現象頻次最高。通過分析沈陽地鐵二號線線路圖可以發現，沈陽北站、岐山路站、北陵公園站、新樂遺址站均處于進出曲線處。列車在曲線上運行時，輪對的運行方向與曲線的切線方向形成沖角，沖角使車輪在鋼軌上產生橫向蠕滑。由于輪軌間所能傳遞的總蠕滑力受到粘著的限制，造成曲線粘降，同時對應最大粘著系數的蠕滑率會隨曲率的增加而增大，因此軌道曲線半徑會影響粘著系數的下降。

通過以上分析可知，電客車打滑是由多種因素共同作用導致的。當軌道曲線半徑、軌面狀態、運行速度等多個影響粘著系數的因素同時作用時，會導致粘著系數急劇下降，從而引發電客車打滑現象。

四、運營維保建議

鑒于以上分析情況，提出以下建議：

（一）優化線路設計

在新線進行線路設計時，盡量減少多段連續曲線的線路。

（二）改善輪軌關系

（1）加強對車輪狀態的監控，對車輪踏面定期進行清潔。

（2）加強對軌道的巡查，注意觀察軌面狀態。在軌道保養結束后，確保軌面清潔，現場無油脂、鐵銹等會導致粘著系數降低的雜質。

（三）限速降低影響

在發生打滑現象時，采取限速的手段降低防止持續發生打滑現象。