地鐵車輛輪軌匹配關系研究

李進 辛立杰

摘 要：地鐵車輛輪軌匹配關系研究對于地鐵的快速發(fā)展而言具有重要的意義，輪軌磨耗以及舒適性等，都是地鐵車輛輪軌匹配關系中的研究重點。本文從地鐵的特點出發(fā)，探討地鐵車輛的輪軌匹配關系，以期為保障地鐵列車的安全穩(wěn)定運行提供科學的理論依據(jù)。

關鍵詞：地鐵車輛;輪軌匹配關系;問題研究;策略

0 前言

輪軌關系是影響地鐵車輛運行安全性的一個重要問題。地鐵憑借其便利運輸量大的優(yōu)勢，成為了我國大城市公共交通的首選形式，目前，伴隨著城市化進程的推進，地鐵交通發(fā)展迅速，為了保證地鐵的舒適性和運行安全性，就必須對輪軌關系進行深入研究并探討解決方案。

1 地鐵交通特點

要分析地鐵車輛的輪軌匹配關系，要首先明確地鐵這種交通形式的特點。第一，站與站之間的距離比較短，地鐵的運行速度比較低，地鐵列車在區(qū)間內的運行包括起動、惰行以及制動這三個步驟，要合理分配這三部分的運行時間，就必須提高地鐵的運輸效率;第二，地鐵制動頻繁并且加減速度比較大，由于地鐵站臺之間的距離比較短，所以，必須要通過起動加速度以及制動減速度，才能夠完成良好運行;[1]第三，地鐵線路的曲線半徑比較小。地鐵在修建時，會故意避開地質條件差以及地下管線埋伏比較多等地段，為了減少工程的投資成本，就縮短了地鐵線路的曲線半徑。從地鐵交通的特點可以獲知，和鐵道運輸相比，地鐵車輛在輪軌匹配關系方面有著獨特的特點，因此研究地鐵車輛輪對匹配關系，就應該圍繞輪軌磨損、輪軌廓形智能比對分析打磨以及地鐵車輛運行的安全舒適性這幾個主要問題來展開研究。

2 地鐵車輛輪軌匹配關系研究

2.1 輪軌磨耗研究

地鐵車輛在運行的過程當中不可避免的會發(fā)生輪軌磨損，地鐵車輛是在鋼軌上運行，所以，其損傷是不可避免的，而輪軌的磨損在地鐵運行中，會產生很多不穩(wěn)定因素，其負面影響日趨突出，大大影響了人們乘坐地鐵的舒適性。[3]并且，輪軌磨損問題還會引發(fā)嚴重的噪聲。降低了地鐵列車的運行品質，同時也增大了車輪維修成本，縮短了車輪及鋼軌的使用壽命。地鐵車輛的輪軌磨損問題受到外界多種因素的影響，包括鋼軌線路的狀況、列車運行條件以及輪軌的形狀、材質以及硬度等等。地鐵車輛的車輛輪軌磨損又可以分為輪緣磨損和踏面磨損這兩類。由于地鐵線路的曲線半徑比較小，所以，地鐵車輛在經過曲線時會產生比較大的沖角力，輪緣磨損指的是列車車輪的輪緣，同鋼軌的軌距角出現(xiàn)的磨耗。輪緣磨損的應對方式如下：通過輪軌潤滑來降低輪緣和鋼軌軌距角之間的摩擦系數(shù);定期對鋼軌進行打磨，通過修正使軌頭廓形能夠保持最佳，從而有效改善輪軌的接觸。摩擦系數(shù)的降低能夠有效的減緩輪緣磨耗的發(fā)展速度。除了輪緣磨耗以外，地鐵車輛還會出現(xiàn)車輪踏面的異常磨耗，現(xiàn)階段的地鐵車輛主要采用的是電控聯(lián)合的制動模式，閘瓦制動是造成踏面磨耗的主要因素。

2.2 輪軌廓形智能比對分析打磨策略研究

針對現(xiàn)有鋼軌打磨策略依賴人為經驗設定打磨參數(shù)的缺點，提出基于輪軌廓形智能比對分析的最佳打磨策略研究。選取一段小半徑曲線鋼軌波磨形成和發(fā)展速度較快地段作為試驗段，首先根據(jù)實測鋼軌平均廓形和輪緣平均廓形通過軟件建模分析確定鋼軌打磨的目標廓形，然后根據(jù)實測廓形與目標廓形的差異確定打磨區(qū)域，最后利用專業(yè)軟件分析打磨作業(yè)時打磨車的打磨角度、作業(yè)速度、作業(yè)功率、打磨遍數(shù)等參數(shù)，形成最終打磨方案進行打磨作業(yè)。

2.2.1 鋼軌與輪緣廓形對比

根據(jù)曲線的通過狀態(tài)和導向性需求以及現(xiàn)場鋼軌、車輪廓形，經比對分析最終選定曲上股打磨廓形選型為設定的60NS1型，下股為60KG標準型。

由圖可見曲上股鋼軌與車輪接觸面積過大，導致車輪自身對沖角偏大，而對沖角偏大導致低頻共振，行車垂向位移和垂向加速度增大;通過打磨修型控制輪軌接觸面積，以減少輪徑差，降低垂直加速度，達到噪聲消減的目的。

曲線下股只需打磨鋼軌表面疲勞層，不需修型。

2.3 運行舒適性研究

地鐵列車在小半徑曲線上運行時，其舒適性會受到轉向架橫向穩(wěn)定性以及列車縱向沖擊率等因素的影響。為了提高乘客乘坐地鐵的舒適度，就必須針對這幾個方面的影響因素，提出應對措施。轉向架構架橫向振動的加速度來評價轉向架蛇形運動的失穩(wěn)情況;由于地鐵列車的制動比較頻繁，會產生較大的加減速度，緊急制動勢必就會產生巨大的縱向沖擊力影響乘客的乘車體驗，因此必須對列車縱向沖擊力進行規(guī)定和限制。

2.4 關于地鐵車輛輪軌匹配關系的建議

第一，由于輪軌潤滑可以有效的降低輪軌的摩擦系數(shù)，加大脫軌系數(shù)的限界值，減少車輪脫軌現(xiàn)象，保證地鐵運行安全性在地鐵建設過程中，要盡可能的增大地鐵線路的曲線半徑，以提高脫軌系數(shù)限界值。[4]除此以外，還可以大力的推廣采用徑向轉向架，徑向轉向架的應用能夠大大降低地鐵車輛車輪通過曲線時的導向力，從而減小沖擊力，降低脫軌率。

第二，為了減少地鐵車輛的輪軌磨耗，必須要保持輪軌之間的良好接觸關系，通過將既有鋼軌廓形與輪緣廓形最大限度的進行軟件模擬匹配分析，可快速、精準的制定最佳打磨方案，既提高了打磨精度和效率、改善了輪軌接觸條件、降低了鋼軌磨耗速率和噪音異響，也延長了鋼軌使用壽命，降低了養(yǎng)修成本、增強了行車平穩(wěn)性和旅客舒適度，摒棄了以往人為經驗設定鋼軌打磨參數(shù)的不足，實現(xiàn)了更加智能、智慧、可靠的打磨新策略。

第三，根據(jù)我國地鐵建設設計相關規(guī)范，曲線的最大超高值是120 mm，為了減少欠超高值，在地鐵線路曲線設置時，應該按照規(guī)定的最大超高值來進行設置，從而減小沒有被平衡的離心加速度，這樣一來，能夠有效的改善地鐵車輛在經過曲線時的乘客乘坐體驗，提升地鐵的整體舒適度。

3 結束語

綜上所述，通過對地鐵車輛輪軌關系當中的幾個重點問題展開研究，試圖找出地鐵車輛低速小半徑脫軌輪軌磨耗以及運行舒適安全性能的優(yōu)化策略，以推動我國地鐵交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，延長地鐵工程的使用壽命，減少投資成本，提高利用率，優(yōu)化乘客的乘車體驗，便利人民出行。

參考文獻：

[1]宋慧玲.地鐵車輛輪軌型面匹配關系研究[D].大連交通大學，2012.

[2]周睿，羅仁.地鐵車輛輪軌匹配關系研究[J].鐵道車輛，2010，48（9）：1-3+12+47.

[3]向陽，李俊嶺，鄧小星，等.印度RMGL項目地鐵車輛輪軌匹配關系研究[J].機械工程師，2013（4）：96-99.

[4]俞展猷.地鐵車輛輪軌關系中幾個重要問題的研究[J].中國鐵路，2014（12）：87-92.