深圳地鐵2號(hào)線車(chē)輪踏面異常磨耗問(wèn)題的原因分析及解決措施

尚小菲， 孟繁輝， 曲志及

(中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司 轉(zhuǎn)向架研發(fā)部， 長(zhǎng)春 130062)

地鐵車(chē)輛的特點(diǎn)是站間距短，起動(dòng)制動(dòng)頻繁，減速度大，電空配合在列車(chē)的制動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用，原則是優(yōu)先使用電制動(dòng)，空氣制動(dòng)作為電制動(dòng)不足時(shí)的空氣制動(dòng)補(bǔ)充，如果電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的配合不佳，則容易對(duì)車(chē)輪踏面產(chǎn)生影響，甚至出現(xiàn)車(chē)輪踏面異常磨耗，剝離等影響，從而影響車(chē)輪的壽命，文中針對(duì)深圳地鐵2號(hào)線項(xiàng)目在運(yùn)用中出現(xiàn)的車(chē)輪踏面異常磨耗問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)電空配合與踏面磨耗的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。

1 深圳地鐵2號(hào)線制動(dòng)系統(tǒng)

深圳地鐵2號(hào)線是4動(dòng)2拖6輛編組的A型鋁合金車(chē)，列車(chē)最高速度為80 km/h，列車(chē)配置：Tc-Mp1-M1-M2-Mp2-Tc (Tc:帶司機(jī)室的拖車(chē))見(jiàn)圖1。制動(dòng)控制系統(tǒng)采用架控方式，每輛車(chē)設(shè)置2個(gè)制動(dòng)控制單元，該裝置具有常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、快速制動(dòng)、保持制動(dòng)和防滑控制等功能。

圖1 列車(chē)配置圖

制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)：

常用制動(dòng)減速度 ≥1.0 m/s2

緊急制動(dòng)減速度 ≥1.2 m/s2

常用制動(dòng)沖擊率 ≤0.75 m/s3

緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間 ≤1.5 s

對(duì)于AW0～AW2載荷條件下制動(dòng)距離 ≤ 190 m

2 問(wèn)題簡(jiǎn)述

深圳地鐵2號(hào)線列車(chē)自2011年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)大約一年以后，列車(chē)拖車(chē)車(chē)輪踏面普遍出現(xiàn)了不同程度的異常磨耗，踏面上出現(xiàn)不同程度的凹槽，并且輪對(duì)一側(cè)的踏面溝狀磨耗較另一側(cè)嚴(yán)重。拆下閘瓦后，閘瓦相對(duì)應(yīng)的區(qū)域也有一道明顯的臺(tái)階，踏面和閘瓦的磨損情況見(jiàn)圖2。

圖2 車(chē)輪踏面和閘瓦的磨損情況

由于踏面上存在溝槽的緣故，為了修復(fù)溝槽，2012年先后對(duì)車(chē)輪進(jìn)行了旋修。深圳地鐵2號(hào)線車(chē)輪磨損、旋修情況見(jiàn)表1所示。

上表數(shù)據(jù)顯示，車(chē)輪旋削量基本都在2 mm左右，且有的車(chē)甚至接近3 mm；部分輪對(duì)的輪徑被旋到了832 mm左右，最小的直徑達(dá)到830.5 mm，大大縮短了車(chē)輪的壽命。

3 車(chē)輪踏面異常磨耗的成因分析

3.1 異常磨耗踏面分析

車(chē)輪踏面與鋼軌、閘瓦直接接觸，但深圳地鐵2號(hào)線列車(chē)只有拖車(chē)車(chē)輪踏面出現(xiàn)異常磨損，而動(dòng)車(chē)無(wú)此現(xiàn)象，從而排除鋼軌的影響。

針對(duì)深圳地鐵2號(hào)線的運(yùn)營(yíng)線路進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)正線彎道較多，且彎道方向基本為同一朝向，為此分析導(dǎo)致車(chē)輪踏面磨耗的原因?yàn)橛捎谕宪?chē)在彎道上頻繁施加空氣制動(dòng)，由于輪對(duì)與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架在彎道上存在偏角，內(nèi)側(cè)車(chē)輪的踏面外側(cè)承受較大的閘瓦壓力，使得車(chē)輪踏面出現(xiàn)異常磨損，這也是輪對(duì)一側(cè)的踏面溝狀磨耗要比另一側(cè)嚴(yán)重的原因。

表1 車(chē)輪踏面磨損和旋修情況

3.2 列車(chē)運(yùn)用調(diào)查

通過(guò)下載深圳地鐵2號(hào)線事件記錄儀數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)列車(chē)在ATO控車(chē)情況下制動(dòng)時(shí)，車(chē)速在80 km/h到15 km/h期間，拖車(chē)始終存在空氣制動(dòng)補(bǔ)償，拖車(chē)制動(dòng)缸壓力約200～800 kPa，而動(dòng)車(chē)始終沒(méi)有空氣制動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)深圳地鐵2號(hào)線運(yùn)用的車(chē)輛進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖3 深圳地鐵2號(hào)線列車(chē)制動(dòng)力曲線

圖3的測(cè)試數(shù)據(jù)與事件記錄儀記錄數(shù)據(jù)相同，均顯示了列車(chē)制動(dòng)時(shí)拖車(chē)進(jìn)行了頻繁的壓力補(bǔ)償。

為對(duì)比分析，對(duì)深圳地鐵1號(hào)線運(yùn)用的車(chē)輛進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

根據(jù)圖3～圖4看出，深圳地鐵1號(hào)線列車(chē)制動(dòng)時(shí)動(dòng)車(chē)和拖車(chē)基本沒(méi)有施加空氣制動(dòng)力。同時(shí)可以看出深圳地鐵2號(hào)線采用的卡斯柯信號(hào)系統(tǒng)與深圳地鐵1號(hào)線采用的西門(mén)子信號(hào)系統(tǒng)相比，卡斯柯信號(hào)系統(tǒng)制動(dòng)力請(qǐng)求較大且頻繁。

3.3 常用制動(dòng)混合分析

深圳地鐵2號(hào)線的常用制動(dòng)混合邏輯為優(yōu)先使用動(dòng)車(chē)電制動(dòng)，電制動(dòng)能力不足時(shí)，先在拖車(chē)上補(bǔ)充空氣制動(dòng)力。電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的轉(zhuǎn)換速度約15 km/h，6輛編組的列車(chē)在最大常用制動(dòng)工況下的制動(dòng)力分配情況見(jiàn)圖5。

圖4 深圳地鐵1號(hào)線列車(chē)制動(dòng)力曲線

圖5 列車(chē)制動(dòng)力分配

列車(chē)在不同載荷條件下的制動(dòng)計(jì)算見(jiàn)表2，列車(chē)計(jì)算制動(dòng)等效減速度為1.12 m/s2。

經(jīng)調(diào)查，深圳地鐵其他線路的列車(chē)的常用制動(dòng)混合邏輯為：

(1)深圳1號(hào)線22列車(chē)：電制動(dòng)力優(yōu)先，電制動(dòng)力不足時(shí)，動(dòng)車(chē)與拖車(chē)同時(shí)施加空氣制動(dòng)力補(bǔ)足所需制動(dòng)力。電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的轉(zhuǎn)換速度點(diǎn)約為15 km/h。

(2)深圳1號(hào)線26列車(chē)：電制動(dòng)力優(yōu)先，電制動(dòng)力不足時(shí)，動(dòng)車(chē)與拖車(chē)同時(shí)施加空氣制動(dòng)力補(bǔ)足所需制動(dòng)力。電制動(dòng)和空氣制動(dòng)的轉(zhuǎn)換速度點(diǎn)約為5 km/h。

經(jīng)上述分析，可以確定深圳地鐵2號(hào)線車(chē)輪踏面異常磨耗的原因是在ATO控車(chē)期間，由于卡斯柯信號(hào)系統(tǒng)頻繁觸發(fā)大級(jí)別的常用制動(dòng)，而此情況下電制動(dòng)力不能完全滿足制動(dòng)減速度需求，制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)制動(dòng)力混合邏輯制動(dòng)期間在拖車(chē)持續(xù)補(bǔ)充了空氣制動(dòng)力，而深圳地鐵2號(hào)線存在較多的同方向彎道，從而導(dǎo)致車(chē)輪出現(xiàn)不正常的凹陷磨損。

表2 列車(chē)制動(dòng)計(jì)算

4 整改措施及驗(yàn)證

由于運(yùn)用線路和信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法更改，為解決車(chē)輪踏面異常磨耗問(wèn)題，須降低常用制動(dòng)時(shí)拖車(chē)的空氣制動(dòng)補(bǔ)償壓力。由于電制動(dòng)能力無(wú)法提升以滿足1.12 m/s2的目標(biāo)等效減速度，制動(dòng)系統(tǒng)將ATO控車(chē)模式下最大常用制動(dòng)的目標(biāo)等效減速度由1.12 m/s2降低為1.06 m/s2，而目標(biāo)等效減速度降低為1.06 m/s2后，電制動(dòng)力即可滿足列車(chē)減速度要求，拖車(chē)無(wú)需進(jìn)行空氣制動(dòng)補(bǔ)充，并且更改后列車(chē)仍可滿足最大常用制動(dòng)平均減速度1.0 m/s2的要求。

列車(chē)在不同載荷條件下的制動(dòng)計(jì)算見(jiàn)表3，列車(chē)計(jì)算制動(dòng)等效減速度為1.06 m/s2。

表3 更新后的列車(chē)制動(dòng)計(jì)算

制動(dòng)系統(tǒng)更新軟件后進(jìn)行線路測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。通過(guò)圖6可以看出在ATO控車(chē)模式下施加制動(dòng)時(shí)空氣制動(dòng)在大部分時(shí)間沒(méi)有補(bǔ)充，只有在信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出的制動(dòng)力需求急劇變化的時(shí)候，由于制動(dòng)響應(yīng)的時(shí)間差，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)在拖車(chē)上施加制動(dòng)，壓力僅為34 kPa。

在對(duì)列車(chē)制動(dòng)軟件進(jìn)行更新后，2015年在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)深圳地鐵2號(hào)線拖車(chē)轉(zhuǎn)向架車(chē)輪和閘瓦磨耗狀態(tài)進(jìn)行檢查，確認(rèn)車(chē)輪踏面沒(méi)有出現(xiàn)異常磨耗情況。閘瓦的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

由于新閘瓦可磨耗使用的厚度為50 mm，根據(jù)閘瓦磨耗量所對(duì)應(yīng)運(yùn)行的公里數(shù)對(duì)閘瓦的使用壽命進(jìn)行評(píng)估，正常情況下車(chē)輛運(yùn)行約9 000 km,拖車(chē)轉(zhuǎn)向架閘瓦將被磨耗1 mm?？晒浪阃宪?chē)閘瓦在深圳2號(hào)線上可使用的里程為45萬(wàn)km，閘瓦壽命完全滿足要求。

圖6 整改后的電空配合的情況

表4 測(cè)量數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上對(duì)深圳地鐵2號(hào)線車(chē)輪踏面異常磨耗問(wèn)題的分析，電空制動(dòng)混合邏輯的設(shè)計(jì)需要綜合考慮線路條件、信號(hào)系統(tǒng)、電制動(dòng)能力發(fā)揮情況等多種影響因素，避免在運(yùn)用中出現(xiàn)車(chē)輪和閘瓦異常磨耗問(wèn)題。