關(guān)于福州地鐵2號(hào)線列車(chē)滑行問(wèn)題的研究

文 / 丁黎瑋

滑行產(chǎn)生機(jī)理

運(yùn)行過(guò)程中，地鐵列車(chē)相對(duì)于軌道是在做蛇行運(yùn)動(dòng)，車(chē)輪和鋼軌接觸所形成的靜摩擦力縱向分量使列車(chē)在鋼軌上實(shí)現(xiàn)牽引和制動(dòng)，即列車(chē)的牽引力和制動(dòng)力的實(shí)現(xiàn)都依賴(lài)于輪軌黏著。

由于輪軌黏著是地鐵列車(chē)形成制動(dòng)力和牽引力的基礎(chǔ)，需要注意列車(chē)運(yùn)行時(shí)車(chē)輪在軌道上有三種狀態(tài)：一是在牽引過(guò)程中應(yīng)盡量避免的空轉(zhuǎn)狀態(tài)，二是在制動(dòng)過(guò)程中應(yīng)盡量避免的滑行狀態(tài)，三是理想的滾動(dòng)狀態(tài)。

一般來(lái)說(shuō)，車(chē)輪和鋼軌之間為黏著/蠕滑狀態(tài)，輪軌黏著系數(shù)決定了輪軌間最大靜摩擦力，也就決定了地鐵列車(chē)的最大牽引力和制動(dòng)力。

當(dāng)列車(chē)牽引加速時(shí)，若牽引力大于最大靜摩擦力時(shí)車(chē)輪就會(huì)發(fā)生空轉(zhuǎn)；當(dāng)列車(chē)制動(dòng)減速時(shí)，若制動(dòng)力大于最大靜摩擦力時(shí)車(chē)輪就會(huì)發(fā)生滑行。在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中不論發(fā)生空轉(zhuǎn)還是滑行，都是一種不正常的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)極力避免。

滑行的危害

由于地鐵列車(chē)牽引和制動(dòng)性能是由輪軌之間的黏著和蠕滑的特性決定的。列車(chē)在低黏著狀態(tài)下制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪和鋼軌之間制動(dòng)力超過(guò)最大靜摩擦力，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度低于列車(chē)的運(yùn)行速度時(shí)，列車(chē)車(chē)輪與鋼軌間就會(huì)發(fā)生滑行。

這種情況，列車(chē)制動(dòng)距離變長(zhǎng)，同時(shí)車(chē)輪和鋼軌都會(huì)遭到劇烈磨損，引起列車(chē)車(chē)體劇烈震動(dòng)并產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，會(huì)使乘客產(chǎn)生不適，易造成列車(chē)無(wú)法準(zhǔn)確停車(chē)影響乘客登乘車(chē)，甚至發(fā)生因滑行距離較大沖出站臺(tái)、冒進(jìn)信號(hào)等行車(chē)安全事件，造成運(yùn)營(yíng)晚點(diǎn)，更重要的是有可能導(dǎo)致列車(chē)脫軌。

同時(shí)，地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)列車(chē)頻繁的牽引啟動(dòng)和制動(dòng)停車(chē)，若不能有效避免滑行現(xiàn)象的發(fā)生，列車(chē)車(chē)輪和鋼軌均會(huì)快速磨損，極大地增加列車(chē)車(chē)輪和鋼軌維修更換的費(fèi)用。

發(fā)生滑行的因素分析

6B型地鐵列車(chē)采用微機(jī)控制的電空混合制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含有電制動(dòng)和空氣制動(dòng)兩種制動(dòng)裝置。電制動(dòng)是將牽引電機(jī)等做負(fù)載，通過(guò)牽引逆變器將列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并提供給牽引電機(jī)等負(fù)載轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的制動(dòng)方式；空氣制動(dòng)是通過(guò)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置給車(chē)輪施加反向扭矩的制動(dòng)方式。

常用制動(dòng)時(shí)，列車(chē)優(yōu)先利用電制動(dòng)進(jìn)行降速，不足部分由空氣制動(dòng)補(bǔ)充。當(dāng)列車(chē)速度降至5km/h時(shí)，列車(chē)會(huì)主動(dòng)斷開(kāi)電制動(dòng)，完全由空氣制動(dòng)控制列車(chē)停車(chē)。當(dāng)所施加的制動(dòng)力大于輪軌最大靜摩擦力時(shí)車(chē)輪就會(huì)發(fā)生滑行。

故障發(fā)生特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)福州地鐵2號(hào)線運(yùn)營(yíng)初期列車(chē)沖標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)存在四個(gè)規(guī)律：

一是滑行沖標(biāo)事件主要發(fā)生在上午6時(shí)～8時(shí)之間。福州地鐵2號(hào)線首趟列車(chē)為每日6時(shí)從線路兩端的起始站發(fā)車(chē)，此時(shí)軌行區(qū)內(nèi)空氣潮濕、悶熱，陰雨等天氣時(shí)鋼軌、接觸網(wǎng)等設(shè)備表面常有凝露。

二是滑行主要發(fā)生在洋里站（上行進(jìn)站）、鼓山站（上行進(jìn)站）、上洋站（上行進(jìn)站）、董嶼站（上行進(jìn)站）、西洋站（下行進(jìn)站），這5個(gè)車(chē)站進(jìn)站前的線路均為小曲線半徑的急彎道。

三是滑行多發(fā)生在工程車(chē)上線施工作業(yè)后。

四是發(fā)生滑行的列車(chē)踏面與發(fā)生滑行區(qū)段鋼軌軌面上均發(fā)現(xiàn)有黑色油污。

軌面狀態(tài)因素

1.軌面油污

滑行發(fā)生后，立即組織專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)鋼軌及地鐵列車(chē)車(chē)輪踏面等進(jìn)行檢查，在滑行發(fā)生區(qū)段鋼軌軌面和列車(chē)部分車(chē)輪踏面的接觸區(qū)均發(fā)現(xiàn)了黑色油污，同時(shí)在鋼軌內(nèi)側(cè)面和列車(chē)車(chē)輪輪緣上也發(fā)現(xiàn)了同類(lèi)黑色油污。

目前，福州地鐵2號(hào)線共配屬6B型地鐵列車(chē)31列，列車(chē)車(chē)輪踏面為L(zhǎng)M磨耗型踏面。其中0201～0216列地鐵列車(chē)安裝有車(chē)輪輪緣潤(rùn)滑裝置，輪緣潤(rùn)滑油采用上海萊伯斯?jié)櫥夹g(shù)有限公司的Rail Grease SWG型專(zhuān)用輪緣潤(rùn)滑油。列車(chē)車(chē)輪輪緣潤(rùn)滑裝置在檢測(cè)到彎道時(shí)會(huì)啟動(dòng)潤(rùn)滑油噴射功能，噴射6秒、暫停3秒，如此往復(fù)，每次噴射油量為0.25ml（呈霧狀噴射，油霧中潤(rùn)滑油液滴占5%、空氣占95%），噴射區(qū)域?yàn)榱熊?chē)車(chē)輪輪緣與鋼軌側(cè)面的耦合區(qū)，輪緣輪滑油作用在車(chē)輪輪緣與鋼軌內(nèi)側(cè)面上，并會(huì)有少量潤(rùn)滑油殘留。

對(duì)地鐵列車(chē)車(chē)輪尺寸進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)31列地鐵列車(chē)車(chē)輪輪緣高度均≤29.0mm（28.6mm～29.0mm，列車(chē)車(chē)輪鏇修標(biāo)準(zhǔn)為≤31.0mm），4列工程車(chē)輪緣高度最大達(dá)32.1mm（30.2mm～32.1mm，工程車(chē)檢修規(guī)程中無(wú)輪緣高度要求）。

綜合分析鋼軌軌面上的黑色油污應(yīng)為列車(chē)車(chē)輪輪緣潤(rùn)滑裝置噴射所殘留在鋼軌側(cè)面耦合區(qū)的輪緣潤(rùn)滑油與灰塵等物質(zhì)混合而成的積油。

因工程車(chē)車(chē)輪輪緣高度相對(duì)較高，行駛通過(guò)后附著在鋼軌內(nèi)側(cè)面的積油粘附在工程車(chē)車(chē)輪上，并最終遺留在鋼軌軌面上，使得鋼軌軌面附著油污，輪軌黏著系數(shù)降低，導(dǎo)致地鐵列車(chē)經(jīng)過(guò)此段鋼軌時(shí)因輪軌黏著力降低而發(fā)生滑行。

2.潮濕空氣

地鐵正線軌行區(qū)內(nèi)有兩種通風(fēng)機(jī)，分別是排熱風(fēng)機(jī)與隧道風(fēng)機(jī)。其中，排熱風(fēng)機(jī)啟停時(shí)間為10時(shí)～20時(shí)，隧道風(fēng)機(jī)啟停時(shí)間為4時(shí)25分～4時(shí)55分。

因滑行主要發(fā)生在上午6時(shí)～8時(shí)，該時(shí)段地鐵剛剛開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，因各類(lèi)風(fēng)機(jī)均未工作，4時(shí)25分～4時(shí)55分啟動(dòng)的隧道風(fēng)機(jī)不足以讓隧道充分通風(fēng)，隧道內(nèi)悶熱、潮濕的空氣易在溫度較低的鋼軌等金屬部件表面形成凝露。凝露會(huì)潤(rùn)濕鋼軌上殘留的積油，并在鋼軌表面形成“水膜”，使輪軌接觸界面處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，輪軌黏著系數(shù)降低，最終因輪軌黏著力降低導(dǎo)致發(fā)生滑行現(xiàn)象。

線路形態(tài)因素

地鐵列車(chē)運(yùn)行時(shí)同軸車(chē)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，列車(chē)在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)因左右側(cè)車(chē)輪行駛距離不同，車(chē)輪和鋼軌間就會(huì)發(fā)生蠕滑現(xiàn)象。

福州地鐵2號(hào)線全程29.349km，線路走向橫貫東西、抵北達(dá)南、彎急且多，上、下行共計(jì)彎道134處，其中曲線半徑小于500米的彎道就有49處?；袥_標(biāo)多發(fā)的洋里站（上行進(jìn)站）、鼓山站（上行進(jìn)站）、上洋站（上行進(jìn)站）、董嶼站（上行進(jìn)站）、西洋站（下行進(jìn)站），進(jìn)站前線路均為小曲線半徑的彎道區(qū)段，如洋里站上行進(jìn)站前113米就有一處曲線半徑307米的彎道，鼓山站上行進(jìn)站前11.8米就有一處曲線半徑600米的彎道。

地鐵列車(chē)在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)會(huì)自動(dòng)向車(chē)輪輪緣與鋼軌的耦合部位噴灑潤(rùn)滑油，以避免輪軌蠕滑時(shí)發(fā)生輪軌磨損，故地鐵列車(chē)通過(guò)后會(huì)在彎道區(qū)段鋼軌耦合區(qū)殘留一定的潤(rùn)滑油脂，殘留的潤(rùn)滑油脂與環(huán)境中的灰塵等共同集聚形成黑色積油。

應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)以上導(dǎo)致地鐵列車(chē)滑行的因素，福州地鐵2號(hào)線采取了以下應(yīng)對(duì)措施：

輪緣潤(rùn)滑功能優(yōu)化

為盡量減少正線鋼軌表面輪緣輪滑油積累量，組織對(duì)輪緣潤(rùn)滑密度及輪緣潤(rùn)滑裝置啟停邏輯分別進(jìn)行測(cè)試，制定了專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化方案。

一是優(yōu)化列車(chē)輪緣潤(rùn)滑裝置應(yīng)用機(jī)制，完善地鐵列車(chē)日檢作業(yè)規(guī)程，動(dòng)態(tài)保持每日8列開(kāi)啟輪緣潤(rùn)滑裝置的地鐵列車(chē)上線運(yùn)營(yíng)，精確控制輪緣潤(rùn)滑密度，均衡每日輪緣潤(rùn)滑油噴射量，避免單日輪緣潤(rùn)滑量過(guò)大。

二是優(yōu)化輪緣潤(rùn)滑裝置工作機(jī)制，將彎道模式啟停邏輯由“噴射6秒、暫停3秒”調(diào)整為“噴射 6秒、暫停15秒”，在保證彎道處耦合區(qū)能形成保護(hù)性油膜的前提下，使列車(chē)在較短的彎道區(qū)段只發(fā)生1次噴油潤(rùn)滑，大大減少了鋼軌上的積油，有效降低了空轉(zhuǎn)/滑行故障率。

鋼軌表面油污清理

為提供正線鋼軌表面質(zhì)量，組織開(kāi)展了鋼軌表面油污專(zhuān)項(xiàng)治理，完善了軌道檢修規(guī)程，定期組織維保人員開(kāi)展鋼軌表面清理作業(yè)，重點(diǎn)對(duì)進(jìn)站前的小曲線半徑線路區(qū)段鋼軌及道岔區(qū)尖軌尖端部位進(jìn)行清理，清除殘留在鋼軌表面、耦合區(qū)下方及軌尖上的積油；同時(shí)，加強(qiáng)鋼軌探傷作業(yè)后殘留鋼軌探傷耦合液的清理，確保探傷作業(yè)后鋼軌軌面無(wú)殘留浮油。

車(chē)輪輪緣形態(tài)維護(hù)

根據(jù)對(duì)地鐵列車(chē)和工程車(chē)車(chē)輪踏面輪緣尺寸等參數(shù)的比對(duì)情況，完善了工程車(chē)檢修規(guī)程，明確工程車(chē)輪對(duì)輪緣高度應(yīng)≤31mm，定期對(duì)工程車(chē)車(chē)輪參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輪進(jìn)行鏇修（輪緣高度統(tǒng)一鏇修為29mm），統(tǒng)一了工程車(chē)與地鐵列車(chē)車(chē)輪輪緣高度檢修標(biāo)準(zhǔn)，避免因車(chē)輪輪緣高度較高導(dǎo)致鋼軌內(nèi)側(cè)面耦合區(qū)下方的積油被粘附至鋼軌軌面上。同時(shí)，對(duì)31列地鐵列車(chē)車(chē)輪進(jìn)行檢查與尺寸測(cè)量，對(duì)存在輪對(duì)失圓、踏面擦傷及剝離等不利于輪軌黏著情況的車(chē)輪進(jìn)行鏇修，改善了輪軌關(guān)系。

結(jié)語(yǔ)

地鐵列車(chē)是否出現(xiàn)滑行取決于輪軌黏著系數(shù)的高低，而輪軌黏著受輪緣潤(rùn)滑油用量、鋼軌表面狀態(tài)、空氣濕度等多種因素影響。福州地鐵2號(hào)線通過(guò)優(yōu)化輪緣輪滑功能、清理鋼軌表面積油、維護(hù)輪緣外形、加強(qiáng)通風(fēng)除濕等針對(duì)性措施，有效防范了列車(chē)滑行沖標(biāo)問(wèn)題，2020年6月整治結(jié)束至今未再發(fā)生同類(lèi)問(wèn)題，降低了地鐵列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)與維修成本，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全有著重要意義。