地鐵列車輪對卡死應急處置探討

俞 輝 王贊農 孫 綱

(南京地鐵運營有限責任公司，210012，南京∥第一作者，高級工程師)

1 問題的提出

南京地鐵為了適應多線網絡化運營應急救援的需要，具有前瞻性地全面啟動了應急預案修訂工作。在應急預案的梳理過程中，各部門對《列車事故救援行車組織應急預案》及《列車輪對卡死應急預案》中的列車輪對卡死應急處置提出了各自看法。其焦點集中在:列車輪對卡死故障發生時的判斷依據及如何快速地處置，是硬拖還是用輪對故障走行器(救援小車)進行救援。

當正線運行的地鐵列車出現輪對卡死故障時，將嚴重威脅運行安全，且會打亂正常的運營秩序，給運營造成極大的影響。輪對卡死故障的應急處置是否合理，關系到是否會造成列車脫軌、傾覆等次生災害事故，因此，有必要對于列車輪對卡死應急處置進行分析和探討，為應急預案的修訂提供基礎。

2 正線上輪對卡死的判斷

2.1 輪對卡死的可能性因素分析

南京地鐵列車采用的是4動2拖動車組，A車為帶司機室的無動力拖車，B車為帶受電弓的動車，C車為不帶受電弓的動車，每1列地鐵列車由2組A、B、C 車組成。

1)A車無機械傳動裝置，只有可能發生閘瓦抱死或軸承故障過熱咬死。

2)B、C車有機械傳動裝置，不但可能發生閘瓦抱死或軸承故障過熱，還可能發生齒輪箱咬死(如:2005年10月26日1920次列車19C－1位輪軸因齒輪箱無油造成齒輪箱齒輪咬死)，或牽引電機軸承故障過熱咬死。

從導致輪對卡死的因素可知，B、C動車發生輪對卡死的可能性較大。

2.2 輪對卡死故障的預警和判斷

2.2.1 輪對在線檢測技術的應用

南京地鐵目前已在1號線、南延線正線上安裝了2套在線檢測裝置。其主要由輪對幾何尺寸檢測模塊、輪對踏面擦傷探測模塊、走行部異響探測模塊、受電弓探測模塊、車號識別模塊、車速測量模塊等組成，以實現輪對尺寸動態檢測、平輪檢測、受電弓檢測及超限報警功能，并預留軸承溫度等探測功能。隨著輪對在線檢測技術的不斷進步，列車輪對卡死故障的預警必將實現。

2.2.2 列車司機的判斷

在重視在線檢測手段的基礎上，更要堅持以人為本的原則，高度重視列車司機的判斷。根據南京地鐵1、2號線列車的實際運營情況和理論分析研究，在正線上出現動車輪對卡死故障后，列車司機一般會感覺到車輛出現如下故障現象:

1)列車起動時速度提升比較慢，有抱閘的感覺。

2)走行部有異響，振動較大，在輪軸卡死瞬間列車速度有明顯波動。

3)出現動車輪對卡死時，速度傳感器檢測不到該軸的速度，伴隨出現速度傳感器故障，在DDU(司機顯示器)上“SPL(速度限制)圖標”顯示黃色，即顯示了1個牽引/制動故障。

4)動車故障軸電機產生堵轉，電流出現過流，點擊“DDU故障事件”圖標會顯示出“牽引嚴重故障”并牽引鎖死。

5)出現輪對卡死故障后，制動系統能緩解，則排除了抱閘運行;若出現制動系統不能緩解，在排除電氣故障的情況下，則可能為基礎單元制動故障，導致不能動車。

6)卡死后的輪對在軌面上產生滑行，會產生尖銳的聲響，拉傷軌面并摩擦冒煙，有燒焦味，相應的輪對有火花出現。

3 列車輪對卡死的應急處置分析

3.1 硬拖方案分析

3.1.1 拖行速度與輪軌摩擦分析

當列車發生輪對卡死故障時，卡死的輪對由沿鋼軌滾動變為強行在鋼軌上滑行。此時列車仍能牽引，但列車速度在瞬間會有明顯波動，并且起動時速度提升比較慢。卡死的輪對與鋼軌間的摩擦狀態將發生變化:①若拖車某一組輪對卡死，輪軌間由滾動摩擦變為滑動摩擦;②若動車某一組輪對卡死，輪軌間由靜摩擦(粘著)變為滑動摩擦。

硬拖的速度高低直接影響卡死輪對與鋼軌間摩擦系數的大小，引用法國人Boehet通過機車車輛的制動試驗得出的摩擦系數隨滑動速度變化的表達式:

式中:

μ——輪軌的摩擦系數;

k——系數，對于干燥鋼軌k=0.45，潮濕鋼軌k=0.25;

v——滑動速度，m/s。

由式(1)可知，拖行起步時速度較低，μ較大，輪軌間的摩擦力相應變大，這時將會產生輪軌接觸面嚴重擦傷。

拖行起步后的拖行速度對硬拖處置的安全性影響較大，速度不能過高，但也不宜太低。速度過高，雖然μ較小，輪軌擦傷可以減輕，但輪軌之間沖擊力變大，特別是對道岔的硬性沖擊較大，這會導致岔尖的損壞，過曲線及道岔時使列車脫軌、傾覆的風險也加大;速度過低，則μ變大，輪對與鋼軌的摩擦損傷也變大，而且，拖行速度過低還會造成線路出清時間過長，導致中斷運營時間過長。因此，必須通過安全性分析確定一個適合的拖行速度。

3.1.2 輪對滑動通過直線段的安全性分析

強力拖動輪對卡死的列車時，如無任何潤滑介質，μ較大，對輪軌會產生比較大的摩擦損傷。綜合考慮摩擦阻力、軌道及載荷情況，建議采取一個比較適當的速度——約25 km/h限速運行。另外，拖行卡死的輪對時，在條件允許的情況下，可適當在鋼軌上灑一些水，以減少輪軌間的擦傷。

3.1.3 輪對滑動通過小半徑曲線的安全性分析

車輪滑動通過曲線時，如果卡死的車輪是列車前進方向的導輪，則車輪不能滾動，不能通過踏面斜度自動偏轉一定角度，而是完全靠曲線外軌的“鋼軌—輪緣”橫向力使車輪偏轉。曲線半徑越小，列車速度越大，該橫向力就越大。另外，由于車輪滑動通過曲線時轉向架往往不能充分偏轉，且輪緣與鋼軌始終貼靠，此時速度很大也會影響車輪通過曲線和道岔的安全性。所以，列車前進方向的導輪卡死時，如要滑動通過小半徑曲線，應嚴格控制列車行駛速度。建議車輪滑動通過400 m小半徑曲線時，列車運行速度以小于15 km/h為宜。

3.1.4 輪對滑動通過道岔的安全性分析

如果輪對從道岔主線(直線)滑動通過道岔，只要輪緣形狀和輪對內側距符合安全標準，輪對應該能安全通過道岔。如果輪對從道岔的側線(曲線)通過道岔，輪對只有靠護輪軌的牽制作用才能順利通過曲線。由于護輪軌的牽制作用是有限的，所以，為了減少輪緣磨耗，降低列車脫軌、傾覆的風險，列車拖行速度宜取低值。卡死的車輪滑動通過道岔側線時，列車運行速度不宜超過15 km/h。

3.2 輪對卡死應急處置模式的探討

3.2.1 采用安裝輪對故障走行器(救援小車)模式

列車在正線發生輪對卡死故障時，如果與附近的存車線距離較遠(5個區間以上)，建議采用安裝輪對故障走行器的救援模式;封鎖區間，行車組織采用小交路，故障區間單線雙向運行以維持運營。故障車安裝完救援小車后，列車憑自身動力或用內燃機車聯掛故障列車，并按照救援小車的規定限速條件運行至最近的存車線或基地。待故障車出清線路后，解除區間封鎖，恢復列車正常運營。雖然此種模式的救援時間較長、運營影響較大，但列車運行安全性得以保證，發生次生災害事故的風險大大降低。

3.2.2 采用自身動力硬拖模式

列車在正線發生輪對卡死故障時，如果與附近的存車線距離較近(5個區間以內)，建議采取自身動力硬拖模式，對正線運營的影響較小。其具體方案為:

1)切除相應故障車的動力;

2)列車低速運行(直線段限速25 km/h，側向道岔限速15 km/h)到前方車站清客;

3)清客后，列車憑自身動力低速運行到最近的存車線;

4)到存車線后，再采取安裝救援小車的辦法，列車憑自身動力或用內燃機車將列車拖回車庫再做進一步的處理。

3.3 輪對卡死應急處置原則

故障或突發事件的應急處置要堅持“安全第一、兼顧效率”的原則。對于發生列車輪對卡死故障不能正常運行的突發事件，應急處置時，原則上對卡死輪對不能硬拖;若必須硬拖，要對采取措施的條件進行嚴格規定，以避免在事件發生時因處置不當而造成事故擴大的可能。

4 列車回庫處理和維修

4.1 列車回庫后現場檢查

列車回庫后，卡死輪對的踏面一般有比較嚴重的擦傷、變色，可通過外觀檢查大致判斷故障處所。

1)拖車輪對卡死，觀察輪對踏面及輪緣擦傷程度，觀察軸箱是否過熱變色;進一步觀察制動單元是否閘瓦抱死或軸承故障過熱咬死，首先應排除制動系統故障，使空氣制動能正常制動和緩解。應用逐一排除逐一確認法，以初步確認輪對卡死故障處所。

2)動車輪對卡死，除了閘瓦抱死或軸承故障過熱原因排查外，還要對齒輪箱、牽引電機軸承等進行仔細檢查，以初步確認輪對卡死故障的處所。

4.2 轉向架整體更換處理

列車輪對發生卡死故障時一般需進行轉向架整體更換處理。根據同車輪徑差等技術要求，選配轉向架總成。上架車機，分解轉向架，更換轉向架總成。組裝完成后進行調試。調試階段首先應用電子8點秤重設備，對該節車進行8點秤重，測得8個軸端重量，并調節車輛高度閥對該車進行綜合調整，使得地板面高度、空簧壓力、輪軸載荷值均符合技術要求。然后上試車線進行動態性能測試，符合技術要求后方可上線運營。

4.3 輪對卡死所屬轉向架的維修

對輪對卡死所屬轉向架進行分解，進一步驗證故障處所，分析故障形成的機理，為后續普查整改提供基礎，以促進整改后的有效性和可靠性，防止輪對卡死故障再次發生。

按照轉向架維修工藝對故障轉向架進行維修。一般需更換輪對，其他零部件是否更換需根據實際損傷情況，使維修后的轉向架符合技術要求，成為轉向架備品。

5 輪對卡死應急預案的修訂

南京地鐵輪對卡死應急處置目前由2個專項修訂應急預案予以支持:一個是《列車事故救援行車組織應急預案》即A類應急預案;另一個是《列車輪對卡死應急預案》，即B類應急預案。A類應急預案為事件危害程度較大、涉及面較廣，需要2個及以上部門共同處置的應急預案;B類應急預案為事件危害程度一般及以下，涉及單一部門、某一中心或系統內相關中心能夠共同處置完成的應急預案。

在《列車事故救援行車組織應急預案》中，將輪對卡死應急處置修訂為:列車出現車輪卡死時，控制中心應立即通知車輛救援組，原則上需車輛救援組對故障列車安裝輪對故障走行器(救援小車);條件允許時(附近有存車線)，可根據車輛救援組的處置意見清客，限速15 km/h就近進入存車線，在最短的時間內將故障車輛拖走，出清線路，最大可能地減少事故對整個地鐵運營的干擾和影響，將事故損失降低到最低限度。在《列車輪對卡死應急預案》中，將具體體現如何使用輪對故障走行器(救援小車)進行車輛救援，并明確救援時效。

通過A、B應急預案的有機結合，使應急預案不斷完善并呈系統化。針對列車輪對卡死的具體狀態及現場位置，啟動相應的預案，在處置輪對卡死時體現處置原則性與靈活性相結合，使處置風險降到可控范圍。

6 結語

綜上所述，地鐵列車在正線上發生輪對卡死故障時，應根據故障發生的地點及輪對卡死的狀態，遵循“安全第一、兼顧效率”的原則，宜采取封鎖區間安裝輪對救援小車模式或采取短暫利用自身動力限速15 km/h硬拖模式進入存車線，以充分體現應急處置的安全性及救援的時效性。同時，回庫后要對故障轉向架進行分解，進一步確認故障處所，分析故障發生機理，提出有效的整改措施，以防止輪對卡死故障的再次發生。

［1］邱偉明，周若湘.地鐵列車輪軸卡死處理方案及分析［J］.電力機車與城軌車輛，2005(4):59.

［2］王國強.金屬摩阻材料間摩擦系數與滑動速度關系的研究［J］.農業工程學報，1997(1):35.

［3］俞輝.地鐵車輛系統應急預案探究［J］.現代城市軌道交通，2009(3):8.

［4］俞輝.地鐵列車應急救援體系研究［J］.城市軌道交通研究，2011(增刊1):57.

［5］《應急救援系列從書》編委會.應急救援法規標準與釋讀［M］.北京:中國石化出版社，2008.

［6］張殿業，金鍵，楊京帥.城市軌道交通安全研究體系［J］.都市快軌交通，2004(4):1.

［7］宋維華，殷位洋.地鐵運營安全的風險管理［J］.城市軌道交通研究，2009(2):59.