深圳地鐵2號線車輪踏面異常磨耗問題的原因分析及解決措施

尚小菲， 孟繁輝， 曲志及

(中車長春軌道客車股份有限公司 轉向架研發部， 長春 130062)

地鐵車輛的特點是站間距短，起動制動頻繁，減速度大，電空配合在列車的制動中發揮著重要的作用，原則是優先使用電制動，空氣制動作為電制動不足時的空氣制動補充，如果電制動與空氣制動的配合不佳，則容易對車輪踏面產生影響，甚至出現車輪踏面異常磨耗，剝離等影響，從而影響車輪的壽命，文中針對深圳地鐵2號線項目在運用中出現的車輪踏面異常磨耗問題進行分析，對電空配合與踏面磨耗的關系進行了深入研究。

1 深圳地鐵2號線制動系統

深圳地鐵2號線是4動2拖6輛編組的A型鋁合金車，列車最高速度為80 km/h，列車配置：Tc-Mp1-M1-M2-Mp2-Tc (Tc:帶司機室的拖車)見圖1。制動控制系統采用架控方式，每輛車設置2個制動控制單元，該裝置具有常用制動、緊急制動、快速制動、保持制動和防滑控制等功能。

圖1 列車配置圖

制動系統參數：

常用制動減速度 ≥1.0 m/s2

緊急制動減速度 ≥1.2 m/s2

常用制動沖擊率 ≤0.75 m/s3

緊急制動響應時間 ≤1.5 s

對于AW0～AW2載荷條件下制動距離 ≤ 190 m

2 問題簡述

深圳地鐵2號線列車自2011年開始運營大約一年以后，列車拖車車輪踏面普遍出現了不同程度的異常磨耗，踏面上出現不同程度的凹槽，并且輪對一側的踏面溝狀磨耗較另一側嚴重。拆下閘瓦后，閘瓦相對應的區域也有一道明顯的臺階，踏面和閘瓦的磨損情況見圖2。

圖2 車輪踏面和閘瓦的磨損情況

由于踏面上存在溝槽的緣故，為了修復溝槽，2012年先后對車輪進行了旋修。深圳地鐵2號線車輪磨損、旋修情況見表1所示。

上表數據顯示，車輪旋削量基本都在2 mm左右，且有的車甚至接近3 mm；部分輪對的輪徑被旋到了832 mm左右，最小的直徑達到830.5 mm，大大縮短了車輪的壽命。

3 車輪踏面異常磨耗的成因分析

3.1 異常磨耗踏面分析

車輪踏面與鋼軌、閘瓦直接接觸，但深圳地鐵2號線列車只有拖車車輪踏面出現異常磨損，而動車無此現象，從而排除鋼軌的影響。

針對深圳地鐵2號線的運營線路進行調查，發現正線彎道較多，且彎道方向基本為同一朝向，為此分析導致車輪踏面磨耗的原因為由于拖車在彎道上頻繁施加空氣制動，由于輪對與轉向架構架在彎道上存在偏角，內側車輪的踏面外側承受較大的閘瓦壓力，使得車輪踏面出現異常磨損，這也是輪對一側的踏面溝狀磨耗要比另一側嚴重的原因。

表1 車輪踏面磨損和旋修情況

3.2 列車運用調查

通過下載深圳地鐵2號線事件記錄儀數據分析，發現列車在ATO控車情況下制動時，車速在80 km/h到15 km/h期間，拖車始終存在空氣制動補償，拖車制動缸壓力約200～800 kPa，而動車始終沒有空氣制動補償。對深圳地鐵2號線運用的車輛進行現場測試，測試數據見圖3。

圖3 深圳地鐵2號線列車制動力曲線

圖3的測試數據與事件記錄儀記錄數據相同，均顯示了列車制動時拖車進行了頻繁的壓力補償。

為對比分析，對深圳地鐵1號線運用的車輛進行現場測試，測試數據見圖4。

根據圖3～圖4看出，深圳地鐵1號線列車制動時動車和拖車基本沒有施加空氣制動力。同時可以看出深圳地鐵2號線采用的卡斯柯信號系統與深圳地鐵1號線采用的西門子信號系統相比，卡斯柯信號系統制動力請求較大且頻繁。

3.3 常用制動混合分析

深圳地鐵2號線的常用制動混合邏輯為優先使用動車電制動，電制動能力不足時，先在拖車上補充空氣制動力。電制動和空氣制動的轉換速度約15 km/h，6輛編組的列車在最大常用制動工況下的制動力分配情況見圖5。

圖4 深圳地鐵1號線列車制動力曲線

圖5 列車制動力分配

列車在不同載荷條件下的制動計算見表2，列車計算制動等效減速度為1.12 m/s2。

經調查，深圳地鐵其他線路的列車的常用制動混合邏輯為：

(1)深圳1號線22列車：電制動力優先，電制動力不足時，動車與拖車同時施加空氣制動力補足所需制動力。電制動和空氣制動的轉換速度點約為15 km/h。

(2)深圳1號線26列車：電制動力優先，電制動力不足時，動車與拖車同時施加空氣制動力補足所需制動力。電制動和空氣制動的轉換速度點約為5 km/h。

經上述分析，可以確定深圳地鐵2號線車輪踏面異常磨耗的原因是在ATO控車期間，由于卡斯柯信號系統頻繁觸發大級別的常用制動，而此情況下電制動力不能完全滿足制動減速度需求，制動系統根據列車制動力混合邏輯制動期間在拖車持續補充了空氣制動力，而深圳地鐵2號線存在較多的同方向彎道，從而導致車輪出現不正常的凹陷磨損。

表2 列車制動計算

4 整改措施及驗證

由于運用線路和信號系統無法更改，為解決車輪踏面異常磨耗問題，須降低常用制動時拖車的空氣制動補償壓力。由于電制動能力無法提升以滿足1.12 m/s2的目標等效減速度，制動系統將ATO控車模式下最大常用制動的目標等效減速度由1.12 m/s2降低為1.06 m/s2，而目標等效減速度降低為1.06 m/s2后，電制動力即可滿足列車減速度要求，拖車無需進行空氣制動補充，并且更改后列車仍可滿足最大常用制動平均減速度1.0 m/s2的要求。

列車在不同載荷條件下的制動計算見表3，列車計算制動等效減速度為1.06 m/s2。

表3 更新后的列車制動計算

制動系統更新軟件后進行線路測試，測試結果見圖6。通過圖6可以看出在ATO控車模式下施加制動時空氣制動在大部分時間沒有補充，只有在信號系統發出的制動力需求急劇變化的時候，由于制動響應的時間差，會在短時間內在拖車上施加制動，壓力僅為34 kPa。

在對列車制動軟件進行更新后，2015年在現場對深圳地鐵2號線拖車轉向架車輪和閘瓦磨耗狀態進行檢查，確認車輪踏面沒有出現異常磨耗情況。閘瓦的測量數據見表4。

由于新閘瓦可磨耗使用的厚度為50 mm，根據閘瓦磨耗量所對應運行的公里數對閘瓦的使用壽命進行評估，正常情況下車輛運行約9 000 km,拖車轉向架閘瓦將被磨耗1 mm。可估算拖車閘瓦在深圳2號線上可使用的里程為45萬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 測量數據

5 結束語

經過以上對深圳地鐵2號線車輪踏面異常磨耗問題的分析，電空制動混合邏輯的設計需要綜合考慮線路條件、信號系統、電制動能力發揮情況等多種影響因素，避免在運用中出現車輪和閘瓦異常磨耗問題。