關于地鐵車輛偏磨解決措施及調頭換向需求的分析研究

于校然

徐州地鐵運營有限公司 江蘇 徐州 221000

引言：M3線自運營以來,車輛輪對偏磨嚴重,其線路布局或為造成偏磨的主要成因之一,在車輛走行部選型穩定的情況下,考慮設置調頭線進行車輛換向運行,進而解決車輛輪對偏磨問題。

一、車輛輪對偏磨的形成原因

(一)基礎成因：輪軌接觸幾何關系和蠕滑機理表明,車輛通過曲線時,輪緣與鋼軌發生接觸是導致產生輪軌磨耗的根本原因。車輛行駛在彎道上時,受離心力作用,外側輪緣與鋼軌緊貼,內側輪緣與鋼軌相離,造成輪緣偏磨。而離心力大小與車輛速度成正比,隨著車輛提速,轉彎時外側車輪需提供更大的向心力以保證車輛不會脫軌,卻使得輪緣與鋼軌摩擦加劇,日積月累將會造成輪對偏磨現象。

此外,影響輪緣磨耗的主要因素還有線路曲線外軌超高、曲線段軌距、輪軌沖角、車輪輪徑差、輪緣耐磨性,以及轉向架彈簧裝置懸掛剛度等。

(二)線路曲線對偏磨的影響：當車輛運行在彎道多、坡度大的線路時,發生偏磨的概率較大。在困難地段,線路采取小半徑敷設,能大量節省工程費用,卻不利于車輛運行,特別是曲線限制行車速度時,影響更為嚴重,曲線半徑越小,鋼軌磨耗越快,車輪剛度一般低于鋼軌,其磨耗程度不言而喻。

二、M3線線路條件及車輪磨耗情況

M3線整體分布呈“3”的運行走勢,彎道多且多為右彎道、曲線距離長,車輛運行中受離心力影響,長期存在外側車輪即左側車輪輪緣與鋼軌緊貼摩擦現象。據統計,M3線正線共有彎道81處,總曲線長度達18.5公里,占總里程的74.6%。在M3線運行總里程達到70萬公里時,車輛輪對數據顯示已存在一定程度上的偏磨現象(左側輪緣磨耗較快)。以M0303為例,該車運行至10.95萬公里時,右側輪緣厚度均大于左側輪緣,最大差值達1.24 mm,平均差值達0.51 mm。

三、車輪輪緣偏磨對運營的影響

輪對尺寸超標行車存在脫軌風險,危及運營安全。此外,輪緣偏磨的修復將額外造成運營成本的增加,更影響車輛正常投用。

(一)對輪對使用壽命的影響：輪對偏磨通常體現為輪緣偏磨,而現有L M 型踏面鏇修恢復1 mm 輪緣厚度需損失4-5 mm 的踏面直徑以保障L M的踏面廓形完整。若一個車輪輪緣發生偏磨,輪緣厚度超限(新輪32 mm,上線標準26 mm),為恢復其輪緣厚度至32 mm,需損失至少24 mm 輪徑值,同時依據同軸不超過0.5 mm,同架不超過0.5mm,同車不超過2 mm 的鏇修標準,以確保鏇修后可維持在相對磨耗率較低的磨耗周期中,將會消耗更多車輪直徑。

(二)對車輛運用的影響：以M3線輪對鏇修作業用時為例,通常完成一根軸輪對的測量及鏇修耗時30至40分鐘,加之調車、斷送電、鏇修后車體高度調整、上電靜調等作業內容,鏇修整列車耗時達3至4個工作日之久,造成一定的供車壓力。

四、業內車輛偏磨及解決措施

(一)上海地鐵四號線。上海地鐵四號線為全長33.77k m 的環行線,蒲匯塘停車場、宜山路站和上海體育場站位于三個端點,兩條出入庫線和一條正線形成三角線。同時,蒲匯塘車庫和四號線其余部分正線還構成了一條燈泡線。四號線車輛投用不久即出現了嚴重的車輪輪緣異常磨耗現象,為降低輪緣磨耗,在安裝了輪緣潤滑裝置降低輪軌摩擦的同時,針對環線情況,采取每兩周換端運營的措施,列車定期換端后,輪緣磨耗量明顯降低,車輪鏇修周期明顯延長。

(二)廣州三、五號線。廣三線線路呈南北“Y”字形走向。在廈滘站、車輛段、大石站三站點之間設置了三角線,不定期換向運行。三號線北延線車輛運行一段時間后即出現車輛偏磨現象,目前通過聯絡線開行至三號線進行換向調頭運行。

廣五線考慮正線存在較多小半徑曲線,在設計之初于魚珠站、車輛段及三溪站三點之間設置了三角線,并且在實際運用中每兩周進行換向運行。自開通運行至今,除車輪圓跳動大、剝離等常見故障外,未出現車輪偏磨現象。

(三)其他地鐵調頭線設置情況。北京地鐵機場線往T3、T2及市區方向位于三個端點,形成三角線;北京地鐵1號線古城車輛段、天津地鐵九號線胡家園車輛段、南京地鐵2號線馬群車輛段、上海地鐵1 號線富錦路基地、2/7號線龍陽路基地、11/16 號線川楊河基地均設置了燈泡線;上海地鐵6號線港城路車輛段、8號線殷行車輛段均在段內設置了三角線;臺灣阿里山線在竹崎車站與二萬平車站設置了三角線;臺北捷運在藍線的土城機廠內設置了三角線,專為一組三輛車調頭之用。

(四)偏磨解決措施。解決(控制)輪對偏磨最直接方式為輪對鏇修,但無法有效控制運營生產成本;另一種解決方式即通過車輛調頭換向來平衡兩側車輪的磨耗。

除此之外,線路在設計之初,應盡量避免設置小半徑曲線;在車輛運行時,應加強小半徑曲線潤滑,設置鋼軌涂油裝置或在車輛上安裝輪緣潤滑裝置;加強鋼軌減磨和型面的日常養修工作,特別是鋼軌潤滑和鋼軌打磨工作的有效結合;在車輛日常檢修時,加強轉向架、輪對尺寸參數檢查,如一系簧工作高度、踏面直徑尺寸、輪緣厚度等,發現數據超標及時進行調整(鏇修)作業;在車輛架大修或運營生產允許且鏇修不及時,考慮將轉向架換向布置,平衡兩側車輪偏磨及車下設備載荷分布不均情況等。

五、車輛調頭形式

結合現有設計經驗,車輛調頭可通過布置燈泡線、三角線或大轉盤來實現。環形回轉線(即燈泡線)用以供列車直接掉頭而無需轉軌甚至無需停車,通常布置在段場或站線終端,以節省用地需求;三角線即為三條鐵路軌道以三角形的形狀交會,并在三個交會點設有轉轍器,車輛經過“進、退、進”實現調頭;轉盤調頭即把機車行駛至轉盤上,轉盤旋轉半周后再駛離轉盤,適用于自帶動力的鐵路機車頭,地鐵車輛為多節編組形式,受轉盤直徑影響,需解編為單節車輛,通常在車輛架大修時使用。

六、結論及建議

結合現有M3線車輛輪緣偏磨及業內輪對普遍偏磨的情況,建議在線路建設初期,充分考慮設置三角線或燈泡線用于車輛的定期換向,該舉措不僅可減少輪對偏磨造成的使用壽命縮減,更可提高車輛運行的安全性及舒適性。

具體建議如下：

1.考慮車輛段及正線車站通常用地面積緊張,建議對于車輛段設置在線路中段的線路,在車輛段設置八字形出入段線,結合正線線路形成“三角線”,不需額外用地。

2.對于車輛段設置在線路盡頭的線路,可在段內或端部車站設置三角線或燈泡線。若均不具備條件,可在車輛大修基地設置轉盤,車輛解編、組裝時實現車輛換向功能。

3.在線網的各條線路中設置聯絡線,用于不同線路轉線或實現車輛調頭功能。

4.既有線路如不能整改,后續運營將通過加緊輪對鏇修或考慮車輛轉向架換向以及通過聯絡線行至其他有三角線的線路上調頭等多種形式。