軌道交通車輛擦輪原因及管控措施

鄧長貴，諶喜燕，曾慶紅

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

近年來，軌道交通車輛多種車型多個項目發生過輪對擦傷。列車在理想狀態下，車輪是純滾動；在制動工況或車輪受到其他旋轉阻力時，車輪處于邊滾邊滑(蠕滑)的狀態；若粘著力小于制動力或阻力導致滑行加劇后，車輪將被抱死而處于滑動狀態，能量在接觸部位累積，該部位的車輪踏面將會受到損傷。

1 輪對擦傷機理

1.1 制動力施加機理

在制動的過程中，列車的制動減速力FH(制動力)的大小取決于輪軌粘著系數，μH=FH/FA，如圖1所示。若制動力計算所需粘著系數(μH)大于實際輪軌粘著系數μH，則車輪將出現滑行，在滑行的過程中一旦出現輪對抱死，極有可能造成輪對擦傷。

圖1 制動力施加示意圖

1.2 不同車型的粘著需求

各車型制動系統技術參數均不相同，對粘著的要求也不相同，如表1所示。

表1 不同車型的粘著需求

1)輪軌粘著的數據是離散的。

2)在濕軌條件下，速度80 km/h時，粘著系數為0.08～0.14；在濕滑軌道條件下，速度80 km/h時，粘著系數為0.06～0.08。

3)粘著系數隨著速度的增高而降低，如圖2所示。40 km/h時，濕軌粘著系數為0.10～0.16；而80 km/h時，粘著系數為0.08～0.14。

圖2 輪軌粘著系數

1.3 防滑系統目的

防滑保護功能是在盡可能減少擦輪的前提下，充分利用當時能利用的最大輪軌粘著，但不可能完全做到不擦輪。目前國際上對于輪軌粘著及滑移率理論研究結果為：當車輪已處于滑行的狀態下，如果滑行軸的速度差在一定合理范圍(15%～20%)時，對輪軌間的粘著利用率最大。

在滑行狀態下，如果軸速差過小，說明當前軸上的制動力較小，沒有充分利用當前可能利用的輪軌粘著條件；如果軸速差過大，則當前軸出現擦輪的可能性將明顯增加。防滑系統工作原理如圖3所示。

圖3 防滑系統工作原理

2 輪對擦傷原因分析及管控措施

2.1 無動力模式下的制動未緩解

1)原因分析。列車在無動力模式拖拽過程中未對制動進行完全緩解，操作原因導致單個或多個轉向架施加常用制動或停放制動，制動閘瓦(或盤片)間隙過小輪對抱死運行。

2)管控措施。①在列車轉運拖車之前檢查閘瓦間隙，應確保列車制動處于緩解狀態。②空氣制動系統制動緩解后排空主風缸和制動風缸空氣，避免再次施加制動。③液壓制動系統被動式制動被油泵強制緩解，要求注意緩解狀態監視，避免時間過長漏油而再次施加制動。

2.2 防滑系統質量問題

2.2.1 部件故障

1)原因分析。速度傳感器故障：防滑保護功能通常基于單軸進行控制，當某轉向架上的1個速度傳感器故障時，僅能以該轉向架另一個軸的速度來控制該軸的防滑動作，因此，故障軸出現擦輪的可能性較高；當某轉向架上的2個速度傳感器均故障時，該轉向架將沒有防滑保護控制。防滑控制單元故障：若防滑控制單元或制動控制單元(若防滑控制集成于內)發生故障，控制單元對應的輪對存在擦傷的風險。

2)管控措施。①與制動部件供應商充分溝通交流，經RAMS工程師確認防滑控制穩定可靠，將車輪擦傷的風險降至最低。②加強防滑系統供應商的質量管控，降低防滑控制部件的故障率。

2.2.2 防滑超時故障

1)原因分析。當列車出現深度滑行，若制動系統持續排風或保壓超過一定時間，防滑系統硬件計時器監控動作，切除空氣制動滑行保護功能，同時報出WSP control Timer Out信號，如圖4所示，此時，由于空氣制動防滑功能已被切除，必然造成車輪踏面擦傷。

2)管控措施。①優化電制動與空氣制動的防滑控制策略，在電制動自身無法糾正滑行時，應將電制動切除，由空氣制動系統接管防滑控制。②防滑試驗驗證各極端工況下制動情況，優化防滑與軌道粘著系統參數，避免防滑超時導致擦輪。

圖4 BCU制動防滑超時數據分析

2.2.3 EP2002閥排氣板縮孔孔徑不合適

1)原因分析。采用EP2002制動系統的項目，如圖5所示，列車在防滑試驗開展之前必須測量防滑狀態下的充、排風時間確定相應的充、排風縮孔孔徑，若縮孔孔徑不合適，將會出現防滑控制失效而導致的車輪擦傷事故。

2)管控措施。①對于應用EP2002制動系統的項目，確認列車是否已經正確安裝節流板。②沒有完成正確安裝節流板的列車，不允許開展動態調試。

圖5 EP2002閥排氣板布置圖

2.3 無防滑保護的制動模式

1)原因分析。某些制動模式，比如停放制動、液壓系統安全制動由于自身特性，無法實現防滑保護功能，而在實際運用過程被觸發施加，導致車輛擦傷。

2)管控措施。①液壓制動系統安全制動模式沒有防滑保護功能是其固有特性，無法改變。為盡可能減少輪對擦傷的概率，應盡量減少觸發安全制動的頻率。特別是對于信號系統控車的項目，應慎重采用信號系統控制安全制動的方案。②安全項目設計階段應充分評估施加安全制動的擦輪風險，若非緊急的情況下，盡量避免操作安全制動模式；若由于試驗等必須操作安全制動模式，應確保在輪軌粘著良好的軌面上進行。

3 結語

通過對軌道交通車輛輪對擦傷機理的研究，總結歸納各類型擦輪原因，制定相應的管控措施，減少列車擦輪風險。同時確保防滑系統管線連接正確、防滑系統正常工作、EP2002節流板正確安裝，在車輛作業時避免在低粘著線路上施加大級位制動，若非緊急情況不得在列車運行時操作安全制動、停放制動等無防滑保護功能的制動模式。對擦輪風險較高的制動模式，提前識別擦輪風險。