關于福州地鐵2號線列車滑行問題的研究

文 / 丁黎瑋

滑行產生機理

運行過程中，地鐵列車相對于軌道是在做蛇行運動，車輪和鋼軌接觸所形成的靜摩擦力縱向分量使列車在鋼軌上實現牽引和制動，即列車的牽引力和制動力的實現都依賴于輪軌黏著。

由于輪軌黏著是地鐵列車形成制動力和牽引力的基礎，需要注意列車運行時車輪在軌道上有三種狀態：一是在牽引過程中應盡量避免的空轉狀態，二是在制動過程中應盡量避免的滑行狀態，三是理想的滾動狀態。

一般來說，車輪和鋼軌之間為黏著/蠕滑狀態，輪軌黏著系數決定了輪軌間最大靜摩擦力，也就決定了地鐵列車的最大牽引力和制動力。

當列車牽引加速時，若牽引力大于最大靜摩擦力時車輪就會發生空轉；當列車制動減速時，若制動力大于最大靜摩擦力時車輪就會發生滑行。在列車運行過程中不論發生空轉還是滑行，都是一種不正常的運動狀態，應極力避免。

滑行的危害

由于地鐵列車牽引和制動性能是由輪軌之間的黏著和蠕滑的特性決定的。列車在低黏著狀態下制動時，車輪和鋼軌之間制動力超過最大靜摩擦力，車輪轉動速度低于列車的運行速度時，列車車輪與鋼軌間就會發生滑行。

這種情況，列車制動距離變長，同時車輪和鋼軌都會遭到劇烈磨損，引起列車車體劇烈震動并產生強烈的噪聲，會使乘客產生不適，易造成列車無法準確停車影響乘客登乘車，甚至發生因滑行距離較大沖出站臺、冒進信號等行車安全事件，造成運營晚點，更重要的是有可能導致列車脫軌。

同時，地鐵運營時列車頻繁的牽引啟動和制動停車，若不能有效避免滑行現象的發生，列車車輪和鋼軌均會快速磨損，極大地增加列車車輪和鋼軌維修更換的費用。

發生滑行的因素分析

6B型地鐵列車采用微機控制的電空混合制動系統，該系統包含有電制動和空氣制動兩種制動裝置。電制動是將牽引電機等做負載，通過牽引逆變器將列車動能轉化為電能，并提供給牽引電機等負載轉化為內能的制動方式；空氣制動是通過基礎制動裝置給車輪施加反向扭矩的制動方式。

常用制動時，列車優先利用電制動進行降速，不足部分由空氣制動補充。當列車速度降至5km/h時，列車會主動斷開電制動，完全由空氣制動控制列車停車。當所施加的制動力大于輪軌最大靜摩擦力時車輪就會發生滑行。

故障發生特點

通過對福州地鐵2號線運營初期列車沖標問題進行統計分析，發現存在四個規律：

一是滑行沖標事件主要發生在上午6時～8時之間。福州地鐵2號線首趟列車為每日6時從線路兩端的起始站發車，此時軌行區內空氣潮濕、悶熱，陰雨等天氣時鋼軌、接觸網等設備表面常有凝露。

二是滑行主要發生在洋里站（上行進站）、鼓山站（上行進站）、上洋站（上行進站）、董嶼站（上行進站）、西洋站（下行進站），這5個車站進站前的線路均為小曲線半徑的急彎道。

三是滑行多發生在工程車上線施工作業后。

四是發生滑行的列車踏面與發生滑行區段鋼軌軌面上均發現有黑色油污。

軌面狀態因素

1.軌面油污

滑行發生后，立即組織專業技術人員對鋼軌及地鐵列車車輪踏面等進行檢查，在滑行發生區段鋼軌軌面和列車部分車輪踏面的接觸區均發現了黑色油污，同時在鋼軌內側面和列車車輪輪緣上也發現了同類黑色油污。

目前，福州地鐵2號線共配屬6B型地鐵列車31列，列車車輪踏面為LM磨耗型踏面。其中0201～0216列地鐵列車安裝有車輪輪緣潤滑裝置，輪緣潤滑油采用上海萊伯斯潤滑技術有限公司的Rail Grease SWG型專用輪緣潤滑油。列車車輪輪緣潤滑裝置在檢測到彎道時會啟動潤滑油噴射功能，噴射6秒、暫停3秒，如此往復，每次噴射油量為0.25ml（呈霧狀噴射，油霧中潤滑油液滴占5%、空氣占95%），噴射區域為列車車輪輪緣與鋼軌側面的耦合區，輪緣輪滑油作用在車輪輪緣與鋼軌內側面上，并會有少量潤滑油殘留。

對地鐵列車車輪尺寸進行測量，發現31列地鐵列車車輪輪緣高度均≤29.0mm（28.6mm～29.0mm，列車車輪鏇修標準為≤31.0mm），4列工程車輪緣高度最大達32.1mm（30.2mm～32.1mm，工程車檢修規程中無輪緣高度要求）。

綜合分析鋼軌軌面上的黑色油污應為列車車輪輪緣潤滑裝置噴射所殘留在鋼軌側面耦合區的輪緣潤滑油與灰塵等物質混合而成的積油。

因工程車車輪輪緣高度相對較高，行駛通過后附著在鋼軌內側面的積油粘附在工程車車輪上，并最終遺留在鋼軌軌面上，使得鋼軌軌面附著油污，輪軌黏著系數降低，導致地鐵列車經過此段鋼軌時因輪軌黏著力降低而發生滑行。

2.潮濕空氣

地鐵正線軌行區內有兩種通風機，分別是排熱風機與隧道風機。其中，排熱風機啟停時間為10時～20時，隧道風機啟停時間為4時25分～4時55分。

因滑行主要發生在上午6時～8時，該時段地鐵剛剛開始運營，因各類風機均未工作，4時25分～4時55分啟動的隧道風機不足以讓隧道充分通風，隧道內悶熱、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。凝露會潤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滑狀態，輪軌黏著系數降低，最終因輪軌黏著力降低導致發生滑行現象。

線路形態因素

地鐵列車運行時同軸車輪同步轉動，列車在經過彎道時因左右側車輪行駛距離不同，車輪和鋼軌間就會發生蠕滑現象。

福州地鐵2號線全程29.349km，線路走向橫貫東西、抵北達南、彎急且多，上、下行共計彎道134處，其中曲線半徑小于500米的彎道就有49處。滑行沖標多發的洋里站（上行進站）、鼓山站（上行進站）、上洋站（上行進站）、董嶼站（上行進站）、西洋站（下行進站），進站前線路均為小曲線半徑的彎道區段，如洋里站上行進站前113米就有一處曲線半徑307米的彎道，鼓山站上行進站前11.8米就有一處曲線半徑600米的彎道。

地鐵列車在經過彎道時會自動向車輪輪緣與鋼軌的耦合部位噴灑潤滑油，以避免輪軌蠕滑時發生輪軌磨損，故地鐵列車通過后會在彎道區段鋼軌耦合區殘留一定的潤滑油脂，殘留的潤滑油脂與環境中的灰塵等共同集聚形成黑色積油。

應對措施

針對以上導致地鐵列車滑行的因素，福州地鐵2號線采取了以下應對措施：

輪緣潤滑功能優化

為盡量減少正線鋼軌表面輪緣輪滑油積累量，組織對輪緣潤滑密度及輪緣潤滑裝置啟停邏輯分別進行測試，制定了專項優化方案。

一是優化列車輪緣潤滑裝置應用機制，完善地鐵列車日檢作業規程，動態保持每日8列開啟輪緣潤滑裝置的地鐵列車上線運營，精確控制輪緣潤滑密度，均衡每日輪緣潤滑油噴射量，避免單日輪緣潤滑量過大。

二是優化輪緣潤滑裝置工作機制，將彎道模式啟停邏輯由“噴射6秒、暫停3秒”調整為“噴射 6秒、暫停15秒”，在保證彎道處耦合區能形成保護性油膜的前提下，使列車在較短的彎道區段只發生1次噴油潤滑，大大減少了鋼軌上的積油，有效降低了空轉/滑行故障率。

鋼軌表面油污清理

為提供正線鋼軌表面質量，組織開展了鋼軌表面油污專項治理，完善了軌道檢修規程，定期組織維保人員開展鋼軌表面清理作業，重點對進站前的小曲線半徑線路區段鋼軌及道岔區尖軌尖端部位進行清理，清除殘留在鋼軌表面、耦合區下方及軌尖上的積油；同時，加強鋼軌探傷作業后殘留鋼軌探傷耦合液的清理，確保探傷作業后鋼軌軌面無殘留浮油。

車輪輪緣形態維護

根據對地鐵列車和工程車車輪踏面輪緣尺寸等參數的比對情況，完善了工程車檢修規程，明確工程車輪對輪緣高度應≤31mm，定期對工程車車輪參數進行測量，對不符合標準的車輪進行鏇修（輪緣高度統一鏇修為29mm），統一了工程車與地鐵列車車輪輪緣高度檢修標準，避免因車輪輪緣高度較高導致鋼軌內側面耦合區下方的積油被粘附至鋼軌軌面上。同時，對31列地鐵列車車輪進行檢查與尺寸測量，對存在輪對失圓、踏面擦傷及剝離等不利于輪軌黏著情況的車輪進行鏇修，改善了輪軌關系。

結語

地鐵列車是否出現滑行取決于輪軌黏著系數的高低，而輪軌黏著受輪緣潤滑油用量、鋼軌表面狀態、空氣濕度等多種因素影響。福州地鐵2號線通過優化輪緣輪滑功能、清理鋼軌表面積油、維護輪緣外形、加強通風除濕等針對性措施，有效防范了列車滑行沖標問題，2020年6月整治結束至今未再發生同類問題，降低了地鐵列車運營安全風險與維修成本，對地鐵運營安全有著重要意義。