曹小龍 肖家河

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣東廣州510000）

0 引言

空轉(zhuǎn)滑行主要由列車輪軌粘著系數(shù)減小導(dǎo)致，當(dāng)前大部分軌道列車均有防空轉(zhuǎn)滑行保護(hù)功能。但空轉(zhuǎn)滑行嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致輪對(duì)擦傷，甚至造成轉(zhuǎn)向架傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞。鑒于此，廣佛線列車運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位成立了空轉(zhuǎn)滑行攻關(guān)小組，通過(guò)近兩年時(shí)間的研究分析及試驗(yàn)探究，總結(jié)出了空轉(zhuǎn)滑行的有效解決措施。

1 空轉(zhuǎn)滑行產(chǎn)生機(jī)理及危害

1.1 空轉(zhuǎn)滑行產(chǎn)生機(jī)理

地鐵車輛在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中輪對(duì)會(huì)受到各種外力的作用，主要受力如下：M為牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；F為牽引電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩后對(duì)軌道產(chǎn)生的圓周力；F′為鋼軌的反作用力（牽引力）；Fμ為輪軌粘著力；μ為粘著系數(shù)；Fb為制動(dòng)力；G為車輪所受的垂向載荷。

地鐵車輛正常運(yùn)行時(shí)，輪軌間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，車輪處于純滾動(dòng)狀態(tài)。在牽引工況下，當(dāng)F′增大超過(guò)輪軌粘著力的極限值Fμmax時(shí)，輪軌間的粘著關(guān)系被破壞，動(dòng)輪因無(wú)足夠的水平支承力，開始在鋼軌上產(chǎn)生空轉(zhuǎn)。這時(shí)鋼軌反作用力F′由靜摩擦力變?yōu)閯?dòng)摩擦力并急劇下降。隨著輪軌間相對(duì)滑動(dòng)速度的增加，動(dòng)摩擦系數(shù)越來(lái)越小，粘著力的下降更為嚴(yán)重，車輪將加速空轉(zhuǎn)。同理，在制動(dòng)工況下，當(dāng)列車制動(dòng)力Fb大于Fμ時(shí)，車輪就會(huì)產(chǎn)生打滑。

輪對(duì)受力情況如圖1所示。

圖1 輪對(duì)受力分析圖

1.2 空轉(zhuǎn)滑行的危害

地鐵車輛出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行最直接的影響是造成車輪踏面擦傷，當(dāng)擦傷區(qū)域較小時(shí)，暫時(shí)不會(huì)影響行車安全。但不及時(shí)控制，將導(dǎo)致車輛運(yùn)行舒適性下降，造成車輛振動(dòng)和沖擊，損傷區(qū)域會(huì)不斷惡化，甚至造成傳動(dòng)裝置和走行部件的損壞。輪對(duì)嚴(yán)重擦傷實(shí)例如圖2所示。

圖2 輪對(duì)踏面擦傷實(shí)例圖

2 空轉(zhuǎn)滑行的原因分析

根據(jù)粘著定律有：

式中，F(xiàn)max和G為可控量，而粘著系數(shù)μ為不可控量。當(dāng)Fmax和G一定時(shí)，粘著系數(shù)的變化將直接影響輪軌的粘著關(guān)系。因此，以輪軌粘著關(guān)系為導(dǎo)向，通過(guò)實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)廣佛線列車空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象主要由下列因素所致。

2.1 軌面狀態(tài)因素

2.1.1 軌道表面積油

通過(guò)對(duì)比空轉(zhuǎn)滑行記錄，發(fā)現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行主要出現(xiàn)在沙涌站至西朗站區(qū)段的進(jìn)出站位置及瀾石上行線進(jìn)出站位置。攻關(guān)小組對(duì)以上區(qū)段進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出站位置的軌面存在黑色油脂，如圖3所示。經(jīng)分析確認(rèn)黑色油脂為列車通過(guò)時(shí)遺留的輪緣潤(rùn)滑油，當(dāng)列車通過(guò)時(shí)，由于油脂的潤(rùn)滑使輪軌粘著系數(shù)大大減小。因此，軌面遺留的輪緣潤(rùn)滑油是導(dǎo)致列車空轉(zhuǎn)滑行的因素之一。

圖3 軌面積油情況

2.1.2 潮濕天氣導(dǎo)致軌面濕滑

2016年至今，廣佛線列車正線空轉(zhuǎn)滑行次數(shù)及時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 近三年廣佛線列車空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)圖

從圖4可以得出，廣佛線列車正線空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象集中出現(xiàn)在2月至4月。此時(shí)為華南地區(qū)的“回南天”時(shí)期，空氣極為潮濕。因此，軌面濕滑也可能是導(dǎo)致列車空轉(zhuǎn)滑行的原因。

2.2 輪對(duì)踏面外形因素

2017年11月至2018年3月，廣佛線列車共報(bào)12次空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象。其中5152車5次，2122車2次，4142車2次，2526車2次，4748車1次。對(duì)空轉(zhuǎn)滑行出現(xiàn)頻次較多的5152車、2526車、4142車進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)此3列車均存在部分輪對(duì)已超過(guò)一年沒鏇修的情況。核查統(tǒng)計(jì)以上3列車每個(gè)輪對(duì)距上一次鏇修時(shí)長(zhǎng)如表1所示。

表1 3列車各輪對(duì)距上次鏇修時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)表 單位：月

選取4142車已達(dá)13個(gè)月未鏇修過(guò)的輪對(duì)，使用WS2008-3輪踏面外形測(cè)量?jī)x測(cè)量輪對(duì)踏面外形如圖5所示。

圖5 4142車輪對(duì)踏面外形圖

從圖5可以看出，踏面滾動(dòng)圓附件區(qū)域存在明顯凹陷，深度已達(dá)0.844 mm。由于列車蛇形運(yùn)動(dòng)時(shí)輪軌接觸區(qū)域會(huì)存在橫向平移，因此嚴(yán)重的踏面凹陷也將破壞輪軌的接觸關(guān)系，使粘著力下降而導(dǎo)致空轉(zhuǎn)滑行。

3 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)以上導(dǎo)致列車空轉(zhuǎn)滑行的因素，廣佛線列車維保部采取了以下應(yīng)對(duì)措施：

3.1 軌面狀態(tài)改善

為盡量減少正線軌道表面輪緣潤(rùn)滑油積累量，廣佛線車輛維保部于2017年6月將列車輪緣潤(rùn)滑裝置噴油時(shí)間間隔由120 s調(diào)整為190 s，同時(shí)關(guān)閉部分列車輪緣潤(rùn)滑裝置，正線輪緣潤(rùn)滑油使用量降低了46.7%。另外，由軌道維保部門定期對(duì)正線軌道進(jìn)行油脂清理。

廣佛地區(qū)上半年空氣濕度較大，2月至4月空氣平均濕度高達(dá)85%。當(dāng)空氣濕度超過(guò)90%時(shí)，可臨時(shí)關(guān)閉部分列車輪緣潤(rùn)滑裝置，待空氣濕度低至80%后再啟動(dòng)，以防止輪軌產(chǎn)生異常磨損。

3.2 輪對(duì)踏面外形維護(hù)

根據(jù)對(duì)輪對(duì)磨耗率的計(jì)算，廣佛線車輛維保部從2017年6月開始，以一年為周期開展列車輪對(duì)統(tǒng)一鏇修，防止出現(xiàn)輪對(duì)踏面凹陷過(guò)大問(wèn)題，確保了列車運(yùn)行中輪軌接觸良好。

4 實(shí)施效果

從圖4可以得出，2018年上半年廣佛線列車空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象與2016、2017年同比分別下降了75%和50%，空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象得到了有效控制。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵列車是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行取決于輪軌粘著關(guān)系的優(yōu)劣，而輪軌粘著受輪緣潤(rùn)滑油用量、運(yùn)行環(huán)境空氣濕度及輪對(duì)踏面外形等多種因素影響。華南地區(qū)空氣濕度常年居高，因此，空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象在廣佛線地鐵列車運(yùn)用中無(wú)可避免。但通過(guò)采取控制輪緣潤(rùn)滑油用量、定期修復(fù)輪對(duì)踏面外形等針對(duì)性措施，可以控制空轉(zhuǎn)滑行現(xiàn)象的惡化，防止輪軌產(chǎn)生異常磨損或擦傷。