李進(jìn) 辛立杰

摘 要：地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系研究對于地鐵的快速發(fā)展而言具有重要的意義，輪軌磨耗以及舒適性等，都是地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系中的研究重點(diǎn)。本文從地鐵的特點(diǎn)出發(fā)，探討地鐵車輛的輪軌匹配關(guān)系，以期為保障地鐵列車的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供科學(xué)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;輪軌匹配關(guān)系;問題研究;策略

0 前言

輪軌關(guān)系是影響地鐵車輛運(yùn)行安全性的一個(gè)重要問題。地鐵憑借其便利運(yùn)輸量大的優(yōu)勢，成為了我國大城市公共交通的首選形式，目前，伴隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，地鐵交通發(fā)展迅速，為了保證地鐵的舒適性和運(yùn)行安全性，就必須對輪軌關(guān)系進(jìn)行深入研究并探討解決方案。

1 地鐵交通特點(diǎn)

要分析地鐵車輛的輪軌匹配關(guān)系，要首先明確地鐵這種交通形式的特點(diǎn)。第一，站與站之間的距離比較短，地鐵的運(yùn)行速度比較低，地鐵列車在區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行包括起動、惰行以及制動這三個(gè)步驟，要合理分配這三部分的運(yùn)行時(shí)間，就必須提高地鐵的運(yùn)輸效率;第二，地鐵制動頻繁并且加減速度比較大，由于地鐵站臺之間的距離比較短，所以，必須要通過起動加速度以及制動減速度，才能夠完成良好運(yùn)行;[1]第三，地鐵線路的曲線半徑比較小。地鐵在修建時(shí)，會故意避開地質(zhì)條件差以及地下管線埋伏比較多等地段，為了減少工程的投資成本，就縮短了地鐵線路的曲線半徑。從地鐵交通的特點(diǎn)可以獲知，和鐵道運(yùn)輸相比，地鐵車輛在輪軌匹配關(guān)系方面有著獨(dú)特的特點(diǎn)，因此研究地鐵車輛輪對匹配關(guān)系，就應(yīng)該圍繞輪軌磨損、輪軌廓形智能比對分析打磨以及地鐵車輛運(yùn)行的安全舒適性這幾個(gè)主要問題來展開研究。

2 地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系研究

2.1 輪軌磨耗研究

地鐵車輛在運(yùn)行的過程當(dāng)中不可避免的會發(fā)生輪軌磨損，地鐵車輛是在鋼軌上運(yùn)行，所以，其損傷是不可避免的，而輪軌的磨損在地鐵運(yùn)行中，會產(chǎn)生很多不穩(wěn)定因素，其負(fù)面影響日趨突出，大大影響了人們乘坐地鐵的舒適性。[3]并且，輪軌磨損問題還會引發(fā)嚴(yán)重的噪聲。降低了地鐵列車的運(yùn)行品質(zhì)，同時(shí)也增大了車輪維修成本，縮短了車輪及鋼軌的使用壽命。地鐵車輛的輪軌磨損問題受到外界多種因素的影響，包括鋼軌線路的狀況、列車運(yùn)行條件以及輪軌的形狀、材質(zhì)以及硬度等等。地鐵車輛的車輛輪軌磨損又可以分為輪緣磨損和踏面磨損這兩類。由于地鐵線路的曲線半徑比較小，所以，地鐵車輛在經(jīng)過曲線時(shí)會產(chǎn)生比較大的沖角力，輪緣磨損指的是列車車輪的輪緣，同鋼軌的軌距角出現(xiàn)的磨耗。輪緣磨損的應(yīng)對方式如下：通過輪軌潤滑來降低輪緣和鋼軌軌距角之間的摩擦系數(shù);定期對鋼軌進(jìn)行打磨，通過修正使軌頭廓形能夠保持最佳，從而有效改善輪軌的接觸。摩擦系數(shù)的降低能夠有效的減緩輪緣磨耗的發(fā)展速度。除了輪緣磨耗以外，地鐵車輛還會出現(xiàn)車輪踏面的異常磨耗，現(xiàn)階段的地鐵車輛主要采用的是電控聯(lián)合的制動模式，閘瓦制動是造成踏面磨耗的主要因素。

2.2 輪軌廓形智能比對分析打磨策略研究

針對現(xiàn)有鋼軌打磨策略依賴人為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定打磨參數(shù)的缺點(diǎn)，提出基于輪軌廓形智能比對分析的最佳打磨策略研究。選取一段小半徑曲線鋼軌波磨形成和發(fā)展速度較快地段作為試驗(yàn)段，首先根據(jù)實(shí)測鋼軌平均廓形和輪緣平均廓形通過軟件建模分析確定鋼軌打磨的目標(biāo)廓形，然后根據(jù)實(shí)測廓形與目標(biāo)廓形的差異確定打磨區(qū)域，最后利用專業(yè)軟件分析打磨作業(yè)時(shí)打磨車的打磨角度、作業(yè)速度、作業(yè)功率、打磨遍數(shù)等參數(shù)，形成最終打磨方案進(jìn)行打磨作業(yè)。

2.2.1 鋼軌與輪緣廓形對比

根據(jù)曲線的通過狀態(tài)和導(dǎo)向性需求以及現(xiàn)場鋼軌、車輪廓形，經(jīng)比對分析最終選定曲上股打磨廓形選型為設(shè)定的60NS1型，下股為60KG標(biāo)準(zhǔn)型。

由圖可見曲上股鋼軌與車輪接觸面積過大，導(dǎo)致車輪自身對沖角偏大，而對沖角偏大導(dǎo)致低頻共振，行車垂向位移和垂向加速度增大;通過打磨修型控制輪軌接觸面積，以減少輪徑差，降低垂直加速度，達(dá)到噪聲消減的目的。

曲線下股只需打磨鋼軌表面疲勞層，不需修型。

2.3 運(yùn)行舒適性研究

地鐵列車在小半徑曲線上運(yùn)行時(shí)，其舒適性會受到轉(zhuǎn)向架橫向穩(wěn)定性以及列車縱向沖擊率等因素的影響。為了提高乘客乘坐地鐵的舒適度，就必須針對這幾個(gè)方面的影響因素，提出應(yīng)對措施。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫向振動的加速度來評價(jià)轉(zhuǎn)向架蛇形運(yùn)動的失穩(wěn)情況;由于地鐵列車的制動比較頻繁，會產(chǎn)生較大的加減速度，緊急制動勢必就會產(chǎn)生巨大的縱向沖擊力影響乘客的乘車體驗(yàn)，因此必須對列車縱向沖擊力進(jìn)行規(guī)定和限制。

2.4 關(guān)于地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系的建議

第一，由于輪軌潤滑可以有效的降低輪軌的摩擦系數(shù)，加大脫軌系數(shù)的限界值，減少車輪脫軌現(xiàn)象，保證地鐵運(yùn)行安全性在地鐵建設(shè)過程中，要盡可能的增大地鐵線路的曲線半徑，以提高脫軌系數(shù)限界值。[4]除此以外，還可以大力的推廣采用徑向轉(zhuǎn)向架，徑向轉(zhuǎn)向架的應(yīng)用能夠大大降低地鐵車輛車輪通過曲線時(shí)的導(dǎo)向力，從而減小沖擊力，降低脫軌率。

第二，為了減少地鐵車輛的輪軌磨耗，必須要保持輪軌之間的良好接觸關(guān)系，通過將既有鋼軌廓形與輪緣廓形最大限度的進(jìn)行軟件模擬匹配分析，可快速、精準(zhǔn)的制定最佳打磨方案，既提高了打磨精度和效率、改善了輪軌接觸條件、降低了鋼軌磨耗速率和噪音異響，也延長了鋼軌使用壽命，降低了養(yǎng)修成本、增強(qiáng)了行車平穩(wěn)性和旅客舒適度，摒棄了以往人為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定鋼軌打磨參數(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了更加智能、智慧、可靠的打磨新策略。

第三，根據(jù)我國地鐵建設(shè)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，曲線的最大超高值是120 mm，為了減少欠超高值，在地鐵線路曲線設(shè)置時(shí)，應(yīng)該按照規(guī)定的最大超高值來進(jìn)行設(shè)置，從而減小沒有被平衡的離心加速度，這樣一來，能夠有效的改善地鐵車輛在經(jīng)過曲線時(shí)的乘客乘坐體驗(yàn)，提升地鐵的整體舒適度。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對地鐵車輛輪軌關(guān)系當(dāng)中的幾個(gè)重點(diǎn)問題展開研究，試圖找出地鐵車輛低速小半徑脫軌輪軌磨耗以及運(yùn)行舒適安全性能的優(yōu)化策略，以推動我國地鐵交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，延長地鐵工程的使用壽命，減少投資成本，提高利用率，優(yōu)化乘客的乘車體驗(yàn)，便利人民出行。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋慧玲.地鐵車輛輪軌型面匹配關(guān)系研究[D].大連交通大學(xué)，2012.

[2]周睿，羅仁.地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系研究[J].鐵道車輛，2010，48（9）：1-3+12+47.

[3]向陽，李俊嶺，鄧小星，等.印度RMGL項(xiàng)目地鐵車輛輪軌匹配關(guān)系研究[J].機(jī)械工程師，2013（4）：96-99.

[4]俞展猷.地鐵車輛輪軌關(guān)系中幾個(gè)重要問題的研究[J].中國鐵路，2014（12）：87-92.