鄧長(zhǎng)貴，諶喜燕，曾慶紅

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

近年來(lái)，軌道交通車輛多種車型多個(gè)項(xiàng)目發(fā)生過輪對(duì)擦傷。列車在理想狀態(tài)下，車輪是純滾動(dòng)；在制動(dòng)工況或車輪受到其他旋轉(zhuǎn)阻力時(shí)，車輪處于邊滾邊滑(蠕滑)的狀態(tài)；若粘著力小于制動(dòng)力或阻力導(dǎo)致滑行加劇后，車輪將被抱死而處于滑動(dòng)狀態(tài)，能量在接觸部位累積，該部位的車輪踏面將會(huì)受到損傷。

1 輪對(duì)擦傷機(jī)理

1.1 制動(dòng)力施加機(jī)理

在制動(dòng)的過程中，列車的制動(dòng)減速力FH(制動(dòng)力)的大小取決于輪軌粘著系數(shù)，μH=FH/FA，如圖1所示。若制動(dòng)力計(jì)算所需粘著系數(shù)(μH)大于實(shí)際輪軌粘著系數(shù)μH，則車輪將出現(xiàn)滑行，在滑行的過程中一旦出現(xiàn)輪對(duì)抱死，極有可能造成輪對(duì)擦傷。

圖1 制動(dòng)力施加示意圖

1.2 不同車型的粘著需求

各車型制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)均不相同，對(duì)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(shù)據(jù)是離散的。

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

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

圖2 輪軌粘著系數(shù)

1.3 防滑系統(tǒng)目的

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

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

圖3 防滑系統(tǒng)工作原理

2 輪對(duì)擦傷原因分析及管控措施

2.1 無(wú)動(dòng)力模式下的制動(dòng)未緩解

1)原因分析。列車在無(wú)動(dòng)力模式拖拽過程中未對(duì)制動(dòng)進(jìn)行完全緩解，操作原因?qū)е聠蝹€(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向架施加常用制動(dòng)或停放制動(dòng)，制動(dòng)閘瓦(或盤片)間隙過小輪對(duì)抱死運(yùn)行。

2)管控措施。①在列車轉(zhuǎn)運(yùn)拖車之前檢查閘瓦間隙，應(yīng)確保列車制動(dòng)處于緩解狀態(tài)。②空氣制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)緩解后排空主風(fēng)缸和制動(dòng)風(fēng)缸空氣，避免再次施加制動(dòng)。③液壓制動(dòng)系統(tǒng)被動(dòng)式制動(dòng)被油泵強(qiáng)制緩解，要求注意緩解狀態(tài)監(jiān)視，避免時(shí)間過長(zhǎng)漏油而再次施加制動(dòng)。

2.2 防滑系統(tǒng)質(zhì)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(hù)功能通?；趩屋S進(jìn)行控制，當(dāng)某轉(zhuǎn)向架上的1個(gè)速度傳感器故障時(shí)，僅能以該轉(zhuǎn)向架另一個(gè)軸的速度來(lái)控制該軸的防滑動(dòng)作，因此，故障軸出現(xiàn)擦輪的可能性較高；當(dāng)某轉(zhuǎn)向架上的2個(gè)速度傳感器均故障時(shí)，該轉(zhuǎn)向架將沒有防滑保護(hù)控制。防滑控制單元故障：若防滑控制單元或制動(dòng)控制單元(若防滑控制集成于內(nèi))發(fā)生故障，控制單元對(duì)應(yīng)的輪對(duì)存在擦傷的風(fēng)險(xiǎn)。

2)管控措施。①與制動(dòng)部件供應(yīng)商充分溝通交流，經(jīng)RAMS工程師確認(rèn)防滑控制穩(wěn)定可靠，將車輪擦傷的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。②加強(qiáng)防滑系統(tǒng)供應(yīng)商的質(zhì)量管控，降低防滑控制部件的故障率。

2.2.2 防滑超時(shí)故障

1)原因分析。當(dāng)列車出現(xiàn)深度滑行，若制動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)排風(fēng)或保壓超過一定時(shí)間，防滑系統(tǒng)硬件計(jì)時(shí)器監(jiān)控動(dòng)作，切除空氣制動(dòng)滑行保護(hù)功能，同時(shí)報(bào)出WSP control Timer Out信號(hào)，如圖4所示，此時(shí)，由于空氣制動(dòng)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(yōu)化電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的防滑控制策略，在電制動(dòng)自身無(wú)法糾正滑行時(shí)，應(yīng)將電制動(dòng)切除，由空氣制動(dòng)系統(tǒng)接管防滑控制。②防滑試驗(yàn)驗(yàn)證各極端工況下制動(dòng)情況，優(yōu)化防滑與軌道粘著系統(tǒng)參數(shù)，避免防滑超時(shí)導(dǎo)致擦輪。

圖4 BCU制動(dòng)防滑超時(shí)數(shù)據(jù)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(dòng)系統(tǒng)的項(xiàng)目，如圖5所示，列車在防滑試驗(yàn)開展之前必須測(cè)量防滑狀態(tài)下的充、排風(fēng)時(shí)間確定相應(yīng)的充、排風(fēng)縮孔孔徑，若縮孔孔徑不合適，將會(huì)出現(xiàn)防滑控制失效而導(dǎo)致的車輪擦傷事故。

2)管控措施。①對(duì)于應(yīng)用EP2002制動(dòng)系統(tǒng)的項(xiàng)目，確認(rèn)列車是否已經(jīng)正確安裝節(jié)流板。②沒有完成正確安裝節(jié)流板的列車，不允許開展動(dòng)態(tài)調(diào)試。

圖5 EP2002閥排氣板布置圖

2.3 無(wú)防滑保護(hù)的制動(dòng)模式

1)原因分析。某些制動(dòng)模式，比如停放制動(dòng)、液壓系統(tǒng)安全制動(dòng)由于自身特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)防滑保護(hù)功能，而在實(shí)際運(yùn)用過程被觸發(fā)施加，導(dǎo)致車輛擦傷。

2)管控措施。①液壓制動(dòng)系統(tǒng)安全制動(dòng)模式?jīng)]有防滑保護(hù)功能是其固有特性，無(wú)法改變。為盡可能減少輪對(duì)擦傷的概率，應(yīng)盡量減少觸發(fā)安全制動(dòng)的頻率。特別是對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)控車的項(xiàng)目，應(yīng)慎重采用信號(hào)系統(tǒng)控制安全制動(dòng)的方案。②安全項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分評(píng)估施加安全制動(dòng)的擦輪風(fēng)險(xiǎn)，若非緊急的情況下，盡量避免操作安全制動(dòng)模式；若由于試驗(yàn)等必須操作安全制動(dòng)模式，應(yīng)確保在輪軌粘著良好的軌面上進(jìn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)軌道交通車輛輪對(duì)擦傷機(jī)理的研究，總結(jié)歸納各類型擦輪原因，制定相應(yīng)的管控措施，減少列車擦輪風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)確保防滑系統(tǒng)管線連接正確、防滑系統(tǒng)正常工作、EP2002節(jié)流板正確安裝，在車輛作業(yè)時(shí)避免在低粘著線路上施加大級(jí)位制動(dòng)，若非緊急情況不得在列車運(yùn)行時(shí)操作安全制動(dòng)、停放制動(dòng)等無(wú)防滑保護(hù)功能的制動(dòng)模式。對(duì)擦輪風(fēng)險(xiǎn)較高的制動(dòng)模式，提前識(shí)別擦輪風(fēng)險(xiǎn)。