浅谈地铁车辆轮对异常磨耗原因及控制

摘 要：地铁车辆轮对异常磨损是困扰地铁车辆运营部门难题。轮对模式异常磨损可分为凹槽、W形磨损和梯形磨损，这主要与车轮组沿履带移动时胎面和履带之间摩擦以及制动钳与制动模式之间摩擦有关。在日常操作和维护中，随着车辆里程增加，车轮磨损异常现象逐渐暴露出来。根据对A市地铁1号线车辆轮对磨损情况研究和分析，指出异常磨损原因，并提出解决胎面异常磨损方案。轮组作为地铁、汽车的重要组成部分，关系到列车运行的稳定性和安全性。以A市地铁1号线异常胎面和轮式磨损为研究对象，其主要原因是电力系统与空气制动不协调，ATO控制不力。进行合理控制后，车辆轮对异常磨损将得到有效控制。

关键词：地铁;车辆轮对;异常磨耗

一、 引言

随着我国地铁和地铁车辆里程表增加，地铁车辆轮对保护器异常磨损现象逐渐暴露出来。轮对异常磨损会影响地铁列车安全稳定，也影响乘客舒适度，缩短车辆使用寿命，增加维修部门的。据调查，A市地铁1号线多个车辆轮对有不同程度异常磨损。车轮胎面异常磨损会降低车轮与铁轨之间接触连接，影响道路稳定性、乘客安全性和便利性，缩短履带系统部件使用寿命。鉴于这种现象进一步恶化会降低驾驶安全系数，因此，有必要进行彻底研究和分析，以确保地铁安全。

地铁具有承载能力高、速度快、舒适性大等优点，是市民日常出行常见选择。路面制动是地铁主要制动方式，由于地铁站距离短，制动频繁，只有空气制动不能满足热负荷要求。当车轮承载车辆横向负载时，驱动驾驶员、牵引力传动力和制动力，轮对承载量过高。当轮对承受热负荷超过其自身轴承限制时，轮对保护器将受到热损伤，如剥落、热裂纹和异常磨损。以A市地铁1号线为例，驾驶员频繁使用快速制动会导致车轮胎面产生大量热应力，从而导致轮对异常磨损。如果这些异常磨损不能及时修复，地铁车辆安全将受到严重影响。在研究轮对异常磨损现象时，需要了解异常磨损主要表现。在A市地铁1号线中，轮对异常磨损主要是由于以下城市铁路车辆频繁刹车和重热负荷，电动气动制动分布不合理，空气停止入口点设置不合理，容易导致磨损。

二、 原因分析

（一）制动系统配合不良

以A市地铁1号线为例，当车辆时速为60km/h时，车辆制动具有一定延时。这主要是因为有效电气制动信号在车辆按下制动指令需要反馈给制动系统，但空气制动系统无法在短时间内获得电气制动信号，制动系统需要根据电气信号给出制动数值，以便立即应用空气制动。然后，电动制动器发出有效信号并开始建立电动制动力，电动制动力与空气制动力相结合，车速开始下降，直到电动制动以当前制动性能执行，制动完全退出。因此，造成此问题的原因在于电动制动信号供电时间不正确，导致制动提前增加，而有效电动制动信号以一定梯度上升，这必然导致初始制动阶段电动制动力失效，进而影响车辆行进，磨损轮对。该问题由车辆牵引系统与空气制动系统电控配合控制不良导致。

（二）信号自动驾驶（ATO）问题

以A市地铁1号线为例，当列车速度为45km/h时，ATO车辆控制过程需要从制动到推力，然后进行停车，牵引系统必须根据ATO控制指令反复切换发动机磁场控制。因此，在电动制动转换过程中，列车任何制动都必须辅以气动制动，为防止整个制动过程中制动功率不足从而导致气动，制动器在此过程中需要加注。当ATO自动列车制动控制车辆发送推力信号不正确时，会增加空气制动器。当车辆因发送推力信号错误时，牵引力系统会根据ATO驾驶要求反复切换发动机磁场控制，即从发电机状态切换到发动机，之后发电机状态和磁场切换过程大约需要4秒。在电动制动转换过程中，电动制动能力实际上无效。此阶段轮对磨损异常问题是由ATO汽车管理系统不良引起。

三、 控制措施

（一）修改牵引系统

以A市地铁1号线为例，控制车辆轮对磨损需要配合空气刹车系统，使牵引系统提前发出有效电制动功率信号，并为制动系统的空气动力建立等效虚拟值为2.5s制动功率信号，以防止气动制动启动。在虚值期内制动功率损失时，制动总功率随后由气动制动系统增大，电动制动功率增大，从而起到特殊作用，避免不正常异常补气抱闸现象。

（二）优化ATO控车应用

列车自动驾驶系统（ATO）主要利用地面信息和车辆信息对列车运行进行控制，实现列车自动驾驶，而控制策略是ATO系统核心部分。以A市地铁1号线为例，ATO常见控制策略主要包括节省时间策略、节能控制策略和混合控制策略。应根据不同驾驶要求采用不同控制策略，每种控制策略的控制效果应有所不同。由于列车处于不同工况时，其所受合力不同，牵引工况下列车受牵引力和运行阻力作用，会对轮对产生磨损。ATO控制策略需要根据A市地铁1号线列车速度位置等运行数据和行车路线情况来控制列车工况切换或维持，以此改变列车所受合力大小，進而影响列车加速度，从而调节列车运行速度和运行距离，减轻轮对磨损，保证运行效率和行车安全。在传统混合动力控制策略基础上，改进ATO控制策略应将行驶状态减速效果需要应用于列车中间阶段，通过确定中间阶段保障列车速度差异在一定范围内，从而保证列车运行效率。A市地铁1号线实际优化ATO控车应用需要进行参数调整，测定合理性，这些可以在很大程度上决定控制策略有效性。

四、 结语

综上所述，虽然A市地铁1号线车辆异常轮对磨损问题在进行优化后得到缓解，但是电动制动系统响应速度仍然过慢。为满足减速需求，空气制动在一定的操作条件下需要进行部分补充。在地铁工程电动空气协调方案中，必须考虑到电动制动能力和电动制动响应特性，合理规划电动空气协调方案，提高电动制动能力，缩短电动制动响应时间，减少无效制动力互补性，延长轮对使用寿命，有效降低维护成本。

参考文献：

[1]巫红波，王明娟，吕劲松.广州地铁二号线车辆闸瓦与车轮磨耗异常分析及改进[J].电力机车与城轨车辆，2006（5）.

作者简介：

马骏豪，苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司。