沈阳地铁车辆防滑分析

张星宇 贾思晋 沈阳地铁集团有限公司运营分公司

一、选题背景

自2016 年起，沈阳地铁二号线电客车在北陵公园站、白塔河路站等站台多次出现打滑现象。为此，车辆中心对电客车ER 数据、制动系统数据进行分析，未发现故障，防滑系统正常启动；对轮对踏面的进行查验，未发现踏面擦伤现象。

经研究，滑行是由于粘着力变化而产生的非正常运行状态，会导致制动距离延长、对设备设施造成损害并影响运行平稳性。本文通过对滑行概念、危害、影响因素、防滑控制原理的研究，结合沈阳地铁二号线线网实际情况，深入分析造成沈阳地铁二号线电客车打滑的因素，为减少打滑现象提出有效的运营维保建议。

二、防滑系统介绍

（一）列车滑行的概念

列车是依靠粘着滚动的车轮与钢轨粘着点之间的粘着力来实现车辆的制动，即粘着制动。列车采用粘着制动时，能够获得的最大制动力不会大于粘着力。当列车制动时，制动力大于车轮与钢轨之间的最大粘着力，列车就会发生滑行现象。

（二）列车滑行的危害

列车制动滑行会产生轮轨发热、轮轨擦伤现象。轮轨擦伤会使轮轨之间产生强烈的振动和冲击噪声；会导致车轮轴承、车轴和轨道的损伤，增加轮轨维修费用；也会造成轮轨粘着效果进一步降低，严重时还会使线路失稳，甚至导致脱轨事故的发生。

（三）影响打滑因素

通过调研国内其他地铁和铁路出现的打滑现象，总结影响打滑的因素可能有以下六种原因：

1.轨面状态及环境影响因素

钢轨表面状态及周围环境状况对粘着的影响最大。主要包括树叶、植物、油、油脂、水、冰、雪、泥和钢轨上的铁锈对轨道的污染影响以及对轮轨接触表面微观粗糙度的影响等。

2.走行速度

当速度增加时，轮轨间的接触状态发生了变化，最大粘着系数随速度增加而略有减小。

3.轨道质量的影响

轨道质量对列车所能获得的粘着有直接影响。接头钢轨和扭曲钢轨均会使粘着水平下降。由于接头钢轨引起的冲击，在钢轨接头处引起车轮减载，导致粘着显著下降。

4.曲线轨道

列车在曲线上运行时，轮对的运行方向与曲线的切线方向形成冲角，冲角使车轮在钢轨上产生横向蠕滑，由于轮轨间所能传递的总蠕滑力受到粘着的限制，因此造成曲线粘降。

5.车辆因素

高速导致单轴功率和制动功率的不断提高，过大的制动力会导致车辆产生滑行的倾向。

（四）防滑保护系统

防滑保护系统是列车在出现打滑现象之后自动施加的缓解滑行的措施。它不仅能防止车轮失稳、打滑，还能充分利用轮轨粘着，在不擦伤轮对的前提下对列车进行有效的制动控制。

1.参考速度的确定

车辆在制动工况时，系统将选取各制动控制模块所控制的所有轴中的最大速度，作为判断本制动控制单元所控制的各轴是否发生滑行的参考速度。

2.滑行判断

（1）速度差判断

将一个制动控制单元控制的每根轴的速度与参考速度进行比较，当差值大于预设定值Δv 时，则判定此轮发生了滑行。

（2）减速度判断

当一个制动控制单元控制的每根轴都不同程度的滑行时，各轴的速度与参考速度的差值未达到设定值Δv，但实际车辆已经发生了滑行，此时通过速度差已经不能判断出轮对的滑行，需利用减速度作为判断滑行的依据。当减速度超过预设定值β 时，则判断此轴发生了滑行。

速度差与减速度只要两者中有一个达到预设定值，系统就认为此轴发生了滑行。

3.防滑控制过程

在列车运行过程中，各轴端速度传感器将速度信号实时传给EBCU，EBCU 判断该轴是否产生滑行。当判断出某一轴发生滑行时，EBCU 会控制本轴防滑阀进行排气。此时制动缸压力降低，制动力减小，通过控制防滑阀的排气、保持，最终使车辆最大程度地利用粘着，使轮对恢复正常运行。

三、结合沈阳地铁实际情况的分析

根据数据统计结果显示，发生打滑现象的月份不规律，发生打滑现象的电客车无规律，因此可以排除由于季节交替降雨、降雪等环境因素以及车辆偶发故障引起的电客车打滑现象。

以影响列车打滑因素为依据，结合打滑现象数据统计结果，对引起沈阳地铁二号线电客车打滑的原因分析如下：

（一）轮轨间粘着系数恶化

导致轨面粘着状态改变的装置有轮缘润滑装置和轨道涂油器，其作用是减少钢轨和车轮轮缘磨耗。轮缘润滑装置是安装在轮缘处的润滑装置；轨道涂油器是安装在轨道曲线处，为外轨内侧进行涂油的一种涂油装置。正常状态下，轮缘润滑装置和轨道涂油器可以正常满足粘着需求。当存在其他因素影响时，在多种因素的共同作用下，会导致粘着系数下降。

（二）轨道曲线半径

根据数据统计结果显示，沈阳地铁二号线发生打滑的电客车在沈阳北站站、岐山路站、北陵公园站、新乐遗址站和白塔河路站进出站位置，其中北陵公园站和白塔河路站发生打滑现象频次最高。通过分析沈阳地铁二号线线路图可以发现，沈阳北站、岐山路站、北陵公园站、新乐遗址站均处于进出曲线处。列车在曲线上运行时，轮对的运行方向与曲线的切线方向形成冲角，冲角使车轮在钢轨上产生横向蠕滑。由于轮轨间所能传递的总蠕滑力受到粘着的限制，造成曲线粘降，同时对应最大粘着系数的蠕滑率会随曲率的增加而增大，因此轨道曲线半径会影响粘着系数的下降。

通过以上分析可知，电客车打滑是由多种因素共同作用导致的。当轨道曲线半径、轨面状态、运行速度等多个影响粘着系数的因素同时作用时，会导致粘着系数急剧下降，从而引发电客车打滑现象。

四、运营维保建议

鉴于以上分析情况，提出以下建议：

（一）优化线路设计

在新线进行线路设计时，尽量减少多段连续曲线的线路。

（二）改善轮轨关系

（1）加强对车轮状态的监控，对车轮踏面定期进行清洁。

（2）加强对轨道的巡查，注意观察轨面状态。在轨道保养结束后，确保轨面清洁，现场无油脂、铁锈等会导致粘着系数降低的杂质。

（三）限速降低影响

在发生打滑现象时，采取限速的手段降低防止持续发生打滑现象。