关于福州地铁2号线列车滑行问题的研究

文 / 丁黎玮

滑行产生机理

运行过程中，地铁列车相对于轨道是在做蛇行运动，车轮和钢轨接触所形成的静摩擦力纵向分量使列车在钢轨上实现牵引和制动，即列车的牵引力和制动力的实现都依赖于轮轨黏着。

由于轮轨黏着是地铁列车形成制动力和牵引力的基础，需要注意列车运行时车轮在轨道上有三种状态：一是在牵引过程中应尽量避免的空转状态，二是在制动过程中应尽量避免的滑行状态，三是理想的滚动状态。

一般来说，车轮和钢轨之间为黏着/蠕滑状态，轮轨黏着系数决定了轮轨间最大静摩擦力，也就决定了地铁列车的最大牵引力和制动力。

当列车牵引加速时，若牵引力大于最大静摩擦力时车轮就会发生空转；当列车制动减速时，若制动力大于最大静摩擦力时车轮就会发生滑行。在列车运行过程中不论发生空转还是滑行，都是一种不正常的运动状态，应极力避免。

滑行的危害

由于地铁列车牵引和制动性能是由轮轨之间的黏着和蠕滑的特性决定的。列车在低黏着状态下制动时，车轮和钢轨之间制动力超过最大静摩擦力，车轮转动速度低于列车的运行速度时，列车车轮与钢轨间就会发生滑行。

这种情况，列车制动距离变长，同时车轮和钢轨都会遭到剧烈磨损，引起列车车体剧烈震动并产生强烈的噪声，会使乘客产生不适，易造成列车无法准确停车影响乘客登乘车，甚至发生因滑行距离较大冲出站台、冒进信号等行车安全事件，造成运营晚点，更重要的是有可能导致列车脱轨。

同时，地铁运营时列车频繁的牵引启动和制动停车，若不能有效避免滑行现象的发生，列车车轮和钢轨均会快速磨损，极大地增加列车车轮和钢轨维修更换的费用。

发生滑行的因素分析

6B型地铁列车采用微机控制的电空混合制动系统，该系统包含有电制动和空气制动两种制动装置。电制动是将牵引电机等做负载，通过牵引逆变器将列车动能转化为电能，并提供给牵引电机等负载转化为内能的制动方式；空气制动是通过基础制动装置给车轮施加反向扭矩的制动方式。

常用制动时，列车优先利用电制动进行降速，不足部分由空气制动补充。当列车速度降至5km/h时，列车会主动断开电制动，完全由空气制动控制列车停车。当所施加的制动力大于轮轨最大静摩擦力时车轮就会发生滑行。

故障发生特点

通过对福州地铁2号线运营初期列车冲标问题进行统计分析，发现存在四个规律：

一是滑行冲标事件主要发生在上午6时～8时之间。福州地铁2号线首趟列车为每日6时从线路两端的起始站发车，此时轨行区内空气潮湿、闷热，阴雨等天气时钢轨、接触网等设备表面常有凝露。

二是滑行主要发生在洋里站（上行进站）、鼓山站（上行进站）、上洋站（上行进站）、董屿站（上行进站）、西洋站（下行进站），这5个车站进站前的线路均为小曲线半径的急弯道。

三是滑行多发生在工程车上线施工作业后。

四是发生滑行的列车踏面与发生滑行区段钢轨轨面上均发现有黑色油污。

轨面状态因素

1.轨面油污

滑行发生后，立即组织专业技术人员对钢轨及地铁列车车轮踏面等进行检查，在滑行发生区段钢轨轨面和列车部分车轮踏面的接触区均发现了黑色油污，同时在钢轨内侧面和列车车轮轮缘上也发现了同类黑色油污。

目前，福州地铁2号线共配属6B型地铁列车31列，列车车轮踏面为LM磨耗型踏面。其中0201～0216列地铁列车安装有车轮轮缘润滑装置，轮缘润滑油采用上海莱伯斯润滑技术有限公司的Rail Grease SWG型专用轮缘润滑油。列车车轮轮缘润滑装置在检测到弯道时会启动润滑油喷射功能，喷射6秒、暂停3秒，如此往复，每次喷射油量为0.25ml（呈雾状喷射，油雾中润滑油液滴占5%、空气占95%），喷射区域为列车车轮轮缘与钢轨侧面的耦合区，轮缘轮滑油作用在车轮轮缘与钢轨内侧面上，并会有少量润滑油残留。

对地铁列车车轮尺寸进行测量，发现31列地铁列车车轮轮缘高度均≤29.0mm（28.6mm～29.0mm，列车车轮镟修标准为≤31.0mm），4列工程车轮缘高度最大达32.1mm（30.2mm～32.1mm，工程车检修规程中无轮缘高度要求）。

综合分析钢轨轨面上的黑色油污应为列车车轮轮缘润滑装置喷射所残留在钢轨侧面耦合区的轮缘润滑油与灰尘等物质混合而成的积油。

因工程车车轮轮缘高度相对较高，行驶通过后附着在钢轨内侧面的积油粘附在工程车车轮上，并最终遗留在钢轨轨面上，使得钢轨轨面附着油污，轮轨黏着系数降低，导致地铁列车经过此段钢轨时因轮轨黏着力降低而发生滑行。

2.潮湿空气

地铁正线轨行区内有两种通风机，分别是排热风机与隧道风机。其中，排热风机启停时间为10时～20时，隧道风机启停时间为4时25分～4时55分。

因滑行主要发生在上午6时～8时，该时段地铁刚刚开始运营，因各类风机均未工作，4时25分～4时55分启动的隧道风机不足以让隧道充分通风，隧道内闷热、潮湿的空气易在温度较低的钢轨等金属部件表面形成凝露。凝露会润湿钢轨上残留的积油，并在钢轨表面形成“水膜”，使轮轨接触界面处于混合润滑状态，轮轨黏着系数降低，最终因轮轨黏着力降低导致发生滑行现象。

线路形态因素

地铁列车运行时同轴车轮同步转动，列车在经过弯道时因左右侧车轮行驶距离不同，车轮和钢轨间就会发生蠕滑现象。

福州地铁2号线全程29.349km，线路走向横贯东西、抵北达南、弯急且多，上、下行共计弯道134处，其中曲线半径小于500米的弯道就有49处。滑行冲标多发的洋里站（上行进站）、鼓山站（上行进站）、上洋站（上行进站）、董屿站（上行进站）、西洋站（下行进站），进站前线路均为小曲线半径的弯道区段，如洋里站上行进站前113米就有一处曲线半径307米的弯道，鼓山站上行进站前11.8米就有一处曲线半径600米的弯道。

地铁列车在经过弯道时会自动向车轮轮缘与钢轨的耦合部位喷洒润滑油，以避免轮轨蠕滑时发生轮轨磨损，故地铁列车通过后会在弯道区段钢轨耦合区残留一定的润滑油脂，残留的润滑油脂与环境中的灰尘等共同集聚形成黑色积油。

应对措施

针对以上导致地铁列车滑行的因素，福州地铁2号线采取了以下应对措施：

轮缘润滑功能优化

为尽量减少正线钢轨表面轮缘轮滑油积累量，组织对轮缘润滑密度及轮缘润滑装置启停逻辑分别进行测试，制定了专项优化方案。

一是优化列车轮缘润滑装置应用机制，完善地铁列车日检作业规程，动态保持每日8列开启轮缘润滑装置的地铁列车上线运营，精确控制轮缘润滑密度，均衡每日轮缘润滑油喷射量，避免单日轮缘润滑量过大。

二是优化轮缘润滑装置工作机制，将弯道模式启停逻辑由“喷射6秒、暂停3秒”调整为“喷射 6秒、暂停15秒”，在保证弯道处耦合区能形成保护性油膜的前提下，使列车在较短的弯道区段只发生1次喷油润滑，大大减少了钢轨上的积油，有效降低了空转/滑行故障率。

钢轨表面油污清理

为提供正线钢轨表面质量，组织开展了钢轨表面油污专项治理，完善了轨道检修规程，定期组织维保人员开展钢轨表面清理作业，重点对进站前的小曲线半径线路区段钢轨及道岔区尖轨尖端部位进行清理，清除残留在钢轨表面、耦合区下方及轨尖上的积油；同时，加强钢轨探伤作业后残留钢轨探伤耦合液的清理，确保探伤作业后钢轨轨面无残留浮油。

车轮轮缘形态维护

根据对地铁列车和工程车车轮踏面轮缘尺寸等参数的比对情况，完善了工程车检修规程，明确工程车轮对轮缘高度应≤31mm，定期对工程车车轮参数进行测量，对不符合标准的车轮进行镟修（轮缘高度统一镟修为29mm），统一了工程车与地铁列车车轮轮缘高度检修标准，避免因车轮轮缘高度较高导致钢轨内侧面耦合区下方的积油被粘附至钢轨轨面上。同时，对31列地铁列车车轮进行检查与尺寸测量，对存在轮对失圆、踏面擦伤及剥离等不利于轮轨黏着情况的车轮进行镟修，改善了轮轨关系。

结语

地铁列车是否出现滑行取决于轮轨黏着系数的高低，而轮轨黏着受轮缘润滑油用量、钢轨表面状态、空气湿度等多种因素影响。福州地铁2号线通过优化轮缘轮滑功能、清理钢轨表面积油、维护轮缘外形、加强通风除湿等针对性措施，有效防范了列车滑行冲标问题，2020年6月整治结束至今未再发生同类问题，降低了地铁列车运营安全风险与维修成本，对地铁运营安全有着重要意义。