地铁列车空转滑行故障原因及处理措施

地铁列车空转滑行故障原因及处理措施

金鑫

天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司天津滨海新区300457

摘要：随着生活节奏的加快，人们对交通工具——地铁的要求越来越高，即“快速、舒适、安全”。这就要求车辆有很大的牵引及制动能力，但车辆的牵引及制动力不能无限的增大，当大于轮轨之间的黏着力时，车辆将发生空转/滑行，反而降低了乘客乘坐的舒适度和安全性。所以，如何有效地控制车辆充分利用黏着，将成为地铁能否“快速、舒适、安全”运营的关键。文章分析了地铁列车发生空转滑行故障的原因，并给出了处理空转滑行现象时应进行的日常维修检测及控制措施。

关键词：地铁列车；空转滑行；故障原因；处理措施

1、前言

列车在牵引过程中，牵引力大于车轮与钢轨的摩擦力，单个轴速超过列车运行速度一定值，列车判断为空转;在制动过程中，制动力大于车轮与钢轨的摩擦力，单个轴速低于列车运行速度一定值，列车判断为滑行。列车空转滑行保护是当轮轨之间粘着被破坏后，列车在运行中防止轮对踏面和钢轨发生擦伤的一个保护功能。

2、地铁列车发生空转滑行的因素分析

随着重量级列车在运行过程中机车频繁发生空转滑行，这些现象引起了相关部门管理人员的重视，通过调查、探讨总结出以下地铁列车发生空转滑行的因素：

2.1钢轨和轮子的材质、金相和硬度影响

车轮和钢轨的材质金相与轮轨之间的粘着力和蠕滑力密切相关，一些镍合金制造的车轮和钢铁合金制造的轨道能够极大地改善轮轨之间的粘着力，但从经济角度来讲，此材质的轮轨的花费成本较大，随着国家铁轨的增加，费用的预算不容忽视。目前材料和化材专业的研究，一些专家开始研究更能改善轮轨之间粘着力的金相组织材质，在将来有望广泛应用到地铁列车的制造中。

2.2钢轨表面状态及所处环境因素的影响

落到轨道上的油、水、油脂、雨、雪、泥、落叶和钢轨本身的铁锈，都会影响车轮和钢轨之间的粘着力。列车轨面上的主要污染源是潮气与油、油脂和从列车掉落在轨面上的柴油结合在一起形成的污染物。对于其他污染物来说，水对轮轨之间的影响较大，但对于雨水来说，大雨反而会把轨道上的脏污物冲刷干净，轮轨之间的粘着力降低较小。相反，蒙蒙细雨或者是早晨的凝露或薄霜都会在铁轨表面凝结成一层水膜，从而降低了车轮与轨道之间的粘着力，在列车牵引和制动时更容易出现空转滑行的故障。

2.3列车运行速度的影响

列车的运行速度与最大粘着系数呈反比关系，也就是说，机车运行速度增加时，轮轨之间的最大粘着系数却略有减小。速度的不同会直接影响轮轨间的横向力和纵向力，速度增加或减少时，轮轨间的接触点及接触面积也会发生变化。尤其是在轮轨上有一层很薄的水膜时，车轮高速运转就会使轮子与轨道之间的实际接触面积减少，并且它们之间的粘着力也会降低，就会容易出现列车空转，从而导致列车脱轨的事故。

2.4轨道质量好坏的影响

列车的轮轨粘着力也与轨道的质量有着直接的关系。钢轨质量的好坏直接影响着每个钢轨接头处的轮轨接触面积，采用焊接无缝隙的长钢轨，接头少而且轮子在钢轨接头处的冲击力也比较小，相比于扭曲的短钢轨焊接而成的轨道，长钢轨有更高的粘着力，发生空转的几率就会大大缩小。

3、地铁列车故障控制措施

深圳地铁罗宝线一期22列车自2009年开始在正线上频繁发生严重空转/滑行故障，极大地影响了列车运营质量。为此公司成立了空转/滑行问题攻关小组，一年多来小组结合空转/滑行产生的机理进行了大量的试验后掌握了多种有效措施，并在2011年全面推行实施，成功地大幅度降低了严重空转/滑行故障率。

3.1故障诱因分析

空转/滑行发生的本质是轮轨之间的粘着力小于列车牵引/制动时所需的摩擦力，车辆、信号、调度及轨道等各方面因素都与空转/滑行的发生频率有关。对严重空转/滑行故障高发的区间进行过限速试验，当运行速度降低后，相应区间的故障水平有明显下降，说明由于该部分路段速度条件过于苛刻，轮轨之间的粘着力不能满足列车减速度要求。列车在运营初期很少发生严重空转/滑行故障，但随着相关部件的老化，轮轨间的粘着条件变差，该故障逐渐增多。深圳地铁的整治措施主要是从改善轮轨粘着条件的方向进行，提高粘着利用率可以充分发挥机车的制动、牵引性能，同时还能够有效的防止空转/滑行的发展带来的列车和线路设备损伤。

3.2整治措施及效果分析

3.2.1车轮整治

轮对失圆、踏面擦伤及剥离等现象不利于轮轨间的粘着利用，通过镟轮，轮轨关系可得到改善，可减少空转/滑行的发生。将2010年上半年严重空转/滑行故障率最高的4列车（116、104、106及117车）作为首批镟轮对象，并将镟修标准由原来的不圆跳动值0.7毫米提高到0.4毫米。根据VTCU记录数据，镟轮后以上4列车的故障率分别下降了20%、66%、29%、20%（取镟轮前后30天的数据，统计时间段内未实行其他整治措施）。后续在2011年里采取了预防性镟轮的措施，结合列车的镟轮周期及故障频率趋势，适时提前进行镟轮。

3.2.2车辆完整架修

一期22列车经过近5年的使用时间后转向架的一系弹簧出现了不同程度的蠕变，导致其减震性能减弱并加剧了轴重偏差。因此决定在车辆架修时对转向架的一系弹簧进行更换，称之为完整架修。在2011年6月前进行了完整架修的车辆有115、116、108车。根据VTCU记录数据，115、116、108车完整架修后的故障率分别下降了28%、72%、47%（取架修前后3个月的数据，统计时间段内未实行其他整治措施）。完整架修后，车辆悬挂系统得以改善，轮轨间的粘着利用得到提高，有助于降低空转/滑行故障率，此项措施在后续普及至22列车。

3.2.3轨道整治

正线上对转向架进行振动加速度测试，发现车辆转向架在部分区间运行时存在振动过大的现象，最大垂向加速度达到16.19g，且振动大的区段与空转/滑行高发区段有极大的相关性，说明相应区段轨道线路的状态较为恶劣。香蜜湖上行为正线严重空转/滑行故障率最高的区间，根据OCC日报数据，2010年期间香蜜湖上行发生严重空转/滑行故障共93次。对此，深圳地铁对该区间轨道进行了打磨工作，根据打磨前后一个月的数据统计，该区间正线空转/滑行故障次数下降了约20%。为进一步改善，于2010年12月份开始对香蜜湖上行区间线路轨道的高弹胶垫进行更换，以改善轨道减振性能，提高轮轨粘着利用。通过以上措施，2011年期间香蜜湖上行区间严重空转/滑行故障发生次数下降至12次，相比2010年下降了约87%。

4、结语

空转/滑行是城市轨道交通车辆应用过程中的常发故障，其主要诱因是相关部件的老化导致轮轨粘着利用变差。在深圳地铁一期22列车项目中，通过综合整治措施后故障得到有效控制，但随着相关设备的老化，严重空转/滑行故障仍可能再度高发。镟修车轮、列车完整架修及更换轨道线路弹性胶垫等措施需要较大的成本投入，一般情况下宜结合使用周期进行，而合理调整运行图则是相对简易的措施。

参考文献：

[1]西安市地下铁道有限责任公司.西安地铁二号线车辆合同文件[G].西安：西安市地下铁道有限责任公司，2008.