地铁列车轮对卡死应急处置探讨

俞 辉 王赞农 孙 纲

(南京地铁运营有限责任公司，210012，南京∥第一作者，高级工程师)

1 问题的提出

南京地铁为了适应多线网络化运营应急救援的需要，具有前瞻性地全面启动了应急预案修订工作。在应急预案的梳理过程中，各部门对《列车事故救援行车组织应急预案》及《列车轮对卡死应急预案》中的列车轮对卡死应急处置提出了各自看法。其焦点集中在:列车轮对卡死故障发生时的判断依据及如何快速地处置，是硬拖还是用轮对故障走行器(救援小车)进行救援。

当正线运行的地铁列车出现轮对卡死故障时，将严重威胁运行安全，且会打乱正常的运营秩序，给运营造成极大的影响。轮对卡死故障的应急处置是否合理，关系到是否会造成列车脱轨、倾覆等次生灾害事故，因此，有必要对于列车轮对卡死应急处置进行分析和探讨，为应急预案的修订提供基础。

2 正线上轮对卡死的判断

2.1 轮对卡死的可能性因素分析

南京地铁列车采用的是4动2拖动车组，A车为带司机室的无动力拖车，B车为带受电弓的动车，C车为不带受电弓的动车，每1列地铁列车由2组A、B、C 车组成。

1)A车无机械传动装置，只有可能发生闸瓦抱死或轴承故障过热咬死。

2)B、C车有机械传动装置，不但可能发生闸瓦抱死或轴承故障过热，还可能发生齿轮箱咬死(如:2005年10月26日1920次列车19C－1位轮轴因齿轮箱无油造成齿轮箱齿轮咬死)，或牵引电机轴承故障过热咬死。

从导致轮对卡死的因素可知，B、C动车发生轮对卡死的可能性较大。

2.2 轮对卡死故障的预警和判断

2.2.1 轮对在线检测技术的应用

南京地铁目前已在1号线、南延线正线上安装了2套在线检测装置。其主要由轮对几何尺寸检测模块、轮对踏面擦伤探测模块、走行部异响探测模块、受电弓探测模块、车号识别模块、车速测量模块等组成，以实现轮对尺寸动态检测、平轮检测、受电弓检测及超限报警功能，并预留轴承温度等探测功能。随着轮对在线检测技术的不断进步，列车轮对卡死故障的预警必将实现。

2.2.2 列车司机的判断

在重视在线检测手段的基础上，更要坚持以人为本的原则，高度重视列车司机的判断。根据南京地铁1、2号线列车的实际运营情况和理论分析研究，在正线上出现动车轮对卡死故障后，列车司机一般会感觉到车辆出现如下故障现象:

1)列车起动时速度提升比较慢，有抱闸的感觉。

2)走行部有异响，振动较大，在轮轴卡死瞬间列车速度有明显波动。

3)出现动车轮对卡死时，速度传感器检测不到该轴的速度，伴随出现速度传感器故障，在DDU(司机显示器)上“SPL(速度限制)图标”显示黄色，即显示了1个牵引/制动故障。

4)动车故障轴电机产生堵转，电流出现过流，点击“DDU故障事件”图标会显示出“牵引严重故障”并牵引锁死。

5)出现轮对卡死故障后，制动系统能缓解，则排除了抱闸运行;若出现制动系统不能缓解，在排除电气故障的情况下，则可能为基础单元制动故障，导致不能动车。

6)卡死后的轮对在轨面上产生滑行，会产生尖锐的声响，拉伤轨面并摩擦冒烟，有烧焦味，相应的轮对有火花出现。

3 列车轮对卡死的应急处置分析

3.1 硬拖方案分析

3.1.1 拖行速度与轮轨摩擦分析

当列车发生轮对卡死故障时，卡死的轮对由沿钢轨滚动变为强行在钢轨上滑行。此时列车仍能牵引，但列车速度在瞬间会有明显波动，并且起动时速度提升比较慢。卡死的轮对与钢轨间的摩擦状态将发生变化:①若拖车某一组轮对卡死，轮轨间由滚动摩擦变为滑动摩擦;②若动车某一组轮对卡死，轮轨间由静摩擦(粘着)变为滑动摩擦。

硬拖的速度高低直接影响卡死轮对与钢轨间摩擦系数的大小，引用法国人Boehet通过机车车辆的制动试验得出的摩擦系数随滑动速度变化的表达式:

式中:

μ——轮轨的摩擦系数;

k——系数，对于干燥钢轨k=0.45，潮湿钢轨k=0.25;

v——滑动速度，m/s。

由式(1)可知，拖行起步时速度较低，μ较大，轮轨间的摩擦力相应变大，这时将会产生轮轨接触面严重擦伤。

拖行起步后的拖行速度对硬拖处置的安全性影响较大，速度不能过高，但也不宜太低。速度过高，虽然μ较小，轮轨擦伤可以减轻，但轮轨之间冲击力变大，特别是对道岔的硬性冲击较大，这会导致岔尖的损坏，过曲线及道岔时使列车脱轨、倾覆的风险也加大;速度过低，则μ变大，轮对与钢轨的摩擦损伤也变大，而且，拖行速度过低还会造成线路出清时间过长，导致中断运营时间过长。因此，必须通过安全性分析确定一个适合的拖行速度。

3.1.2 轮对滑动通过直线段的安全性分析

强力拖动轮对卡死的列车时，如无任何润滑介质，μ较大，对轮轨会产生比较大的摩擦损伤。综合考虑摩擦阻力、轨道及载荷情况，建议采取一个比较适当的速度——约25 km/h限速运行。另外，拖行卡死的轮对时，在条件允许的情况下，可适当在钢轨上洒一些水，以减少轮轨间的擦伤。

3.1.3 轮对滑动通过小半径曲线的安全性分析

车轮滑动通过曲线时，如果卡死的车轮是列车前进方向的导轮，则车轮不能滚动，不能通过踏面斜度自动偏转一定角度，而是完全靠曲线外轨的“钢轨—轮缘”横向力使车轮偏转。曲线半径越小，列车速度越大，该横向力就越大。另外，由于车轮滑动通过曲线时转向架往往不能充分偏转，且轮缘与钢轨始终贴靠，此时速度很大也会影响车轮通过曲线和道岔的安全性。所以，列车前进方向的导轮卡死时，如要滑动通过小半径曲线，应严格控制列车行驶速度。建议车轮滑动通过400 m小半径曲线时，列车运行速度以小于15 km/h为宜。

3.1.4 轮对滑动通过道岔的安全性分析

如果轮对从道岔主线(直线)滑动通过道岔，只要轮缘形状和轮对内侧距符合安全标准，轮对应该能安全通过道岔。如果轮对从道岔的侧线(曲线)通过道岔，轮对只有靠护轮轨的牵制作用才能顺利通过曲线。由于护轮轨的牵制作用是有限的，所以，为了减少轮缘磨耗，降低列车脱轨、倾覆的风险，列车拖行速度宜取低值。卡死的车轮滑动通过道岔侧线时，列车运行速度不宜超过15 km/h。

3.2 轮对卡死应急处置模式的探讨

3.2.1 采用安装轮对故障走行器(救援小车)模式

列车在正线发生轮对卡死故障时，如果与附近的存车线距离较远(5个区间以上)，建议采用安装轮对故障走行器的救援模式;封锁区间，行车组织采用小交路，故障区间单线双向运行以维持运营。故障车安装完救援小车后，列车凭自身动力或用内燃机车联挂故障列车，并按照救援小车的规定限速条件运行至最近的存车线或基地。待故障车出清线路后，解除区间封锁，恢复列车正常运营。虽然此种模式的救援时间较长、运营影响较大，但列车运行安全性得以保证，发生次生灾害事故的风险大大降低。

3.2.2 采用自身动力硬拖模式

列车在正线发生轮对卡死故障时，如果与附近的存车线距离较近(5个区间以内)，建议采取自身动力硬拖模式，对正线运营的影响较小。其具体方案为:

1)切除相应故障车的动力;

2)列车低速运行(直线段限速25 km/h，侧向道岔限速15 km/h)到前方车站清客;

3)清客后，列车凭自身动力低速运行到最近的存车线;

4)到存车线后，再采取安装救援小车的办法，列车凭自身动力或用内燃机车将列车拖回车库再做进一步的处理。

3.3 轮对卡死应急处置原则

故障或突发事件的应急处置要坚持“安全第一、兼顾效率”的原则。对于发生列车轮对卡死故障不能正常运行的突发事件，应急处置时，原则上对卡死轮对不能硬拖;若必须硬拖，要对采取措施的条件进行严格规定，以避免在事件发生时因处置不当而造成事故扩大的可能。

4 列车回库处理和维修

4.1 列车回库后现场检查

列车回库后，卡死轮对的踏面一般有比较严重的擦伤、变色，可通过外观检查大致判断故障处所。

1)拖车轮对卡死，观察轮对踏面及轮缘擦伤程度，观察轴箱是否过热变色;进一步观察制动单元是否闸瓦抱死或轴承故障过热咬死，首先应排除制动系统故障，使空气制动能正常制动和缓解。应用逐一排除逐一确认法，以初步确认轮对卡死故障处所。

2)动车轮对卡死，除了闸瓦抱死或轴承故障过热原因排查外，还要对齿轮箱、牵引电机轴承等进行仔细检查，以初步确认轮对卡死故障的处所。

4.2 转向架整体更换处理

列车轮对发生卡死故障时一般需进行转向架整体更换处理。根据同车轮径差等技术要求，选配转向架总成。上架车机，分解转向架，更换转向架总成。组装完成后进行调试。调试阶段首先应用电子8点秤重设备，对该节车进行8点秤重，测得8个轴端重量，并调节车辆高度阀对该车进行综合调整，使得地板面高度、空簧压力、轮轴载荷值均符合技术要求。然后上试车线进行动态性能测试，符合技术要求后方可上线运营。

4.3 轮对卡死所属转向架的维修

对轮对卡死所属转向架进行分解，进一步验证故障处所，分析故障形成的机理，为后续普查整改提供基础，以促进整改后的有效性和可靠性，防止轮对卡死故障再次发生。

按照转向架维修工艺对故障转向架进行维修。一般需更换轮对，其他零部件是否更换需根据实际损伤情况，使维修后的转向架符合技术要求，成为转向架备品。

5 轮对卡死应急预案的修订

南京地铁轮对卡死应急处置目前由2个专项修订应急预案予以支持:一个是《列车事故救援行车组织应急预案》即A类应急预案;另一个是《列车轮对卡死应急预案》，即B类应急预案。A类应急预案为事件危害程度较大、涉及面较广，需要2个及以上部门共同处置的应急预案;B类应急预案为事件危害程度一般及以下，涉及单一部门、某一中心或系统内相关中心能够共同处置完成的应急预案。

在《列车事故救援行车组织应急预案》中，将轮对卡死应急处置修订为:列车出现车轮卡死时，控制中心应立即通知车辆救援组，原则上需车辆救援组对故障列车安装轮对故障走行器(救援小车);条件允许时(附近有存车线)，可根据车辆救援组的处置意见清客，限速15 km/h就近进入存车线，在最短的时间内将故障车辆拖走，出清线路，最大可能地减少事故对整个地铁运营的干扰和影响，将事故损失降低到最低限度。在《列车轮对卡死应急预案》中，将具体体现如何使用轮对故障走行器(救援小车)进行车辆救援，并明确救援时效。

通过A、B应急预案的有机结合，使应急预案不断完善并呈系统化。针对列车轮对卡死的具体状态及现场位置，启动相应的预案，在处置轮对卡死时体现处置原则性与灵活性相结合，使处置风险降到可控范围。

6 结语

综上所述，地铁列车在正线上发生轮对卡死故障时，应根据故障发生的地点及轮对卡死的状态，遵循“安全第一、兼顾效率”的原则，宜采取封锁区间安装轮对救援小车模式或采取短暂利用自身动力限速15 km/h硬拖模式进入存车线，以充分体现应急处置的安全性及救援的时效性。同时，回库后要对故障转向架进行分解，进一步确认故障处所，分析故障发生机理，提出有效的整改措施，以防止轮对卡死故障的再次发生。

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