关于地铁车辆偏磨解决措施及调头换向需求的分析研究

于校然

徐州地铁运营有限公司 江苏 徐州 221000

引言：M3线自运营以来,车辆轮对偏磨严重,其线路布局或为造成偏磨的主要成因之一,在车辆走行部选型稳定的情况下,考虑设置调头线进行车辆换向运行,进而解决车辆轮对偏磨问题。

一、车辆轮对偏磨的形成原因

(一)基础成因：轮轨接触几何关系和蠕滑机理表明,车辆通过曲线时,轮缘与钢轨发生接触是导致产生轮轨磨耗的根本原因。车辆行驶在弯道上时,受离心力作用,外侧轮缘与钢轨紧贴,内侧轮缘与钢轨相离,造成轮缘偏磨。而离心力大小与车辆速度成正比,随着车辆提速,转弯时外侧车轮需提供更大的向心力以保证车辆不会脱轨,却使得轮缘与钢轨摩擦加剧,日积月累将会造成轮对偏磨现象。

此外,影响轮缘磨耗的主要因素还有线路曲线外轨超高、曲线段轨距、轮轨冲角、车轮轮径差、轮缘耐磨性,以及转向架弹簧装置悬挂刚度等。

(二)线路曲线对偏磨的影响：当车辆运行在弯道多、坡度大的线路时,发生偏磨的概率较大。在困难地段,线路采取小半径敷设,能大量节省工程费用,却不利于车辆运行,特别是曲线限制行车速度时,影响更为严重,曲线半径越小,钢轨磨耗越快,车轮刚度一般低于钢轨,其磨耗程度不言而喻。

二、M3线线路条件及车轮磨耗情况

M3线整体分布呈“3”的运行走势,弯道多且多为右弯道、曲线距离长,车辆运行中受离心力影响,长期存在外侧车轮即左侧车轮轮缘与钢轨紧贴摩擦现象。据统计,M3线正线共有弯道81处,总曲线长度达18.5公里,占总里程的74.6%。在M3线运行总里程达到70万公里时,车辆轮对数据显示已存在一定程度上的偏磨现象(左侧轮缘磨耗较快)。以M0303为例,该车运行至10.95万公里时,右侧轮缘厚度均大于左侧轮缘,最大差值达1.24 mm,平均差值达0.51 mm。

三、车轮轮缘偏磨对运营的影响

轮对尺寸超标行车存在脱轨风险,危及运营安全。此外,轮缘偏磨的修复将额外造成运营成本的增加,更影响车辆正常投用。

(一)对轮对使用寿命的影响：轮对偏磨通常体现为轮缘偏磨,而现有L M 型踏面镟修恢复1 mm 轮缘厚度需损失4-5 mm 的踏面直径以保障L M的踏面廓形完整。若一个车轮轮缘发生偏磨,轮缘厚度超限(新轮32 mm,上线标准26 mm),为恢复其轮缘厚度至32 mm,需损失至少24 mm 轮径值,同时依据同轴不超过0.5 mm,同架不超过0.5mm,同车不超过2 mm 的镟修标准,以确保镟修后可维持在相对磨耗率较低的磨耗周期中,将会消耗更多车轮直径。

(二)对车辆运用的影响：以M3线轮对镟修作业用时为例,通常完成一根轴轮对的测量及镟修耗时30至40分钟,加之调车、断送电、镟修后车体高度调整、上电静调等作业内容,镟修整列车耗时达3至4个工作日之久,造成一定的供车压力。

四、业内车辆偏磨及解决措施

(一)上海地铁四号线。上海地铁四号线为全长33.77k m 的环行线,蒲汇塘停车场、宜山路站和上海体育场站位于三个端点,两条出入库线和一条正线形成三角线。同时,蒲汇塘车库和四号线其余部分正线还构成了一条灯泡线。四号线车辆投用不久即出现了严重的车轮轮缘异常磨耗现象,为降低轮缘磨耗,在安装了轮缘润滑装置降低轮轨摩擦的同时,针对环线情况,采取每两周换端运营的措施,列车定期换端后,轮缘磨耗量明显降低,车轮镟修周期明显延长。

(二)广州三、五号线。广三线线路呈南北“Y”字形走向。在厦滘站、车辆段、大石站三站点之间设置了三角线,不定期换向运行。三号线北延线车辆运行一段时间后即出现车辆偏磨现象,目前通过联络线开行至三号线进行换向调头运行。

广五线考虑正线存在较多小半径曲线,在设计之初于鱼珠站、车辆段及三溪站三点之间设置了三角线,并且在实际运用中每两周进行换向运行。自开通运行至今,除车轮圆跳动大、剥离等常见故障外,未出现车轮偏磨现象。

(三)其他地铁调头线设置情况。北京地铁机场线往T3、T2及市区方向位于三个端点,形成三角线;北京地铁1号线古城车辆段、天津地铁九号线胡家园车辆段、南京地铁2号线马群车辆段、上海地铁1 号线富锦路基地、2/7号线龙阳路基地、11/16 号线川杨河基地均设置了灯泡线;上海地铁6号线港城路车辆段、8号线殷行车辆段均在段内设置了三角线;台湾阿里山线在竹崎车站与二万平车站设置了三角线;台北捷运在蓝线的土城机厂内设置了三角线,专为一组三辆车调头之用。

(四)偏磨解决措施。解决(控制)轮对偏磨最直接方式为轮对镟修,但无法有效控制运营生产成本;另一种解决方式即通过车辆调头换向来平衡两侧车轮的磨耗。

除此之外,线路在设计之初,应尽量避免设置小半径曲线;在车辆运行时,应加强小半径曲线润滑,设置钢轨涂油装置或在车辆上安装轮缘润滑装置;加强钢轨减磨和型面的日常养修工作,特别是钢轨润滑和钢轨打磨工作的有效结合;在车辆日常检修时,加强转向架、轮对尺寸参数检查,如一系簧工作高度、踏面直径尺寸、轮缘厚度等,发现数据超标及时进行调整(镟修)作业;在车辆架大修或运营生产允许且镟修不及时,考虑将转向架换向布置,平衡两侧车轮偏磨及车下设备载荷分布不均情况等。

五、车辆调头形式

结合现有设计经验,车辆调头可通过布置灯泡线、三角线或大转盘来实现。环形回转线(即灯泡线)用以供列车直接掉头而无需转轨甚至无需停车,通常布置在段场或站线终端,以节省用地需求;三角线即为三条铁路轨道以三角形的形状交会,并在三个交会点设有转辙器,车辆经过“进、退、进”实现调头;转盘调头即把机车行驶至转盘上,转盘旋转半周后再驶离转盘,适用于自带动力的铁路机车头,地铁车辆为多节编组形式,受转盘直径影响,需解编为单节车辆,通常在车辆架大修时使用。

六、结论及建议

结合现有M3线车辆轮缘偏磨及业内轮对普遍偏磨的情况,建议在线路建设初期,充分考虑设置三角线或灯泡线用于车辆的定期换向,该举措不仅可减少轮对偏磨造成的使用寿命缩减,更可提高车辆运行的安全性及舒适性。

具体建议如下：

1.考虑车辆段及正线车站通常用地面积紧张,建议对于车辆段设置在线路中段的线路,在车辆段设置八字形出入段线,结合正线线路形成“三角线”,不需额外用地。

2.对于车辆段设置在线路尽头的线路,可在段内或端部车站设置三角线或灯泡线。若均不具备条件,可在车辆大修基地设置转盘,车辆解编、组装时实现车辆换向功能。

3.在线网的各条线路中设置联络线,用于不同线路转线或实现车辆调头功能。

4.既有线路如不能整改,后续运营将通过加紧轮对镟修或考虑车辆转向架换向以及通过联络线行至其他有三角线的线路上调头等多种形式。