地铁车辆轮轨匹配关系研究

李进 辛立杰

摘 要：地鐵车辆轮轨匹配关系研究对于地铁的快速发展而言具有重要的意义，轮轨磨耗以及舒适性等，都是地铁车辆轮轨匹配关系中的研究重点。本文从地铁的特点出发，探讨地铁车辆的轮轨匹配关系，以期为保障地铁列车的安全稳定运行提供科学的理论依据。

关键词：地铁车辆;轮轨匹配关系;问题研究;策略

0 前言

轮轨关系是影响地铁车辆运行安全性的一个重要问题。地铁凭借其便利运输量大的优势，成为了我国大城市公共交通的首选形式，目前，伴随着城市化进程的推进，地铁交通发展迅速，为了保证地铁的舒适性和运行安全性，就必须对轮轨关系进行深入研究并探讨解决方案。

1 地铁交通特点

要分析地铁车辆的轮轨匹配关系，要首先明确地铁这种交通形式的特点。第一，站与站之间的距离比较短，地铁的运行速度比较低，地铁列车在区间内的运行包括起动、惰行以及制动这三个步骤，要合理分配这三部分的运行时间，就必须提高地铁的运输效率;第二，地铁制动频繁并且加减速度比较大，由于地铁站台之间的距离比较短，所以，必须要通过起动加速度以及制动减速度，才能够完成良好运行;[1]第三，地铁线路的曲线半径比较小。地铁在修建时，会故意避开地质条件差以及地下管线埋伏比较多等地段，为了减少工程的投资成本，就缩短了地铁线路的曲线半径。从地铁交通的特点可以获知，和铁道运输相比，地铁车辆在轮轨匹配关系方面有着独特的特点，因此研究地铁车辆轮对匹配关系，就应该围绕轮轨磨损、轮轨廓形智能比对分析打磨以及地铁车辆运行的安全舒适性这几个主要问题来展开研究。

2 地铁车辆轮轨匹配关系研究

2.1 轮轨磨耗研究

地铁车辆在运行的过程当中不可避免的会发生轮轨磨损，地铁车辆是在钢轨上运行，所以，其损伤是不可避免的，而轮轨的磨损在地铁运行中，会产生很多不稳定因素，其负面影响日趋突出，大大影响了人们乘坐地铁的舒适性。[3]并且，轮轨磨损问题还会引发严重的噪声。降低了地铁列车的运行品质，同时也增大了车轮维修成本，缩短了车轮及钢轨的使用寿命。地铁车辆的轮轨磨损问题受到外界多种因素的影响，包括钢轨线路的状况、列车运行条件以及轮轨的形状、材质以及硬度等等。地铁车辆的车辆轮轨磨损又可以分为轮缘磨损和踏面磨损这两类。由于地铁线路的曲线半径比较小，所以，地铁车辆在经过曲线时会产生比较大的冲角力，轮缘磨损指的是列车车轮的轮缘，同钢轨的轨距角出现的磨耗。轮缘磨损的应对方式如下：通过轮轨润滑来降低轮缘和钢轨轨距角之间的摩擦系数;定期对钢轨进行打磨，通过修正使轨头廓形能够保持最佳，从而有效改善轮轨的接触。摩擦系数的降低能够有效的减缓轮缘磨耗的发展速度。除了轮缘磨耗以外，地铁车辆还会出现车轮踏面的异常磨耗，现阶段的地铁车辆主要采用的是电控联合的制动模式，闸瓦制动是造成踏面磨耗的主要因素。

2.2 轮轨廓形智能比对分析打磨策略研究

针对现有钢轨打磨策略依赖人为经验设定打磨参数的缺点，提出基于轮轨廓形智能比对分析的最佳打磨策略研究。选取一段小半径曲线钢轨波磨形成和发展速度较快地段作为试验段，首先根据实测钢轨平均廓形和轮缘平均廓形通过软件建模分析确定钢轨打磨的目标廓形，然后根据实测廓形与目标廓形的差异确定打磨区域，最后利用专业软件分析打磨作业时打磨车的打磨角度、作业速度、作业功率、打磨遍数等参数，形成最终打磨方案进行打磨作业。

2.2.1 钢轨与轮缘廓形对比

根据曲线的通过状态和导向性需求以及现场钢轨、车轮廓形，经比对分析最终选定曲上股打磨廓形选型为设定的60NS1型，下股为60KG标准型。

由图可见曲上股钢轨与车轮接触面积过大，导致车轮自身对冲角偏大，而对冲角偏大导致低频共振，行车垂向位移和垂向加速度增大;通过打磨修型控制轮轨接触面积，以减少轮径差，降低垂直加速度，达到噪声消减的目的。

曲线下股只需打磨钢轨表面疲劳层，不需修型。

2.3 运行舒适性研究

地铁列车在小半径曲线上运行时，其舒适性会受到转向架横向稳定性以及列车纵向冲击率等因素的影响。为了提高乘客乘坐地铁的舒适度，就必须针对这几个方面的影响因素，提出应对措施。转向架构架横向振动的加速度来评价转向架蛇形运动的失稳情况;由于地铁列车的制动比较频繁，会产生较大的加减速度，紧急制动势必就会产生巨大的纵向冲击力影响乘客的乘车体验，因此必须对列车纵向冲击力进行规定和限制。

2.4 关于地铁车辆轮轨匹配关系的建议

第一，由于轮轨润滑可以有效的降低轮轨的摩擦系数，加大脱轨系数的限界值，减少车轮脱轨现象，保证地铁运行安全性在地铁建设过程中，要尽可能的增大地铁线路的曲线半径，以提高脱轨系数限界值。[4]除此以外，还可以大力的推广采用径向转向架，径向转向架的应用能够大大降低地铁车辆车轮通过曲线时的导向力，从而减小冲击力，降低脱轨率。

第二，为了减少地铁车辆的轮轨磨耗，必须要保持轮轨之间的良好接触关系，通过将既有钢轨廓形与轮缘廓形最大限度的进行软件模拟匹配分析，可快速、精准的制定最佳打磨方案，既提高了打磨精度和效率、改善了轮轨接触条件、降低了钢轨磨耗速率和噪音异响，也延长了钢轨使用寿命，降低了养修成本、增强了行车平稳性和旅客舒适度，摒弃了以往人为经验设定钢轨打磨参数的不足，实现了更加智能、智慧、可靠的打磨新策略。

第三，根据我国地铁建设设计相关规范，曲线的最大超高值是120 mm，为了减少欠超高值，在地铁线路曲线设置时，应该按照规定的最大超高值来进行设置，从而减小没有被平衡的离心加速度，这样一来，能够有效的改善地铁车辆在经过曲线时的乘客乘坐体验，提升地铁的整体舒适度。

3 结束语

综上所述，通过对地铁车辆轮轨关系当中的几个重点问题展开研究，试图找出地铁车辆低速小半径脱轨轮轨磨耗以及运行舒适安全性能的优化策略，以推动我国地铁交通事业的可持续发展，延长地铁工程的使用寿命，减少投资成本，提高利用率，优化乘客的乘车体验，便利人民出行。

参考文献：

[1]宋慧玲.地铁车辆轮轨型面匹配关系研究[D].大连交通大学，2012.

[2]周睿，罗仁.地铁车辆轮轨匹配关系研究[J].铁道车辆，2010，48（9）：1-3+12+47.

[3]向阳，李俊岭，邓小星，等.印度RMGL项目地铁车辆轮轨匹配关系研究[J].机械工程师，2013（4）：96-99.

[4]俞展猷.地铁车辆轮轨关系中几个重要问题的研究[J].中国铁路，2014（12）：87-92.