地鐵列車輪對卡死應急處置探討

俞 輝 王贊農 孫 綱

(南京地鐵運營有限責任公司，210012，南京∥第一作者，高級工程師)

1 問題的提出

南京地鐵為了適應多線網(wǎng)絡化運營應急救援的需要，具有前瞻性地全面啟動了應急預案修訂工作。在應急預案的梳理過程中，各部門對《列車事故救援行車組織應急預案》及《列車輪對卡死應急預案》中的列車輪對卡死應急處置提出了各自看法。其焦點集中在:列車輪對卡死故障發(fā)生時的判斷依據(jù)及如何快速地處置，是硬拖還是用輪對故障走行器(救援小車)進行救援。

當正線運行的地鐵列車出現(xiàn)輪對卡死故障時，將嚴重威脅運行安全，且會打亂正常的運營秩序，給運營造成極大的影響。輪對卡死故障的應急處置是否合理，關系到是否會造成列車脫軌、傾覆等次生災害事故，因此，有必要對于列車輪對卡死應急處置進行分析和探討，為應急預案的修訂提供基礎。

2 正線上輪對卡死的判斷

2.1 輪對卡死的可能性因素分析

南京地鐵列車采用的是4動2拖動車組，A車為帶司機室的無動力拖車，B車為帶受電弓的動車，C車為不帶受電弓的動車，每1列地鐵列車由2組A、B、C 車組成。

1)A車無機械傳動裝置，只有可能發(fā)生閘瓦抱死或軸承故障過熱咬死。

2)B、C車有機械傳動裝置，不但可能發(fā)生閘瓦抱死或軸承故障過熱，還可能發(fā)生齒輪箱咬死(如:2005年10月26日1920次列車19C－1位輪軸因齒輪箱無油造成齒輪箱齒輪咬死)，或牽引電機軸承故障過熱咬死。

從導致輪對卡死的因素可知，B、C動車發(fā)生輪對卡死的可能性較大。

2.2 輪對卡死故障的預警和判斷

2.2.1 輪對在線檢測技術的應用

南京地鐵目前已在1號線、南延線正線上安裝了2套在線檢測裝置。其主要由輪對幾何尺寸檢測模塊、輪對踏面擦傷探測模塊、走行部異響探測模塊、受電弓探測模塊、車號識別模塊、車速測量模塊等組成，以實現(xiàn)輪對尺寸動態(tài)檢測、平輪檢測、受電弓檢測及超限報警功能，并預留軸承溫度等探測功能。隨著輪對在線檢測技術的不斷進步，列車輪對卡死故障的預警必將實現(xiàn)。

2.2.2 列車司機的判斷

在重視在線檢測手段的基礎上，更要堅持以人為本的原則，高度重視列車司機的判斷。根據(jù)南京地鐵1、2號線列車的實際運營情況和理論分析研究，在正線上出現(xiàn)動車輪對卡死故障后，列車司機一般會感覺到車輛出現(xiàn)如下故障現(xiàn)象:

1)列車起動時速度提升比較慢，有抱閘的感覺。

2)走行部有異響，振動較大，在輪軸卡死瞬間列車速度有明顯波動。

3)出現(xiàn)動車輪對卡死時，速度傳感器檢測不到該軸的速度，伴隨出現(xiàn)速度傳感器故障，在DDU(司機顯示器)上“SPL(速度限制)圖標”顯示黃色，即顯示了1個牽引/制動故障。

4)動車故障軸電機產生堵轉，電流出現(xiàn)過流，點擊“DDU故障事件”圖標會顯示出“牽引嚴重故障”并牽引鎖死。

5)出現(xiàn)輪對卡死故障后，制動系統(tǒng)能緩解，則排除了抱閘運行;若出現(xiàn)制動系統(tǒng)不能緩解，在排除電氣故障的情況下，則可能為基礎單元制動故障，導致不能動車。

6)卡死后的輪對在軌面上產生滑行，會產生尖銳的聲響，拉傷軌面并摩擦冒煙，有燒焦味，相應的輪對有火花出現(xiàn)。

3 列車輪對卡死的應急處置分析

3.1 硬拖方案分析

3.1.1 拖行速度與輪軌摩擦分析

當列車發(fā)生輪對卡死故障時，卡死的輪對由沿鋼軌滾動變?yōu)閺娦性阡撥壣匣小４藭r列車仍能牽引，但列車速度在瞬間會有明顯波動，并且起動時速度提升比較慢?？ㄋ赖妮唽εc鋼軌間的摩擦狀態(tài)將發(fā)生變化:①若拖車某一組輪對卡死，輪軌間由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?②若動車某一組輪對卡死，輪軌間由靜摩擦(粘著)變?yōu)榛瑒幽Σ痢?/p>

硬拖的速度高低直接影響卡死輪對與鋼軌間摩擦系數(shù)的大小，引用法國人Boehet通過機車車輛的制動試驗得出的摩擦系數(shù)隨滑動速度變化的表達式:

式中:

μ——輪軌的摩擦系數(shù);

k——系數(shù)，對于干燥鋼軌k=0.45，潮濕鋼軌k=0.25;

v——滑動速度，m/s。

由式(1)可知，拖行起步時速度較低，μ較大，輪軌間的摩擦力相應變大，這時將會產生輪軌接觸面嚴重擦傷。

拖行起步后的拖行速度對硬拖處置的安全性影響較大，速度不能過高，但也不宜太低。速度過高，雖然μ較小，輪軌擦傷可以減輕，但輪軌之間沖擊力變大，特別是對道岔的硬性沖擊較大，這會導致岔尖的損壞，過曲線及道岔時使列車脫軌、傾覆的風險也加大;速度過低，則μ變大，輪對與鋼軌的摩擦損傷也變大，而且，拖行速度過低還會造成線路出清時間過長，導致中斷運營時間過長。因此，必須通過安全性分析確定一個適合的拖行速度。

3.1.2 輪對滑動通過直線段的安全性分析

強力拖動輪對卡死的列車時，如無任何潤滑介質，μ較大，對輪軌會產生比較大的摩擦損傷。綜合考慮摩擦阻力、軌道及載荷情況，建議采取一個比較適當?shù)乃俣取s25 km/h限速運行。另外，拖行卡死的輪對時，在條件允許的情況下，可適當在鋼軌上灑一些水，以減少輪軌間的擦傷。

3.1.3 輪對滑動通過小半徑曲線的安全性分析

車輪滑動通過曲線時，如果卡死的車輪是列車前進方向的導輪，則車輪不能滾動，不能通過踏面斜度自動偏轉一定角度，而是完全靠曲線外軌的“鋼軌—輪緣”橫向力使車輪偏轉。曲線半徑越小，列車速度越大，該橫向力就越大。另外，由于車輪滑動通過曲線時轉向架往往不能充分偏轉，且輪緣與鋼軌始終貼靠，此時速度很大也會影響車輪通過曲線和道岔的安全性。所以，列車前進方向的導輪卡死時，如要滑動通過小半徑曲線，應嚴格控制列車行駛速度。建議車輪滑動通過400 m小半徑曲線時，列車運行速度以小于15 km/h為宜。

3.1.4 輪對滑動通過道岔的安全性分析

如果輪對從道岔主線(直線)滑動通過道岔，只要輪緣形狀和輪對內側距符合安全標準，輪對應該能安全通過道岔。如果輪對從道岔的側線(曲線)通過道岔，輪對只有靠護輪軌的牽制作用才能順利通過曲線。由于護輪軌的牽制作用是有限的，所以，為了減少輪緣磨耗，降低列車脫軌、傾覆的風險，列車拖行速度宜取低值。卡死的車輪滑動通過道岔側線時，列車運行速度不宜超過15 km/h。

3.2 輪對卡死應急處置模式的探討

3.2.1 采用安裝輪對故障走行器(救援小車)模式

列車在正線發(fā)生輪對卡死故障時，如果與附近的存車線距離較遠(5個區(qū)間以上)，建議采用安裝輪對故障走行器的救援模式;封鎖區(qū)間，行車組織采用小交路，故障區(qū)間單線雙向運行以維持運營。故障車安裝完救援小車后，列車憑自身動力或用內燃機車聯(lián)掛故障列車，并按照救援小車的規(guī)定限速條件運行至最近的存車線或基地。待故障車出清線路后，解除區(qū)間封鎖，恢復列車正常運營。雖然此種模式的救援時間較長、運營影響較大，但列車運行安全性得以保證，發(fā)生次生災害事故的風險大大降低。

3.2.2 采用自身動力硬拖模式

列車在正線發(fā)生輪對卡死故障時，如果與附近的存車線距離較近(5個區(qū)間以內)，建議采取自身動力硬拖模式，對正線運營的影響較小。其具體方案為:

1)切除相應故障車的動力;

2)列車低速運行(直線段限速25 km/h，側向道岔限速15 km/h)到前方車站清客;

3)清客后，列車憑自身動力低速運行到最近的存車線;

4)到存車線后，再采取安裝救援小車的辦法，列車憑自身動力或用內燃機車將列車拖回車庫再做進一步的處理。

3.3 輪對卡死應急處置原則

故障或突發(fā)事件的應急處置要堅持“安全第一、兼顧效率”的原則。對于發(fā)生列車輪對卡死故障不能正常運行的突發(fā)事件，應急處置時，原則上對卡死輪對不能硬拖;若必須硬拖，要對采取措施的條件進行嚴格規(guī)定，以避免在事件發(fā)生時因處置不當而造成事故擴大的可能。

4 列車回庫處理和維修

4.1 列車回庫后現(xiàn)場檢查

列車回庫后，卡死輪對的踏面一般有比較嚴重的擦傷、變色，可通過外觀檢查大致判斷故障處所。

1)拖車輪對卡死，觀察輪對踏面及輪緣擦傷程度，觀察軸箱是否過熱變色;進一步觀察制動單元是否閘瓦抱死或軸承故障過熱咬死，首先應排除制動系統(tǒng)故障，使空氣制動能正常制動和緩解。應用逐一排除逐一確認法，以初步確認輪對卡死故障處所。

2)動車輪對卡死，除了閘瓦抱死或軸承故障過熱原因排查外，還要對齒輪箱、牽引電機軸承等進行仔細檢查，以初步確認輪對卡死故障的處所。

4.2 轉向架整體更換處理

列車輪對發(fā)生卡死故障時一般需進行轉向架整體更換處理。根據(jù)同車輪徑差等技術要求，選配轉向架總成。上架車機，分解轉向架，更換轉向架總成。組裝完成后進行調試。調試階段首先應用電子8點秤重設備，對該節(jié)車進行8點秤重，測得8個軸端重量，并調節(jié)車輛高度閥對該車進行綜合調整，使得地板面高度、空簧壓力、輪軸載荷值均符合技術要求。然后上試車線進行動態(tài)性能測試，符合技術要求后方可上線運營。

4.3 輪對卡死所屬轉向架的維修

對輪對卡死所屬轉向架進行分解，進一步驗證故障處所，分析故障形成的機理，為后續(xù)普查整改提供基礎，以促進整改后的有效性和可靠性，防止輪對卡死故障再次發(fā)生。

按照轉向架維修工藝對故障轉向架進行維修。一般需更換輪對，其他零部件是否更換需根據(jù)實際損傷情況，使維修后的轉向架符合技術要求，成為轉向架備品。

5 輪對卡死應急預案的修訂

南京地鐵輪對卡死應急處置目前由2個專項修訂應急預案予以支持:一個是《列車事故救援行車組織應急預案》即A類應急預案;另一個是《列車輪對卡死應急預案》，即B類應急預案。A類應急預案為事件危害程度較大、涉及面較廣，需要2個及以上部門共同處置的應急預案;B類應急預案為事件危害程度一般及以下，涉及單一部門、某一中心或系統(tǒng)內相關中心能夠共同處置完成的應急預案。

在《列車事故救援行車組織應急預案》中，將輪對卡死應急處置修訂為:列車出現(xiàn)車輪卡死時，控制中心應立即通知車輛救援組，原則上需車輛救援組對故障列車安裝輪對故障走行器(救援小車);條件允許時(附近有存車線)，可根據(jù)車輛救援組的處置意見清客，限速15 km/h就近進入存車線，在最短的時間內將故障車輛拖走，出清線路，最大可能地減少事故對整個地鐵運營的干擾和影響，將事故損失降低到最低限度。在《列車輪對卡死應急預案》中，將具體體現(xiàn)如何使用輪對故障走行器(救援小車)進行車輛救援，并明確救援時效。

通過A、B應急預案的有機結合，使應急預案不斷完善并呈系統(tǒng)化。針對列車輪對卡死的具體狀態(tài)及現(xiàn)場位置，啟動相應的預案，在處置輪對卡死時體現(xiàn)處置原則性與靈活性相結合，使處置風險降到可控范圍。

6 結語

綜上所述，地鐵列車在正線上發(fā)生輪對卡死故障時，應根據(jù)故障發(fā)生的地點及輪對卡死的狀態(tài)，遵循“安全第一、兼顧效率”的原則，宜采取封鎖區(qū)間安裝輪對救援小車模式或采取短暫利用自身動力限速15 km/h硬拖模式進入存車線，以充分體現(xiàn)應急處置的安全性及救援的時效性。同時，回庫后要對故障轉向架進行分解，進一步確認故障處所，分析故障發(fā)生機理，提出有效的整改措施，以防止輪對卡死故障的再次發(fā)生。

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