关键词：车轮踏面；磨耗；地铁车辆
1.车轮踏面异常磨损原因分析
1.1进一步分析易踏面磨损异常情况
车轮踏面不可避免地会与闸瓦、钢轨直接接触，本文进一步探究了地铁列车拖车车轮踏面发生异常磨损，而动车并未发现此现象，由此断定不是钢轨造成的。进一步调查研究列车的运营线路，发现正线弯道非常多，且弯道方向都向着一个方向。因此，本文重点研究了车轮踏面磨损的根本原因，主要因拖车在弯道上多次施加控制制动导致的。在曲线上，由于轮对与转向架构架往往存在一定偏角，迫使内侧车轮踏面外侧承担着巨大的闸瓦压力，使得车轮踏面磨损非常严重，这也正是轮对一侧踏面花纹磨损较为严重的原因。
1.2常用制动混合分析
本次研究的地铁列车经常运用制动混合逻辑，一旦电制动能力储备不充足，必须在拖车上补充空气制动力。空气制动和电制动之间的转换速度约为15km/h，6辆编组列车需要维持最大制动。在不载荷作用下，列车制动相应计算也随时发生改变。在计算列车制动时，等效减速度以每秒1.12米为主。大量实践推理得出，其他线路列车通常以制动混合逻辑为主。比如，ATO控车期间，很多地铁车轮踏面出现异常磨损和消耗，因为卡斯柯信号系统频繁触及大级别常用制动，在此情形下，电制动力无法达到制动减速度相应标准要求，致使制动系统充分融合列车制动力混合逻辑。列车制动过程中，拖车必须持续不断地补充空气制动力，而本文研究的地铁列车出现很多同方向弯道，由此我们不难推断，车轮出现不同程度凹陷和损耗都与其存在必然联系。
2车轮踏面磨耗的改善措施
2.1选择合适的制动控制策略
现阶段，等黏着和等磨耗是城市轨道交通车辆主要制动控制策略，其中等黏着应用最为广泛。等磨耗是动车再生制动方式，只有动车电制动力不充足时，才能让动车和拖车启动空气制动。等磨耗是地铁列车的再生制动方法，只有当地铁列车电动制动力不够时，为了能够保证列车正常运行，列车和拖车才会使用空气制动。通过详细对比，我们不难发现，当电制动能力不足时，当电制动能力不充沛时，等黏着方法才会表现出明显不足，即空气制动力将承担单个制动单元的制动力。
最终导致拖车车轮踏面出现严重磨损。仅当电制动能力强时，诸如附着力和磨损之类的控制方法才不会出现很大差异。根据电制动的实际值，要求每辆车结合磨损模式合理补偿单车的空气制动。当单辆机动车的空气制动在补充空气制动后达到附着极限时，空气制动的其余部分由拖车补充，并且控制复杂。根据车辆重量和黏着极限，单元内需要补充的空气制动力应以等磨损方式分配到每辆车上。与等磨耗模式相比，能有效改善挂车车轮踏面磨耗。为了有效避免车轮踏面出现异常磨损，部分拖车通常会用到轴盘式制动器，而汽车采用车轮踏面制动器，可以保护车轮踏面，但轴盘式磨损已成为一个新的问题。
2.2不断促进列车电制动能力的提升
众所周知，动车电制动能力普遍偏低。而当拖车频繁施加空气制动时，会使拖车车轮产生很大热量，从而严重磨损车轮。因此，改善电制动能力是降低车轮踏面异常磨损和消耗的关键，需要从几下几点来有效提升列车电制动能力。
1)当对牵引电机进行选型时，不仅要实时观察和留意制动期间的最大功率，而且还要特别关注牵引时的最大功率。与此同时，必须确保牵引逆变器可以将如此大量的可再生能源转化为电能，并将其反馈到同一电网。
2)科学合理的扩大车辆的制动电阻容量，同时，遇到紧急情况时，还应适时地安装地面能量吸收装置。此外再生能量的吸收能力直接关系到列车电气制动能力的作用价值发挥。再生能量吸收较少，则网络电压将迅速上升到极限。此时，只能通过空气制动来切断电动制动器，这会增加轮轨和制动轮的磨损。现阶段，牵引列车和同一供电网段中的列车的制动阻力决定了再生能量的吸收情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在车辆运营期间，一旦列车发车间隔设置不合理，将难以保证再生能量的吸收效果达到相应要求。而且，一旦电网电压上升到一定值时，电阻制动也会参与到其中。由于车辆制动电阻受体积和温升的限制，其容量不能太大。一般要求阻力能力满足列车从80km/h开始做减速运动，与此同时，还应到考虑冗余问题。此外，设计过程中，还应考虑地面能量吸收装置的设置情况（制动电阻或储能装置，如超级电容器等）。
3)当着手计算电动制动能力时，需要选择正确的计算附着系数。黏着系数的计算不仅要结合轮轨表面情况，而且还要考虑行车速度、线路质量等相关因素，不仅要阻止空转和滑行，而且还要将电制动能力充分发挥出来。目前我国城市轨道交通车辆粘着系数通常在0.14-0.16之间。如果汽车质量在35吨，则汽车的最大附着力为481千牛-54.9千牛之间。值得注意的是，列车电制动力常常受到最大粘附力的束缚，而黏着系数反而更大，电动制动力利用也会变得更好。假设电动制动力为最大粘接力时，4M2T列车采用等粘制动方式时，粘接系数分别为0.14和0.16，拖车需要补充空气制动力。
4)将电空切换点的速度尽可能地降到最低。由低速电空制动的换算图可知，电制动和空气制动都是以低于6km/h的速度以下进行转换的，当电制动完全退出时，列车速度会变得越来越慢。因为，只有这样才能更好地发挥电制动能力，列车运行期间，尽量减少空气制动的使用，这样可以避免踏面和闸瓦的磨损。
2.3优化调整ATO操作，同时改变驾驶员操作习惯
1）在自动驾驶模式下，科学选择正确的运行模式。根据车辆牵引和制动系统的最大特点，从而选择出最佳运行图方案，尤其是在ATO控制下，牵引到制动的过渡时间必须大于牵引系统提供的标准允许时间，否则，在列车牵引力作用下，ATO将发送制动指令，这将导致牵引力不能消失，并且无法施加电制动。同时，高速列车的制动主要通过空气制动来完成。
2)在非自动驾驶模式下，在充分保证制动距离和行驶安全的前提下，尽可能地不采用快速制动、紧急制动等高级制动。在4M2T编组列车中，三辆车为一个单元进行等黏着制动力分配控制。只有在AW3载荷下施加7级制动时，拖车才应施加少量空气制动；在其他常用制动方法下，电空混合制动可以在不使用空气制动的情况下满足整个车辆的制动力要求。在低速电-空转换点之后应进行空气制动。只有这样，驾驶员在操作过程中会在7档制动器的作用下停车，空气制动使用频率较低。
2.4其他
1）对运营列车间隔和数量进行合理规划，可以大大提升车辆能量吸收能力。通过大量系统实践测试，合理规划列车在线数和出发间隔数，确保制动过程中可以最大限度地吸收再生能量，尽可能地降低空气制动和阻力制动的使用频率，切实提高列车能量再生率。
2)当发车次数和发车间隔确定之后，实时观察和检测接触网电压变化，调整变电所输出网电压。既要考虑牵引变电所在列车牵引时提供的足够功率、合理的网流和牵引电流，又要考虑列车制动时网压不被拉低和不易增加，以保证电制动空间。例如，根据当前实际工作经验，牵引变电所的输出在DC1600V～DC1650V之间比较好。
结束语：
综上所述，本文详细分析本次研究列车的车轮踏面异常磨耗，发现电空制动混合逻辑的设计需要考虑的因素很多，其中包括线路条件、信号系统以及电制动能力发展等因素，
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论文作者:李皓
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 21期
论文发表时间:2020/4/9
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