制動模式對車輪踏面非正常磨耗影響的分析摘要近幾年，我國城市軌道迅猛發(fā)展，大量的軌道車輛投入運(yùn)營，為緩解城市交通壓力做出了重大貢獻(xiàn)。城軌車輛車輪踏面的非正常磨耗對列車運(yùn)行危害非常大，會引發(fā)輪軌接觸表面剝離等，導(dǎo)致列車運(yùn)行性能和乘客舒適性的降低。城軌車輛踏面非正常磨耗是一個(gè)復(fù)雜的問題，本文首先從南京地鐵初期運(yùn)營的前三個(gè)月出現(xiàn)的非正常磨耗狀況進(jìn)行闡述，從制動模式和防滑控制系統(tǒng)兩個(gè)方面對這一現(xiàn)狀進(jìn)行研究，其次結(jié)合其他城市的城軌交通運(yùn)營情況，對車輪踏面非正常磨耗成因進(jìn)行分析，并進(jìn)一步探索解決方式。關(guān)鍵詞：城市軌道制動模式防滑系統(tǒng)制動力磨耗踏面第第頁共17頁1緒論1.1選題背景與意義1.1.1地鐵車輛車踏面非正常磨耗隨著城市的快速發(fā)展，現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)設(shè)施明顯趨于落后，因而城市軌道交通的發(fā)展在城市運(yùn)輸行業(yè)起著重要作用。具有大運(yùn)量、速度快、低污染、占地少、安全、準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)的城軌交通已然成為解決城市交通擁擠的主要手段。在一些大型城市的地鐵初期運(yùn)營中，都出現(xiàn)了很嚴(yán)重的車輪踏面異常磨耗。南京地鐵在初期運(yùn)營中就出現(xiàn)了嚴(yán)重的拖車車輪踏面溝狀磨耗（如圖1），以最初三個(gè)月的運(yùn)營情況分析，投入的列車全部進(jìn)行了碹修，經(jīng)過碹修后的車輪輪徑從840mm降到了818mm；西安地鐵在運(yùn)行40萬公里時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的階梯狀異常磨耗（如圖2）。這些車輪踏面非正常磨耗會增加車輛的沖擊振動，影響列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和乘客乘坐的舒適性。良好的輪軌關(guān)系能減少輪軌磨耗關(guān)系，因此，在城軌的發(fā)展中都會需要去研究和改善，使輪軌磨耗處在合理范圍內(nèi)。圖1南京地鐵拖車車輪踏面溝狀磨耗圖2西安地鐵階梯狀異常磨耗1.1.2地鐵列車車輪踏面異常磨耗的研究發(fā)展過程隨著鐵路與城市軌道交通的快速發(fā)展，高速與重載已成為鐵路行業(yè)發(fā)展的主題。但隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，輪軌關(guān)系日趨復(fù)雜，車輪踏面的磨耗日趨嚴(yán)重，儼然成為了列車運(yùn)行安全的重要問題。20世紀(jì)60年代末，英國的紐蘭和布科克分別發(fā)表了線性蠕滑理論，說明了蠕滑導(dǎo)向理論。它反映了列車通過大半徑曲線的原理，然而，在小半徑曲線上，外軌側(cè)面磨耗特別嚴(yán)重，這就是典型的鋼軌側(cè)磨。鋼軌側(cè)磨是輪軌損傷的類型之一。鋼軌的波磨也是輪軌損傷的原因之一。從國內(nèi)外研究歷史來看，波磨與滾動接觸理論有著關(guān)聯(lián)。波磨成因理論分動力類和非動力類兩種。動力類成因是由振動引起的，一般認(rèn)為振動特性是由波磨波長決定的，是有限個(gè)波長的混合。非動力類成因則認(rèn)為波磨波長是隨機(jī)分布的。西南交大劉學(xué)毅教授建立了“輪對粘滑振動—磨耗功波動—磨損型波磨”的模型，他提出了波磨形成原因的3個(gè)條件：鋼軌不平、車輛速度集中、車型數(shù)量優(yōu)勢。鋼軌的波磨也是輪軌損傷的原因之一。車輪踏面的剝離是一種常見的輪軌損傷現(xiàn)象，目前，世界各國用不同的方法，從不同角度去研究“為什么出現(xiàn)車輪踏面剝離現(xiàn)象”這一問題。目前，國內(nèi)外的科研人員都認(rèn)為踏面剝離與材料、斷面、摩擦度與車輪使用情況有關(guān)。然而，我國鐵道部歸納出幾種形式：滾動接觸疲勞、車輪制動及空轉(zhuǎn)剝離和局部擦傷。盡管城軌列車與鐵道機(jī)車的運(yùn)用不同，但鐵道機(jī)車車輪踏面的剝離研究對地鐵列車具有重要的價(jià)值。由于地鐵站距較小，地鐵速度較快，所以制動頻率高。這種高頻率的制動增加了列車車輪踏面剝離的概率。1.2我國城軌車輛制動系統(tǒng)發(fā)展過程20世紀(jì)60年代初，北京地鐵首次采用干線客車DK型電空制動系統(tǒng)，由于性能的問題，不久，就改用由鐵科院與長春軌道客車公司共同研制了SD型電空制動系統(tǒng)。但是，SD型電空制動系統(tǒng)的問題就是很難良好的分配制動力，且無防滑系統(tǒng)。1989年，北京地鐵引進(jìn)了美國西屋的模擬電控制動系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電氣控制和模擬信號傳遞，所以能夠使電制動與空氣制動連續(xù)配合。但該系統(tǒng)沒有使用微機(jī)控制技術(shù)，使得微機(jī)控制的許多功能無法實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)90年代，我國的城市軌道交通的發(fā)展達(dá)到了高峰期，在此期間，我國自主研發(fā)了微機(jī)控制直通電空制動系統(tǒng)。另外，鐵科院與四方機(jī)車成功研發(fā)了微機(jī)控制模擬直通電空控制系統(tǒng)。具有控制精確、空重車調(diào)整、防滑控制等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國城軌制動系統(tǒng)主要采用的是德國KNORR、日本NABCO、法國法維萊和英國西屋的制動系統(tǒng)。德國克諾爾和日本NABCO的技術(shù)領(lǐng)先于其他公司，德國克諾爾的制動系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)不同，采用架控方式，這樣保持了車輛設(shè)備的冗余性。該系統(tǒng)采用PWM信號或網(wǎng)絡(luò)信號制動指令，是模擬式制動系統(tǒng)。日本NABCO的HRDA型系統(tǒng)是數(shù)字指令系統(tǒng)，安裝在車輛底架上，它采用3根指令線編碼，共7級。該系統(tǒng)同樣采用PWM信號傳遞制動指令，是模擬式制動系統(tǒng)。EP轉(zhuǎn)換采用4個(gè)開關(guān)電磁閥閉環(huán)控制的方法。未來的制動系統(tǒng)會引進(jìn)人工智能，使制動系統(tǒng)更加靈敏，更精確的控制。1.3本文研究內(nèi)容以南京地鐵與西安地鐵運(yùn)營中發(fā)生的車輪踏面異常磨耗情況分析，車輪踏面的異常磨耗與車輛運(yùn)營線路存在一定聯(lián)系，但是分析制動模式對于異常磨損的影響更為重要。本文探討的是在制動過程中如何減輕車輪踏面的異常磨損，分析內(nèi)容如下：車輪踏面異常磨損成因分析；列車制動模式對車輪異常磨損影響分析；列車防滑系統(tǒng)對列車異常磨損的作用與影響；

2城軌車輛車輪踏面非正常磨耗的成因2.1城市軌道交通車輪踏面非正常磨耗的概況2.1.1南京地鐵車輪踏面非正常磨耗的概況南京地鐵自開通運(yùn)營以來，就發(fā)生過很嚴(yán)重的輪軌磨耗問題，尤其還是拖車的踏面，例如：拖車車輪踏面出現(xiàn)了溝狀磨耗，曲線上股側(cè)磨等等。輪軌之間的已成磨耗加大了維修成本，并且嚴(yán)重影響力列車形成安全。南京地鐵一號線在開通一個(gè)季度后，在運(yùn)營的車輛全部出現(xiàn)及其嚴(yán)重的車輛踏面磨耗，走行公里最小的車輛兩個(gè)月就得進(jìn)行一次修理，如此快的磨損，實(shí)屬非正常磨耗。南京地鐵二號線在開通的一年里也出現(xiàn)多次嚴(yán)重的車輪踏面擦傷，溝狀磨耗等問題。表1為一些車輪踏面擦傷、剝離的形貌。表1車輪擦傷和剝離的形貌通過這些事例，影響車輪踏面非正常磨耗因素有許多，此次主要對一下幾點(diǎn)進(jìn)行分析：車輪踏面材料分析及不同范圍的硬度分析；鋼軌材質(zhì)成分分析及硬度測量；閘瓦材質(zhì)的測試分析；鋼軌表面的硬度測試；踏面外形的測量及分析；鋼軌外行的測量與分析。通過各種檢測與調(diào)研，得出以下結(jié)論：（1）排除車輪材質(zhì)與硬度的影響；（2）排除鋼軌材質(zhì)影響，硬度與鋼軌基本匹配；（3）閘瓦的硬度、沖擊強(qiáng)度等不太合適。在測量車輪踏面時(shí)發(fā)現(xiàn)，輪緣的磨損很小，但踏面磨損就十分嚴(yán)重，尤其是拖車踏面，而且有一部分范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的下凹，但動車沒有這個(gè)現(xiàn)象。這些磨耗的主要原原因就是由于頻繁的施加制動，輪軌接觸不均勻的作用下產(chǎn)生的。2.1.2西安地鐵車輪踏面非正常磨耗的概況基于西安地鐵1號線車輪踏面非正常磨耗現(xiàn)象分析，西安地鐵1號線是采用的是德國KNOLL公司的EP2002制動系統(tǒng)，基礎(chǔ)制動方式為閘瓦制動。在走行里程達(dá)到40萬Km時(shí)，車輪踏面出現(xiàn)了階梯狀非正常磨耗。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，車輪踏面外側(cè)磨損的深度大約在2.2mm—3.9mm之間，平均磨耗深度為3.57mm,寬度大約在23.2mm—37.5mm之間。由此可見，所有踏面磨耗基本相同，拖車的磨耗比動車要嚴(yán)重。這些磨損主要是車輪與閘瓦之間的摩擦造成的，當(dāng)制動壓力越大，閘瓦與車輪踏面之間的摩擦就越大，導(dǎo)致磨損越嚴(yán)重。而閘瓦與車輪踏面之間的作用力取決于司機(jī)對列車施加的制動模式，以及制動力等級，由此可以看出，制動模式是導(dǎo)致車輪踏面的非正常磨耗的原因之一。2.2城市軌道交通車輪踏面非正常磨耗成因分析在列車運(yùn)行過程中，車輪不僅承受極大的載荷，還起到列車的牽引、制動和導(dǎo)向的作用。閘瓦與車輪踏面之間存在著摩擦，這些摩擦的復(fù)雜性決定了車輪異常磨損的復(fù)雜性。根據(jù)輪軌磨耗機(jī)理，引起車輪踏面異常磨損的因素有輪軌間的作用力和閘瓦與輪軌間的壓力，而影響踏面磨損度因素是閘瓦的硬度。車輪與鋼軌的硬度不匹配，將會加速她面對磨損，此外，閘瓦的摩擦系數(shù)越大，磨損度越快。所以，有以下幾種結(jié)論（1）與列車的制動有關(guān)經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在距車站的折返線和停車端60m左右的范圍內(nèi)，普遍的出現(xiàn)鋼軌的擦傷和剝離掉塊，最大的擦傷面積為15，深5mm，這些都是出現(xiàn)在列車的制動區(qū)域。鋼軌的擦傷與車輪的磨損有著很大的關(guān)系。所以，車輪踏面的異常磨損與列車的制動有關(guān)。（2）閘瓦與車輪踏面之間的壓力城市軌道交通制動有電制動和空氣制動兩部分，列車施加制動時(shí)，電制動力不足，就由空氣制動補(bǔ)足。在列車進(jìn)站是，電制動力會明顯不足，此時(shí)會由拖車的空氣制動補(bǔ)足，不會造成踏面磨損，但是，拖車的制動缸壓力就會增大，會使閘瓦緊貼踏面，而此時(shí)的制動較為頻繁，從而引起車輪踏面的嚴(yán)重磨損。這就是同時(shí)制動時(shí)動車的車輪踏面磨耗小于拖車的車輪踏面磨損的原因。2.3小結(jié)通過南京地鐵與西安地鐵車輪踏面不正常磨損的現(xiàn)狀分析，排除車輪材質(zhì)與硬度和鋼軌材質(zhì)的影響，輪軌關(guān)系的匹配不是車輪踏面磨損的主要原因，而主要原因是制動缸壓力過大，使閘瓦緊貼踏面造成磨損。所以，研究制動模式對車輪踏面的不正常磨耗有著實(shí)際的意義。

3城軌制動系統(tǒng)分析和概述3.1城市軌道交通制動系統(tǒng)所謂的制動就是人為的制止列車運(yùn)動，包括使其減速、阻止其加速或運(yùn)動。3.1.1防滑系統(tǒng)防滑系統(tǒng)是制動控制系統(tǒng)的一部分，它可以獨(dú)立工作，在每根車軸上都裝有一個(gè)相應(yīng)的排氣閥，它們由防滑系統(tǒng)所控制。防滑控制系統(tǒng)包括控制單元、防滑電磁閥、速度傳感器、機(jī)械部件等，其功能由BECU完成。防滑系統(tǒng)用于車輪與鋼軌黏著不良時(shí)，對制動力進(jìn)行控制，其作用就是：防止車輪抱死；避免滑行；最佳的利用黏著，獲得最短制動距離。特點(diǎn)就是在合理控制滑移率量值的基礎(chǔ)上，充分利用和挖掘列車的黏著潛力，通過控制制動力使車輪滑移率保持在一定范圍內(nèi)，防止制動距離延長過大。3.1.2制動控制系統(tǒng)制動控制系統(tǒng)主要由電子控制單元EBCU、空氣制動單元BCU和電氣指令系統(tǒng)等組成?？諝庵苿涌刂茊卧侵苿酉到y(tǒng)中電氣制動和空氣制動的聯(lián)系點(diǎn)，也是電子、電子信號與氣動信號的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。在過去論述中稱為中繼閥或EP。EP閥由電磁線圈、鐵芯、頂桿和活塞等組成。當(dāng)它的電磁線圈沒有勵(lì)磁時(shí)，鐵芯和連桿落在閥底，通路阻斷或通路與大氣連通。中繼閥是一個(gè)將電信號轉(zhuǎn)換成壓力空氣的電磁閥，只是電信號的變化不是勵(lì)磁電流的變化，而是通過電磁閥勵(lì)磁線圈和消磁狀態(tài)的不同組合，將多個(gè)電信號輸入轉(zhuǎn)換成對應(yīng)空氣壓力輸出。?空重車調(diào)整閥的作用是根據(jù)車輛載重的變化，即根據(jù)乘客的多少，輸出一個(gè)空氣壓力信號，并通過中繼閥使單元制動機(jī)風(fēng)缸保持一個(gè)恒定的制動力?，F(xiàn)在城市軌道交通車輛的制動系統(tǒng)無一例外地采用電氣指令系統(tǒng)來快速、準(zhǔn)確、可靠地傳遞司控器的指令。采用電氣指令可以使列車制動、緩解迅速、停車平穩(wěn)無沖動，縮短制動距離。3.2城市軌道交通制動類型按照制動時(shí)列車動能的轉(zhuǎn)移方式不同城軌車輛的制動主要可以分為摩擦制動和電制動。3.2.1電制動從能量的角度來說，制動的本質(zhì)就是將動能轉(zhuǎn)變成為其他形式的能量。電制動又分電阻制動和再生制動。再生制動

再生制動亦稱反饋制動，是一種使用在汽車或鐵路列車上的制動技術(shù)。在制動時(shí)把車輛的動能轉(zhuǎn)化及儲存起來；而不是變成無用的熱。

最普通的制動方法會把車的動能，以摩擦直接轉(zhuǎn)化成熱能。使用再生制動的車輛仍然會有傳統(tǒng)的摩擦制動，提供快速、強(qiáng)力的制動。一般的再生制動只會把約百分之三十的動能再生使用，其余的動能還是成為熱。這效率根據(jù)不同的使用環(huán)境而有所不同。電阻制動電阻制動又稱能耗制動，在制動過程中，將原來驅(qū)動輪對的牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，利用列車的慣性由輪對帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，從而產(chǎn)生反轉(zhuǎn)力矩，消耗列車的動能，達(dá)到產(chǎn)生制動作用的目的。而電機(jī)發(fā)出的電流通過專門設(shè)置的電阻器，采用通風(fēng)散熱將熱量消散于大氣。電阻制動雖然損失電能，但其制動系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)，可以與接觸網(wǎng)不發(fā)生聯(lián)系，易于調(diào)節(jié)、控制，是最為可靠的電制動方式。3.2.2空氣制動空氣制動器是利用兩個(gè)運(yùn)動表面相互接觸時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力，將汽車運(yùn)動時(shí)的動能和勢能轉(zhuǎn)化為熱能。摩擦制動有盤形制動和閘瓦制動兩種，城軌車輛上普遍采用閘瓦制動，通過壓縮空氣來推動活塞運(yùn)動，將閘片牙到車輪踏面上，由此產(chǎn)生摩擦力，阻礙車輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)列車制動。制動原理圖如下：活塞緩解彈簧制動缸n車輪閘瓦活塞緩解彈簧制動缸n車輪閘瓦K圖3制動原理圖3.3城市軌道交通制動模式城市軌道交通的制動模式有常用制動、快速制定、停放制動、緊急制動和保壓制動。3.3.1常用制動常用制動就是利用車輛減速度控制的模式。正常情況下為調(diào)解或控制列車速度，包括進(jìn)站停車實(shí)施的制動，特點(diǎn)是作用比較緩和，制動力可以連續(xù)調(diào)節(jié)，制動過程中通過車輛載荷自動調(diào)整制動力。常用制動時(shí)，第一優(yōu)先再生制動，這取決于接觸網(wǎng)線吸收能力；第二優(yōu)先電阻制動；第三優(yōu)踏面制動，3.3.2快速制定快速制定是為了讓列車快速停車而事實(shí)實(shí)施的制動，其制動力高于常用制動。其特點(diǎn)與常用制動一樣，可以在制動過程中實(shí)施緩解，主控手柄拉倒“0”位就可緩解快速制動?？焖僦苿訒r(shí)，在列車上的制動系統(tǒng)會合理分配制動力，優(yōu)先采用電制動。3.3.3緊急制動在緊急情況下讓列車停止而施加的制動。制動比較迅速，但在制動過程中無法緩解，而且列車的防滑保護(hù)與沖擊保護(hù)在緊急制動狀態(tài)下失效。緊急制動的設(shè)計(jì)原則就是“失電制動，得電緩解”。目前運(yùn)營的地鐵所采用的都是空氣制動，目的是為了是列車在故障或緊急情況下盡快停車。3.3.4停放制動停放制動就是列車停止后施加的制動，其目的是為防止列車溜車，原理就是排氣制動，充氣緩解。車輛在路內(nèi)停車后，車輛斷電，制動缸壓力會因管路而泄露，在無壓力補(bǔ)充的情況下下降到零，列車失去制動力。列車停放制動有彈簧產(chǎn)生力，在一般情況下，彈簧力不隨時(shí)間變化而變化，從而獲得足夠的制動力。3.3.5保壓制動對于地鐵列車來說，通常把停車前的這一段空氣制動過程稱為停車制動或保壓制動，是為防止列車在停車前的沖動，有EBCU中設(shè)定的程序所控制，停車制動具有常用制動的特點(diǎn)。

4不同制動模式和防滑系統(tǒng)與車輪踏面磨耗關(guān)系地鐵站站與站之間距離較短，制動的頻率較高，頻繁的制動會提高車輪踏面的溫度，導(dǎo)致了熱應(yīng)力和熱裂紋的產(chǎn)生。在不同的制動模式下產(chǎn)生的溫度也有所不同，這些狀況都與車輪的使用年限有關(guān)。因?yàn)殚l瓦與車輪之間產(chǎn)生的溫度會影響列車的制動性能，因此，如何判斷溫度的分布有助于研究如何減輕車輪踏面異常磨耗。4.1制動模式與車輛踏面非正常磨耗關(guān)系4.1.1不同編組列車制動過程分析列車的編組不同，所應(yīng)用制動的場合也不同。一輛列車的動車數(shù)多，那么其黏著系數(shù)也低，發(fā)生滑行與打滑的概率就大，會降低車輪踏面的磨損。反之，則黏著系數(shù)小，制動頻率高，嚴(yán)重影響車輪她面對磨耗。兩動一拖形式的編組， 其動車數(shù)多，黏著系數(shù)也高。在列車制動過程中，車速逐漸下降，電制動力逐漸升高，而摩擦制動逐漸退出，當(dāng)電制動力達(dá)到最大時(shí)，已經(jīng)不需要摩擦制動了，電機(jī)容量被使用到極致，滿足制動需求。但對于一動一拖編組來說，其動車數(shù)少，黏著系數(shù)低，因二對電機(jī)容量需求高，即使電機(jī)容量作用到極致，也需要摩擦制動進(jìn)行補(bǔ)足。在列車在高速運(yùn)行時(shí)，主要靠電制動，空氣制動只是用來補(bǔ)足電制動不足部分，在其制動過程中，不需要施加太大的制動壓力。反之在低速運(yùn)行時(shí)，制動壓力會在電制動消失后急劇增加，從而引起車輪踏面的異常磨耗。4.1.2制動模式對踏面溫度的影響車輪踏面的的溫度隨著制動力的增大而升高，當(dāng)溫度升到臨界點(diǎn)時(shí)，車輪由于鋼軌接觸，反復(fù)接觸后就會形成脆而硬的表面層，這些在應(yīng)力作用下極易脫落，從而造成了大面積的磨損。另外，制動過程中的微滑現(xiàn)象會產(chǎn)生不同的熱，這些熱會使車輪踏面在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到車輪材料形變溫度，踏面冷卻后，就會產(chǎn)生脆而硬的表面層，這些表面層在車輛運(yùn)行中容易掉落，形成了車輪踏面擦傷和剝離。當(dāng)列車在高速度下采用快速制動時(shí)，地鐵車輛在空載以及座客載荷下，電制動力滿足制動需求；列車處于定員載荷和超員載荷且處于高速狀態(tài)下，電制動力不足，則需空氣制動補(bǔ)足，此時(shí)，踏面溫度不會劇烈變化。由于電空制動系統(tǒng)采用拖車優(yōu)先補(bǔ)足的原則，此時(shí)拖車踏面溫度開始上升。如果在低速狀態(tài)下，車輪會發(fā)生滑行，踏面溫度會急劇上升，導(dǎo)致車輪踏面的異常磨耗。所以，要合理分配拖車與動車的制動力，減少列車的滑行現(xiàn)象。當(dāng)列車采用常用制動時(shí)，在高速的情況下，拖車所需的補(bǔ)充制動力較小，更有可能在列車空載和座客載荷下，拖車不需要施加制動。所以車輪踏面的實(shí)際溫度要低于緊急制動時(shí)溫度，因而不會導(dǎo)致車輪踏面磨耗。在列車低速時(shí)，要考慮動車與拖車之間的制動力分配，因而制動頻繁，造成車輛的微量滑行，導(dǎo)致車輪踏面的異常磨耗。4.1.3小結(jié)在不同編組的列車中，動車數(shù)量多的，電制動力就大，滿足制動要求，無需空氣制動補(bǔ)足。在列車高速狀態(tài)下時(shí)，空氣制動補(bǔ)足電制動部分較小，無需施加過大的踏面制動壓力。在列車低速狀態(tài)下制動時(shí)，動車數(shù)量多的，拖車需要補(bǔ)足空氣制動，尤其是在列車進(jìn)站時(shí)，空氣制動力快速上升，踏面制動壓力急劇增加，導(dǎo)致車輪踏面的異常磨耗。因此需合理的分配動車與拖車的制動力。除開緊急制動會使車輪踏面溫度升高導(dǎo)致車輪踏面異常磨耗以外，列車在常用制動和快速制動下會使列車產(chǎn)生滑行，對車輪踏面的異常磨耗有直接影響。4.2防滑系統(tǒng)與車輛踏面非正常磨耗關(guān)系4.2.1防滑原理防滑控制系統(tǒng)的主要作用就是防止車輪抱死、避免滑行和獲得最短制動距離。防滑系統(tǒng)中，每根車軸上都裝有一對防滑電磁閥，防滑電磁閥在緩解狀態(tài)時(shí)（圖5）電磁鐵VM1和VM2不勵(lì)磁，閥門處于無壓狀態(tài)。在列車制動時(shí)（圖6），D管路內(nèi)的壓力作用于PD模板，由于控制室SD任然沒有壓力，膜板頂著錐形彈簧壓向右側(cè)末端，閥座VD開啟。D管路內(nèi)的壓力通過開啟的VM1內(nèi)部閥口→控制室Sc。管路內(nèi)的壓力(與閥口C的面積有關(guān))作為--種閉合力作用于PC膜板，閥座VC被關(guān)閉，D與C管路間的通道開通。車輛可以無阻礙地進(jìn)行制動。在制動緩解時(shí)（圖7），閥門仍保持.上述制動狀態(tài)中所述位置，即D與C之間的通道保持開通狀態(tài)。D管路內(nèi)壓力排出時(shí)，C管路內(nèi)壓力→VD閥座(開啟)→D管路，隨著D管路內(nèi)壓力不斷降低。當(dāng)錐形彈簧的彈力超過了D管路內(nèi)壓力(與膜板的有效面積有關(guān))，PD膜板關(guān)閉。三種狀態(tài)下的原理圖依次如下：圖5緩解狀態(tài)圖6制動狀態(tài)圖7制動緩解狀態(tài)防滑控制系統(tǒng)在判斷滑行時(shí)，使用了多種判據(jù)。這些判據(jù)主要有速度差、減速度、減速度微分和滑移率等。其中速度差和減速度使用最為普遍。無論采用哪種判斷依據(jù)，都把防滑和充分利用黏著作為主要目的，有時(shí)兩種防滑系統(tǒng)采用相同的判據(jù)，但效果卻不同，這主要是由于判據(jù)參數(shù)的選取以及對制動力的控制的過程不同造成的。防滑控制的關(guān)鍵是:首先要正確判斷滑行即將開始的時(shí)刻。判斷提前，會使制動力損失過大,無法充分利用輪軌間的黏著，使制動距離延長;判斷錯(cuò)后，就會產(chǎn)生滑行，造成踏面擦傷，起不到防滑作用。防滑控制邏輯圖如下：圖8防滑控制邏輯圖4.2.2列車黏著系數(shù)的分析空氣制動屬于黏著制動，依靠的是輪軌間的黏著力，充分合理運(yùn)用黏著是車輛安全運(yùn)行的重要保證。黏著力是由輪軌間的蠕滑產(chǎn)生的，黏著力隨輪軌間黏著系數(shù)變化而變化，影響?zhàn)ぶ禂?shù)的因素主要有：(1)車輪與鋼軌的硬度不同，黏著系數(shù)也不同。(2)與接觸表面間狀態(tài)有關(guān)。接觸表面潮濕、有油污或霜凍等，粘著系數(shù)降低;(3)與運(yùn)行速度有關(guān)。運(yùn)行速度低時(shí)，車輪與鋼軌接觸點(diǎn)的接觸時(shí)間較長，接觸的較充分，因而粘著系數(shù)較大;運(yùn)行速度高時(shí)，機(jī)車振動的搖擺程度加劇，使車輪與鋼軌的接觸狀態(tài)變差，則粘著系數(shù)降低。(4)運(yùn)行中車輪滑動將降低粘著系數(shù)。列車運(yùn)行中，隨著縱向力度增大，黏著區(qū)逐漸減小至消失，黏著力到達(dá)極限摩擦力，若繼續(xù)增加牽引或制動力，那么列車多余的能量以抱死或空轉(zhuǎn)釋放，其危害極大。由于蠕滑現(xiàn)象的存在，動輪的滾動圓周速度將與其前進(jìn)速度不同，這兩種速度的差稱為蠕滑速度，蠕滑速度與前進(jìn)速度的比值定義為蠕滑率。蠕滑率表達(dá)式如下：輪軌間的黏著系數(shù)與蠕滑率存在著關(guān)系，當(dāng)制動開始時(shí)，車速降低，車輪旋轉(zhuǎn)速度也隨之降低，此時(shí)，黏著系數(shù)與蠕滑率增大。在蠕滑率達(dá)到黏著系數(shù)極限點(diǎn)前，黏著相對穩(wěn)定，但繼續(xù)加大制動力，蠕滑率超過極限值時(shí)，黏著系數(shù)降低，最終車輪抱死。理想的防滑工作是：制動過程中，沖動值會隨著黏著系數(shù)的增大減小而變?yōu)檎祷蜇?fù)值，這一循環(huán)過程中由負(fù)值變?yōu)檎档墓拯c(diǎn)，就是黏著系數(shù)的最大點(diǎn)。要想知道防滑系統(tǒng)最佳利用黏著時(shí)，只需檢測到車軸的速度，并控制閘瓦與踏面之間的壓力就可以。4.2.3小結(jié)蠕滑理論闡述了：列車的最終動力是黏著力。防滑系統(tǒng)在列車高速與低速時(shí)所具有的不同特點(diǎn)：在列車高速運(yùn)行時(shí)，造成滑行的是電制動力，在列車低速運(yùn)行時(shí)，造成滑行的是制動缸壓力。所以，要最優(yōu)化的使用黏著系數(shù)和最合理的利用電制動力。4.3制動力分配原則分析國內(nèi)的地鐵列車普遍采用電空混合制動，動車擁有電制動與空氣制動，而拖車僅有空氣制動。在列車運(yùn)行中，采用電制動優(yōu)先施加的原則。動車上的電制動力無法滿足制動需求時(shí)，則需要空氣制動補(bǔ)足。補(bǔ)充的空氣制動力滿足：編組車輛的空氣制動力；F是制動系統(tǒng)提供的總制動力；是動車的電制動力防止列車滑行，所以需要列車的制動力分配均勻，首先在拖車上施加制動，拖車上的空氣制動滿足：是考慮黏著限制時(shí)拖車的空氣制動；是拖車的空氣制動容量如果拖車的空氣制動力超過了拖車空氣制動容量或黏著系數(shù)限制，還不滿足列車制動需求，則需要?jiǎng)榆嚳諝庵苿友a(bǔ)足，動車的空氣制動力滿足：總結(jié)下來，列車在制動時(shí)，首先按照平均分配或按載荷分配來分配電制動力，如果所需電制動力超出了黏著限制或者動車電制動最大容量，此時(shí)，需要拖車空氣制動補(bǔ)足，直到達(dá)到拖車的制動最大容量，再由動車空氣制動補(bǔ)充。因此，合理的利用電制動力與黏著系數(shù)，就是列車制動力的分配原則。4.4章節(jié)總結(jié)緊急制動模式對車輪踏面的異常磨耗影響是不可避免的，但并非只有緊急制動模式對車輪踏面磨耗產(chǎn)生影響。低速狀態(tài)下的列車采用常用制動，要考慮動車與拖車之間制動力的分配，會導(dǎo)致列車頻繁制動，從而直接導(dǎo)致車輪踏面異常磨耗。在定員載荷與超員載荷下的列車施加快速制動，拖車所需的制動力會突破黏著限制，使列車滑行，造成嚴(yán)重的車輪踏面異常磨耗。列車的最終動力是黏著力。不管列車處于高速還是低速狀態(tài)下，列車都會有滑行現(xiàn)象產(chǎn)生，滑行現(xiàn)象又與快速制動與常用制動有關(guān)，所以如何提高防滑系統(tǒng)的靈敏度是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

5總結(jié)5.1結(jié)論本文主要分析的就是產(chǎn)生車輪踏面非正常磨耗的因素，結(jié)合南京地鐵與其他城市地鐵車輪踏面異常磨損的情況，得出以下結(jié)論：排除輪軌匹配不當(dāng)?shù)膯栴}，車輪踏面非正常磨耗的主要原因是制動缸對閘瓦施加的壓力過大，造成車輛踏面異常磨耗，尤其是拖車的車輪踏面，同時(shí)施加何種制動也對車輛她面對異常磨耗產(chǎn)生影響。通過熱力學(xué)分析，在常用制動和緊急制動過程中，拖車和動車踏面所需的閘瓦壓力，分析得出在這兩種模式下的空氣制動時(shí)產(chǎn)生異常磨耗的主要原因。在常用制動與快速制定模式下，車輛的微量滑行現(xiàn)象會使摩擦制動補(bǔ)足分配不當(dāng)，所以高頻率的微量滑行也是踏面磨損的原因。防滑系統(tǒng)在車輛高速運(yùn)行時(shí)，電制動的轉(zhuǎn)矩大小會產(chǎn)生滑行；當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行時(shí)，閘瓦制動壓力也會產(chǎn)生滑行。由此得出：合理的分配黏著系數(shù)和電制動力，能有效減少車輪踏面的磨耗。5.2改進(jìn)與展望車輪踏面的非正常磨耗是城軌的重大問題，它影響著列車的運(yùn)行安全與乘客的舒適性，通過本文所得出的影響因素，我提出一些改進(jìn)拙見。制動控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改善，提高精確度。因?yàn)槌擒壵?/p>