地铁列车车轮打滑原因分析及处置措施

1 地铁列车车轮打滑的原因分析

1.1 轮轨材质因素

轮轨的材料选择会直接关系到轮轨间的蠕滑力和粘着力，不同的材料组合会有不同的粘着力，例如，采用镍合金制成车轮，钢合金制成钢轨，会在一定程度上增大轮轨间的粘着力，但是对于它的成本而言，成本较高，在使用时一定要衡量其成本和效益。

除此之外，车轮与钢轨的微观组织、软度选择也对轮钢之间的粘着性能有很大的影响：合理的结构设计，适当的硬度级别，可以使轮钢的轮轨接触面得到优化，有利于粘着力的提高。反之，车轮与钢轨的结构不合理，或者是软度过小、过大，车轮与钢轨之间的接触面积就会缩小，粘着力下降，这就增加了轮钢的打滑率[1]。

1.2 轮轨表面状态因素

轨道上的油污等物质，比如：含油（ 油污），含雨（ 雨、雪），含尘，含叶 （ 树叶 ） 等的物质影响轮轨之间的粘着力。油脂等油污类物质会在轮轨之间形成润滑层，降低轮轨之间的摩擦力，在列车启动或制动过程中，在牵引力、制动力作用下，车轮会因润滑层而产生偏移。

对雨水来说，其对轮轨粘着力的作用是较为复杂多变的。当雨量过大时，可冲刷轨道上的脏物，对轮轨粘着力影响较小。当雨量较小时、水珠或结霜时，都会在钢轨上形成一层薄薄的水膜，破坏轮轨间的粘着性，使列车在牵、制动时容易产生滑移。经日晒雨淋后的钢轨极易产生锈蚀，在钢轨表面的锈蚀会使得钢轨表面不平整，钢轨与车轮间的接触面积变小，粘着力也会随之下降；同时，生成的锈蚀屑会掉落到轮轨之间，从而影响轮轨粘着力。

伴随着使用时间的延长，车轮与钢轨均会出现磨耗变形，轮面磨耗后会影响轮面与钢轨接触，降低了车轮对钢轨的粘着力。从钢轨方面来讲：钢轨头磨损、钢轨面高低不平等问题均会影响轮轨粘着力，增大轮轨打滑机率。

1.3 运行环境因素

温度对轮轨间的粘着力有着显著的影响。在低温条件下，轮轨表面的水分容易冻结成冰，导致轮轨间的摩擦力大幅下降，车轮因此更容易打滑。例如，在冬季寒冷区域，当气温降至冰点以下时，地铁列车运行过程中需特别警惕车轮打滑的情况。另一方面，在高温环境中，车轮和钢轨材料的特性可能发生改变，这同样会导致轮轨间粘着力的减少。此外，高温还可能使轨道上的油污等污染物变得更加黏稠，进一步削弱轮轨间的粘着性能。

湿度是影响轮轨间粘着力的重要因素，湿度大时，容易在钢轨上产生水膜，降低轮轨间的阻力，特别在相对湿度大而温度又低的情况下，最易产生水膜，致使车轮出现打滑，如图1 所示：

图 1 水膜导致车轮打滑示意图

此外，线路坡度、弯道对地铁列车的运行影响大，并且与车轮的打滑密切相关。较大的线路坡度需要线路更大的牵引力克服线路阻力，导致轮轨间负荷增大，此时若轮轨间粘着力较差极易引起轮轨间发生打滑现象。弯道处由于离心力的作用，轮轨间横向力较大，为平衡离心力，列车借助于轮轨间的横向蠕滑力的向心力，使得车轮与钢轨间的纵向粘着力减小，增加了加速或者减速打滑的几率，弯道处钢轨较直道处钢轨磨损更大，影响轮轨间粘着。

1.4 列车运行速度因素

列车运行速度与轮轨间的粘着系数成反比。当列车速度提高时轮轨间的最大粘着系数略有减小，这是因为速度提高，车轮与钢轨的接触时间缩短，轮轨间接触面积产生的变化也会导致轮轨间的横向蠕滑力的变化和纵向粘着力大小的变化。

尤其当轮轨之间有水膜或其他污染物时，速度越高的列车，车轮打滑的倾向越大。因为速度高，车轮相对于钢轨的滑动速度增加，污染物在轮轨的接触面上形成油膜（润滑层）的可能性就大，粘着力就更加容易减小。

1.5 列车牵引与制动系统因素

在列车处于牵引模式下，TCU 无法合理地控制牵引力，尤其是在瞬间施加了过量的牵引力，超过轮轨间的固有粘着力，会造成车轮空转的现象，而一些因牵引电机性能不良、牵引扭矩分配不平衡等原因也会造成部分车轮打滑[2]。

而在制动过程中由于 BCU 控制制动作用的不精确，导致制动作用大于轮轨间的粘着力而导致车轮出现滑行。制动系统作用的快慢，制动缸压力大小的调整精度都是影响制动控制精度的主要因素。任何制动控制系统的故障，制动缸漏气、制动闸瓦不均匀都会造成制动作用不均匀而导致车轮出现打滑现象。

出于避免这种情况出现，地铁车辆上一般加装了防滑装置，这种装置能够在感知到可能产生车轮打滑的现象时，及时调整相应的制动力或牵引力，使轮轨间恢复较好的粘着状态。如果防滑系统能力不足，如：传感器失效、控制芯片失效、执行部件失效等，那么就无法避免车轮产生打滑现象。

2 地铁列车车轮打滑的处置措施

我们在地铁列车的设计制造过程中要充分考虑到轮轨材料的粘着效果，选择有良好粘着特性的材料配对，对于一些高性能材料，虽然它的价格比较贵，但是为了长期的运行安全与经济性考虑，我们可以适当增加材料的成本投入。同时，也要加大对轮轨材料的研发与创新，寻找一些性价比更高的轮轨新材料来增加轮轨粘着水平，减少车轮滑行情况的发生。

为了能够达到最佳效果，还需要优化车轮、钢轨的生产，使其符合设计要求，确保金属组织结构符合要求，硬度相同。如利用现代热处理技术，对车轮、钢轨进行适当的淬火、回火，可以改变材料结构，增强轮轨接触面，提高粘着性。还可以采取特殊的表面处理措施，如表面强化或涂覆防护层，以此进一步提升轮轨之间的粘着性能。

2.2 改善轮轨表面状态

想要轨道能保证一个良好的状态，需要按时对轨道进行清洁，清除轨道上的油渍、尘土、树叶等污染物，可以采用轨道清洁车、高压水枪等专用设备完成轨道清洁工作，对无法清洁的油渍等污染物使用一定的药剂去除。雨雪过后，要及时对轨道上的积雪和积水进行清理，避免积雪和积水凝结造成轮轨粘着力减小。

采取有效的防锈措施，防止钢结构生锈也是非常重要的，可以在钢轨的表面涂抹防锈漆或者防锈剂，在钢轨表面做一层保护层，防止水和空气侵蚀到钢轨，定期检查钢轨，发现钢轨上有生锈的地方应及时处理，如果情况严重应该及时更换坏掉的钢轨，确保轨道的稳定和安全 [3]。

此外，还要对车轮和钢轨进行定期的检测，检查车轮和钢轨是否产生磨损和变形。在车轮出现踏面磨损的情况下，采用镟轮工艺进行修理，使车轮恢复原来的几何形状。如若钢轨产生磨损和变形的情况，如：钢轨轨头磨耗或轨面高低不平等问题。可以采取打磨或焊接的方法进行修理。通过修复钢轨磨损变形，使轮轨间接触良好，增加轮轨间的粘着力。

2.3 应对运行环境变化

在寒冷的冬季，特别是当冬季温度较低时，应该采取一系列的预防措施。例如在轨道上撒布融雪剂或防滑砂，增加轮轨间的摩擦系数。融雪剂能够降低冰雪的融化温度，让轨道上的冰雪快速融化。防滑砂能使得轮轨间的接触面不平整，增加摩擦系数。另外，适当减小速度，减少车轮打滑概率。

在湿度较大的环境下，还需要关注到轨道表面的湿度。轨道表面安装上湿度探头，可以实时监控到轨道表面的湿度。一旦超过标准，需要及时做出调整和处理，比如：加强轨道的通风，减少轨道表面的湿度。也可以在列车上加装除湿装置，减少车内湿度过大对轨道产生的影响。

对一些坡度或弯道比较多的线路，要进行适当的线路设计与优化。在设计时，要针对线路的实际情况，对坡度、弯道的参数要进行设定，尽量减少对行车的不利影响。在运营时，也可以使用一些辅助设备来辅助行车，比如在转道的路段，可以设置一些辅助的导向设备，使列车能够顺畅的通过弯道，减少车轮与钢轨的横道阻力，在坡度较大的路段，也可以使用增加轨道表面的不平度等措施，来增加轮轨间的粘着性能。

2.4 优化列车牵引与制动系统

为了实现更加精准的列车牵引控制策略，需要牵引控制单元能够对牵引力和牵引方式实施更加精准的控制，可通过引入更加先进的控制算法，比如自适应控制、模糊逻辑等算法，使得轮轨之间能够实时的根据轮轨之间的粘着程度控制牵引力的大小而不至于因为牵引力过大造成车轮出现空转、打滑现象。对牵引电机实施更加精细化的控制，使得各个电机之间的扭矩分配更加均匀，确保列车的牵引过程的平稳性。

对于制动控制单元，需完善算法，提高制动过程中的灵敏度与准确性，制动系统需要依据列车运行情况、轮轨之间的粘着力情况、制动情况等，正确计算制动力，对制动系统进行调控，并应用防滑算法，当检测到车轮滑行时，及时降低制动力，避免车轮出现抱死滑行。制动系统的可靠性，影响着制动系统的稳定性，需定期对制动系统进行检查与检修，及时更换与修复磨损的制动闸片与制动密封等元件，确保制动系统能够正常运行。

同样重要的还有及时维护检查防滑系统，确保传感器、控制器、执行器等元件完好，能够处于良好的工作状态，及时维护更新防滑系统软件、升级控制程序，提升防滑系统的防滑效果[4]。加强防滑系统故障监测诊断，及时发现并修复防滑系统故障，使防滑系统能够在列车运行的整个过程当中发挥良好的作用。

2.5 加强司机培训与操作管理

要让地铁列车司机认识到车轮打滑的危害，需要加强这项内容的培训，要让司机明白什么是车轮打滑问题，为什么会发生车轮打滑问题，怎样避免发生车轮打滑问题，培训课程的内容要涵盖车轮打滑知识、常见车轮打滑情况，怎样根据列车运行状况判断是否发生了车轮打滑情况，通过对车轮打滑问题的了解增加司机的行车意识。

对司机进行打滑等应急处置能力训练，如对司机进行如何正确应对车轮打滑情况的教育和训练，如何调整列车速度，合理运用牵引力和制动系统等。通过模拟演练使司机掌握应急处置流程，提高司机应急处理反应能力和技能[5]。

同时我们还要制定严格的司机操作规范，规定司机在驾驶过程中必须按照既定标准执行操作。避免司机在使用牵引力或制动时出现过于激烈的动作，比如突然加大牵引力度或者实施紧急刹车。通过规范化的操作要求，减少由于人为因素引起的车轮打滑事件。

3 结束语

地铁列车车轮打滑涉及多方面的问题，在很大程度上对地铁的安全运营及服务水平产生了严重影响。通过分析轮轨材质、轮轨表面、运行环境、列车运行速度、牵引制动系统等方面影响因素，对可能导致车轮打滑原因进行了明确，并针对可能引发车轮打滑的原因，提出了一系列处置措施，在实际运营过程中，应综合运用上述措施，从多个方面入手，对地铁列车车轮打滑进行预防控制，应不断加强技术的研究与创新，提升地铁系统智能化程度，进一步提升地铁列车运行安全性与可靠性，为乘客提供更为安全、便捷、舒适的出行服务。

参考文献

[1]汪洋.地铁列车车轮踏面环状剥离的分析[J].电力机车与城轨车辆 ，2003，26（4）：67-68.

[2]孙彤.基于地铁列车制动故障产生原因及解决措施分析[J].今日自动化 ，2019，0（9）：37-38.

[3]李涛，刘志远，赵卓，李晓峰，阴晓铭.城市轨道交通车辆车轮轮缘严重磨耗分析 [J]. 城市轨道交通研究 ，2018，21（11）：74-77.

[4] 伍安旭， 陈逊， 吴波， 等. 基于踏面清扫装置的地铁车轮镟修周期改善研究 [J]. 城市轨道交通研究 ，2022，25（06）：82-87.

[5] 杨岗， 吴欣洲. 车轮多边形磨耗对地铁列车蠕滑特性的影响分析 [J]. 中国测试 ，2024，50（01）：106-112.