城市轨道交通车辆驾驶与制动技术：轮轨黏着与滑行机制研究

研究表明，轮轨间的切向力与轮轨间的滑动是同时存在的，并且两者之间有一定的变化规律。黏着控制就是要通过对微观滑移量的检测，给控制系统以控制信号，通过控制滑移使列车处于最佳黏着条件下运行。因此，控制滑移率，也就是为了提高黏着的利用率。

为了有效利用轮轨之间的黏着并对蠕滑进行控制，世界各国的铁路专家进行了大量的、卓有成效的试验和计算分析，得到了许多相关曲线，其中KALLER滑移理论曲线得到了世界公认。图16-1所示为KALLER滑移理论曲线（理想、干燥、无污染条件下）。由该图所示黏着系数-滑移率曲线可知，当黏着系数随滑移率的增大而达到最大值_μmax。时，若继续增大滑移率，将使黏着系数急剧下降。这种性质是干摩擦本身所固有的，然而对于列车来说却是灾难性的。

如果这时制动力的下降速度赶不上黏着系数的下降速度，那么由这种下降速度不平衡而建立起来的力的不平衡，将只能由车轮自己来消化。滑行就是这种自我消化的产物。为清晰起见，我们先看一下制动过程中制动力与黏着力之间的关系。

1）制动力由制动装置提供，其给定值根据需要由司机制动手柄发出。

图16-1 KALLER滑移理论曲线(www.xing528.com)

2）这里所指的黏着力是由轮轨接触产生的，尽管许多因素可以影响它，但是轮轨接触过程中产生的黏着力却是由于摩擦决定的。这里的黏着力是对一种传统习惯解释的沿袭，实质上是切向力，而且包含着纵向力和横向力。

3）列车产生制动效果的必要条件是：制动力小于或等于黏着力（切向力），即制动装置提供的制动力应该与轮轨接触产生的黏着力能够互相平衡。一般在正常情况下，都能够满足上述关系。但由于产生黏着力的能力是经常变化的，偶然也会有所失调。撒沙可以弥补，然而对于高制动力和高轴重的情况，由于轮轨产生黏着力的能力已经饱和，制动力与黏着力之间的关系破裂，一旦产生这种沟通被截止的条件，制动力就只好在车轮中自已消化，造成滑行。

4）接触面内的黏着面积上没有轮轨的相对滑动，即没有速度差，因此黏着面积不能传递制动力。制动力是靠滑动力传递给钢轨的。也就是说，制动力是靠滑动区内轮轨两者的变形差传递的。很显然，外界加在轮轨接触面的法向力和切向力越大，变形差就越大。只要摩擦系数足够大，这些变形差就能产生足够的切向力而与制动力相平衡。干摩擦传递外界切向力的上限是库仑极限摩擦力，因此接触面间的自然摩擦系数越低，这个传力能力的上限就越低。没有电机特性和黏控装置的配合，不可能自然地由低的黏着上限向高的黏着上限恢复。也就是说，传力的平衡条件一旦被破坏，只能重建平衡，或者是在新的黏着上限上恢复黏着条件，以确保力的传递路线导通，并避免能量在车轮中的自我消化。必须指出的是，当上述边界条件确定后，我们用黏着系数乘法向力计算黏着（切向）力，这是一种表示法。这种表示法的含义是：当法向力产生的法向应变不影响切向应变时，库仑极限摩擦力等于黏着系数乘法向力。

5）滑行的定义域。如上所述，滑行是在不满足传力的充分必要条件时，制动功率在车轮中自我消化的产物。因此，滑行本质上属于滑移的广义定义，满足条件的轮轨切向变形差或速度差（相对滑动）称为滑移，不满足的称为滑行。这反映了由微观到宏观的演变。显然，制动力与黏着力之间平衡的破坏或黏着面积从接触面前沿消失，即为黏着破坏。黏着破坏需要尽快重建平衡或重建黏着区。必须注意：黏着区的调整是滑动区扩大造成的，而滑动区的扩大是由蠕滑率的扩大引起的。因此，重建平衡条件的过程通常也是重建黏着区的过程。延误了重建时机，就会发生制动滑行现象。