鐵路輪軌潤(rùn)滑新技術(shù)

1、鐵路輪軌潤(rùn)滑新技術(shù) 摘要文章介紹了車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑涂覆技術(shù)中干式潤(rùn)滑劑和涂覆裝置的研制及其應(yīng)用后取得的突出效果。 關(guān)鍵詞 干式潤(rùn)滑劑 軌道脂 輪軌潤(rùn)滑技術(shù) 涂覆裝置 1.問(wèn)題的提出 隨著內(nèi)燃、電力機(jī)車的大量上道和鐵路向提速、重載方向發(fā)展，我國(guó)鐵路繁忙干線曲線鋼軌側(cè)磨呈大幅度上升趨勢(shì)、輪軌磨損問(wèn)題日顯突出；濟(jì)南鐵路局“九五”期間共換曲線磨耗超限鋼軌185km，占全部更換傷損鋼軌總數(shù)的43.5%，繁忙干線小半徑曲線碳素鋼軌使用壽命最短才10個(gè)月、通過(guò)總重70 Mt·km/km，是鋼軌正常使用壽命的1/10，稀土軌在我局津浦線R=600m曲線上使用壽命也僅200 Mt·km

2、/km左右，曲線鋼軌磨耗超限已成為最主要鋼軌傷損形式。因此，應(yīng)積極研究減少輪軌有害摩擦，延長(zhǎng)曲線鋼軌使用壽命。 2.鋼軌側(cè)磨成因分析 機(jī)車車輛在曲線上行使時(shí)，導(dǎo)向輪（、動(dòng)軸外輪）往往存在兩點(diǎn)接觸，除踏面接觸外，外輪緣與外軌的軌距線相互貼靠，導(dǎo)向輪就在這一點(diǎn)上沖擊鋼軌，鋼軌也在該點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)車輪的導(dǎo)向力；同時(shí)，軌軌接觸點(diǎn)上的輪對(duì)運(yùn)行方向與軌距線的切線方向形成一個(gè)沖角，輪軌之間導(dǎo)向力和沖擊角是曲線鋼軌側(cè)磨的主要原因。 當(dāng)輪軌之間存在有導(dǎo)向力時(shí)，輪緣與鋼軌軌頭側(cè)面接觸點(diǎn)上的壓強(qiáng)很大，當(dāng)壓強(qiáng)超過(guò)鋼軌的屈服應(yīng)力，接觸點(diǎn)頂部就發(fā)生塑性變形，；若此時(shí)輪緣與鋼軌軌頭側(cè)面之間不存在表面膜，兩表面接觸點(diǎn)將發(fā)生粘著；同

3、時(shí)車輪滾動(dòng)時(shí)，輪緣在鋼軌軌頭側(cè)面產(chǎn)生滑動(dòng)，使接觸點(diǎn)的塑性部分和彈性部分的過(guò)渡區(qū)間就出現(xiàn)變形，形成了鋼軌軌頭側(cè)面的磨耗。 3 .鋼軌干式潤(rùn)滑劑的研究 在輪緣與鋼軌軌頭側(cè)面之間實(shí)施潤(rùn)滑，可以減緩曲線鋼軌側(cè)面磨耗，減磨效果取決于附著在鋼軌側(cè)面上潤(rùn)滑膜的附著能力、長(zhǎng)效性和摩擦系數(shù)的大小。通常采用的油脂涂覆鋼軌，不僅長(zhǎng)效性差、減磨效果不明顯、還易產(chǎn)生油楔作用而加速鋼軌剝離掉塊和道床污染，限制了輪軌潤(rùn)滑技術(shù)的推廣應(yīng)用。為此，濟(jì)南局于1995年開(kāi)展了“GGR-1型鋼軌干式潤(rùn)滑劑及人工涂覆裝置”的研究。 3.1 干式潤(rùn)滑劑材料組成及減磨機(jī)理 干式潤(rùn)滑劑是一種以界面潤(rùn)滑原理取代油脂流體潤(rùn)滑原理的新型高分子復(fù)合潤(rùn)

4、滑材料，主要由主成膜物質(zhì)（合成樹(shù)脂、聚合油）、次成膜物質(zhì)（固體潤(rùn)滑材料）、極壓抗磨劑、稀土化合物及高聚物等添加劑組成，它具有很高的抗極壓性，且摩擦系數(shù)很小，能在摩擦界面間形成干式潤(rùn)滑膜，可以防止金屬表面微觀凸起穿透潤(rùn)滑膜，隔開(kāi)摩擦副表面，從而起到減磨作用。 3.2 干式潤(rùn)滑劑室內(nèi)摩擦性能試驗(yàn)和線上應(yīng)用對(duì)比 在“山東工業(yè)大學(xué)材料分析測(cè)試中心”利用MM200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)干式潤(rùn)滑劑與軌道脂進(jìn)行了摩擦磨損性能對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下： 1、減磨性能對(duì)比：同樣在980N負(fù)載下，通過(guò)35 min滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)，采用軌道脂試塊磨損率為7.99×10-3mm2/轉(zhuǎn)，而采用干式潤(rùn)滑劑試塊磨損率為1.7

5、1×10-3mm2/轉(zhuǎn)；干式潤(rùn)滑劑耐磨損性比軌道脂提高79%。 2、極限負(fù)載對(duì)比：干式潤(rùn)滑劑在1960N負(fù)載下仍未粘著，試塊磨痕僅19 mm2，而軌道脂在1568N負(fù)載下，由于摩擦系數(shù)急劇上升，而停止試驗(yàn)，試塊磨痕已達(dá) 43.5 mm2。 3、摩擦試塊磨痕對(duì)比：利用TALYSDRFF4型粗糙度檢測(cè)儀，對(duì)摩擦試塊磨痕的粗糙度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表1，在相同負(fù)載下（980N），軌道脂試塊磨痕深度是干式潤(rùn)滑劑的2.4倍。 干式潤(rùn)滑劑與軌道脂摩擦試塊磨痕對(duì)比潤(rùn)滑劑 負(fù)載/N 最大磨痕深度/m 干式潤(rùn)滑劑 980 10 1960 15 軌道脂 980 和線上應(yīng)用對(duì)比 24 1568 41.6 4

6、 摩擦系數(shù)對(duì)比：在不同的負(fù)載下，摩擦系數(shù)的平均值：干摩擦為0.43(0980N)，軌道脂為0.12(0980N)，干式潤(rùn)滑劑為0.065(0980N)；干式潤(rùn)滑劑比軌道脂摩擦系數(shù)下降46%。在濟(jì)南局津浦線德州濟(jì)南間用干式潤(rùn)滑劑進(jìn)行了小半徑曲線潤(rùn)滑試驗(yàn)，每天在曲線鋼軌內(nèi)側(cè)面涂覆一次干式潤(rùn)滑劑，經(jīng)24小時(shí)過(guò)車78列，鋼軌內(nèi)側(cè)面上仍有明顯的黑色潤(rùn)滑膜；而涂覆油脂，僅過(guò)3列車油脂就已磨掉。通過(guò)室內(nèi)和線上試驗(yàn)得出，干式潤(rùn)滑劑與軌道脂相比，具有抗極壓性高、附著力強(qiáng)、長(zhǎng)效性突出、摩擦系數(shù)小、減磨性好、不加速鋼軌剝離掉塊、不污染道床的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是輪軌潤(rùn)滑材料的發(fā)展方向；干式潤(rùn)滑劑榮獲“96國(guó)家級(jí)新產(chǎn)品”稱

7、號(hào)。 干式潤(rùn)滑劑主要技術(shù)指標(biāo)密度：1.45g/cm3；摩擦系數(shù)：0.065，MM200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)；極限負(fù)載：1960N，MM200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)；工作環(huán)境溫度：40 +50。 4 車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑涂覆裝置的研制 4.1 涂覆裝置的研制在部科技司的支持下，“車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑涂覆裝置”被列為鐵道部科技開(kāi)發(fā)計(jì)劃，于1997年開(kāi)展了課題的研究。課題組提出“固-液-固” 涂覆工作原理，即：將干式潤(rùn)滑劑加熱熔化為液態(tài)，然后通過(guò)油泵加壓經(jīng)保溫管道輸送至噴嘴，噴到曲線鋼軌內(nèi)側(cè)面上,凝固后經(jīng)車輪碾壓形成固態(tài)潤(rùn)滑膜，實(shí)現(xiàn)減磨。 4.2 涂覆裝置主要技術(shù)指標(biāo)適應(yīng)車輛運(yùn)行速度140km/h；涂

8、覆量420±20% ml/km（涂覆量根據(jù)車速自動(dòng)控制，特殊區(qū)段可加大噴涂量）；干式潤(rùn)滑罐容量18000 ml，一次加料后涂覆長(zhǎng)度35km（中途補(bǔ)充干式潤(rùn)滑劑，涂覆長(zhǎng)度不受限制）；涂覆裝置重量：主機(jī)50kg ，附件10kg ；設(shè)備安裝時(shí)間 8min，拆卸時(shí)間5min（三人作業(yè)）；干式潤(rùn)滑劑熔液工作溫度130士10；設(shè)備總功率1.5kw；工作環(huán)境溫度：10 +50。 該項(xiàng)目于2001年通過(guò)鐵道部組織的科技成果鑒定，被認(rèn)為在輪軌減磨領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，并獲得了2002年山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)及“國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品”稱號(hào)。 5 .車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑涂覆技術(shù)的推廣應(yīng)用 為減緩我局主要干線曲線鋼軌

9、磨耗，濟(jì)南局2001年投資200萬(wàn)元、2002年投資515萬(wàn)元用于推廣車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑涂覆技術(shù)，對(duì)濟(jì)南局津浦線德州徐州、膠濟(jì)全線R1000m的曲線進(jìn)行全面涂覆，根據(jù)我局管內(nèi)津浦線3個(gè)工務(wù)段9個(gè)曲線涂覆觀測(cè)：未用干式潤(rùn)滑技術(shù)涂覆平均側(cè)磨速率為：13.03×10-2 mm/Mt,采用車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑技術(shù)涂覆平均側(cè)磨速率為：1.21×10-2mm/Mt、采用干式潤(rùn)滑技術(shù)涂覆比未涂覆曲線鋼軌側(cè)磨速率平均減緩9.8倍。 津浦下行K423+772k424+719（R=600m）曲線碳素鋼軌在未涂覆時(shí)使用壽命僅為10個(gè)月、月均側(cè)磨1.45mm，該曲線每年僅投入換軌費(fèi)用就達(dá)34

10、萬(wàn)元，而采用車載式曲線鋼軌干式潤(rùn)滑技術(shù)涂覆后，該條曲線月均側(cè)磨則降為0.1mm，曲線鋼軌使用壽命有望與鋼軌大修周期保持同步，每年僅需投入涂覆干式潤(rùn)滑劑費(fèi)用約為 1.6萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 6 .結(jié)論干式潤(rùn)滑劑及配套車載式涂覆裝置的研制成功，使輪、軌減磨技術(shù)取得突破性進(jìn)展，給輪軌潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了很大變化： 輪軌減磨的研究將由改善輪軌材質(zhì)為主、輪軌潤(rùn)滑為輔向以輪軌潤(rùn)滑為主、同時(shí)采用耐磨材質(zhì)的方向發(fā)展； 輪軌潤(rùn)滑材料將由液態(tài)潤(rùn)滑脂向固態(tài)潤(rùn)滑劑轉(zhuǎn)變； 輪軌潤(rùn)滑裝置將向由車載式涂覆裝置取代人工及地面涂油器； 新的輪軌潤(rùn)滑技術(shù)將有可能使曲線鋼軌使用壽命與鋼軌大修周期保持同步；輪軌潤(rùn)滑應(yīng)用范圍將由曲

11、線潤(rùn)滑逐步向道岔、機(jī)車輪緣乃至更廣的范圍方向擴(kuò)展節(jié)能降耗的秘密武器：輪軌固體潤(rùn)滑技術(shù)來(lái)源：人民鐵道網(wǎng)-人民鐵道報(bào) 作者： 發(fā)表時(shí)間:2010-11-15 16:00 項(xiàng)目名稱輪軌固體潤(rùn)滑技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)簡(jiǎn)介 在鐵路大發(fā)展的戰(zhàn)略思想指導(dǎo)下，我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)在近幾年內(nèi)得到了快速發(fā)展。日新月異的裝備現(xiàn)代化和相對(duì)滯后的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)水平逐漸顯露出不協(xié)調(diào)，其中突出的問(wèn)題就是二者的結(jié)合點(diǎn)輪軌關(guān)系。隨著車速提高、運(yùn)量加大，輪軌關(guān)系的矛盾表現(xiàn)為曲線鋼軌磨耗嚴(yán)重、車輪損傷突出。本項(xiàng)目是在國(guó)際上首創(chuàng)直接將固體材料涂覆在曲線鋼軌側(cè)面而達(dá)到潤(rùn)滑目的的綜合應(yīng)用技術(shù)。車輪與鋼軌之間的摩擦是非常復(fù)雜的，既有踏面的滾動(dòng)摩擦，

12、又有輪緣與軌道側(cè)面的滑動(dòng)摩擦。就輪軌潤(rùn)滑而言，準(zhǔn)確地將潤(rùn)滑劑輸送到指定部位是技術(shù)的關(guān)鍵。目前，輪軌潤(rùn)滑技術(shù)大致分為以下幾類：車載輪緣潤(rùn)滑系統(tǒng)；車載鋼軌潤(rùn)滑系統(tǒng)；地面鋼軌潤(rùn)滑系統(tǒng)；車載輪緣固體潤(rùn)滑技術(shù)。潤(rùn)滑劑分為潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、油性潤(rùn)滑劑、固體潤(rùn)滑劑。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)鐵路工務(wù)系統(tǒng)一直采用搭載客車尾部的曲線鋼軌涂油潤(rùn)滑方式，近十余年來(lái)逐漸顯現(xiàn)出潤(rùn)滑效果不理想和鋼軌涂油過(guò)量造成剝離等許多問(wèn)題。隨著客貨分離、運(yùn)量增大，上述問(wèn)題更加嚴(yán)重。為解決山區(qū)小半徑曲線鋼軌磨損嚴(yán)重問(wèn)題，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所與太原鐵路局工務(wù)處、廈門(mén)璐博潤(rùn)滑技術(shù)有限公司合作研發(fā)的 “固體棒涂抹”潤(rùn)滑方式已通過(guò)

13、鐵道部技術(shù)審查，并在太原鐵路局所屬主要運(yùn)煤通道推廣應(yīng)用。這是一種搭載客車尾部的機(jī)械系統(tǒng)直接將固體潤(rùn)滑棒涂覆在曲線鋼軌側(cè)面的綜合應(yīng)用技術(shù)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了在普通客車運(yùn)行速度下，將固體材料直接涂覆在鋼軌上。綜合技術(shù)突破了傳統(tǒng)材料附著性差、機(jī)械涂覆位置準(zhǔn)確性低等一系列技術(shù)“瓶頸”，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械、電子、材料、潤(rùn)滑多學(xué)科的融合優(yōu)化?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，使用此技術(shù)后與其他潤(rùn)滑方式比較可減少鋼軌磨耗2/3以上，消除了鋼軌涂油剝離現(xiàn)象，為減少輪軌磨損提供了有效的技術(shù)途徑。潤(rùn)滑裝置主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。日常潤(rùn)滑與傳統(tǒng)的涂油管理方式相同，只需將涂油設(shè)備更換為固體潤(rùn)滑裝置。全套裝置重量為16公斤。每天由工人將機(jī)

14、械裝置安裝在預(yù)定搭乘的客車尾部轉(zhuǎn)向架上，當(dāng)日潤(rùn)滑工作完成后拆除帶回。熟練工人安裝一側(cè)裝置需要20秒到30秒，拆卸一側(cè)裝置需要10秒到20秒。機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)械手、機(jī)械臂和與車輛連接的連接裝置。連接裝置有兩種形式，一種固定在轉(zhuǎn)向架上側(cè)梁轉(zhuǎn)彎處，一種固定在軸箱簧座上。控制器包括狀態(tài)指示燈和控制開(kāi)關(guān)，指示燈提示目前機(jī)械手工作狀態(tài)和電源電量?？刂崎_(kāi)關(guān)用于對(duì)機(jī)械手發(fā)出工作指令?？刂崎_(kāi)關(guān)包括電源開(kāi)關(guān)、左右機(jī)械手轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、潤(rùn)滑棒進(jìn)退控制開(kāi)關(guān)、涂覆量控制開(kāi)關(guān)。潤(rùn)滑棒是長(zhǎng)方體，由表皮和棒芯兩部分組成。潤(rùn)滑棒的一面有與送料帶吻合的波紋。車載固體潤(rùn)滑涂覆周期與涂油周期相同。涂覆量分高、中、低三檔，一般換軌周期在3年左

15、右的區(qū)段使用中檔涂覆量，每公里曲線涂覆80克到100克。換軌周期在2年以下的磨損嚴(yán)重區(qū)段或者夏季軌面溫度高于40攝氏度時(shí)可使用高檔涂覆量，每公里涂覆100到120克。遇到車速低于每小時(shí)20公里時(shí)可降低一擋涂覆量，遇到車速高于每小時(shí)80公里時(shí)可提高一擋涂覆量。對(duì)于整段線路只有個(gè)別曲線磨損嚴(yán)重或者其他不適合車載涂覆的區(qū)段，可以采用地面人工涂覆作業(yè)。操作者只需攜帶一根潤(rùn)滑棒，沿軌道行走進(jìn)入需要潤(rùn)滑的曲線，從直緩點(diǎn)開(kāi)始，在軌距角位置，每隔大約30米涂3米，繼續(xù)前行直到曲線終點(diǎn)。技術(shù)特點(diǎn)1.軌固體潤(rùn)滑技術(shù)采用直接涂覆方式，實(shí)現(xiàn)了在正常行車條件下，利用車載裝置進(jìn)行曲線鋼軌固體潤(rùn)滑，涂覆位置準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，

16、便于控制，系統(tǒng)自帶電源，可根據(jù)需要調(diào)整涂覆量。2.該技術(shù)潤(rùn)滑減磨效果顯著，與涂油技術(shù)相比，可避免因涂油引起的鋼軌剝離掉塊，減少鋼軌側(cè)磨量約2/3，有效延長(zhǎng)曲線鋼軌的使用壽命。在坡道區(qū)段不影響機(jī)車牽引和制動(dòng)。3.覆量小且沒(méi)有甩帶，減少了潤(rùn)滑材料散落，并且選用生物降解材料，降低了對(duì)線路及環(huán)境的污染程度，減少噪音和車輛震動(dòng)，利于環(huán)保。4.減少機(jī)車、車輛車輪磨損。5.低牽引阻力、節(jié)省牽引能源消耗。推廣應(yīng)用及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益情況本項(xiàng)目已經(jīng)成功應(yīng)用于太原鐵路局所屬運(yùn)煤通道。其中石太、南同蒲、北同蒲、京原線使用車載潤(rùn)滑系統(tǒng)，侯月、大秦線沒(méi)有客運(yùn)列車故采用人工涂覆。輪軌固體潤(rùn)滑裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5年來(lái)取得了良好效果，保障了運(yùn)煤通道的安全暢通。僅對(duì)石太線、侯月線、南同蒲線維修換軌統(tǒng)計(jì)就節(jié)省成本近2000萬(wàn)元，其中還不包括上述線路在此期間運(yùn)量增加40%而換軌數(shù)量沒(méi)有增加，理論上節(jié)省的換軌費(fèi)用以及降低車輪磨耗和牽引能量消耗而產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益。其他線路應(yīng)用較晚未作統(tǒng)計(jì)。按照目前管理模式，鋼軌消耗不計(jì)入工務(wù)段維修成本，而是采用計(jì)劃調(diào)撥，因此，經(jīng)濟(jì)效益