青島地鐵蓄電池電力機車輪緣潤滑方式選擇及建議

■ 卞榮俊 王繼強

1 問題提出

青島地鐵各線均配有2臺ZER4型蓄電池電力機車（簡稱ZER4型電力機車），承擔(dān)車輛段（停車場）內(nèi)調(diào)車和救援編組任務(wù)。為改善機車輪緣和軌道磨損情況，同時起到降噪作用，在ZER4型電力機車上配置手動濕式輪緣潤滑裝置。由于濕式潤滑裝置在使用過程中向輪緣噴出的潤滑油脂在一定程度上會對軌面造成污染，同時在車輛段內(nèi)調(diào)車作業(yè)速度不高于20 km/h，且段內(nèi)最小曲線半徑為150 m，遠(yuǎn)高于設(shè)計時的80 m，車輛在行駛過程中輪緣與軌面接觸未產(chǎn)生較大噪聲，調(diào)車作業(yè)和正線施工作業(yè)中輪緣潤滑裝置較少運用。由于該裝置運用頻率低，常因油箱及管路內(nèi)的油脂凝固而無法正常工作，導(dǎo)致故障率居高不下，在一定程度上影響了裝置使用，破壞了設(shè)備的完好性和功能齊全性。此外，故障處理時需對內(nèi)部進(jìn)行頻繁拆卸清洗，檢修作業(yè)效率低下，裝置整體維護(hù)和保養(yǎng)的成本較高。

2 濕式輪緣潤滑裝置

2.1 組成及作用

目前ZER4型電力機車采用的濕式輪緣潤滑裝置在機車兩端各裝有1套，分布在轉(zhuǎn)向架與車體上，由電磁閥、帶油箱的氣動柱塞泵、分配器、噴嘴等組成，其中電磁閥、帶油箱的氣動柱塞泵安裝在車體上，分配器和噴嘴則安裝在轉(zhuǎn)向架（Ⅰ端）上（見圖1）。通過使用輪緣潤滑裝置可改善車輛輪緣和軌道磨損，同時起到一定降噪效果。

輪緣潤滑裝置主要技術(shù)參數(shù)：供電電壓DC 24 V；供氣風(fēng)壓0．6～1．0 MPa干燥清潔氣體；每次噴油量約0．2 mL；油箱組容量5 L；油脂牌號Raillub 30/09。

2.2 工作原理

工作時，濕式輪緣潤滑系統(tǒng)與電力機車前進(jìn)方向一致的1套裝置進(jìn)入工作狀態(tài)，由電力機車為其提供工作需要的壓縮空氣和電源，其中壓縮空氣直接由制動系統(tǒng)總風(fēng)提供。

圖1 濕式輪緣潤滑裝置組成

濕式輪緣潤滑裝置采用時間控制模式，并通過司機室操縱臺按鈕手動控制，即當(dāng)需要潤滑時，按下潤滑系統(tǒng)啟動按鈕，系統(tǒng)根據(jù)已設(shè)定好的潤滑時間開始工作，此時電磁閥得電吸合，管路導(dǎo)通，氣動泵動作，通過分配器使?jié)櫥途鶆蚍植?，并?jīng)噴嘴噴到輪對上，時間結(jié)束后系統(tǒng)自動停止工作。當(dāng)要再次工作時，需再一次按下潤滑系統(tǒng)啟動按鈕。

3 干式輪緣潤滑裝置

干式輪緣潤滑裝置技術(shù)已相對較成熟，且在鐵路機車、地鐵工程車輛上得到廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便，工作壓力可以調(diào)整，潤滑劑石墨粉無流動性，對機車、鐵路線路及周圍環(huán)境沒有污染，具有良好的工作穩(wěn)定性、環(huán)保性和使用可靠性，維護(hù)及使用成本都相對較低，且同樣能夠?qū)p緩機車輪緣磨耗起到很好作用，目前我國城軌行業(yè)運用的調(diào)車機車上多采用干式輪緣潤滑裝置。

3.1 組成及作用

干式輪緣潤滑裝置通過安裝支架安裝在機車兩端轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，每端各裝4套，主要由推料桿、支架等組成（見圖2），彈簧儲存的能量通過推料桿傳遞給潤滑塊，沿導(dǎo)管方向壓靠在輪緣部位，借助車輪轉(zhuǎn)動時的相對摩擦，使輪緣與鋼軌接觸處附著一層干式潤滑膜，達(dá)到減磨目的。

圖2 干式輪緣潤滑裝置組成

3.2 工作原理

干式輪緣潤滑裝置是一種以彈簧彈性壓力為動力源，推料桿在彈簧力作用下推動石墨棒，使石墨棒下端和機車輪緣緊密接觸，當(dāng)機車輪對轉(zhuǎn)動時，潤滑劑石墨粉便粘附在輪緣上，在機車輪緣上形成一層固態(tài)潤滑膜，從而降低輪緣和鋼軌、道岔間的磨擦系數(shù)，達(dá)到減緩機車輪緣磨耗的目的。

4 性能對比分析

受ZER4型電力機車功能屬性所限，每天運用里程和旅行速度遠(yuǎn)低于正線運營的電客車，其輪緣潤滑裝置使用頻率較低。通過對濕式輪緣潤滑裝置在使用功能及維護(hù)成本等方面的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，與干式輪緣潤滑裝置進(jìn)行性能對比，找出更適合的潤滑方式，為后續(xù)選型提供建議。

4.1 使用功能方面

實踐研究表明，通過在車輛上使用輪緣潤滑裝置，可有效改善車輛輪緣和軌道的磨損，使軌道及輪緣磨損大幅降低，大幅提高使用壽命，同時可起到一定降噪效果，使機車脫軌危險性急劇減小[1-2]。目前，國內(nèi)外鐵路機車和城軌工程車輛均配置有輪緣潤滑裝置。

ZER4型電力機車輪緣潤滑裝置具有如下缺點：

（1）運用率低。

（2）配置的是手動濕式輪緣潤滑裝置，實際運用中在過彎道或其他使用工況，需提前對情況進(jìn)行預(yù)判，按下潤滑系統(tǒng)啟動按鈕，如速度過快或預(yù)判不及時，就會產(chǎn)生使用時機不恰當(dāng)、效果不明顯的情況。且使用過程中不能保證輪緣磨耗區(qū)連續(xù)、均勻的存在潤滑油膜，潤滑持續(xù)性較差。

（3）噴油器都是安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，機車運行時構(gòu)架相對輪軸的橫移量很大，噴油器噴油存有一定偏差，不能把潤滑油都噴到輪緣根部，通常多數(shù)潤滑油都噴到車輪踏面上。

4.2 成本方面

輪緣潤滑裝置可大幅降低軌道及輪緣磨損，延長使用壽命[3-4]，因此根據(jù)各地鐵線路實際情況不同，可不同程度增大軌道及車輛輪對的更換周期，減少維修成本。根據(jù)實驗結(jié)果，使用輪緣潤滑裝置后，軌道及輪對的使用壽命均延長數(shù)倍，每年可為地鐵公司節(jié)省數(shù)千萬元乃至上億元成本。使用輪緣潤滑裝置，可在電力機車全生命周期內(nèi)（至少30年），延長輪對使用周期，就目前以每條輪對36 000元計算，每輛車4條輪對共144 000元，1條線路就可節(jié)省數(shù)十萬元乃至上百萬元成本。

根據(jù)以往輪緣潤滑裝置使用及維修情況來看，由于ZER4型電力機車運用量維持低位，同時擔(dān)心輪緣潤滑油脂會污染軌面等問題，造成輪緣潤滑裝置使用率極低，多為檢修作業(yè)進(jìn)行功能試驗時使用。為保證設(shè)備完好性，每間隔2個月就必須對輪緣潤滑裝置分配器、單向閥、噴嘴等進(jìn)行清洗。此外，以近一年使用輪噴油脂用量計算，從采購到貨使用至今，每年約使用2桶，每桶約17 000元，每年成本約為34 000元。

干式輪緣潤滑裝置特點：

（1）干式輪緣潤滑裝置可改善機車輪緣和軌道磨損，起到降噪效果。

（2）在設(shè)備采購階段可節(jié)約大量材料費用，具有更高的經(jīng)濟效益；不僅減磨效果好，而且由于其是機械裝置，沒有油路、電路、風(fēng)路和噴油裝置，成本較低。

（3）結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、運用中幾乎免維護(hù)，僅需更換潤滑棒，且更換步驟簡單，成本低，節(jié)約了大量維護(hù)和使用成本[5]。

（4）由于潤滑劑無流動性，不污染機車和線路，對機車輪軌黏著狀況影響小，有利于環(huán)保，且干式輪緣潤滑方式利用彈簧可以自動補償，使得車輛輪對時時處于潤滑狀態(tài)[6]。

5 改進(jìn)建議及可行性分析

5.1 改進(jìn)建議

通過以上分析，由于輪緣潤滑裝置可有效改善機車輪緣和軌道磨損，起到降噪效果，因此無論是干式還是濕式輪緣潤滑裝置，對ZER4型電力機車而言都是標(biāo)配。但采用濕式輪緣潤滑裝置，無論自動還是手動，其缺點比較突出，可靠性相對較低。就目前而言，干式輪緣潤滑裝置的技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，且在鐵路機車、地鐵工程車輛上得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便、工作壓力可調(diào)整，潤滑劑石墨粉無流動性，對機車、鐵路線路及周圍環(huán)境沒有污染，具有良好的工作穩(wěn)定性、環(huán)保性和使用可靠性，維護(hù)及使用成本都相對較低，而且同樣能夠?qū)p緩機車輪緣磨耗起到很好作用，因此建議在ZER4型電力機車上采用干式輪緣潤滑裝置。

5.2 改造可行性分析

5.2.1 改造方案

（1）拆除原濕式輪緣潤滑系統(tǒng)，包括底架安裝的油箱組、電纜、管路和轉(zhuǎn)向架安裝的噴嘴安裝支架、管路、分配器等；

（2）由于干式輪緣潤滑裝置支架可與濕式輪緣潤滑裝置噴嘴支架安裝接口一致，可在拆卸噴嘴安裝支架后用干式輪緣潤滑裝置支架替換，同時，相同轉(zhuǎn)向架另一輪對同樣有支架及空間可安裝裝置。

5.2.2 運用論證分析

（1）干式輪緣潤滑裝置維護(hù)及使用成本相對濕式輪緣潤滑裝置較低。

（2）干式輪緣潤滑裝置在機車平臺有成熟的運用經(jīng)驗，效果良好。

（3）干式輪緣潤滑裝置因其形成的是固態(tài)潤滑膜，可不受其他因素影響（如風(fēng)、速度等）。

通過以上可行性分析，青島地鐵現(xiàn)有及未來購置的蓄電池電力機車輪緣潤滑裝置由濕式改為干式的方案可行。

[1] 曹恩平．萊伯斯輪緣潤滑系統(tǒng)[J]．城市軌道交通研究，2007(2)：69-71．

[2] 張金煜，虞大聯(lián)，劉韶慶．輪軌潤滑劑的性能評價方法和指標(biāo)[J]．中國鐵路，2016(1)：55-60．

[3] RUDOLF OTTE． 采用輪緣潤滑裝置降低軌道磨損[J]．城市軌道交通研究，2006(5)：58-59．

[4] 皮曉龍，楊峰．南京地鐵2號線車輛輪對異常磨耗分析與對策[J]．中國鐵路，2014(11)：93-95．

[5] 王俊峰，王維生．機車干式輪緣潤滑裝置的應(yīng)用實踐[J]．柳鋼科技，2007(4)：26-27．

[6] 李慶．淺談干式潤滑對減緩機車輪緣磨耗的作用[J]．鐵道機車與動車，2004(9)：34-35．