固體輪緣潤(rùn)滑塊的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)

徐樹(shù)亮 伍安旭

(1.徐州地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 江蘇 徐州 221000；2.中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的快速提高，地鐵得到大規(guī)模推廣，已成為市民出行的重要方式和城市發(fā)展的大動(dòng)脈。地鐵線路建設(shè)受地形、城市布局等因素影響，具有線路復(fù)雜、小曲線半徑多的特點(diǎn)，因此車(chē)輪輪緣磨耗異常是地鐵車(chē)輛較為常見(jiàn)的問(wèn)題。

1 輪緣鏇修現(xiàn)狀

選取國(guó)內(nèi)某地鐵線路輪緣磨耗情況進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，該線路車(chē)輛運(yùn)行速度為100 km/h，每年車(chē)輛運(yùn)行約13萬(wàn)km。選取10列車(chē)開(kāi)展車(chē)輪磨耗狀態(tài)跟蹤測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明，車(chē)輪平均輪緣磨耗速率為0.09 mm/萬(wàn)km，車(chē)輪踏面平均磨耗速率0.075 mm/萬(wàn)km，磨耗形態(tài)如圖1所示。由圖可知，車(chē)輪偏輪緣磨耗，且輪緣磨耗十分嚴(yán)重?；谠撦喚壞ズ那闆r，結(jié)合鏇修策略，分析該線路車(chē)輪使用壽命。

該線路車(chē)輪型面為L(zhǎng)M型，此型面有4種類(lèi)型：LM-32、LM-30、LM-28和LM-26。結(jié)合車(chē)輪磨耗狀態(tài)和維保需求，考慮鏇修周期為17萬(wàn)km和30萬(wàn)km兩種情況，在不同鏇修策略下車(chē)輪使用壽命理論分析結(jié)果分別如表1和表2所示(理論分析結(jié)果較實(shí)際值偏大)。由表可知，該線路車(chē)輪使用壽命最高9年，無(wú)法達(dá)到大修期10年的使用要求。

圖1 車(chē)輪磨耗形態(tài)

表1 考慮鏇修周期為17萬(wàn)km

車(chē)輪作為轉(zhuǎn)向架的重要走行部件，其輪緣異常磨耗問(wèn)題不僅影響車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能，也會(huì)縮短車(chē)輪鏇修周期。當(dāng)鏇修輪緣異常磨耗的車(chē)輪時(shí)，每恢復(fù)1 mm輪緣厚度，踏面直徑將減少約5.4 mm，大幅縮短了車(chē)輪的使用壽命，增加了運(yùn)營(yíng)單位的運(yùn)維成本[1-2]。因此，地鐵運(yùn)營(yíng)單位為避免輪緣異常磨耗現(xiàn)象，車(chē)輛基本配置輪緣潤(rùn)滑產(chǎn)品[3]。

輪緣潤(rùn)滑產(chǎn)品分為固體輪緣潤(rùn)滑和液體輪緣潤(rùn)滑兩種，其對(duì)輪緣減磨效果各有優(yōu)勢(shì)，此處不再贅述[4]。對(duì)于固體輪緣潤(rùn)滑，目前國(guó)內(nèi)主要采用進(jìn)口潤(rùn)滑塊，采購(gòu)周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，且壽命較短，大幅增加了地鐵運(yùn)營(yíng)單位的運(yùn)用成本。為此，本文開(kāi)展固體輪緣潤(rùn)滑塊國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)及相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，研究可替代進(jìn)口的固體輪緣潤(rùn)滑塊。

表2 考慮鏇修周期為30萬(wàn)km

2 國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

固體輪緣潤(rùn)滑裝置由機(jī)械結(jié)構(gòu)和輪緣潤(rùn)滑塊兩部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)一般由安裝支架、輪緣潤(rùn)滑器、彈簧架、恒力彈簧、螺栓及開(kāi)口銷(xiāo)等部分組成，如圖2所示。

輪緣潤(rùn)滑器固定于轉(zhuǎn)向架的安裝支架上，恒力彈簧和潤(rùn)滑塊安裝于輪緣潤(rùn)滑器腔體內(nèi)，潤(rùn)滑塊通過(guò)輪緣潤(rùn)滑器中的恒力彈簧不斷作用于輪緣，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中輪軌接觸時(shí)輪緣的減磨作用，延長(zhǎng)輪軌服役壽命。

圖2 固體輪緣潤(rùn)滑裝置安裝圖

輪緣潤(rùn)滑裝置為純機(jī)械動(dòng)作，無(wú)須電力或風(fēng)力連接，無(wú)需控制系統(tǒng)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的技術(shù)難度較小，核心部件為摩擦體潤(rùn)滑塊。

潤(rùn)滑塊是一種固態(tài)潤(rùn)滑劑，采用高低速混合、模壓固化成型法將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱固性樹(shù)脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等)、固體潤(rùn)滑劑(石墨、二硫化鉬等)、增塑劑以及摩擦改性劑等制成。圖3為中車(chē)戚墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝研究所有限公司開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)化輪緣潤(rùn)滑塊，采用連鎖設(shè)計(jì)，具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格實(shí)惠、可靠、清潔、環(huán)保、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 固體輪緣潤(rùn)滑塊

3 試驗(yàn)研究

3.1 潤(rùn)滑塊力學(xué)性能

輪緣潤(rùn)滑塊力學(xué)性能如表3所示。與某進(jìn)口產(chǎn)品對(duì)比，國(guó)產(chǎn)潤(rùn)滑塊力學(xué)性能優(yōu)異，耐高溫性能良好，使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)掉塊、掉渣、熱融拉絲等現(xiàn)象。

表3 潤(rùn)滑塊力學(xué)性能

3.2 潤(rùn)滑塊潤(rùn)滑性能

3.2.1試驗(yàn)工況

固體輪緣潤(rùn)滑塊性能驗(yàn)證采用摩擦因數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)，如圖4所示。為盡可能模擬現(xiàn)車(chē)實(shí)際工況，設(shè)定試驗(yàn)條件如下：

(1) 模擬車(chē)輛運(yùn)營(yíng)速度120 km/h，輪軌滑差控制在1%以內(nèi)；

(2) 模擬軌道輪和模擬車(chē)輪徑向力1 960 N；

(3) 固體輪緣潤(rùn)滑塊壓力為0.3 MPa，且持續(xù)壓附時(shí)間2 min；

(4) 輪緣潤(rùn)滑塊持續(xù)作用2 min后取消施加，觀察其潤(rùn)滑性能持久性。

圖4 摩擦因數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)

3.2.2試驗(yàn)結(jié)果

圖5為固體輪緣潤(rùn)滑試驗(yàn)結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)表示車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)表示蠕滑系數(shù)，黑色曲線JC潤(rùn)滑塊為進(jìn)口產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果，紅色曲線JN潤(rùn)滑塊為國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果。

由圖5可知，試驗(yàn)開(kāi)始未施加固體輪緣潤(rùn)滑時(shí)，蠕滑系數(shù)處于0.3～0.4之間。在試驗(yàn)進(jìn)行4 min時(shí)固體輪緣潤(rùn)滑塊開(kāi)始施加，蠕滑系數(shù)迅速降低至0.1以內(nèi)，并在潤(rùn)滑塊施加期間蠕滑系數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)。固體輪緣潤(rùn)滑塊持續(xù)作用2 min后取消施加，蠕滑系數(shù)逐漸上升，進(jìn)口輪緣潤(rùn)滑塊產(chǎn)品上升速率大于國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品?？梢?jiàn)，國(guó)產(chǎn)化的固體輪緣潤(rùn)滑塊潤(rùn)滑性能優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，持久性能良好，可長(zhǎng)時(shí)間保持輪緣根部摩擦因數(shù)處于較低水平，從而降低輪緣潤(rùn)滑塊的消耗。圖6為試驗(yàn)開(kāi)始4 min未施加輪緣潤(rùn)滑和施加輪緣潤(rùn)滑2 min期間平均蠕滑系數(shù)對(duì)比結(jié)果。

圖5 固體輪緣潤(rùn)滑實(shí)時(shí)情況

圖6 施加和未施加固體輪緣潤(rùn)滑情況

4 現(xiàn)車(chē)運(yùn)用情況

選取國(guó)內(nèi)某地鐵線路車(chē)輛，開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化輪緣潤(rùn)滑塊和進(jìn)口輪緣潤(rùn)滑塊的現(xiàn)車(chē)運(yùn)用性能及效果對(duì)比。進(jìn)口輪緣潤(rùn)滑塊和國(guó)產(chǎn)輪緣潤(rùn)滑塊分別安裝10列車(chē)進(jìn)行跟蹤，跟蹤周期為1年，跟蹤期間每間隔1個(gè)月開(kāi)展1次數(shù)據(jù)采集。跟蹤結(jié)果表明：(1)在試驗(yàn)期間，2種潤(rùn)滑塊與輪緣接觸面光滑，無(wú)顆?；騽冸x等情況；(2)各項(xiàng)檢查均未發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)列車(chē)車(chē)輪異常磨損，無(wú)輪緣厚度、輪緣角尺寸超標(biāo)的情況，車(chē)輪狀態(tài)運(yùn)用良好；(3)國(guó)產(chǎn)化輪緣潤(rùn)滑塊年消耗量比進(jìn)口輪緣潤(rùn)滑塊少11%左右(見(jiàn)表4)。

表4 潤(rùn)滑塊消耗量

5 總結(jié)

本文開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)化固體輪緣潤(rùn)滑塊，通過(guò)力學(xué)性能和潤(rùn)滑性能試驗(yàn)驗(yàn)證，與進(jìn)口產(chǎn)品相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)優(yōu)異的力學(xué)性能；(2)較好的耐熱性；(3)潤(rùn)滑效果優(yōu)異，持久性能良好；(4)使用壽命較長(zhǎng)。

綜上驗(yàn)證，在使用性能和經(jīng)濟(jì)性方面，本文開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)化潤(rùn)滑塊均優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。