徐樹亮 伍安旭

(1.徐州地鐵運營有限公司 江蘇 徐州 221000；2.中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

隨著我國經(jīng)濟發(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，因此車輪輪緣磨耗異常是地鐵車輛較為常見的問題。

1 輪緣鏇修現(xiàn)狀

選取國內(nèi)某地鐵線路輪緣磨耗情況進行詳細說明，該線路車輛運行速度為100 km/h，每年車輛運行約13萬km。選取10列車開展車輪磨耗狀態(tài)跟蹤測試，試驗結(jié)果表明，車輪平均輪緣磨耗速率為0.09 mm/萬km，車輪踏面平均磨耗速率0.075 mm/萬km，磨耗形態(tài)如圖1所示。由圖可知，車輪偏輪緣磨耗，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，分析該線路車輪使用壽命。

該線路車輪型面為LM型，此型面有4種類型：LM-32、LM-30、LM-28和LM-26。結(jié)合車輪磨耗狀態(tài)和維保需求，考慮鏇修周期為17萬km和30萬km兩種情況，在不同鏇修策略下車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)果較實際值偏大)。由表可知，該線路車輪使用壽命最高9年，無法達到大修期10年的使用要求。

圖1 車輪磨耗形態(tài)

表1 考慮鏇修周期為17萬km

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

輪緣潤滑產(chǎn)品分為固體輪緣潤滑和液體輪緣潤滑兩種，其對輪緣減磨效果各有優(yōu)勢，此處不再贅述[4]。對于固體輪緣潤滑，目前國內(nèi)主要采用進口潤滑塊，采購周期長，價格昂貴，且壽命較短，大幅增加了地鐵運營單位的運用成本。為此，本文開展固體輪緣潤滑塊國產(chǎn)化開發(fā)及相關(guān)試驗驗證，研究可替代進口的固體輪緣潤滑塊。

表2 考慮鏇修周期為30萬km

2 國產(chǎn)化產(chǎn)品開發(fā)

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

輪緣潤滑器固定于轉(zhuǎn)向架的安裝支架上，恒力彈簧和潤滑塊安裝于輪緣潤滑器腔體內(nèi)，潤滑塊通過輪緣潤滑器中的恒力彈簧不斷作用于輪緣，從而實現(xiàn)車輛運行過程中輪軌接觸時輪緣的減磨作用，延長輪軌服役壽命。

圖2 固體輪緣潤滑裝置安裝圖

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

潤滑塊是一種固態(tài)潤滑劑，采用高低速混合、模壓固化成型法將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱固性樹脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等)、固體潤滑劑(石墨、二硫化鉬等)、增塑劑以及摩擦改性劑等制成。圖3為中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司開發(fā)的國產(chǎn)化輪緣潤滑塊，采用連鎖設(shè)計，具有使用壽命長、價格實惠、可靠、清潔、環(huán)保、易于維護等優(yōu)點。

圖3 固體輪緣潤滑塊

3 試驗研究

3.1 潤滑塊力學(xué)性能

輪緣潤滑塊力學(xué)性能如表3所示。與某進口產(chǎn)品對比，國產(chǎn)潤滑塊力學(xué)性能優(yōu)異，耐高溫性能良好，使用過程中不會出現(xiàn)掉塊、掉渣、熱融拉絲等現(xiàn)象。

表3 潤滑塊力學(xué)性能

3.2 潤滑塊潤滑性能

3.2.1試驗工況

固體輪緣潤滑塊性能驗證采用摩擦因數(shù)檢測試驗臺，如圖4所示。為盡可能模擬現(xiàn)車實際工況，設(shè)定試驗條件如下：

(1) 模擬車輛運營速度120 km/h，輪軌滑差控制在1%以內(nèi)；

(2) 模擬軌道輪和模擬車輪徑向力1 960 N；

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

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

圖4 摩擦因數(shù)檢測試驗臺

3.2.2試驗結(jié)果

圖5為固體輪緣潤滑試驗結(jié)果。圖中橫坐標(biāo)表示車輪轉(zhuǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)表示蠕滑系數(shù)，黑色曲線JC潤滑塊為進口產(chǎn)品試驗結(jié)果，紅色曲線JN潤滑塊為國產(chǎn)化產(chǎn)品試驗結(jié)果。

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

圖5 固體輪緣潤滑實時情況

圖6 施加和未施加固體輪緣潤滑情況

4 現(xiàn)車運用情況

選取國內(nèi)某地鐵線路車輛，開展國產(chǎn)化輪緣潤滑塊和進口輪緣潤滑塊的現(xiàn)車運用性能及效果對比。進口輪緣潤滑塊和國產(chǎn)輪緣潤滑塊分別安裝10列車進行跟蹤，跟蹤周期為1年，跟蹤期間每間隔1個月開展1次數(shù)據(jù)采集。跟蹤結(jié)果表明：(1)在試驗期間，2種潤滑塊與輪緣接觸面光滑，無顆粒或剝離等情況；(2)各項檢查均未發(fā)現(xiàn)試驗列車車輪異常磨損，無輪緣厚度、輪緣角尺寸超標(biāo)的情況，車輪狀態(tài)運用良好；(3)國產(chǎn)化輪緣潤滑塊年消耗量比進口輪緣潤滑塊少11%左右(見表4)。

表4 潤滑塊消耗量

5 總結(jié)

本文開發(fā)的國產(chǎn)化固體輪緣潤滑塊，通過力學(xué)性能和潤滑性能試驗驗證，與進口產(chǎn)品相比，具有以下優(yōu)點：(1)優(yōu)異的力學(xué)性能；(2)較好的耐熱性；(3)潤滑效果優(yōu)異，持久性能良好；(4)使用壽命較長。

綜上驗證，在使用性能和經(jīng)濟性方面，本文開發(fā)的國產(chǎn)化潤滑塊均優(yōu)于進口產(chǎn)品。