■ 卞榮俊 王繼強(qiáng)

1 問(wèn)題提出

青島地鐵各線均配有2臺(tái)ZER4型蓄電池電力機(jī)車（簡(jiǎn)稱ZER4型電力機(jī)車），承擔(dān)車輛段（停車場(chǎng)）內(nèi)調(diào)車和救援編組任務(wù)。為改善機(jī)車輪緣和軌道磨損情況，同時(shí)起到降噪作用，在ZER4型電力機(jī)車上配置手動(dòng)濕式輪緣潤(rùn)滑裝置。由于濕式潤(rùn)滑裝置在使用過(guò)程中向輪緣噴出的潤(rùn)滑油脂在一定程度上會(huì)對(duì)軌面造成污染，同時(shí)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(jì)時(shí)的80 m，車輛在行駛過(guò)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(rùn)滑裝置較少運(yùn)用。由于該裝置運(yùn)用頻率低，常因油箱及管路內(nèi)的油脂凝固而無(wú)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(shí)需對(duì)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(rùn)滑裝置

2.1 組成及作用

目前ZER4型電力機(jī)車采用的濕式輪緣潤(rùn)滑裝置在機(jī)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(dòng)柱塞泵、分配器、噴嘴等組成，其中電磁閥、帶油箱的氣動(dòng)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(jiàn)圖1）。通過(guò)使用輪緣潤(rùn)滑裝置可改善車輛輪緣和軌道磨損，同時(shí)起到一定降噪效果。

輪緣潤(rùn)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(hào)Raillub 30/09。

2.2 工作原理

工作時(shí)，濕式輪緣潤(rùn)滑系統(tǒng)與電力機(jī)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)總風(fēng)提供。

圖1 濕式輪緣潤(rùn)滑裝置組成

濕式輪緣潤(rùn)滑裝置采用時(shí)間控制模式，并通過(guò)司機(jī)室操縱臺(tái)按鈕手動(dòng)控制，即當(dāng)需要潤(rùn)滑時(shí)，按下潤(rùn)滑系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)根據(jù)已設(shè)定好的潤(rùn)滑時(shí)間開(kāi)始工作，此時(shí)電磁閥得電吸合，管路導(dǎo)通，氣動(dòng)泵動(dòng)作，通過(guò)分配器使?jié)櫥途鶆蚍植?，并?jīng)噴嘴噴到輪對(duì)上，時(shí)間結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)停止工作。當(dāng)要再次工作時(shí)，需再一次按下潤(rùn)滑系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕。

3 干式輪緣潤(rùn)滑裝置

干式輪緣潤(rùn)滑裝置技術(shù)已相對(duì)較成熟，且在鐵路機(jī)車、地鐵工程車輛上得到廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便，工作壓力可以調(diào)整，潤(rùn)滑劑石墨粉無(wú)流動(dòng)性，對(duì)機(jī)車、鐵路線路及周圍環(huán)境沒(méi)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(duì)較低，且同樣能夠?qū)p緩機(jī)車輪緣磨耗起到很好作用，目前我國(guó)城軌行業(yè)運(yùn)用的調(diào)車機(jī)車上多采用干式輪緣潤(rùn)滑裝置。

3.1 組成及作用

干式輪緣潤(rùn)滑裝置通過(guò)安裝支架安裝在機(jī)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(jiàn)圖2），彈簧儲(chǔ)存的能量通過(guò)推料桿傳遞給潤(rùn)滑塊，沿導(dǎo)管方向壓靠在輪緣部位，借助車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)摩擦，使輪緣與鋼軌接觸處附著一層干式潤(rùn)滑膜，達(dá)到減磨目的。

圖2 干式輪緣潤(rùn)滑裝置組成

3.2 工作原理

干式輪緣潤(rùn)滑裝置是一種以彈簧彈性壓力為動(dòng)力源，推料桿在彈簧力作用下推動(dòng)石墨棒，使石墨棒下端和機(jī)車輪緣緊密接觸，當(dāng)機(jī)車輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑劑石墨粉便粘附在輪緣上，在機(jī)車輪緣上形成一層固態(tài)潤(rùn)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(jī)車輪緣磨耗的目的。

4 性能對(duì)比分析

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

4.1 使用功能方面

實(shí)踐研究表明，通過(guò)在車輛上使用輪緣潤(rùn)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(shí)可起到一定降噪效果，使機(jī)車脫軌危險(xiǎn)性急劇減小[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)外鐵路機(jī)車和城軌工程車輛均配置有輪緣潤(rùn)滑裝置。

ZER4型電力機(jī)車輪緣潤(rùn)滑裝置具有如下缺點(diǎn)：

（1）運(yùn)用率低。

（2）配置的是手動(dòng)濕式輪緣潤(rùn)滑裝置，實(shí)際運(yùn)用中在過(guò)彎道或其他使用工況，需提前對(duì)情況進(jìn)行預(yù)判，按下潤(rùn)滑系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕，如速度過(guò)快或預(yù)判不及時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生使用時(shí)機(jī)不恰當(dāng)、效果不明顯的情況。且使用過(guò)程中不能保證輪緣磨耗區(qū)連續(xù)、均勻的存在潤(rùn)滑油膜，潤(rùn)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(jī)車運(yùn)行時(shí)構(gòu)架相對(duì)輪軸的橫移量很大，噴油器噴油存有一定偏差，不能把潤(rùn)滑油都噴到輪緣根部，通常多數(shù)潤(rùn)滑油都噴到車輪踏面上。

4.2 成本方面

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

根據(jù)以往輪緣潤(rùn)滑裝置使用及維修情況來(lái)看，由于ZER4型電力機(jī)車運(yùn)用量維持低位，同時(shí)擔(dān)心輪緣潤(rùn)滑油脂會(huì)污染軌面等問(wèn)題，造成輪緣潤(rùn)滑裝置使用率極低，多為檢修作業(yè)進(jìn)行功能試驗(yàn)時(shí)使用。為保證設(shè)備完好性，每間隔2個(gè)月就必須對(duì)輪緣潤(rùn)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(jì)算，從采購(gòu)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(rùn)滑裝置特點(diǎn)：

（1）干式輪緣潤(rùn)滑裝置可改善機(jī)車輪緣和軌道磨損，起到降噪效果。

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

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

（4）由于潤(rùn)滑劑無(wú)流動(dòng)性，不污染機(jī)車和線路，對(duì)機(jī)車輪軌黏著狀況影響小，有利于環(huán)保，且干式輪緣潤(rùn)滑方式利用彈簧可以自動(dòng)補(bǔ)償，使得車輛輪對(duì)時(shí)時(shí)處于潤(rùn)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(guò)以上分析，由于輪緣潤(rùn)滑裝置可有效改善機(jī)車輪緣和軌道磨損，起到降噪效果，因此無(wú)論是干式還是濕式輪緣潤(rùn)滑裝置，對(duì)ZER4型電力機(jī)車而言都是標(biāo)配。但采用濕式輪緣潤(rùn)滑裝置，無(wú)論自動(dòng)還是手動(dòng)，其缺點(diǎn)比較突出，可靠性相對(duì)較低。就目前而言，干式輪緣潤(rùn)滑裝置的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，且在鐵路機(jī)車、地鐵工程車輛上得到廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、工作壓力可調(diào)整，潤(rùn)滑劑石墨粉無(wú)流動(dòng)性，對(duì)機(jī)車、鐵路線路及周圍環(huán)境沒(méi)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(duì)較低，而且同樣能夠?qū)p緩機(jī)車輪緣磨耗起到很好作用，因此建議在ZER4型電力機(jī)車上采用干式輪緣潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑裝置支架可與濕式輪緣潤(rùn)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(rùn)滑裝置支架替換，同時(shí)，相同轉(zhuǎn)向架另一輪對(duì)同樣有支架及空間可安裝裝置。

5.2.2 運(yùn)用論證分析

（1）干式輪緣潤(rùn)滑裝置維護(hù)及使用成本相對(duì)濕式輪緣潤(rùn)滑裝置較低。

（2）干式輪緣潤(rùn)滑裝置在機(jī)車平臺(tái)有成熟的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，效果良好。

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

通過(guò)以上可行性分析，青島地鐵現(xiàn)有及未來(lái)購(gòu)置的蓄電池電力機(jī)車輪緣潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑劑的性能評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)[J]．中國(guó)鐵路，2016(1)：55-60．

[3] RUDOLF OTTE． 采用輪緣潤(rùn)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(hào)線車輛輪對(duì)異常磨耗分析與對(duì)策[J]．中國(guó)鐵路，2014(11)：93-95．

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

[6] 李慶．淺談干式潤(rùn)滑對(duì)減緩機(jī)車輪緣磨耗的作用[J]．鐵道機(jī)車與動(dòng)車，2004(9)：34-35．