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        青島地鐵蓄電池電力機(jī)車輪緣潤(rùn)滑方式選擇及建議

        2018-06-11 09:03:36卞榮俊王繼強(qiáng)
        鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2018年2期
        關(guān)鍵詞:輪緣電力機(jī)車干式

        ■ 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.

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