摘 要：近年來，中國鐵路快速發(fā)展，中國高速鐵路運營里程位居世界榜首。隨著鐵路里程的不斷增加、列車運行速度的不斷提高，機車輪緣及線路鋼軌磨損呈急劇上升趨勢，嚴重影響鐵路運營安全。文章通過對輪軌潤滑技術及其裝置的分析，結合現(xiàn)場鋼軌潤滑技術使用效果，對比其經(jīng)濟效益，說明采用固體潤滑方式能夠更有效地降低機車車輪輪緣磨損，提高列車行駛速度和載重能力，提高經(jīng)濟效益。

關鍵詞：鐵路;輪軌系統(tǒng);潤滑技術;經(jīng)濟效益

中圖分類號：U213.4+2

1 輪軌磨損對鐵路運營的影響

目前鐵路列車運行主要采用輪軌系統(tǒng)模式，車輪和鋼軌之間因直接接觸摩擦而產(chǎn)生磨損，在線路曲線區(qū)段、高速、重載行駛區(qū)段中磨損尤為嚴重。通常，機車每行駛10萬km其輪緣磨損量在2.0～4.0 mm;在山區(qū)或曲線區(qū)段較多的線路，機車每行駛10萬km其輪緣磨損量在4.0～8.0 mm。根據(jù)經(jīng)驗，機車往往在行駛不足10萬km或機車中修期限前，就必須對機車車輪進行鏇修作業(yè)。因鏇修而造成的機車停運，除了會降低機車的正常使用效率外，還會帶來諸如機車配備、調(diào)用、交路計劃等額外的間接經(jīng)濟損失。據(jù)工務系統(tǒng)換軌統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，約有60%的曲線區(qū)段鋼軌因車輪沖壓摩擦造成鋼軌頂面波磨及側磨嚴重損傷。鋼軌磨損維護檢修和換軌作業(yè)，不僅會影響正常線路的運行效率，還會影響維修檢測“天窗”計劃的安排和人員、設備、器材的調(diào)用，帶來人、財、物的損失。機車車輪輪緣和線路鋼軌的磨損在一定程度上給列車運行帶來安全隱患，嚴重時甚至會引發(fā)重大安全事故。例如， 2000年，英國一列從倫敦駛往利茲的快速列車，因一段曲線區(qū)段外側鋼軌嚴重磨損，列車通過時發(fā)生斷裂而脫軌。

2 輪軌潤滑技術

輪軌潤滑技術主要包括油脂潤滑技術和固體潤滑技術。在運行機車上安裝各種輪緣潤滑器（裝置），對鋼軌則采用自動或人工方式涂覆潤滑油、潤滑脂或固體潤滑薄膜。

油脂潤滑技術存在著其固有缺陷，即油脂涂覆性、流動性、潤滑性受油脂自身的化學物理特性制約，特別是輪緣處油膜在高達4000MPa的應力下很難長時間保持。固體潤滑技術容易形成一層均勻的潤滑薄膜，從而達到輪軌潤滑減磨效果。固體潤滑減磨效果主要取決于固體潤滑棒（塊）的物理化學性能。新型固體潤滑劑具有良好的粘附能力、較強的轉移能力和較長的保護時間，較傳統(tǒng)潤滑材料減磨效率大幅提升，且涂覆作業(yè)簡便。

輪軌潤滑技術簡單可行，減磨效果比較明顯，投入成本不高，設施運行維護便利，得到廣泛應用。

3 輪軌潤滑裝置

3.1 油脂潤滑裝置

3.1.1 鋼軌潤滑裝置

鐵路工務維護部門通常在短途客車上安裝鋼軌涂油裝置，每天指派專職涂油工隨車作業(yè)，通過涂油裝置將潤滑油脂噴涂在鋼軌側面。

（1）手動涂油裝置。手動涂油裝置由預壓力儲油罐、手動噴射泵、油管和噴油嘴等部件組成。使用時，將油脂裝入儲油罐內(nèi)，通過打氣筒給儲油罐加壓，油脂在壓力作用下進入手動噴射泵，人工往復壓動噴射泵杠桿，將油脂噴射到鋼軌潤滑面。手動涂油方式勞動強度大，涂覆均勻性、穩(wěn)定性和完整性難以控制，作業(yè)效率不高。

（2）電動涂油裝置。電動涂油裝置由儲油箱、齒輪泵、電源及開關等部件組成。使用時接通電源，依靠電機驅(qū)動齒輪泵提供油脂噴射動力。電動涂油裝置結構較為復雜、維護困難。隨著鐵路機車運行速度的提高，油脂涂覆過程中，潤滑油或半流質(zhì)潤滑脂在列車行駛氣流影響下不可避免地會產(chǎn)生飛濺和甩帶現(xiàn)象，不僅會影響潤滑效果，造成踏面及周邊環(huán)境污染，還會增加管控難度。一旦潤滑劑進入機車電機電器裝置，不但會降低其絕緣性能，嚴重時甚至會造成因機車牽引失效引起的列車中斷事故。

3.1.2 機車輪緣潤滑裝置

機車輪緣油脂潤滑裝置工作原理與鋼軌油脂潤滑裝置基本相同，不同的是它安裝在機車轉向架上，利用機車風壓噴涂石墨潤滑脂，油脂噴出后呈霧化狀態(tài)，附著在輪緣表面起到潤滑減磨作用。

3.2 固體潤滑裝置

3.2.1 鋼軌固體潤滑裝置

根據(jù)潤滑棒（塊）安裝裝置的結構、作用力等方式的不同，涂覆方式主要分為以下4種。

（1）溶劑型固體涂覆方式。先將樹脂類潤滑物質(zhì)溶解后灌入密閉容器裝置中，使用時通過齒輪泵和自帶電源將溶解液體物質(zhì)噴涂在鋼軌潤滑面，噴涂后的物質(zhì)隨著溶劑揮發(fā)后在鋼軌表面形成一層潤滑薄膜。道旁溶劑型固體潤滑裝置如圖 1所示。

（2）固-液-固涂覆方式。先將固體潤滑劑預熱融化到90℃以上保溫儲存，使用時將其灌入噴涂裝置內(nèi)，接通列車電源加熱噴嘴，啟動齒輪泵將潤滑劑噴涂到鋼軌潤滑面，潤滑劑遇冷凝固，在鋼軌潤滑面形成一層潤滑薄膜。車載固-液-固潤滑裝置如圖2所示。

（3）固體直接涂覆方式。通過車載潤滑裝置，潤滑棒與鋼軌軌距角位置接觸，當列車車體通過曲線區(qū)段時，潤滑棒便在指定鋼軌位置進行涂覆，而在直線區(qū)段內(nèi)，潤滑棒不會與鋼軌直接接觸。

（4）固-液-固智能涂覆方式。利用GPS遠程監(jiān)控的車載智能鋼軌潤滑裝置，車載主控制單元根據(jù)收到的控制數(shù)據(jù)指令，自動識別需要噴涂潤滑劑的軌道區(qū)段，對鋼軌實施涂覆潤滑劑作業(yè)。軌側面車載固體潤滑棒涂覆裝置如圖3所示。

3.2.2 機車輪緣固體潤滑裝置

機車輪緣固體潤滑裝置主要使用以石墨材料為主的固體潤滑棒（塊），通過安裝在機車轉向架部位的潤滑裝置在機車輪緣上涂覆一層石墨薄膜，以達到輪緣潤滑減磨效果。目前機車輪緣固體潤滑裝置種類繁多，常見的有外彈式、內(nèi)彈式、重力式、復合式、二元式等幾種輪緣潤滑裝置。機車輪緣外彈式固體潤滑涂覆裝置如圖 4所示。

4 輪軌潤滑經(jīng)濟效益分析

近年來，我國鐵路工務和機務部門已經(jīng)從試驗輪軌潤滑減磨技術、小批量應用輪軌潤滑裝置階段逐步向推廣應用階段發(fā)展，與此同時，工務、機務相關部門及現(xiàn)場人員在使用輪軌潤滑裝置的實踐中也取得了許多寶貴技術數(shù)據(jù)和運用經(jīng)驗。

目前，我國鐵路客、貨機車保有量大約為1.6萬臺，全路機務段每年維修和更換車輪的工作量和費用開支十分可觀。以下通過豐臺、杭州等機務段對東風4型內(nèi)燃機車（DF4）車輪輪緣鏇修和換輪統(tǒng)計數(shù)據(jù)加以說明。

1臺機車車輪鏇輪費用約為6.9萬元，其中，停運2天損失3.6萬元，鏇修6個輪對費用為3 萬元，其他費用0.3萬元。1臺機車車輪換輪費用約為46萬元，其中，停運2天損失3.6萬元，1個整體式輪對8.8萬元，1個組合式輪對4.9萬元，1個輪對平均費用為6.85萬元，6個輪對費用為41.1萬元;其他費用為0.3萬元。由此可見，若按全路客、貨機車保有量1.6萬臺計算，每年僅因機車車輪輪緣磨損進行1次鏇修的費用就高達11億元。通過中國鐵路南昌局集團有限公司工務部、中國鐵路濟南局集團有限公司工務部現(xiàn)場輪緣潤滑技術應用跟蹤統(tǒng)計，經(jīng)科研人員測算，采用輪緣潤滑技術后機車車輪及鋼軌使用壽命可延長約50%，1臺機車每年可以減少落輪鏇修4～6個輪對，除去機車輪緣潤滑材料的費用支出，全路每年至少可以節(jié)省7.4億元鏇輪維修費用。除此之外，采取有效的輪軌潤滑技術不僅可以提高線路運輸能力，還可以降低列車運行能源消耗25%～35%，有利于降低運輸成本。

據(jù)鐵路工務部門統(tǒng)計，僅在“十五”期間，每年既有線路大修和維修所消耗的鋼軌約為70萬t，其中因嚴重磨損而更換的鋼軌每年約50萬余t。據(jù) 2003 年鐵路安全部門調(diào)查數(shù)據(jù)表明：全路因鋼軌損傷而更換所需的材料及人工費用約為50億元，其中，鋼軌壓潰、側磨、波磨等損傷占鋼軌損傷總量的80%以上。根據(jù)工務部門現(xiàn)場使用鋼軌潤滑技術的實際效果，經(jīng)科研人員測算，采用鋼軌潤滑技術每年可以減少更換鋼軌2/3以上，節(jié)省換軌材料及人工費用數(shù)十億元。

通過現(xiàn)場實踐，機車輪緣潤滑油減磨方式最大磨耗速度為4.28mm /10 萬 km，而固體潤滑減磨方式最大磨耗速度為1.08mm /10 萬 km，兩者磨耗速度數(shù)值差為3.2mm /10萬km，可見采用潤滑油減磨方式的機車車輪輪緣磨耗速度是采用固體潤滑減磨方式的3.96 倍。固體潤滑方式不僅能夠更有效地降低機車車輪輪緣磨損程度，延長機車車輪的使用壽命，還可以提高列車的行駛速度和載重能力。

5 結束語

輪軌潤滑技術是鐵路系統(tǒng)必不可少的組成部分，它不僅關系到鐵路運營效率和經(jīng)濟效益，還關系到鐵路運營的環(huán)保性和安全性。隨著高分子材料新科技的迅猛發(fā)展，固體潤滑材料的特點和優(yōu)越性進一步顯現(xiàn)。運行實踐表明，固體潤滑減磨效果主要取決于固體潤滑棒（塊）的性能，目前，國產(chǎn)固體潤滑棒（塊）的技術性能參差不齊，有待進一步改進提高。

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收稿時間 2019-11-20

責任編輯 宗仁莉

Wheel rail lubrication technology and

application analysis

Wang Lingchao

Abstract： In recent years， with the rapid development of China railways， the route mileage of China's high-speed railway ranks the first in the world. With the continuous increase of railway mileage and train running speed， the wear of locomotive rims and track rails shows a sharp upward trend， which seriously affects the railway safety operation. Through the analysis of wheel rail lubrication technology and its device， based on the application effect of on-site rail lubrication technology， and compared with its economic benefits， the paper shows that the solid lubrication method effectively reduces the locomotive wheel flange wear， improves the running speed and load capacity of train， and improves the cost effectiveness.

Keywords： railway， wheel rail system， lubrication technology， cost effectiveness

作者簡介：王令朝（1943—），男，高級工程師