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        固體輪緣潤滑塊的國產(chǎn)化開發(fā)

        2022-11-17 10:20:20徐樹亮伍安旭
        軌道交通裝備與技術 2022年5期
        關鍵詞:進口產(chǎn)品輪緣國產(chǎn)化

        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。地鐵線路建設受地形、城市布局等因素影響,具有線路復雜、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,且輪緣磨耗十分嚴重?;谠撦喚壞ズ那闆r,結合鏇修策略,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果分別如表1和表2所示(理論分析結果較實際值偏大)。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性能,也會縮短車輪鏇修周期。當鏇修輪緣異常磨耗的車輪時,每恢復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構和輪緣潤滑塊兩部分組成。機械結構一般由安裝支架、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,無須電力或風力連接,無需控制系統(tǒng),其機械結構部件的技術難度較小,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)量分數(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 潤滑塊力學性能

        輪緣潤滑塊力學性能如表3所示。與某進口產(chǎn)品對比,國產(chǎn)潤滑塊力學性能優(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試驗結果

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

        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

        本文開發(fā)的國產(chǎn)化固體輪緣潤滑塊,通過力學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。

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