青岛地铁蓄电池电力机车轮缘润滑方式选择及建议

■ 卞荣俊 王继强

1 问题提出

青岛地铁各线均配有2台ZER4型蓄电池电力机车（简称ZER4型电力机车），承担车辆段（停车场）内调车和救援编组任务。为改善机车轮缘和轨道磨损情况，同时起到降噪作用，在ZER4型电力机车上配置手动湿式轮缘润滑装置。由于湿式润滑装置在使用过程中向轮缘喷出的润滑油脂在一定程度上会对轨面造成污染，同时在车辆段内调车作业速度不高于20 km/h，且段内最小曲线半径为150 m，远高于设计时的80 m，车辆在行驶过程中轮缘与轨面接触未产生较大噪声，调车作业和正线施工作业中轮缘润滑装置较少运用。由于该装置运用频率低，常因油箱及管路内的油脂凝固而无法正常工作，导致故障率居高不下，在一定程度上影响了装置使用，破坏了设备的完好性和功能齐全性。此外，故障处理时需对内部进行频繁拆卸清洗，检修作业效率低下，装置整体维护和保养的成本较高。

2 湿式轮缘润滑装置

2.1 组成及作用

目前ZER4型电力机车采用的湿式轮缘润滑装置在机车两端各装有1套，分布在转向架与车体上，由电磁阀、带油箱的气动柱塞泵、分配器、喷嘴等组成，其中电磁阀、带油箱的气动柱塞泵安装在车体上，分配器和喷嘴则安装在转向架（Ⅰ端）上（见图1）。通过使用轮缘润滑装置可改善车辆轮缘和轨道磨损，同时起到一定降噪效果。

轮缘润滑装置主要技术参数：供电电压DC 24 V；供气风压0．6～1．0 MPa干燥清洁气体；每次喷油量约0．2 mL；油箱组容量5 L；油脂牌号Raillub 30/09。

2.2 工作原理

工作时，湿式轮缘润滑系统与电力机车前进方向一致的1套装置进入工作状态，由电力机车为其提供工作需要的压缩空气和电源，其中压缩空气直接由制动系统总风提供。

图1 湿式轮缘润滑装置组成

湿式轮缘润滑装置采用时间控制模式，并通过司机室操纵台按钮手动控制，即当需要润滑时，按下润滑系统启动按钮，系统根据已设定好的润滑时间开始工作，此时电磁阀得电吸合，管路导通，气动泵动作，通过分配器使润滑油均匀分布，并经喷嘴喷到轮对上，时间结束后系统自动停止工作。当要再次工作时，需再一次按下润滑系统启动按钮。

3 干式轮缘润滑装置

干式轮缘润滑装置技术已相对较成熟，且在铁路机车、地铁工程车辆上得到广泛应用。其结构简单、体积小、安装方便，工作压力可以调整，润滑剂石墨粉无流动性，对机车、铁路线路及周围环境没有污染，具有良好的工作稳定性、环保性和使用可靠性，维护及使用成本都相对较低，且同样能够对减缓机车轮缘磨耗起到很好作用，目前我国城轨行业运用的调车机车上多采用干式轮缘润滑装置。

3.1 组成及作用

干式轮缘润滑装置通过安装支架安装在机车两端转向架构架上，每端各装4套，主要由推料杆、支架等组成（见图2），弹簧储存的能量通过推料杆传递给润滑块，沿导管方向压靠在轮缘部位，借助车轮转动时的相对摩擦，使轮缘与钢轨接触处附着一层干式润滑膜，达到减磨目的。

图2 干式轮缘润滑装置组成

3.2 工作原理

干式轮缘润滑装置是一种以弹簧弹性压力为动力源，推料杆在弹簧力作用下推动石墨棒，使石墨棒下端和机车轮缘紧密接触，当机车轮对转动时，润滑剂石墨粉便粘附在轮缘上，在机车轮缘上形成一层固态润滑膜，从而降低轮缘和钢轨、道岔间的磨擦系数，达到减缓机车轮缘磨耗的目的。

4 性能对比分析

受ZER4型电力机车功能属性所限，每天运用里程和旅行速度远低于正线运营的电客车，其轮缘润滑装置使用频率较低。通过对湿式轮缘润滑装置在使用功能及维护成本等方面的优缺点进行分析，与干式轮缘润滑装置进行性能对比，找出更适合的润滑方式，为后续选型提供建议。

4.1 使用功能方面

实践研究表明，通过在车辆上使用轮缘润滑装置，可有效改善车辆轮缘和轨道的磨损，使轨道及轮缘磨损大幅降低，大幅提高使用寿命，同时可起到一定降噪效果，使机车脱轨危险性急剧减小[1-2]。目前，国内外铁路机车和城轨工程车辆均配置有轮缘润滑装置。

ZER4型电力机车轮缘润滑装置具有如下缺点：

（1）运用率低。

（2）配置的是手动湿式轮缘润滑装置，实际运用中在过弯道或其他使用工况，需提前对情况进行预判，按下润滑系统启动按钮，如速度过快或预判不及时，就会产生使用时机不恰当、效果不明显的情况。且使用过程中不能保证轮缘磨耗区连续、均匀的存在润滑油膜，润滑持续性较差。

（3）喷油器都是安装在转向架构架上，机车运行时构架相对轮轴的横移量很大，喷油器喷油存有一定偏差，不能把润滑油都喷到轮缘根部，通常多数润滑油都喷到车轮踏面上。

4.2 成本方面

轮缘润滑装置可大幅降低轨道及轮缘磨损，延长使用寿命[3-4]，因此根据各地铁线路实际情况不同，可不同程度增大轨道及车辆轮对的更换周期，减少维修成本。根据实验结果，使用轮缘润滑装置后，轨道及轮对的使用寿命均延长数倍，每年可为地铁公司节省数千万元乃至上亿元成本。使用轮缘润滑装置，可在电力机车全生命周期内（至少30年），延长轮对使用周期，就目前以每条轮对36 000元计算，每辆车4条轮对共144 000元，1条线路就可节省数十万元乃至上百万元成本。

根据以往轮缘润滑装置使用及维修情况来看，由于ZER4型电力机车运用量维持低位，同时担心轮缘润滑油脂会污染轨面等问题，造成轮缘润滑装置使用率极低，多为检修作业进行功能试验时使用。为保证设备完好性，每间隔2个月就必须对轮缘润滑装置分配器、单向阀、喷嘴等进行清洗。此外，以近一年使用轮喷油脂用量计算，从采购到货使用至今，每年约使用2桶，每桶约17 000元，每年成本约为34 000元。

干式轮缘润滑装置特点：

（1）干式轮缘润滑装置可改善机车轮缘和轨道磨损，起到降噪效果。

（2）在设备采购阶段可节约大量材料费用，具有更高的经济效益；不仅减磨效果好，而且由于其是机械装置，没有油路、电路、风路和喷油装置，成本较低。

（3）结构简单、故障率低、运用中几乎免维护，仅需更换润滑棒，且更换步骤简单，成本低，节约了大量维护和使用成本[5]。

（4）由于润滑剂无流动性，不污染机车和线路，对机车轮轨黏着状况影响小，有利于环保，且干式轮缘润滑方式利用弹簧可以自动补偿，使得车辆轮对时时处于润滑状态[6]。

5 改进建议及可行性分析

5.1 改进建议

通过以上分析，由于轮缘润滑装置可有效改善机车轮缘和轨道磨损，起到降噪效果，因此无论是干式还是湿式轮缘润滑装置，对ZER4型电力机车而言都是标配。但采用湿式轮缘润滑装置，无论自动还是手动，其缺点比较突出，可靠性相对较低。就目前而言，干式轮缘润滑装置的技术已经相对比较成熟，且在铁路机车、地铁工程车辆上得到广泛应用，其结构简单、体积小、安装方便、工作压力可调整，润滑剂石墨粉无流动性，对机车、铁路线路及周围环境没有污染，具有良好的工作稳定性、环保性和使用可靠性，维护及使用成本都相对较低，而且同样能够对减缓机车轮缘磨耗起到很好作用，因此建议在ZER4型电力机车上采用干式轮缘润滑装置。

5.2 改造可行性分析

5.2.1 改造方案

（1）拆除原湿式轮缘润滑系统，包括底架安装的油箱组、电缆、管路和转向架安装的喷嘴安装支架、管路、分配器等；

（2）由于干式轮缘润滑装置支架可与湿式轮缘润滑装置喷嘴支架安装接口一致，可在拆卸喷嘴安装支架后用干式轮缘润滑装置支架替换，同时，相同转向架另一轮对同样有支架及空间可安装装置。

5.2.2 运用论证分析

（1）干式轮缘润滑装置维护及使用成本相对湿式轮缘润滑装置较低。

（2）干式轮缘润滑装置在机车平台有成熟的运用经验，效果良好。

（3）干式轮缘润滑装置因其形成的是固态润滑膜，可不受其他因素影响（如风、速度等）。

通过以上可行性分析，青岛地铁现有及未来购置的蓄电池电力机车轮缘润滑装置由湿式改为干式的方案可行。

[1] 曹恩平．莱伯斯轮缘润滑系统[J]．城市轨道交通研究，2007(2)：69-71．

[2] 张金煜，虞大联，刘韶庆．轮轨润滑剂的性能评价方法和指标[J]．中国铁路，2016(1)：55-60．

[3] RUDOLF OTTE． 采用轮缘润滑装置降低轨道磨损[J]．城市轨道交通研究，2006(5)：58-59．

[4] 皮晓龙，杨峰．南京地铁2号线车辆轮对异常磨耗分析与对策[J]．中国铁路，2014(11)：93-95．

[5] 王俊峰，王维生．机车干式轮缘润滑装置的应用实践[J]．柳钢科技，2007(4)：26-27．

[6] 李庆．浅谈干式润滑对减缓机车轮缘磨耗的作用[J]．铁道机车与动车，2004(9)：34-35．