延长500 m 长钢轨座架滚轮使用寿命的措施研究

孙艳鹏，刘 宁

（北京中铁科客货运输技术有限公司运输技术研发中心，北京 100081）

1 研究背景

500 m 长钢轨普通平车装运方案在研究过程中借鉴了T11长钢轨车的成功经验，同时在方案制定和装载加固装置设计上进行了创新，包括长钢轨紧固方式、滚轮结构、与车体的连接方式等。T11 专用车为方便纵向卸轨、收轨，滚轮采用的是滚动轴承，锁定座架与车体铆接为一体，结构强度大；长钢轨座架是500 m 长钢轨普通平车装运装载加固装置中重要部件，与车体是螺栓连接，其中锁定座架与车体除了螺栓连接外，还增加了盘条拉纤，即便如此锁定座架的强度和连接的强度仍无法和T11专用车的锁定座架强度相比。为保证长钢轨运输安全，创新的使用了滑动轴承滚轮，滑动轴承与滚动轴承相比摩擦系数要大10倍以上，可以有效降低列车启动、制动、坡道等工况下钢轨对锁定座架的纵向冲击，保证长钢轨的运输安全[1]。

500 m 长钢轨普通平车装载加固装置滚轮采用的是JH1复合自润滑轴承，该轴承以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面轧制聚四氟乙烯（PTFE）和铅的混合物，是卷制而成的滑动轴承，具有摩擦系数小、耐磨性好、抗腐蚀性强的特点。

滚轮安装在长钢轨座架上，虽然不是主体结构，但是滚轮对长钢轨的运输安全有重要作用。滚轮制作精度要求比较高，在运用过程中易发生损坏，如不及时更换会造成滚轮与钢轨干磨、损伤钢轨。滚轮损坏严重还可能导致钢轨与隔梁直接接触，给长钢轨运输造安全隐患。此外，滚轮大量损坏的极端情况下，会导致钢轨与滚轮之间的滚动摩擦变为滑动摩擦，摩擦系数大幅增加，车辆对路基的作用力也随之增加，严重影响行车安全。

2 延长滚轮使用寿命措施

延长滚轮的使用寿命对长钢轨运输安全，提高经济效益有重要意义。为延长滚轮使用寿命，提出3 条措施：①规范润滑脂的选择；②选择合理的的纵向卸轨方案；③加强维护保养。

2.1 润滑脂的选择

润滑脂对滚轮的正常运转有着重要作用，据统计，80%的机械设备故障是润滑不良引起的，忽视润滑脂的使用将造成滚轮寿命的降低，造成不必要的经济损失，严重时将影响长钢轨运输安全。JH1 轴套具有自润滑功能，不等同于不需要加注润滑脂，由于滚轮长期在户外使用，无法避免雨水、潮气和尘土进入滚轮内部，长期就会导致滚轮轴生锈，造成滚轮不转和损坏，为延长滚轮的使用寿命滚轮内部需加注润滑脂。滚轮没有注油孔，所以润滑脂是在生产装配过程中进行加注，滚轮在使用过程中一般不进行拆卸，因此加注润滑脂有利于防水、防锈，延长滚轮的使用寿命。润滑脂的种类非常多，不同的润滑脂使用条件不同，下面来分析一下润滑油的选择。

轴套型号为JH-1 50 40。

2.1.1 滚轮转速计算

经过250 m 半径曲线端部伸缩量计算：

（250-L）/（250-1.4）=250/250

伸缩量L=1.4 m，车辆行驶限速vmax=45 km/h，v轨=Lvmax/250=0.07 m/s。

坡道影响系数f1=2，制动、加速影响系数f2=2，则v轨max=v轨f1f2=0.28 m/s。

2.1.2 滚轮径向压力计算

500 m 长钢轨共支承于72 个座架的滚轮上，属于多跨连续超静定梁，通过对力学模型进行多次超静定方程组的求解。由表1可以看出，两端第3 个座架所受的垂向压力最大为Fmax=230 kN。

表1 座架承载计算结果

滚轮最大径向载荷Pmax=230/50=4.6 kN，轴套压强P=Pmax/（50×40×2）=4600/（50×40×2）=1.15 MPa，滚轮在露天工作，转速较低、压力适中，工作温度一般在-20～70 ℃。

从滚轮结构和滚轮的使用条件来看，不能用润滑油代替润滑脂，润滑油粘滞性能差，会从滚轮轴与端盖处间隙处挥发，无法长时间使用。按照稠化剂划分，常用的润滑脂有钙基脂、钠基脂、铝基脂、通用锂基脂和极压锂基脂等（表2）。

表2 常用润滑脂的特点

根据滚轮的使用温度，选用钠基润滑脂和通用锂基润滑脂比较合适，但钠基润滑脂防水性能差、易溶于水，且长钢轨座架长期暴露在户外使用，避免不了雨水进入，所以钠基润滑脂不合适。通用锂基脂属于长寿命、多用途的润滑脂，可取代钙基、钠基及钙钠基脂，广泛适用于-20～120 ℃各种机械设备的滚动轴承和滑动轴承及其他摩擦部位的润滑，完全适用于500 m 长钢座架滚轮。通用锂基脂按其锥入度分为1 号、2 号和3 号（表3）。

表3 通用锂基脂适用场景

根据滚轮的转速和滚轮所受压力选用2 号通用锂基脂最合适。对于带有自润滑功能的轴套，润滑脂的选择往往被忽视，由上面分析可以看出，各种润滑脂性能不同、适用场景不同，如果选错润滑脂将对滚轮的寿命产生较大影响。

2.2 纵向卸轨

500 m 长钢轨普通平车装运方案正常的装卸长钢轨方式是横向群吊装卸，但有个别情况如无铺轨基地施工、铺轨基地与现场之间需要过既有线运输、施工单位为缩短工期等几种情况下，需要进行纵向卸载长钢轨。纵向卸轨方案的制定非常关键，施工单位一般会选择使用T11 专用车的卸轨方式，直接将钢轨从座架上纵向拖拽卸下钢轨节省时间。由于T11 专用车的滚轮采用的滚动轴承滚轮，而500 m 长钢轨座架采用的是滑动轴承滚轮。且500 m 长钢轨座架钢轨装载完成后钢轨之间缝隙较小，由于钢轨在紧固装置处轨底侧边是贴合在一起的，个别钢轨有可能是相互堆叠的状态，这也增加了纵向卸轨的阻力。此外，由于间隔不规律，个别钢轨压在两个滚轮之间，导致纵向卸轨的时候不仅阻力增加，滚轮磨损非常严重[2]。

为避免纵向卸轨造成滚轮磨损和损坏，建议对卸轨方案进行优化，即500 m 长钢轨运输到卸轨现场后，增加卸轨辅助滚轮使待卸钢轨与座架滚轮及其他钢轨进行分离（图1）。具体操作步骤如下：在座架隔梁的一侧用千斤顶顶起待卸钢轨，在顶起一定高度后，在座架隔梁的另一侧垫上卸轨辅助滚轮，滚轮内部采用滚动轴承，大幅度降低纵向卸轨的阻力，并防止钢轨横向位移，每根钢轨用72 个（对称卸载2 根钢轨共144 个）卸轨辅助滚轮把钢轨垫起后，再进行纵向卸轨作业，这样即可将钢轨顺畅卸下，用铺轨机配合将钢轨直接铺设在新建线路上。这种卸轨方案没有改原装运方案，加装卸轨辅助滚轮在长钢轨运输到现场后进行，不会对长钢轨运输安全造成影响，利用卸轨辅助滚轮使座架滚轮与待卸钢轨分离，有效避免卸轨给座架滚轮造成的损伤[2]。

图1 加装滚动轴承滚轮

2.3 保养

滚轮锈蚀主要原因有3 个：①滚轮无法像座架其他部位一样采取喷漆等防锈措施，表面喷漆后会改变滚轮的摩擦系数，影响钢轨纵向锁定安全；②长时间闲置，没有防雨措施，导致滚轮内部锈蚀，锈蚀严重造成滚轮卡死，再次运输长钢轨时，钢轨就会把卡死的滚轮磨坏；③地域气候影响，经过实地考察，南方的长钢轨座架用户座架锈蚀速度明显高于北方。

规范的维护保养和存储对保证长钢轨座架良好的技术状态，预防故障发生有非常关键的作用。滚轮保养有4 个注意事项。

（1）定期对滚轮端盖处涂油脂，虽然滚轮没有注油孔，但是端盖和滚轮轴之间的间隙需要油脂密封，防止灰尘和雨水进入滚轮，随着滚轮的转动部分油脂可以进入到滚轮内部，达到注油的效果，对滚轮内部防锈起到至关重要的作用。

（2）正常使用过程中滚轮的锈蚀速度很慢，而闲置过程中如果暴露在户外风吹雨淋会加速滚轮的锈蚀，长期闲置采取防雨措施非常有必要。

（3）对于个别不转的滚轮要进行维修更换处理，否则有可能会导致对钢轨的磨损，影响铁路安全。

（4）加强监督检验，《加规》中规定座架闲置超过一年时，继续使用前需进行技术检测，根据检测结果确定能否继续使用，部分路局集团公司和使用单位在使用过程中也增加了检测检验，有的单位是每年进行一次检测，有的单位是在座架使用达到30次、45 次时进行检测，这些措施对保证长钢轨座架的正常使用，确认滚轮组的状态是否达到使用要求都有重要作用。

小结：①加注正确润滑脂有利于提升滚轮的使用寿命，500 m 长钢轨座架滚轮建议选择2 号通用锂基脂；②500 m 长钢轨普通平车装运方案应尽量避免纵向卸轨，如果必须进行纵向卸轨，需将待卸钢轨与座架滚轮分离，安装辅助卸轨滚轮；③运用期间滚轮端盖需进行涂油，闲置期间座架及滚轮需进行防雨保护，可以起到有效的防锈、防尘、防水作用，延长滚轮的使用寿命，定期检测有利于保证滚轮良好的运用状态。

3 结论

滚轮虽然不是长钢轨座架的主体结构，但是滚轮是关键易损件，对长钢轨的运输安全起着至关重要的作用，正确的选用润滑脂，合理的使用卸轨方案，正确的存储保养，能够有效的保证滚轮良好的状态，延长滚轮的使用寿命，减少因滚轮损坏造成的钢轨磨损，提高500 m 长钢轨普通平车运输安全。