固体轮缘润滑块的国产化开发

徐树亮 伍安旭

(1.徐州地铁运营有限公司 江苏 徐州 221000；2.中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011)

随着我国经济发展和人民生活水平的快速提高，地铁得到大规模推广，已成为市民出行的重要方式和城市发展的大动脉。地铁线路建设受地形、城市布局等因素影响，具有线路复杂、小曲线半径多的特点，因此车轮轮缘磨耗异常是地铁车辆较为常见的问题。

1 轮缘镟修现状

选取国内某地铁线路轮缘磨耗情况进行详细说明，该线路车辆运行速度为100 km/h，每年车辆运行约13万km。选取10列车开展车轮磨耗状态跟踪测试，试验结果表明，车轮平均轮缘磨耗速率为0.09 mm/万km，车轮踏面平均磨耗速率0.075 mm/万km，磨耗形态如图1所示。由图可知，车轮偏轮缘磨耗，且轮缘磨耗十分严重。基于该轮缘磨耗情况，结合镟修策略，分析该线路车轮使用寿命。

该线路车轮型面为LM型，此型面有4种类型：LM-32、LM-30、LM-28和LM-26。结合车轮磨耗状态和维保需求，考虑镟修周期为17万km和30万km两种情况，在不同镟修策略下车轮使用寿命理论分析结果分别如表1和表2所示(理论分析结果较实际值偏大)。由表可知，该线路车轮使用寿命最高9年，无法达到大修期10年的使用要求。

图1 车轮磨耗形态

表1 考虑镟修周期为17万km

车轮作为转向架的重要走行部件，其轮缘异常磨耗问题不仅影响车辆动力学性能，也会缩短车轮镟修周期。当镟修轮缘异常磨耗的车轮时，每恢复1 mm轮缘厚度，踏面直径将减少约5.4 mm，大幅缩短了车轮的使用寿命，增加了运营单位的运维成本[1-2]。因此，地铁运营单位为避免轮缘异常磨耗现象，车辆基本配置轮缘润滑产品[3]。

轮缘润滑产品分为固体轮缘润滑和液体轮缘润滑两种，其对轮缘减磨效果各有优势，此处不再赘述[4]。对于固体轮缘润滑，目前国内主要采用进口润滑块，采购周期长，价格昂贵，且寿命较短，大幅增加了地铁运营单位的运用成本。为此，本文开展固体轮缘润滑块国产化开发及相关试验验证，研究可替代进口的固体轮缘润滑块。

表2 考虑镟修周期为30万km

2 国产化产品开发

固体轮缘润滑装置由机械结构和轮缘润滑块两部分组成。机械结构一般由安装支架、轮缘润滑器、弹簧架、恒力弹簧、螺栓及开口销等部分组成，如图2所示。

轮缘润滑器固定于转向架的安装支架上，恒力弹簧和润滑块安装于轮缘润滑器腔体内，润滑块通过轮缘润滑器中的恒力弹簧不断作用于轮缘，从而实现车辆运行过程中轮轨接触时轮缘的减磨作用，延长轮轨服役寿命。

图2 固体轮缘润滑装置安装图

轮缘润滑装置为纯机械动作，无须电力或风力连接，无需控制系统，其机械结构部件的技术难度较小，核心部件为摩擦体润滑块。

润滑块是一种固态润滑剂，采用高低速混合、模压固化成型法将一定质量分数的热固性树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等)、固体润滑剂(石墨、二硫化钼等)、增塑剂以及摩擦改性剂等制成。图3为中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司开发的国产化轮缘润滑块，采用连锁设计，具有使用寿命长、价格实惠、可靠、清洁、环保、易于维护等优点。

图3 固体轮缘润滑块

3 试验研究

3.1 润滑块力学性能

轮缘润滑块力学性能如表3所示。与某进口产品对比，国产润滑块力学性能优异，耐高温性能良好，使用过程中不会出现掉块、掉渣、热融拉丝等现象。

表3 润滑块力学性能

3.2 润滑块润滑性能

3.2.1试验工况

固体轮缘润滑块性能验证采用摩擦因数检测试验台，如图4所示。为尽可能模拟现车实际工况，设定试验条件如下：

(1) 模拟车辆运营速度120 km/h，轮轨滑差控制在1%以内；

(2) 模拟轨道轮和模拟车轮径向力1 960 N；

(3) 固体轮缘润滑块压力为0.3 MPa，且持续压附时间2 min；

(4) 轮缘润滑块持续作用2 min后取消施加，观察其润滑性能持久性。

图4 摩擦因数检测试验台

3.2.2试验结果

图5为固体轮缘润滑试验结果。图中横坐标表示车轮转数，纵坐标表示蠕滑系数，黑色曲线JC润滑块为进口产品试验结果，红色曲线JN润滑块为国产化产品试验结果。

由图5可知，试验开始未施加固体轮缘润滑时，蠕滑系数处于0.3～0.4之间。在试验进行4 min时固体轮缘润滑块开始施加，蠕滑系数迅速降低至0.1以内，并在润滑块施加期间蠕滑系数处于稳定状态。固体轮缘润滑块持续作用2 min后取消施加，蠕滑系数逐渐上升，进口轮缘润滑块产品上升速率大于国产化产品。可见，国产化的固体轮缘润滑块润滑性能优于进口产品，持久性能良好，可长时间保持轮缘根部摩擦因数处于较低水平，从而降低轮缘润滑块的消耗。图6为试验开始4 min未施加轮缘润滑和施加轮缘润滑2 min期间平均蠕滑系数对比结果。

图5 固体轮缘润滑实时情况

图6 施加和未施加固体轮缘润滑情况

4 现车运用情况

选取国内某地铁线路车辆，开展国产化轮缘润滑块和进口轮缘润滑块的现车运用性能及效果对比。进口轮缘润滑块和国产轮缘润滑块分别安装10列车进行跟踪，跟踪周期为1年，跟踪期间每间隔1个月开展1次数据采集。跟踪结果表明：(1)在试验期间，2种润滑块与轮缘接触面光滑，无颗粒或剥离等情况；(2)各项检查均未发现试验列车车轮异常磨损，无轮缘厚度、轮缘角尺寸超标的情况，车轮状态运用良好；(3)国产化轮缘润滑块年消耗量比进口轮缘润滑块少11%左右(见表4)。

表4 润滑块消耗量

5 总结

本文开发的国产化固体轮缘润滑块，通过力学性能和润滑性能试验验证，与进口产品相比，具有以下优点：(1)优异的力学性能；(2)较好的耐热性；(3)润滑效果优异，持久性能良好；(4)使用寿命较长。

综上验证，在使用性能和经济性方面，本文开发的国产化润滑块均优于进口产品。