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          漲知識|地鐵車輛輪緣減磨潤滑系統

          2022(第七屆)中國潤滑油技術創新及行業發展論壇
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          摘要:為了解決輪緣和鋼軌的磨耗問題,確保輪對1個廠修期(12年左右)的使用壽命,在地鐵車輛加裝輪緣潤滑系統,減少輪緣磨耗是必要的。
          地鐵車輛輪緣減磨潤滑系統

          1、車輛輪對及其磨耗
           
          輪對是地鐵車輛走行部中重要的部件之一,由于其承受較大的靜載荷和動載荷,要求各組成部件要有足夠的強度和安全系數。隨著輪軌技術的迅速發展,加上輪軌硬度的合理匹配,整體輾鋼輪已在地鐵車輛中普遍使用。整體輾鋼輪取消了傳統可鑲裝的輪箍,即輪箍與輪心一體,具有高強度、高硬度和良好的耐磨和耐熱性能,但由于沒有輪箍,輪徑到限,必須整體更換輪心。車輛通過曲線是靠輪對進行導向的,曲線越多半徑越小,輪對的輪緣與鋼軌接觸越多,輪緣磨損就越嚴重。地鐵線路的設計受到城市地形、地質、地下管線,建筑分布以及施工條件、交通便利等因素的制約,因此存在不少小半徑曲線。
           
          地鐵車輛使用的整體輾鋼輪規定,新輪輪徑為840mm,到限為770mm。另外,交流傳動的動力車對各車輪的輪徑差規定嚴格,同軸的兩輪直徑之差不超過1mm,同一動車轉向架各輪徑差不超過2 mm,同一節車各輪徑差不超過4mm,輪緣厚度為32~26mm,其踏面質量對運行的平穩性、安全性關系重大。如1對輪對的踏面刺離或輪緣到限,就要采用不落輪鏇車床加工1節車的輪子,每次單邊切削量達25 mm。根據此切削量來推算,新輪最多鏇輪加工3次就到限,一旦到限必須分解轉向架,輪對送廠更換輪餅?;ㄙM了大量人力和費用不用說,對于1個車輛段來說,車輛檢修停時保證是正常運營的關鍵,而超大修程必然造成檢修停時延長,車輛利用率降低,車輛使用緊張,同時也造成輪對的備品周轉困難。
           
          1輛6節編組地鐵車輛有24對輪子,更換時需較多的輪對備品。一旦備品供應不上,車輛就處于待修狀態,無法正常上線,而且還造成車庫股道使用緊張。檢修停時與備品周轉對于車輛段來說是至關重要的,檢修是有時效性的,故障車必須按計劃搶修出庫,只有這樣才能使安全、質量、場地、運用得到有序可控。
           
          現在鐵路機務段DF4D、DF11、 DF11G機車檢修時常碰到因輪徑到限造成整體輾鋼輪備品跟不上,甚至連廠家都來不及供應。一些地鐵運營公司,在曲線半徑小的線路上已經碰到輪緣加工的問題。同時軌道和輪子是1對摩擦副,減少輪緣的磨損還要考慮鋼軌的磨耗,如果鋼軌磨損到限而更換,在經濟上也是一次很大的投入。為了解決輪緣和鋼軌的磨耗問題,確保輪對1個廠修期(12年左右)的使用壽命,在地鐵車輛加裝輪緣潤滑系統,減少輪緣磨耗是必要的。

          2、輪緣潤滑系統的工作原理
           
          輪緣潤滑系統分單線、雙線兩種。油氣混合后直接進入噴嘴,稱它為單線。每個噴頭都要接單獨的油管和氣管,每個噴嘴前都需要1個連接塊,這里稱它為雙線。
           
          雙線潤滑系統由控制器、電控閥、油脂罐、噴嘴組成,經電控閥的壓縮空氣分兩路輸出,一路經脂罐、噴頭進脂口將定量油脂壓人噴頭;另一路壓縮空氣進入噴頭進氣口,將噴頭內的油脂霧化從噴嘴噴出。該型潤滑系統在鐵路機車上廣泛使用,如華寶型(HB) 裝置,該系統是利用機車風源將儲脂罐內的JH型專用石墨潤滑脂經噴頭間斷地噴射到輪緣根部,以達到減少車輛輪緣與鋼軌之間有害磨損。電控器是實現該系統自動控制的關鍵部件,HB-2型可在電控器上設定2次噴油之間走行的距離,每次噴油時間為2s。另外,在HB-2型基礎上加裝了分水過濾器,降低了噴頭及電空閥的故障率;設計了新型油脂罐,提高了安裝可靠性。
           
          單線輪緣潤滑系統由氣動泵、空氣電磁閥、油氣分配器、噴嘴和控制裝置組成。氣動柱塞泵通過車輛的壓縮空氣將潤滑劑打人油氣混合塊,潤滑劑和壓縮空氣在油氣混合塊中混合,借助壓縮空氣的作用,經分配器分配供送到噴嘴,直接噴射到輪緣上。
           
          隨著車輛行駛速度的提高,輪緣周邊產生的離心力使潤滑膜增厚,潤滑劑在離心力作用下極易甩出。試驗表明當顆粒直徑大于0.4mm,離心力會使潤滑劑飛濺。如果潤滑系統噴射速度高,顆粒直徑小,那么潤滑劑并不會飛濺開來。避免潤滑劑的飛濺,不僅使潤滑劑的消耗小,同時又避免了潤滑劑對車輛和沿線的污染。
           
          在德國聯邦鐵路局的試驗表明,噴射出來的潤滑劑的顆粒直徑小于0.4 mm車輛行駛速度達到300km/h時,連續噴射40次也沒有發現鋼軌上有多余的潤滑劑。另外車輪和鋼軌之間的表面壓力極高,潤滑劑的耐壓性能必須要好,在潤滑劑中必須含有較高比例的固體極壓添加劑,如精細的石墨等。在單線潤滑系統中,泵和噴嘴之間的中間管道大約含有10%的潤滑劑和90%的壓縮空氣,這樣的比例使壓縮空氣在噴射過程中能夠對潤滑劑形成精細油膜層。
           
          在壓縮空氣的作用下,添加高比例耐壓固體顆粒的潤滑劑,以150~ 200 m/s的高速度噴到輪緣上,用以保證車輛在高速行駛的狀態下,噴射出的潤滑劑能突破車輪周圍的空氣流和行車風而精細地覆蓋在車輛輪緣上。噴到輪緣上的油膜層的厚度達到0.001 mm,寬度為10~ 15mm,10~ 30mm3的潤滑劑量在數秒鐘內以最精細的顆粒噴在輪緣上。如氣動泵采用定量泵,噴射時間越長,穎粒越精細,但壓縮空氣容量有限。
           
          因此噴射不是連續的,而是每隔一段時間噴射1次,每次持續6~ 10s的時間。潤滑劑的噴射間隔可以取決于時間,也可取決于行駛距離;車輛處于彎道時可以采用彎道傳感器或車載地面數據系統來提供彎道的位置,此時適當加大曲線外側輪緣的噴射劑量。當車輛時速低于某值時停止工作,確保車輛在靠站或停車時潤滑系統不工作。
           
          隨著自動化程度提高,潤滑系統的控制器已經以微處理器為基礎,以距離、速度、曲線或任何的組合為基礎將潤滑周期最佳化。通過程序編人可以在噴砂、剎車和低速操作期間避免潤滑。當機車在彎道中,曲線感應器能感應到,并增加對彎道外側的車輪的潤滑。
           
          3、采用輪緣潤滑系統的效果
           
          輪緣潤滑系統小巧簡單、經濟收益大。
           
          (1)輪緣磨損大大減少,極大延長了車輪和軌道的使用壽命。德國聯邦鐵路局技術中心經過調研發現,在實際應用中,在1條彎道較多的線路上,以往機車車輪在下一次修磨周期到來之前能夠行駛的距離僅有1萬-2萬km,而在安裝使用了輪緣潤滑設備后,同樣的線路條件下,這個距離可以增加到10萬~20萬km。目前,在使用了性能優良的輪緣潤滑設備后,在下一次修磨周期到來之前,機車行駛的距離已經達到40萬km甚至更多。
           
          (2) 降低了噪聲,特別在彎道和道岔上。車輛行駛時的噪聲以往能達到100dB,在彎道和隧道中行駛時甚至更高;而地鐵在城市或居民區中穿行,噪聲直接影響乘客的舒適度,并打擾沿線居民。采用性能優良的輪緣潤滑系統,在減輕車輪及軌道之間磨損的同時還降低了噪聲。在匈牙利布達佩斯的測量結果表明,采用性能優良的輪緣潤滑系統后,噪聲值降低了30dB,減弱了原來車輛運行時吱吱刺耳的噪聲,也避免了轉彎時在車輪和軌道之間蹭出火花。
           
          (3)減少運行阻力,降低了列車脫軌概率。輪緣、鋼軌角摩擦力過大易導致列車車輪出現攀爬出軌。采用輪緣潤滑后鋼軌角粗糙度降低,摩擦阻力減少。
           
          (4)現在輪緣潤滑系統使用的潤滑劑一般是生物可降解的合成油,是流動性的脂類,另外在合成油中填加高比例固體顆粒成份,如石墨二硫化鑰鋁粉等,可顯著改善輪緣的抗磨損性能,不會增加環境污染。
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