重载铁路曲线钢轨摩擦控制技术研究

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1、重载铁路曲线钢轨摩擦控制技术研究1绪论1.1研究背景为降低运输成本、提供运输效率，货物列车轴重和运行速度不断提高，由此导致轮轨相互动作用力不断增大。对小半径曲线而言，钢轨磨耗是决定钢轨使用寿命的关键因素。此外，钢轨表面疲劳伤损（如龟裂、剥离掉块）、焊接接头核伤等问题也愈加突出。因此，如何延长重载铁路曲线钢轨的使用寿命，是发展重载运输技术的头等关切。我国重载铁路曲线钢轨的使用寿命与澳大利亚等重载铁路国家仍存在较大差距，实施真正有效的摩擦管理是延长钢轨使用寿命的有效手段之一[1]。近十几年来摩擦控制和管理的概念逐渐发展起来，摩擦管理的目标

2、[2~5]是：（1）在轮缘与轨侧接触面上保持较低的摩擦系数(0.2以下);（2）在车轮踏面与轨顶接触面上保持中等摩擦系数(0.2~0.4)；（3）在机车车轮踏面和钢轨顶部接触面上保持较高摩擦系数(0.4以上)。真正有效的摩擦管理既需要钢轨轨侧工作边润滑，又需要进行钢轨顶面摩擦控制。针对曲线钢轨轨距角和钢轨顶部需采用不同的摩擦管理策略，首先保持钢轨轨距工作边良好的润滑来控制外股钢轨侧磨，其次是在钢轨顶面涂敷中等类型摩擦改进剂，进行钢轨顶面摩擦控制，以进一步节约能源和改善车轮曲线通过性能。通过综合使用摩擦管理技术，不仅能大幅缓解外股钢轨侧

3、磨的问题，也可减轻曲线上下股钢轨疲劳伤损、波磨以及车轮尖啸问题，改善机车车辆的曲线通过性能，从而延长钢轨的使用寿命[11~16]。摩擦控制技术是在不改变牵引和制动需性能的情况下，通过改变轮轨滑动摩擦系数，保持最佳的摩擦状态，进而最大限度降低钢轨磨耗、能耗和轮轨表面剪切应力，对缓解重载铁路钢轨伤损、延长钢轨使用寿命具有重要的意义[6~7]。...........1.2国内外研究现状国外曲线钢轨轨侧润滑通常分为地面固定设备润滑和车载自动设备润滑，地面定点润滑一般适应于特殊地段如某一条曲线，润滑剂为流体状态，润滑剂通过车轮轮缘向前携带，润滑

4、范围一般不超过500米，其不足在于设备现场需电源，且需定期现场补充润滑剂；车载自动润滑一般适应于对某一线路区段所有曲线钢轨进行润滑，润滑设备安装于机车或经过特殊改造后的车辆，润滑剂为流体状态，通过GPS获得曲线钢轨润滑定位并自动喷涂润滑剂，润滑剂喷涂位置为针对钢轨轨头不同磨耗状态自动调整喷涂角度，从而可按实际需要将润滑剂喷涂至指定轨头断面轮轨接触位置，其不方便之处是需要针对机车具体空间位置或改造车辆安装的定制润滑设备，且设备使用情况受到管理体制的制约。北美(美国、加拿大)、西欧、俄罗斯等国家的铁路公司、研究部门，对轮轨润滑系统和润滑剂

5、进行了大量研究试验或试用[8~13]。近几年，随着铁路运量不断增加，有关部门更加关注轮轨接触间所需的润滑模式及其相适应的润滑材料。例如，为在曲线部分自动增加润滑剂的涂覆量，降低轮轨接触表面的蠕滑力，降低爬轨脱轨风险，提高安全性，美国Tranergy公司与海湾油品国际组织、德士古研究发展中心联合研制开发了一种车载式新型轮轨润滑系统SENTRAEN2000。北美研制开发的新型轮轨润滑剂的另一个动向是基于环境保护和要求研究试用可生物降解的润滑剂。近几年，俄罗斯铁路部门十分重视轮轨润滑技术的推广和应用，1997年在全俄展览中心展出了4种机车车

6、辆润滑器和钢轨润滑器。包括：АГС10型轮缘润滑器(车载式)、悬挂型组件式钢轨润滑器(车载式)、PC-5型钢轨润滑器(道旁固定式)、PCMI型钢轨润滑车[2]。为适应铁路运输的发展，近十年来，铁路运输发达的国家均致力于推广应用新型轮轨润滑技术[8~13]。在涂覆设备方面以车载式轮轨润滑系统为主，道旁固定式钢轨润滑器为辅，此外，专门的钢轨润滑车也有一定程度的应用。对润滑剂而言，以石墨的半流体润滑脂为主，二硫化钼或不含固体填料的润滑脂为辅，也有少数装置使用稀油润滑剂。大量使用实践证明，采用轮轨润滑新技术，可有效降低钢轨和轮缘接触面的伤损发

7、展速率，并减小运行阻力，从而节约牵引能耗。机车车辆车轮和钢轨使用寿命得到了明显提高。.........2轨侧润滑技术研究2.1初步筛选由于润滑油和润滑脂都会不可避免的形成油楔效应，过度喷涂会加速钢轨的剥离掉块，且流淌到道床污染环境和车轮，随着固体润滑技术的发展，固体润滑剂已逐步取代润滑油和润滑脂。故对国内润滑效果较好的固体润滑剂进行了充分的调查研究，同时对国外先进的轮轨润滑技术进行了初步的比选，选出以下6种润滑剂进行研究：（1）引入俄罗斯金属磨损自修复技术（ART粉体技术）的轮轨润滑剂；（2）加拿大kelsan轨侧地面润滑系统使用的润

8、滑剂；（3）重庆运达的RGL轨侧干膜润滑剂；（4）济南三新的干式润滑剂；（5）铁科院金化所的固体润滑棒；（6）安阳固体润滑棒。以上各润滑剂的润滑机理是：（1）ART技术源自俄罗斯一项机械零件摩擦表面和接触表面之选择补偿摩