城市軌道交通輪緣潤滑技術(shù)應(yīng)用對比

■ 楊峰

城市軌道交通輪緣潤滑技術(shù)應(yīng)用對比

■ 楊峰

輪軌磨耗一直是困擾城市軌道交通運(yùn)營的一項(xiàng)技術(shù)難題，列車輪對與鋼軌之間的磨耗是雙向的，需要及時采取輪緣潤滑措施。結(jié)合輪緣潤滑裝置實(shí)際應(yīng)用情況，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用特性、輪軌磨耗、減振降噪、節(jié)能環(huán)保、使用成本等方面，對固態(tài)、液態(tài)輪緣潤滑裝置進(jìn)行對比分析，可為城市軌道交通輪緣潤滑方式的選擇提供參考。

城市軌道交通；固態(tài)潤滑；液態(tài)潤滑；輪緣潤滑

列車運(yùn)行時輪軌之間相互接觸，尤其是列車進(jìn)入彎道與道岔時，磨耗尤為嚴(yán)重。為降低城市軌道交通車輛的輪軌磨耗，絕大多數(shù)地鐵車輛均安裝車載輪緣潤滑裝置[1]。車載輪緣潤滑裝置比軌旁固定式潤滑裝置經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，且操作維護(hù)更加簡單、便捷。目前國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域車載輪緣潤滑方式主要分為固態(tài)輪緣潤滑和液態(tài)輪緣潤滑。

1 固態(tài)輪緣潤滑裝置

固態(tài)輪緣潤滑也稱干式輪緣潤滑，其結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，安全可靠，完全不需要電氣控制，由單一機(jī)械部件組成的機(jī)械式結(jié)構(gòu)[2]。目前國內(nèi)城市軌道交通中少部分車輛采用固態(tài)輪緣潤滑方式，如南京地鐵1號線、天津地鐵2號線等。

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

固態(tài)輪緣潤滑裝置主要安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，具體安裝位置為轉(zhuǎn)向架“鵝頸”側(cè)架端部，可避免列車運(yùn)行過程中的振動造成支架裂紋或斷裂故障。固態(tài)輪緣潤滑裝置主要由安裝支座、輪緣潤滑器、碳塊、卷簧等組成（見圖1）。

（1）通過恒力彈簧的彈性力均勻作用在潤滑碳塊上，使碳塊與輪緣之間實(shí)現(xiàn)良好的接觸。

（2）目前國內(nèi)地鐵車輛大部分為6節(jié)編組，12個轉(zhuǎn)向架，轉(zhuǎn)向架數(shù)量與固態(tài)輪緣潤滑裝置比例為1︰1，具體安裝位置可根據(jù)輪軌磨耗情況進(jìn)行調(diào)整。

（3）固體輪緣潤滑塊為合成樹脂、聚合油、固體潤滑材料、抗壓耐磨劑等合成的一種高分子復(fù)合材料。

1.2 應(yīng)用特性

（1）潤滑塊的使用：每個固態(tài)輪緣潤滑裝置最多可放5塊潤滑塊，實(shí)際運(yùn)用過程中不得少于2塊。

（2）實(shí)時潤滑：可實(shí)現(xiàn)列車的全自動潤滑功能，尤其是列車在無動力動車（憑借工程車轉(zhuǎn)軌、轉(zhuǎn)場）時同樣可以起到對輪緣很好的防護(hù)作用。

（3）控制方式：純機(jī)械控制方式，無任何電氣原件，結(jié)構(gòu)簡單可靠。

圖1 固態(tài)輪緣潤滑裝置結(jié)構(gòu)

（4）維護(hù)：要求每月檢查一次潤滑碳塊的數(shù)量，以每月1萬km進(jìn)行計算，每個獨(dú)立裝置每月需要添加1塊潤滑碳塊。

2 液態(tài)輪緣潤滑裝置

液態(tài)輪緣潤滑裝置目前廣泛應(yīng)用于鐵路機(jī)車車輛及地鐵、輕軌等領(lǐng)域。通過在車輪上應(yīng)用一層薄的潤滑材料，通過輪軌接觸沉積在鋼軌上，從而減少車輪和軌道間的磨耗。具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）可明顯減少輪緣與軌道的磨耗量，延長車輪與鋼軌的使用壽命；（2）可提高列車減振降噪性能；（3）可降低列車出軌概率；（4）可降低列車牽引過程中的運(yùn)行阻力，節(jié)約運(yùn)行成本。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

以上海萊伯斯輪緣潤滑系統(tǒng)為例[3]，其裝置主要安裝在2個先行拖車轉(zhuǎn)向架上（結(jié)構(gòu)見圖2），主要包括油箱、氣動泵、繼電器、電磁閥、油氣分配器、噴嘴及與列車控制系統(tǒng)（TCMS）的接口等部分。

隨著氣路的流動分析輪緣潤滑的工作方式（見圖3）：

（1）列車正常運(yùn)行時，主風(fēng)管壓力值為8．0～9．5 bar，供應(yīng)給輪緣潤滑裝置的壓縮空氣依次通過截止閥、空氣過濾器，伺服在電磁閥處；

（2）通過TCMS控制，電磁閥得電導(dǎo)通，壓縮空氣傳遞到安裝在油箱底部的氣動混合單元；

圖2 液態(tài)輪緣潤滑裝置結(jié)構(gòu)

圖3 液態(tài)輪緣潤滑工作流線圖

（3）輸出油氣混合物到分配器，雙輸出分配器與氣動混合單元之間用不銹鋼鋼管相互連接；

（4）分配器通過往轉(zhuǎn)向架前端輸油的不銹鋼管回路將油氣混合物輪流傳遞到2個固定到支撐臂上的噴嘴，可以往輪緣上噴油，實(shí)現(xiàn)輪緣潤滑。

2.2 應(yīng)用特性

（1）噴油方向：輪緣潤滑系統(tǒng)僅安裝在2個A車的先行拖車轉(zhuǎn)向架上。當(dāng)列車運(yùn)行時，只有前行端的輪緣潤滑裝置噴油。噴出來的油附著在輪緣上，隨著列車前行，潤滑油脂沿車輪切線向下方向?qū)崿F(xiàn)均勻分布在輪緣與鋼軌上；后端列車輪緣潤滑裝置不動作，避免潤滑油脂噴灑在車體上。

（2）噴油時間與間隔：在列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)里，可通過參數(shù)修改來改變噴油間隔周期及單次噴油時間，噴油時間可進(jìn)行人為設(shè)定6～8 s（可調(diào)），噴油周期20～180 s（可調(diào)）。根據(jù)列車運(yùn)行的軌道條件及每個線路配備輪緣潤滑裝置的數(shù)量，可綜合考慮參數(shù)設(shè)置。新開通新線輪軌磨耗相對較大，輪緣潤滑裝置的噴油間隔初期建議設(shè)置為90 s，經(jīng)過一定穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后建議修正到120 s。

（3）時間繼電器控制：當(dāng)列車速度大于5 km/h（零速），位于列車TCMS內(nèi)的時鐘進(jìn)行斷點(diǎn)計時。當(dāng)列車速度低于5 km/h時，計時器停止計時，直到列車下一次大于零速時再次被激發(fā)，避免列車在停車時激發(fā)，導(dǎo)致潤滑油脂在輪緣根部異常堆積，造成列車打滑或空轉(zhuǎn)。

（4）噴油距離：目前國內(nèi)地鐵車輛最高運(yùn)行速度為80～100 km/h，除去站臺停車時間，列車平均運(yùn)行速度為40～45 km/h。按照每次噴油6 s計算，平均每次噴油距離可達(dá)70 m以上，在經(jīng)過眾多車輪的重復(fù)碾壓，潤滑油脂傳遞的有效距離可達(dá)160 m以上。

（5）維護(hù)：輪緣潤滑裝置屬于輕維護(hù)系統(tǒng)，維護(hù)主要包括每季度加油一次及輪緣潤滑裝置噴嘴位置調(diào)整，尤其在先行拖車轉(zhuǎn)向架輪對鏇輪后，應(yīng)保證輪緣潤滑器噴嘴與輪緣的相對位置。

3 使用情況對比

3.1 輪軌磨耗量

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，在彎道較多的線路，配備輪緣潤滑裝置可有效降低輪軌磨耗，鏇輪數(shù)量可大大降低。經(jīng)過對南京地鐵1號線（采用固態(tài)輪緣潤滑）、2號線（采用液態(tài)輪緣潤滑）輪對鏇修情況進(jìn)行統(tǒng)計[4]，最近3年間的輪對鏇修均為踏面徑向跳動或踏面剝離，無一起因輪緣磨耗而進(jìn)行的鏇修；個別車輛甚至出現(xiàn)輪緣厚度逐步增大的良性磨耗。無論是固態(tài)輪緣潤滑還是液態(tài)，輪軌磨耗狀態(tài)良好，輪緣磨耗量為0．35～0．50 mm/萬km，單節(jié)車輛在前后2個鏇輪周期內(nèi)的行駛里程甚至達(dá)到25萬km以上，兩者在輪緣磨耗方面效果相當(dāng)。固態(tài)輪緣潤滑裝置優(yōu)勢：可調(diào)整安裝位置應(yīng)對輪對不均衡磨耗。

3.2 減振降噪

地鐵在城市內(nèi)穿行，必須采取有效的減振降噪措施，并克服輪軌相互磨耗發(fā)出的高頻噪聲。2種輪緣潤滑方式在這方面都發(fā)揮了巨大作用。但固態(tài)輪緣潤滑裝置為碳塊與輪緣之間相互摩擦，本身也存在一定的噪聲，這方面液態(tài)輪緣潤滑裝置優(yōu)于固態(tài)輪緣潤滑裝置。

3.3 潤滑劑選擇

無論是固態(tài)潤滑還是液態(tài)潤滑，都必須達(dá)到環(huán)保要求，同時具有良好的潤滑特性。列車運(yùn)行時車輪與軌道間的壓力非常大，因此在潤滑油脂中含有極壓添加劑（如鋁粉、石墨等），可大大降低輪軌磨耗量。由于液態(tài)輪緣潤滑油存在一定飄灑現(xiàn)象，在環(huán)保方面固態(tài)輪緣潤滑裝置略優(yōu)于液態(tài)輪緣潤滑裝置。

3.4 成本分析

以6節(jié)車編組為例，固態(tài)輪緣潤滑裝置每列車需要配備12套裝置，液態(tài)輪緣潤滑裝置需配備2套，且只要50%的列車配備就可以滿足需求。固態(tài)輪緣潤滑裝置國產(chǎn)化程度較高，雖然數(shù)量較多，但兩者初裝車成本相當(dāng)；液態(tài)輪緣潤滑裝置的日常使用成本遠(yuǎn)低于固態(tài)輪緣潤滑裝置，這也是目前國內(nèi)軌道交通大部分選用液態(tài)輪緣潤滑裝置的根本原因。以列車每年運(yùn)行12萬km為例進(jìn)行統(tǒng)計，2種潤滑裝置的使用情況對比見表1。固態(tài)輪緣潤滑碳塊進(jìn)口件成本為200元左右，國產(chǎn)潤滑碳塊成本為100元左右，國產(chǎn)潤滑碳塊與進(jìn)口潤滑碳塊相比存在易掉塊、拉絲、斷裂、潤滑不良等缺陷。

表1 列車每年運(yùn)行12萬km使用情況對比

4 輪緣潤滑裝置發(fā)展趨勢分析

（1）液態(tài)輪緣潤滑裝置是新建地鐵車輛輪緣潤滑的第一選擇。

（2）液態(tài)輪緣潤滑裝置在電控選擇方面有著多種方式，如時間模式、距離脈沖模式、彎道模式或混合模式。如何根據(jù)不同軌道線路條件選擇最合適的控制方式從而獲得最大的收益，更加精細(xì)的控制輪軌磨耗是這項(xiàng)技術(shù)需要進(jìn)一步研究的方向。

（3）輪緣潤滑油脂是消耗品，目前國內(nèi)市場可供選擇的余地較小，如何在不降低使用效果的同時進(jìn)一步降低潤滑油脂成本是另一個研究方向。

[1] 張金煜，虞大聯(lián)，劉韶慶．輪軌潤滑劑的性能評價方法和指標(biāo)[J]．中國鐵路，2016(1)：55-60．

[2] 張學(xué)華．干式潤滑技術(shù)在鋼軌側(cè)面減磨中的效用[J]．城市軌道交通研究，2008，11(6)：50-52．

[3] 曹恩平．萊伯斯輪緣潤滑系統(tǒng)[J]．城市軌道交通研究，2007，10(2)：69-71．

[4] 皮曉龍，楊峰．南京地鐵2號線車輛輪對異常磨耗分析與對策[J]．中國鐵路，2014(11)：93-95．

楊峰：南京地鐵運(yùn)營有限責(zé)任公司，工程師，江蘇??南京，210012

責(zé)任編輯高紅義

U279

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1672-061X（2016）06-0115-03