鐵路行業(yè)減振器及用油的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

張遂心,梁依經(jīng),糜莉萍,牛志勇,于海,梁云龍,姬建華

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

鐵路行業(yè)減振器及用油的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

張遂心,梁依經(jīng),糜莉萍,牛志勇,于海,梁云龍,姬建華

(中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

摘要：通過(guò)鐵路行業(yè)在用減振器基本結(jié)構(gòu)、工作原理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研，總結(jié)了國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)減振器的使用現(xiàn)狀；文章主要結(jié)合鐵路行業(yè)減振器的特殊工況、用油現(xiàn)狀以及實(shí)際使用中出現(xiàn)的故障，闡述了國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)減振器油的性能需求、發(fā)展現(xiàn)狀、評(píng)價(jià)方法及國(guó)內(nèi)外差距，提出了國(guó)內(nèi)開展鐵路行業(yè)減振器油研發(fā)的必要性及建議和展望。

關(guān)鍵詞：鐵路行業(yè)；油壓減振器；減振器油；發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TE626.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Development Status on Damper and Oil Used in Railway Industry at Home and Abroad

ZHANG Sui-xin, LIANG Yi-jing, MI Li-ping, NIU Zhi-yong, YU Hai, LIANG Yun-long, JI Jian-hua

(PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute, Lanzhou 730060, China)

Abstract:Through the investigation on the basic structure，working principle，domestic and foreign development situation of the damper in the railway industry, the present situation of damper used in domestic railway industry was summarized. Combined with the special working conditions, oil consumption status and failures in actual use on the railway damper, the performance demand, development status, evaluation methods and the gap of the damper oil in domestic railway industry were reviewed. The necessity of study, some suggestions and prospection of the damper oil in railway industry of our country were put forward.

Key words:railway industry; hydraulic damper; damper oil; development status

DOI:10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2018.05.001

文章編號(hào)：1002-3119(2018)05-0001-05

0 引言

對(duì)整個(gè)鐵路行業(yè)而言，無(wú)論是機(jī)車車輛(內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車)、地鐵車輛、城市輕軌車輛還是高速列車，油壓減振器是鐵路行業(yè)機(jī)車車輛上的一個(gè)重要部件。由于鐵路行業(yè)車輛的車輪與鋼軌面之間是鋼對(duì)鋼的接觸，因此，車輪表面的不規(guī)則和軌道的不平順都直接經(jīng)車輪傳到懸掛部件，使車輛各部分高頻和低頻振動(dòng)。如果這種振動(dòng)不經(jīng)過(guò)減振器來(lái)衰減，就會(huì)降低機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命，惡化運(yùn)行品質(zhì)?，F(xiàn)在人們對(duì)車輛行駛時(shí)的舒適度、穩(wěn)定性、制動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性等性能要求越來(lái)越高，油壓減振器其性能優(yōu)劣直接影響到行車的安全性、舒適性和穩(wěn)定性，沒(méi)有減振器，車輛就無(wú)法運(yùn)行。近年來(lái)我國(guó)鐵路進(jìn)入一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期，特別是在鐵路跨越式發(fā)展政策的指引下，“高速重載”是鐵路營(yíng)運(yùn)的發(fā)展方向，隨著列車提速進(jìn)程的加快，車輛運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)了很多前所未有的問(wèn)題[1]，因此，在車輛運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中必須確保減振器能夠保持其性能的可靠性和穩(wěn)定性，凸顯出對(duì)高性能減振器油的需求。

1 鐵路行業(yè)油壓減振器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 鐵路車輛油壓減振器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

鐵路車輛通常由車身、轉(zhuǎn)向架、軸箱三部分組成，油壓減振器是鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的重要組成部分，目前，國(guó)內(nèi)外鐵路車輛均用新型油壓減振器，根據(jù)機(jī)車車輛減振器的振動(dòng)類型及在振動(dòng)中所起的作用，新型油壓減振器包括5種：一系懸掛用垂向油壓減振器，二系懸掛用垂向、橫向和抗蛇行油壓減振器，以及用于連接車體并驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元的耦合減振器。這些減振器共同的作用是為了衰減車體的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)、浮沉運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)、側(cè)滾運(yùn)動(dòng)以及搖頭運(yùn)動(dòng)[2-3]，如果這些運(yùn)動(dòng)不加以控制，會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)之間增減載嚴(yán)重，構(gòu)架上的各個(gè)零部件的磨損加劇，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致脫軌，不利于行車安全。

減振器和彈簧構(gòu)成列車轉(zhuǎn)向架隔振系統(tǒng)，在列車的行駛過(guò)程中，彈簧在振動(dòng)系統(tǒng)中吸收振動(dòng)能量并立即釋放振動(dòng)能量，起緩沖振動(dòng)的作用，而油壓減振器是減緩振動(dòng)的核心，它能使產(chǎn)生的振動(dòng)熱能被吸收掉，將其轉(zhuǎn)化為熱能，使油及自身的鋼結(jié)構(gòu)部件溫度升高，從而將熱能釋放到周圍大氣中,使振動(dòng)能量減少,表現(xiàn)為衰減振動(dòng)系統(tǒng)的振幅，抑制系統(tǒng)的振動(dòng)，改善動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能，從而提高車輛在運(yùn)行中的安全可靠性、平穩(wěn)性和舒適性[4]。五種減振器的工作原理基本一致，依靠拉伸、壓縮活塞桿往返運(yùn)動(dòng)形成液壓阻尼力達(dá)到減振的目的，根據(jù)減振器油品的流動(dòng)方式，分為單向循環(huán)的油壓減振器和往復(fù)循環(huán)的油壓減振器[5]，目前國(guó)內(nèi)外鐵路機(jī)車大多數(shù)用單向循環(huán)油壓減振器，在高頻率振動(dòng)下，油品始終單方向流動(dòng)，自身產(chǎn)生的熱量少，傳導(dǎo)熱量均勻，油品不易發(fā)生乳化，可防止油溫度升高過(guò)大變質(zhì)，避免了因油質(zhì)變化加速油封等橡膠件的磨損和老化等問(wèn)題。往復(fù)循環(huán)油壓減振器油品瞬時(shí)反復(fù)變化，易造成脈沖振動(dòng)、局部高溫，從而縮短其使用壽命。

1.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前世界上比較先進(jìn)的減振器主要來(lái)自于荷蘭柯尼(KONI)減振器、法國(guó)迪斯潘(DISPEN)減振器以及德國(guó)薩克斯(SACHS)減振器。荷蘭柯尼是以生產(chǎn)減振器聞名于世的公司，1932年就開始第一代摩擦式減振器的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)[6]，柯尼減振器目前遍布各個(gè)行業(yè)，不管是汽車、鐵路機(jī)車、機(jī)車車輛、軍用車輛、坦克等，均能滿足其要求[7]，型號(hào)迄今已有2500多種。我國(guó)在機(jī)車提速后的一段時(shí)間內(nèi)，由于國(guó)內(nèi)減振器性能跟不上，首先引進(jìn)的就是柯尼減振器，它不僅結(jié)構(gòu)牢固，使用壽命長(zhǎng)，而且還能適應(yīng)各種艱苦的工作環(huán)境，可在10×105km內(nèi)無(wú)須檢修?？履釡p振器主要以單向循環(huán)減振器為主，它的特征是具有多個(gè)阻尼閥，使阻尼力可以調(diào)節(jié)到所需的阻尼力，使減振器工作時(shí)具有完善的阻尼性能。法國(guó)迪斯潘距今已有150多年的歷史，其主要致力于車輛轉(zhuǎn)向架以及鐵路配套裝備的生產(chǎn)，主要特點(diǎn)是其獨(dú)特的密封裝置，減振器失效的主要形式是其活塞桿上的密封裝置失效，導(dǎo)致減振器阻尼性能下降，迪斯潘減振器采用折疊式密封裝置，這不僅使迪斯潘減振器具有良好的減振效果，同時(shí)也使得整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，可安裝在任意方向上使用。德國(guó)薩克斯減振器公司生產(chǎn)的減振器遍布全球，年產(chǎn)量三千萬(wàn)套，廣泛用于各類汽車上，1953年開始運(yùn)用于鐵路機(jī)車上，薩克斯減振器以型號(hào)多、規(guī)模大、使用壽命長(zhǎng)、做工精細(xì)、容易維修等諸多優(yōu)點(diǎn)聞名于世，我國(guó)在20世紀(jì)90年代才開始引進(jìn)薩克斯減振器。除此之外，還有美國(guó)的蒙諾減振器、俄羅斯的KB3型、日本的托基柯和日立、瑞典的ASEA等。

1.3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在上個(gè)世紀(jì)50年代才開始油壓減振器的研制和生產(chǎn)。青島四方機(jī)車車輛廠最早開始研究國(guó)產(chǎn)油壓減振器，于1961-1965年成功設(shè)計(jì)出了能符合普遍性能要求的SFKl型減振器，這也是國(guó)產(chǎn)減振器發(fā)展史上的第一個(gè)型號(hào)；1972年，在 SFKl的基礎(chǔ)上又發(fā)展設(shè)計(jì)出便于拆裝的SFKl3型減振器，在眉山車輛廠進(jìn)行批量生產(chǎn)后，正式命名為MSP602型減振器；隨后四方車輛廠與眉山工廠在SFKl3以及MSP602的基礎(chǔ)上，先后研制出了SLK27型減振器與MSP601型減振器，并于1986年設(shè)計(jì)研究出了各項(xiàng)穩(wěn)定性均較好的MSP603型減振器；1998-1999年，四方車輛研究所在以往減振器研究的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)開發(fā)的3A2型油壓減振器不僅大大降低了體積和質(zhì)量，而且性能和結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定和完善。20世紀(jì)80年代末至90年代初，株洲電力機(jī)車研究所研究開發(fā)出了ZS8型減振器以符合時(shí)代進(jìn)步的需要，該型減振器至今仍然有少量繼續(xù)生產(chǎn)和使用。1999年1月，戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所開發(fā)研制的QY型減振器實(shí)現(xiàn)了120 km/h的最高運(yùn)行速度。此外深圳業(yè)成公司TYG型減振器則是在消化吸收了國(guó)外迪斯潘減振器技術(shù)的基礎(chǔ)上自主研究開發(fā)的[8]。但是隨著機(jī)車運(yùn)行速度越來(lái)越快，對(duì)減振器的性能要求也越來(lái)越高，在運(yùn)行5萬(wàn)公里左右后，國(guó)內(nèi)大部分減振器出現(xiàn)漏油現(xiàn)象,這是由于隨著車輛速度的增加，車輛振動(dòng)加劇，對(duì)減振器的性能要求提高，這就要求減振器具有優(yōu)良的密封性能、強(qiáng)度以及阻尼等[9]。

綜上所述不難看出，國(guó)內(nèi)油壓減振器開發(fā)制造起步較晚，存在種類少、壽命和檢修周期短、故障率高、性能不穩(wěn)定[10]，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比還有一定的差距。減振器的質(zhì)量和技術(shù)直接影響鐵路車輛的提速，減振是提速和高速列車目前亟須解決的一大問(wèn)題，出于國(guó)產(chǎn)油壓減振器不能滿足提速和高速列車的性能要求，我國(guó)高速動(dòng)車組全部使用的是進(jìn)口油壓減振器，以柯尼、迪斯潘和薩克斯三大減振器為主，普通客車組部分使用的進(jìn)口，部分使用國(guó)產(chǎn)研發(fā)的減振器，這樣不僅增加生產(chǎn)成本，而且受到國(guó)外技術(shù)的制約。因此，應(yīng)加快高性能油壓減振器自主創(chuàng)新進(jìn)程，早日實(shí)現(xiàn)高速列車新型油壓減振器國(guó)產(chǎn)化替代。

2 鐵路行業(yè)減振器油品的性能要求和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 減振器油品的特殊工況和性能需求

從減振器結(jié)構(gòu)與使用條件對(duì)比來(lái)看，汽車和摩托車大多使用孔隙節(jié)流式單一阻尼，而鐵路行業(yè)多使用復(fù)合式阻尼，構(gòu)造更為復(fù)雜，同時(shí)鐵路機(jī)行業(yè)減振器油的使用工況更為苛刻，在重負(fù)荷、長(zhǎng)周期條件下運(yùn)行，振動(dòng)頻率高、行程范圍大、運(yùn)動(dòng)阻尼大，在黏溫性能、低溫性能、抗氧化性能、極壓抗磨性及橡膠相容性等性能上要求更為苛刻[11]。根據(jù)鐵路機(jī)車減振器的工作原理及使用環(huán)境，對(duì)鐵路行業(yè)減振器油主要有以下性能要求：

(1)優(yōu)異的黏溫性能。這是減振器油的重要工作性能，因?yàn)闇p振器油不斷升溫降溫，黏度也隨之升高降低，若黏度變化太大，油通過(guò)小孔的阻力也忽高忽低，使減振很不平穩(wěn)，即減振衰減大，因而要求減振器油有好的黏溫性能。

(2)較好的低溫流動(dòng)性。由于車輛的地理流動(dòng)性大，放置在室外的情況較多，同時(shí)考慮到北方冬天的寒冷天氣，要求減振器油傾點(diǎn)低于-40 ℃。

(3)優(yōu)異的極壓抗磨性能。在減振器工作時(shí)能有效潤(rùn)滑，保護(hù)減振器各工作部件，延長(zhǎng)使用壽命。

(4)較強(qiáng)的抗氧化性能。在路況較差時(shí)減振器油動(dòng)作強(qiáng)烈，這時(shí)行駛慢迎面風(fēng)流速度低，減振器油溫會(huì)升高達(dá)150 ℃以上，油溫時(shí)升時(shí)降，氧化較苛刻。實(shí)際操作中往往因減振器損壞需拆卸減振器時(shí)才順便更換減振器油，極少會(huì)專為換油而拆卸減振器，因而要求減振器油有較長(zhǎng)的使用壽命。

(5)良好的抗腐蝕性能及防銹性能。與減振器接觸的金屬有鋼、銅、鉻、粉末冶金以及鋅、鋁合金等，減振器油接觸這些材料，首先不應(yīng)使其腐蝕生銹。

(6)良好的橡膠相容性。防止由于密封材料與油品性能不匹配及易老化的原因造成油品滲漏和泄漏。

(7)優(yōu)良的抗泡性及抗乳化性。油品的乳化使阻尼特性降低，也是使節(jié)流閥和卸荷閥損壞的主要原因，油中含有空氣也是乳化的前提條件。

2.2 國(guó)內(nèi)外減振器油品的使用現(xiàn)狀和市場(chǎng)需求

目前我國(guó)鐵路行業(yè)減振器主要依賴進(jìn)口，國(guó)外在用減振器油是引進(jìn)油品和減振器一起試驗(yàn)、改進(jìn)、最后定型的，有相應(yīng)的減振器油產(chǎn)品與其相配套。但是國(guó)內(nèi)相應(yīng)的減振器油品研發(fā)空白，尚無(wú)專用的油品，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)遵循，檢修部門大多使用通用液壓油，由于鐵路行業(yè)減振器的特殊工況，普通的液壓油已不能滿足鐵路行業(yè)減振器的運(yùn)行要求，造成減振器漏油量大、氧化變質(zhì)時(shí)間短、缸內(nèi)磨損嚴(yán)重等現(xiàn)狀[12]。國(guó)內(nèi)正在使用的進(jìn)口減振器油產(chǎn)品的典型數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，對(duì)比國(guó)外三種減振器油的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同的工況、不同的車型和不同型號(hào)的減振器，使用的減振器油黏度、黏度指數(shù)及低溫性能的要求不同，可以根據(jù)實(shí)際使用工況選擇合適的減振器油產(chǎn)品。

表1 國(guó)外減振器油產(chǎn)品的典型數(shù)據(jù)

表1(續(xù))

鐵路機(jī)車車輛每節(jié)車廂有兩個(gè)轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架有4個(gè)一系懸掛垂向減振器，2個(gè)二系懸掛垂向減振器，2個(gè)二系懸掛橫向減振器，2個(gè)抗蛇形減振器，表2列出了國(guó)內(nèi)的幾個(gè)機(jī)車車型減振器的用油量。每個(gè)一系垂向減振器用油量大概為750 mL，二系垂向減振器用油量平均為1000 mL，二系橫向減振器平均為900 mL，二系抗蛇形減振器平均為1500 mL,每個(gè)轉(zhuǎn)向架需要減振器油9.8 L左右，每節(jié)車廂大概用油19.6 L，以動(dòng)車組16節(jié)車廂為例，每列動(dòng)車大概需要313.6 L減振器油。

表2 國(guó)內(nèi)幾種機(jī)車常用油壓減振器用油量 mL

2.3 評(píng)價(jià)方法

減振器性能的可靠和穩(wěn)定，需要通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)架來(lái)檢驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)減振器油沒(méi)有單獨(dú)的評(píng)價(jià)方法，只能將裝有減振器油的減振器進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)減振器的臺(tái)架試驗(yàn)主要有：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的J95型試驗(yàn)臺(tái)、FTS試驗(yàn)臺(tái)；同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院的J05試驗(yàn)臺(tái)；株洲聯(lián)誠(chéng)集團(tuán)減振器有限責(zé)任公司的JS30試驗(yàn)臺(tái)；南昌鐵路局的TNJ-2008型試驗(yàn)臺(tái)等，目前油壓減振器性能試驗(yàn)臺(tái)領(lǐng)域較為混亂：A企業(yè)生產(chǎn)的試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)合格的減振器在B企業(yè)的試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)，結(jié)果為不合格；C企業(yè)生產(chǎn)的試驗(yàn)臺(tái)能夠檢驗(yàn)垂向減振器、橫向減振器、抗蛇行減振器等，而D企業(yè)生產(chǎn)的試驗(yàn)臺(tái)只能檢測(cè)某一類減振器或者某類減振器中的某些型號(hào)減振器等問(wèn)題[13]。隨著試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)的進(jìn)步和減振器性能要求的提高，出現(xiàn)了許多新型試驗(yàn)臺(tái)，如液壓伺服式試驗(yàn)臺(tái)、伺服電機(jī)式試驗(yàn)臺(tái)等[14]，并且也對(duì)試驗(yàn)臺(tái)精密度和功能進(jìn)一步的提升。目前國(guó)內(nèi)檢測(cè)機(jī)車車輛油壓減振器執(zhí)行的最新標(biāo)準(zhǔn)為TB/T 1491-2015[15-16],機(jī)車車輛油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)為TB/T 2229-2004[17]，減振器在正式安裝在機(jī)車上使用之前，必須按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)減振器進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)，這些試驗(yàn)臺(tái)主要是對(duì)油壓減振器高低溫性能、阻尼性能、耐久疲勞性能及強(qiáng)度等進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)所有的試驗(yàn)均符合標(biāo)準(zhǔn)之后，減振器才會(huì)被安裝車輛上使用。

結(jié)合以上鐵路行業(yè)減振器及用油的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研，國(guó)外在減振器及油品的研發(fā)技術(shù)上已經(jīng)很成熟，而我國(guó)起步較晚，市場(chǎng)主要以進(jìn)口為主，目前國(guó)內(nèi)幾大車輛研究所雖然自主研發(fā)減振器，但是國(guó)內(nèi)相應(yīng)的減振器油品研發(fā)空白，尚無(wú)專用的油品，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)存在用油與實(shí)際需求不同步，從而導(dǎo)致減振器出現(xiàn)故障率高、壽命短的缺陷。因此，無(wú)論從技術(shù)需求還是市場(chǎng)需求，都應(yīng)該研發(fā)出相配套的鐵路行業(yè)減振器油。

3 建議與展望

隨著我國(guó)旅客列車運(yùn)行速度的不斷提高，尤其是動(dòng)車組及高速列車的大量運(yùn)用，為了更好地迎合國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的鐵路機(jī)車減振器，提高鐵路機(jī)車運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)保養(yǎng)周期，開展鐵路行業(yè)減振器專用油國(guó)產(chǎn)化的研發(fā)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為此提出以下建議與展望：

(1)加快高性能油壓減振器油國(guó)產(chǎn)化的步伐和自主創(chuàng)新進(jìn)程，早日為鐵路行業(yè)提供滿足各種工況需求有競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)產(chǎn)化鐵路行業(yè)減振器油系列產(chǎn)品。

(2)與國(guó)內(nèi)減振器OEM公司建立合作，收集相關(guān)減振器油產(chǎn)品，針對(duì)OEM公司提出的不同性能需求，研發(fā)相應(yīng)的減振器油產(chǎn)品。由于我國(guó)南北溫度差異大，針對(duì)不同的區(qū)域、不同的車型和不同的工況，研發(fā)不同級(jí)別的減振器油系列產(chǎn)品，避免選油不當(dāng)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

(3)應(yīng)加快解決減振器及用油的技術(shù)瓶頸，盡快制定相應(yīng)油品的國(guó)內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以確保鐵路車輛安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

收稿日期:2017-11-16。

作者簡(jiǎn)介:張遂心,工程師,碩士學(xué)位,2011年畢業(yè)于西北師范大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè),現(xiàn)從事工業(yè)潤(rùn)滑油油品的研究開發(fā)工作。E-mail:zhangsuixin_rhy@petrochina.com.cn