減速頂對(duì)液壓油的性能要求

高顯振，楊超，李猛，蒲麗娜，朱江 ，劉中國(guó)

(1.中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116031；2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油廠，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

減速頂是一種不需外部能源、不需外部控制，在鐵路編組站駝峰調(diào)速系統(tǒng)溜放車輛過程中起制動(dòng)作用的一種調(diào)速設(shè)備，在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用。在20世紀(jì)60年代末期，英國(guó)的道蒂(Dowty)公司參照其生產(chǎn)的飛機(jī)起落架上所用的液壓減震器設(shè)計(jì)，開發(fā)了應(yīng)用于鐵路編組站調(diào)車作業(yè)中的自動(dòng)調(diào)速裝置“Dowty”。中國(guó)于1974年11月開始，以鐵路局二調(diào)技術(shù)改造會(huì)戰(zhàn)指揮部牽頭，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)和鐵道科學(xué)研究院共同協(xié)作下，成功研制出我國(guó)第一代減速頂，并于1977年4月15日通過了鐵道部技術(shù)鑒定，正式命名為TDJ“減速頂”(漢語拼音的意義：T—鐵路；D—調(diào)車；J—減速)，并獲得全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)[1]。

TDJ減速頂在火車站駝峰調(diào)速系統(tǒng)全面使用后，使調(diào)車系統(tǒng)擺脫了人工鐵鞋制動(dòng)，減少了車輛途停、車輛超速連掛等調(diào)車事故發(fā)生，大幅度提高了調(diào)車效率[2]。對(duì)于鐵路調(diào)速系統(tǒng)來說，翻開了一個(gè)新的篇章[3]。

針對(duì)減速頂?shù)膬?nèi)部用潤(rùn)滑油液，國(guó)內(nèi)外尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和專用的液壓油，其油品使用工況與車用減震器油[4-5]、摩托車減震器油均存在一定差異。目前國(guó)內(nèi)減速頂大都使用10號(hào)航空液壓油作為工作介質(zhì)，其油品性能質(zhì)量直接影響減速頂使用壽命以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作的難度[6-7]。本文通過對(duì)減速頂結(jié)構(gòu)組成及工況進(jìn)行分析[8]，闡述了油品性能需求，同時(shí)對(duì)在用油出現(xiàn)的問題進(jìn)行剖析[9]，希望為以后的選油用油提供指導(dǎo)借鑒。

1 減速頂

1.1 減速頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

減速頂是用于駝峰調(diào)速系統(tǒng)中溜放階段，位于鐵軌兩端，不需要外部能源，無須外部控制，能根據(jù)溜放速度自身產(chǎn)生的動(dòng)作，達(dá)到減速的效果[10]。見圖1。

圖1 駝峰調(diào)速系統(tǒng)

從減速頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)來看，它主要由殼體和吸能帽兩大部分組成。殼體安裝在鋼軌的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，用螺栓固定在鋼軌軌腰，其作用是作為吸能帽的支撐和導(dǎo)向吸能帽的上下滑行。吸能帽由一個(gè)滑動(dòng)圓筒和一套活塞組件組成，并在圓筒內(nèi)充入一定數(shù)量的油液和惰性氣體(氮?dú)?，其中的活塞組件是減速頂?shù)男呐K部分，它主要由速度閥板、安全閥和彈簧等組成。

當(dāng)車輛溜放速度高于減速頂調(diào)定的臨界速度時(shí)，滑動(dòng)油缸被車輪壓下的速度相對(duì)高，上腔產(chǎn)生的流量較大，其中通過速度閥環(huán)形縫隙流向下腔的流量能產(chǎn)生較大的壓差，速度閥板所受的液壓力足以克服支撐彈簧的力，迫使速度閥迅速關(guān)閉；滑動(dòng)油缸繼續(xù)下滑產(chǎn)生的全部流量迫使上腔氮?dú)饧眲嚎s，使壓力迅速升高，直至將壓力閥打開，此時(shí)油液以一定壓力通過壓力閥流到下腔而消耗能量，因此減速頂對(duì)車輛起減速作用[2]。見圖2。

圖2 減速頂減速原理

1.2 減速頂工作工況

減速頂通常放置在駝峰調(diào)速系統(tǒng)溜放階段的鐵軌兩側(cè)，其外部環(huán)境溫度范圍為-40～40 ℃。根據(jù)其工作原理，工作時(shí)多節(jié)火車車廂從減速頂上依次壓過，其最大載重可達(dá)40 t，對(duì)油品的極壓、抗磨性能要求較高；液壓油瞬間溫度高達(dá)90 ℃以上，要求油品具有優(yōu)異的黏溫性能、低溫性能和抗氧化性能[5-11]。

1.3 減速頂用液壓油概況

針對(duì)減速頂?shù)奶厥夤r，國(guó)內(nèi)外尚無統(tǒng)一的用油標(biāo)準(zhǔn)和專用的液壓油，目前國(guó)內(nèi)減速頂大都使用低溫液壓油或10號(hào)航空液壓油作為工作介質(zhì)，但其低溫性能、黏溫性能[12]、抗磨性能及抗氧化性能稍有欠缺[8]。

2 某火車站在用液壓油分析

某火車站現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)減速頂均出現(xiàn)“硬頂”、“死頂”現(xiàn)象，在維修拆解現(xiàn)場(chǎng)減速頂?shù)耐瑫r(shí)，收集了在用某品牌10號(hào)航空液壓油，油樣的基本情況見表1。

表1 油樣基本信息

2.1 在用油基本理化分析

樣品1呈膠泥狀，無法進(jìn)一步做理化分析；樣品2經(jīng)過靜置分離出上層液體和膠泥后，分析其基本理化性能；樣品3經(jīng)過靜置分離出上層清液做基本理化分析[13]，見表2。

表2 在用油品基本理化分析

由以上數(shù)據(jù)可以看出，油品在使用一段時(shí)間后，油品的基本理化性能變化明顯，其黏度、凝點(diǎn)大幅度下降，酸值逐漸升高。

2.2 膠泥分析

取少量樣品1，經(jīng)過溶劑清洗、減壓抽濾后[14]，得到一層黑色物質(zhì)，使用掃描電鏡(SEM)和能譜(EDAX)分析對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性分析，如圖3。

圖3 經(jīng)過處理后膠泥的表面形貌

使用掃描電鏡可以看出該黑色膠泥物質(zhì)經(jīng)過處理后，表面為平滑的未知物質(zhì)。選取不同區(qū)域做能譜(EDAX)分析，結(jié)果如圖4。

圖4 不同區(qū)域能譜分析結(jié)果(上圖為區(qū)域1，下圖為區(qū)域2)

主要元素含量見表3。

表3 主要元素含量 %

根據(jù)EDAX能譜分析結(jié)果可以看出，黑色膠泥中主要元素為C、O、Fe元素。其中C、O元素說明黑色膠泥中主要是油泥，F(xiàn)e元素含量偏高則是磨損造成[15]。

2.3 油品元素分析

針對(duì)樣品2上層清液、樣品3和新油做元素分析，以研究在用油中油品品質(zhì)有無根本變化，如表4。

表4 樣品2和樣品3元素分析 μg/g

由油品元素分析結(jié)果可以看出：

(1)油樣2中有磨損后的金屬元素；

(2)相對(duì)比新油而言，樣品2和樣品3中的鋅、磷元素均有不同程度的下降，說明功能抗磨添加劑隨著使用時(shí)間急劇消耗，在不足一年的時(shí)間內(nèi)，已消耗殆盡。

3 結(jié)論

根據(jù)上述研究，目前使用的10號(hào)航空液壓油出現(xiàn)膠泥、硬頂可能的原因是：(1)10號(hào)液壓油中的抗氧化能力比較差、使用后生成的油泥量大。(2)目前使用的液壓油潤(rùn)滑性能不足，在用油和膠泥中均有鐵元素。(3)目前的潤(rùn)滑油不適用于減速頂?shù)氖褂霉r，功能添加劑隨著過程急劇消耗，不足一年時(shí)間已消耗殆盡。因此，需要針對(duì)減速頂特定工況開發(fā)設(shè)計(jì)專用油品，才能夠更好地滿足相應(yīng)工況要求，保障設(shè)備及火車安全。