道岔尖軌減磨劑的研究與應(yīng)用

郭宏偉++李學(xué)鵬++劉樹鐸

摘 要：在重載運(yùn)輸條件下，道岔尖軌磨耗十分嚴(yán)重，頻繁更換鋼軌不僅浪費(fèi)人力和物力，也給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來安全隱患。該文以固體潤(rùn)滑理論為基礎(chǔ)，研制了一種用于降低尖軌磨耗的尖軌減磨劑。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，在尖軌側(cè)面涂覆尖軌減磨劑能夠有效地降低尖軌磨耗，延長(zhǎng)尖軌使用壽命。

關(guān)鍵詞：道岔 尖軌 減磨劑

中圖分類號(hào)：U213.4+22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（a）-0076-01

1 研究背景

道岔是一種使機(jī)車車輛從一股道轉(zhuǎn)入另一股道的線路連接設(shè)備。由于道岔具有數(shù)量多、構(gòu)造復(fù)雜、使用壽命短、限制列車速度、行車安全性低、養(yǎng)護(hù)維修投入大等特點(diǎn)，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。

當(dāng)列車通過道岔側(cè)向時(shí)，產(chǎn)生的離心力對(duì)尖軌的縱向和橫向造成沖擊，導(dǎo)致尖軌側(cè)面磨耗，當(dāng)磨耗到一定程度時(shí)就需要更換道岔尖軌。尤其是當(dāng)重載列車通過道岔時(shí)，會(huì)加大對(duì)尖軌的沖擊力，加劇了尖軌的磨耗程度，縮短了尖軌的更換時(shí)間間隔。頻繁地更換尖軌不僅對(duì)運(yùn)輸造成重大干擾，而且新舊鋼軌不匹配造成的軌頂高差、作用邊錯(cuò)差等新病害，直接影響列車通過時(shí)的平穩(wěn)度和舒適度。同時(shí)新尖軌與基本軌貼密不好，搬動(dòng)轉(zhuǎn)換不靈等問題，也給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來極大隱患。

該文研制一種適應(yīng)于曲尖軌與輪緣摩擦面的潤(rùn)滑減磨劑，通過其優(yōu)異的附著、潤(rùn)滑性及高承載性，在曲尖軌磨耗側(cè)面形成附著力極強(qiáng)的潤(rùn)滑膜，從而最大限度的降低曲尖軌磨耗。

2 道岔曲尖軌磨耗機(jī)理分析

道岔與一般線路的區(qū)別不僅在于復(fù)雜的軌線布置和走行線路轉(zhuǎn)換，而且在于其多變的輪/岔接觸幾何關(guān)系。當(dāng)車輪對(duì)從基本軌過渡到尖軌時(shí)[1]，車輪輪緣與尖軌作用邊接觸點(diǎn)上的壓強(qiáng)很大，當(dāng)壓強(qiáng)超過尖軌的屈服應(yīng)力，接觸點(diǎn)頂部就發(fā)生塑性變形；同時(shí)車輪滾動(dòng)時(shí)，輪緣在尖軌側(cè)面產(chǎn)生滑動(dòng)，使接觸點(diǎn)的塑性部分和彈性部分的過渡區(qū)間出現(xiàn)變形，形成了曲尖軌的側(cè)面磨耗。

3 減磨方式的選擇

通過輪軌之間接觸狀態(tài)的分析可知，輪軌之間的磨損是不可能消除的，但是采用潤(rùn)滑的方法可以使磨損盡可能減少。目前輪軌減磨的主要方式分為油脂潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑兩種。

采用油脂類潤(rùn)滑，其長(zhǎng)效性差，承載能力低，在重負(fù)荷下油膜容易破裂，不能保證良好潤(rùn)滑；油脂不能在摩擦表面“輪廓峰”上面產(chǎn)生油膜，金屬直接接觸，仍造成磨損；另外油脂潤(rùn)滑還易產(chǎn)生油楔作用而加速剝離掉塊和道床污染。

固體潤(rùn)滑劑是一種以界面潤(rùn)滑原理取代油脂流體潤(rùn)滑原理的新型潤(rùn)滑減磨材料，具有很高的抗極壓性，且摩擦系數(shù)很小，能在摩擦界面間形成固體潤(rùn)滑膜，可以防止金屬表面微觀凸起穿透潤(rùn)滑膜，隔開摩擦副表面，從而起到減磨作用；同時(shí)，固體潤(rùn)滑劑能夠在尖軌摩擦表面的“輪廓谷”中潛伏潤(rùn)滑劑，作為補(bǔ)充轉(zhuǎn)移膜，在摩擦表面形成具有長(zhǎng)效性的潤(rùn)滑減磨帶。因此，針對(duì)車輪輪緣與尖軌側(cè)面這一特殊摩擦副的工作環(huán)境和摩擦磨損相互作用特性，應(yīng)以固體潤(rùn)滑原理為基礎(chǔ)，研制尖軌潤(rùn)滑減磨劑。

4 尖軌減磨劑的研制

4.1 基本性能要求

由于輪軌系統(tǒng)的特殊性，潤(rùn)滑的形式只能是邊界潤(rùn)滑。它通過第三介質(zhì)的作用，在金屬表面形成邊界潤(rùn)滑膜。邊界潤(rùn)滑的效果，很大程度取決于邊界膜的性能。尖軌潤(rùn)滑減磨劑在減小摩擦降低磨損的過程中，其減磨功能的實(shí)現(xiàn)是借助于潤(rùn)滑劑在尖軌摩擦表面形成的潤(rùn)滑膜來實(shí)現(xiàn)的，因此尖軌減磨劑應(yīng)具有如下的基本性能。

（1）與摩擦表面牢固地附著，有保護(hù)表面的功能。只有與摩擦表面牢固地附著，才能長(zhǎng)時(shí)間保留在摩擦系統(tǒng)中，才能防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間產(chǎn)生嚴(yán)重的熔焊或金屬的相互轉(zhuǎn)移。

（2）剪切強(qiáng)度低。只有具有低的剪切強(qiáng)度，才能使摩擦副的摩擦系數(shù)小，不產(chǎn)生不必要的動(dòng)力損失、溫度上升等，而且它的低剪切強(qiáng)度應(yīng)在寬溫度范圍不發(fā)生變化。如莫氏硬度較低的金屬-銀，其剪切強(qiáng)度較低，可以作為固體潤(rùn)滑劑。

（3）穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生腐蝕及其它有害作用。要求固體潤(rùn)滑劑具有良好的穩(wěn)定性，包括物理熱穩(wěn)定、化學(xué)熱穩(wěn)定、時(shí)效穩(wěn)定和無腐蝕作用。物理熱穩(wěn)定是指溫度改變不會(huì)引起相變或晶格的變化；化學(xué)穩(wěn)定是指在活性介質(zhì)中溫度變化不會(huì)引起劇烈的化學(xué)反應(yīng)；時(shí)效穩(wěn)定是指潤(rùn)滑劑能夠長(zhǎng)期放置而不變質(zhì)；而且對(duì)摩擦面無腐蝕，對(duì)環(huán)境無污染。

（4）較高的承載能力，又要容易剪切。如具有各向異性的層狀結(jié)構(gòu)的固體（如石墨）比各向同性的晶體更適合作為固體潤(rùn)滑劑。

4.2 組分的確定

通過上述分析可知，尖軌潤(rùn)滑劑應(yīng)以固體潤(rùn)滑原理為基礎(chǔ)，選擇合適的添加劑和粘結(jié)劑，通過配比試驗(yàn)選擇和現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)，最終選擇極壓抗磨劑、固體潤(rùn)滑劑、有機(jī)固體潤(rùn)滑劑、粘結(jié)劑和分散劑作為尖軌減磨劑的主要成分。

4.3 性能指標(biāo)

尖軌減磨劑的性能指標(biāo)如表1所示。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

研制的尖軌減磨劑在沈陽工務(wù)段管內(nèi)虎石臺(tái)工區(qū)長(zhǎng)大線44號(hào)道岔進(jìn)行使用，提速道岔為山海關(guān)橋梁廠生產(chǎn)12號(hào)提速道岔，每天涂覆一次。涂覆尖軌潤(rùn)滑減磨劑后，經(jīng)列車車輪碾壓，在尖軌摩擦面上形成黑色的固體潤(rùn)滑膜，油膜能夠保持24 h。在未涂覆尖軌減磨劑前，該道岔尖軌的平均更換周期120 d，使用尖軌潤(rùn)滑減磨劑更換周期為370 d。因此，涂覆潤(rùn)滑劑的尖軌使用壽命是不涂覆潤(rùn)滑劑尖軌使用壽命的3.08倍，減磨效果非常明顯。

6 結(jié)語

在對(duì)道岔尖軌磨耗機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，以固體潤(rùn)滑理論為基礎(chǔ)，研制了道岔尖軌減磨劑。研制的尖軌減磨劑具有優(yōu)異的附著性、潤(rùn)滑性、極壓性、長(zhǎng)效性，能在尖軌磨耗側(cè)面形成固體潤(rùn)滑膜，降低尖軌磨耗?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用證明，在尖軌側(cè)面涂覆尖軌減磨劑能夠有效地降低尖軌磨耗，延長(zhǎng)尖軌使用壽命達(dá)2個(gè)周期。尖軌減磨劑的研制為道岔尖軌的減磨提供了有效地技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)

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[3] 于春華.城市軌道交通道岔設(shè)計(jì)、施工及維修[M].北京：中國鐵道出版社，2012.endprint