延長500 m 長鋼軌座架滾輪使用壽命的措施研究

孫艷鵬，劉 寧

（北京中鐵科客貨運輸技術(shù)有限公司運輸技術(shù)研發(fā)中心，北京 100081）

1 研究背景

500 m 長鋼軌普通平車裝運方案在研究過程中借鑒了T11長鋼軌車的成功經(jīng)驗，同時在方案制定和裝載加固裝置設(shè)計上進行了創(chuàng)新，包括長鋼軌緊固方式、滾輪結(jié)構(gòu)、與車體的連接方式等。T11 專用車為方便縱向卸軌、收軌，滾輪采用的是滾動軸承，鎖定座架與車體鉚接為一體，結(jié)構(gòu)強度大；長鋼軌座架是500 m 長鋼軌普通平車裝運裝載加固裝置中重要部件，與車體是螺栓連接，其中鎖定座架與車體除了螺栓連接外，還增加了盤條拉纖，即便如此鎖定座架的強度和連接的強度仍無法和T11專用車的鎖定座架強度相比。為保證長鋼軌運輸安全，創(chuàng)新的使用了滑動軸承滾輪，滑動軸承與滾動軸承相比摩擦系數(shù)要大10倍以上，可以有效降低列車啟動、制動、坡道等工況下鋼軌對鎖定座架的縱向沖擊，保證長鋼軌的運輸安全[1]。

500 m 長鋼軌普通平車裝載加固裝置滾輪采用的是JH1復(fù)合自潤滑軸承，該軸承以鋼板為基體，中間燒結(jié)球形青銅粉，表面軋制聚四氟乙烯（PTFE）和鉛的混合物，是卷制而成的滑動軸承，具有摩擦系數(shù)小、耐磨性好、抗腐蝕性強的特點。

滾輪安裝在長鋼軌座架上，雖然不是主體結(jié)構(gòu)，但是滾輪對長鋼軌的運輸安全有重要作用。滾輪制作精度要求比較高，在運用過程中易發(fā)生損壞，如不及時更換會造成滾輪與鋼軌干磨、損傷鋼軌。滾輪損壞嚴(yán)重還可能導(dǎo)致鋼軌與隔梁直接接觸，給長鋼軌運輸造安全隱患。此外，滾輪大量損壞的極端情況下，會導(dǎo)致鋼軌與滾輪之間的滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，摩擦系?shù)大幅增加，車輛對路基的作用力也隨之增加，嚴(yán)重影響行車安全。

2 延長滾輪使用壽命措施

延長滾輪的使用壽命對長鋼軌運輸安全，提高經(jīng)濟效益有重要意義。為延長滾輪使用壽命，提出3 條措施：①規(guī)范潤滑脂的選擇；②選擇合理的的縱向卸軌方案；③加強維護保養(yǎng)。

2.1 潤滑脂的選擇

潤滑脂對滾輪的正常運轉(zhuǎn)有著重要作用，據(jù)統(tǒng)計，80%的機械設(shè)備故障是潤滑不良引起的，忽視潤滑脂的使用將造成滾輪壽命的降低，造成不必要的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重時將影響長鋼軌運輸安全。JH1 軸套具有自潤滑功能，不等同于不需要加注潤滑脂，由于滾輪長期在戶外使用，無法避免雨水、潮氣和塵土進入滾輪內(nèi)部，長期就會導(dǎo)致滾輪軸生銹，造成滾輪不轉(zhuǎn)和損壞，為延長滾輪的使用壽命滾輪內(nèi)部需加注潤滑脂。滾輪沒有注油孔，所以潤滑脂是在生產(chǎn)裝配過程中進行加注，滾輪在使用過程中一般不進行拆卸，因此加注潤滑脂有利于防水、防銹，延長滾輪的使用壽命。潤滑脂的種類非常多，不同的潤滑脂使用條件不同，下面來分析一下潤滑油的選擇。

軸套型號為JH-1 50 40。

2.1.1 滾輪轉(zhuǎn)速計算

經(jīng)過250 m 半徑曲線端部伸縮量計算：

（250-L）/（250-1.4）=250/250

伸縮量L=1.4 m，車輛行駛限速vmax=45 km/h，v軌=Lvmax/250=0.07 m/s。

坡道影響系數(shù)f1=2，制動、加速影響系數(shù)f2=2，則v軌max=v軌f1f2=0.28 m/s。

2.1.2 滾輪徑向壓力計算

500 m 長鋼軌共支承于72 個座架的滾輪上，屬于多跨連續(xù)超靜定梁，通過對力學(xué)模型進行多次超靜定方程組的求解。由表1可以看出，兩端第3 個座架所受的垂向壓力最大為Fmax=230 kN。

表1 座架承載計算結(jié)果

滾輪最大徑向載荷Pmax=230/50=4.6 kN，軸套壓強P=Pmax/（50×40×2）=4600/（50×40×2）=1.15 MPa，滾輪在露天工作，轉(zhuǎn)速較低、壓力適中，工作溫度一般在-20～70 ℃。

從滾輪結(jié)構(gòu)和滾輪的使用條件來看，不能用潤滑油代替潤滑脂，潤滑油粘滯性能差，會從滾輪軸與端蓋處間隙處揮發(fā)，無法長時間使用。按照稠化劑劃分，常用的潤滑脂有鈣基脂、鈉基脂、鋁基脂、通用鋰基脂和極壓鋰基脂等（表2）。

表2 常用潤滑脂的特點

根據(jù)滾輪的使用溫度，選用鈉基潤滑脂和通用鋰基潤滑脂比較合適，但鈉基潤滑脂防水性能差、易溶于水，且長鋼軌座架長期暴露在戶外使用，避免不了雨水進入，所以鈉基潤滑脂不合適。通用鋰基脂屬于長壽命、多用途的潤滑脂，可取代鈣基、鈉基及鈣鈉基脂，廣泛適用于-20～120 ℃各種機械設(shè)備的滾動軸承和滑動軸承及其他摩擦部位的潤滑，完全適用于500 m 長鋼座架滾輪。通用鋰基脂按其錐入度分為1 號、2 號和3 號（表3）。

表3 通用鋰基脂適用場景

根據(jù)滾輪的轉(zhuǎn)速和滾輪所受壓力選用2 號通用鋰基脂最合適。對于帶有自潤滑功能的軸套，潤滑脂的選擇往往被忽視，由上面分析可以看出，各種潤滑脂性能不同、適用場景不同，如果選錯潤滑脂將對滾輪的壽命產(chǎn)生較大影響。

2.2 縱向卸軌

500 m 長鋼軌普通平車裝運方案正常的裝卸長鋼軌方式是橫向群吊裝卸，但有個別情況如無鋪軌基地施工、鋪軌基地與現(xiàn)場之間需要過既有線運輸、施工單位為縮短工期等幾種情況下，需要進行縱向卸載長鋼軌?？v向卸軌方案的制定非常關(guān)鍵，施工單位一般會選擇使用T11 專用車的卸軌方式，直接將鋼軌從座架上縱向拖拽卸下鋼軌節(jié)省時間。由于T11 專用車的滾輪采用的滾動軸承滾輪，而500 m 長鋼軌座架采用的是滑動軸承滾輪。且500 m 長鋼軌座架鋼軌裝載完成后鋼軌之間縫隙較小，由于鋼軌在緊固裝置處軌底側(cè)邊是貼合在一起的，個別鋼軌有可能是相互堆疊的狀態(tài)，這也增加了縱向卸軌的阻力。此外，由于間隔不規(guī)律，個別鋼軌壓在兩個滾輪之間，導(dǎo)致縱向卸軌的時候不僅阻力增加，滾輪磨損非常嚴(yán)重[2]。

為避免縱向卸軌造成滾輪磨損和損壞，建議對卸軌方案進行優(yōu)化，即500 m 長鋼軌運輸?shù)叫盾壃F(xiàn)場后，增加卸軌輔助滾輪使待卸鋼軌與座架滾輪及其他鋼軌進行分離（圖1）。具體操作步驟如下：在座架隔梁的一側(cè)用千斤頂頂起待卸鋼軌，在頂起一定高度后，在座架隔梁的另一側(cè)墊上卸軌輔助滾輪，滾輪內(nèi)部采用滾動軸承，大幅度降低縱向卸軌的阻力，并防止鋼軌橫向位移，每根鋼軌用72 個（對稱卸載2 根鋼軌共144 個）卸軌輔助滾輪把鋼軌墊起后，再進行縱向卸軌作業(yè)，這樣即可將鋼軌順暢卸下，用鋪軌機配合將鋼軌直接鋪設(shè)在新建線路上。這種卸軌方案沒有改原裝運方案，加裝卸軌輔助滾輪在長鋼軌運輸?shù)浆F(xiàn)場后進行，不會對長鋼軌運輸安全造成影響，利用卸軌輔助滾輪使座架滾輪與待卸鋼軌分離，有效避免卸軌給座架滾輪造成的損傷[2]。

圖1 加裝滾動軸承滾輪

2.3 保養(yǎng)

滾輪銹蝕主要原因有3 個：①滾輪無法像座架其他部位一樣采取噴漆等防銹措施，表面噴漆后會改變滾輪的摩擦系數(shù)，影響鋼軌縱向鎖定安全；②長時間閑置，沒有防雨措施，導(dǎo)致滾輪內(nèi)部銹蝕，銹蝕嚴(yán)重造成滾輪卡死，再次運輸長鋼軌時，鋼軌就會把卡死的滾輪磨壞；③地域氣候影響，經(jīng)過實地考察，南方的長鋼軌座架用戶座架銹蝕速度明顯高于北方。

規(guī)范的維護保養(yǎng)和存儲對保證長鋼軌座架良好的技術(shù)狀態(tài)，預(yù)防故障發(fā)生有非常關(guān)鍵的作用。滾輪保養(yǎng)有4 個注意事項。

（1）定期對滾輪端蓋處涂油脂，雖然滾輪沒有注油孔，但是端蓋和滾輪軸之間的間隙需要油脂密封，防止灰塵和雨水進入滾輪，隨著滾輪的轉(zhuǎn)動部分油脂可以進入到滾輪內(nèi)部，達(dá)到注油的效果，對滾輪內(nèi)部防銹起到至關(guān)重要的作用。

（2）正常使用過程中滾輪的銹蝕速度很慢，而閑置過程中如果暴露在戶外風(fēng)吹雨淋會加速滾輪的銹蝕，長期閑置采取防雨措施非常有必要。

（3）對于個別不轉(zhuǎn)的滾輪要進行維修更換處理，否則有可能會導(dǎo)致對鋼軌的磨損，影響鐵路安全。

（4）加強監(jiān)督檢驗，《加規(guī)》中規(guī)定座架閑置超過一年時，繼續(xù)使用前需進行技術(shù)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果確定能否繼續(xù)使用，部分路局集團公司和使用單位在使用過程中也增加了檢測檢驗，有的單位是每年進行一次檢測，有的單位是在座架使用達(dá)到30次、45 次時進行檢測，這些措施對保證長鋼軌座架的正常使用，確認(rèn)滾輪組的狀態(tài)是否達(dá)到使用要求都有重要作用。

小結(jié)：①加注正確潤滑脂有利于提升滾輪的使用壽命，500 m 長鋼軌座架滾輪建議選擇2 號通用鋰基脂；②500 m 長鋼軌普通平車裝運方案應(yīng)盡量避免縱向卸軌，如果必須進行縱向卸軌，需將待卸鋼軌與座架滾輪分離，安裝輔助卸軌滾輪；③運用期間滾輪端蓋需進行涂油，閑置期間座架及滾輪需進行防雨保護，可以起到有效的防銹、防塵、防水作用，延長滾輪的使用壽命，定期檢測有利于保證滾輪良好的運用狀態(tài)。

3 結(jié)論

滾輪雖然不是長鋼軌座架的主體結(jié)構(gòu)，但是滾輪是關(guān)鍵易損件，對長鋼軌的運輸安全起著至關(guān)重要的作用，正確的選用潤滑脂，合理的使用卸軌方案，正確的存儲保養(yǎng)，能夠有效的保證滾輪良好的狀態(tài)，延長滾輪的使用壽命，減少因滾輪損壞造成的鋼軌磨損，提高500 m 長鋼軌普通平車運輸安全。