我国铁路轮轨润滑技术的发展_张念

代轨道交通运输领域中，轮轨摩擦与润滑关系到机车牵引能量消耗、行车安全、轮轨材料消耗及维修成本等，因此受到各国铁路部门重视。

随着列车运行速度的进一步提高，轮轨润滑问题变得越来越突出。

合理有效的轮轨润滑可减少轮轨磨损，对节能和提高机车牵引效率也有重要意义，同时可提高列车运行的安全性。

车轮与钢轨间的摩擦非常复杂，既有踏面的滚动摩擦，又有轮缘与轨道侧面的滑动摩擦，就轮轨润滑而言，关键技术是准确地将润滑剂输送到指定部位是技术的关键。

目前轮轨润滑技术大致分为车载轮缘润滑系统、车载钢轨润滑系统、地面钢轨润滑系统和车载轮缘固体润滑技术。

按润滑剂分为润滑油、润滑脂、油性润滑剂、固体润滑剂。

由于车辆的振动，车载钢轨润滑系统涂油位置的准确性很难控制，因此大部分同类润滑器受车速限制，有些地方使用专用涂油车。

车载轮缘润滑系统发展较迅速，各种形式和原理的车载轮缘润滑系统层出不穷。

美国曾进行了大范围的“地面+车载”轮轨润滑试验，两者结合使用可节省燃料消耗25%～35%。

在半径350 m的曲线上实施润滑，可减少列车运行阻力50%。

近年来，随着国民经济的快速发展，我国铁路运输事业得到长足进步，日新月异的装备现代化和相对滞后的基础设施维修、养护水平不相协调，突出的问题就是两者的结合点——轮轨关系。

1 曲线钢轨润滑20世纪90年代以来，我国铁路内燃和电力机车基本普及，货车载重量增加，钢轨承受的侧向力增加，磨损问题日趋严重。

特别是山区小半径区段，侧磨波磨问题十分突出，个别严重地段的新轨铺设４个月就因侧磨到限而更换，通过列车总重不到20 Mt/km，通常钢轨侧磨速率达到0.15 mm/Mt即为严重磨损。

在有关部门的调查结果中，超过上述数值的占18%，接近上述数值的我国铁路轮轨润滑技术的发展张念：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081摘 要：曲线钢轨润滑采用手动涂油和电动喷油的油脂润滑方式；采用溶剂型和固-液-固润滑、固体直接涂覆和智能涂覆的固体润滑方式。

机车轮缘润滑采用油脂润滑和固体润滑方式。

阐述“三新”轮缘润滑、“套管”润滑、二元固体润滑、美国机车轮缘固体润滑等固体润滑方式，对研究阶段的润滑方式和润滑材料对比试验进行分析。

根据我国铁路轮轨运用管理现状，对轮轨润滑技术进行经济效益分析，提出在曲线钢轨润滑和轮缘润滑领域符合我国铁路特点的轮轨润滑技术发展方向。

关键词：铁路轮轨润滑技术；曲线钢轨润滑；机车轮缘润滑；油脂润滑；固体润滑现占13%。

我国西部主要线路进行了电气化改造，由于地理特点，隧道、小半径曲线较多。

隧道内部净空是按蒸汽和内燃机车设计。

为了布设电力线，增加隧道净空，采用了减少下部道砟厚度的简单方法，造成道床弹性不足，也加速了钢轨的疲劳和磨损。

1.1 油脂润滑我国铁路工务部门一直投入大量的人力、物力进行轮轨润滑工作。

工务段主要采用在短途客车上安装涂油装置和每天指派专职涂油工随车作业。

通过涂油装置的油管将润滑油脂喷涂在钢轨侧面。

由于车辆振动和涂油过量，线路受到不同程度的污染，更严重的问题是钢轨磨损掉块（见图１）。

　1.1.1 手动涂油方式郑州铁路局使用手动涂油装置——涂油小车（见图２），隔天涂覆钢轨一次。

手动涂油装置包括预压力储油罐、手动喷射泵、油管和喷油嘴等部分。

首先油脂装入储油罐，用打气筒给储油罐加压，油脂在压力作用下进入手动喷射泵。

每天预定的列车进入管辖站后，涂油工将设备安装好并上车。

当列车进入需要润滑的曲线区段，涂油工往复压动喷射泵杠杆将油脂喷出。

列车到达下一站，涂油工拆除涂油装置并搭乘反向列车返回工区。

手动涂油方式的优点是喷射压力大，不易出现管路堵塞，列车风对喷射流体影响小。

缺点是压力不恒定，人为操作差别大，工人劳动强度大，喷涂过程受车辆振动影响位置不准。

为避免油脂误入轮轨踏面，安装时喷嘴位置预设偏下，因此轨距角位置不能得到足够的润滑剂。

润滑油脂选用石墨锂基脂，虽然选择高黏度矿油，仍然表现承载能力不足。

在陇海线洛阳段基本能够有效保护钢轨，但在太焦线的小半径区段，钢轨侧磨速率在0.25～0.5 mm/Mt。

采用喷涂润滑方式不可避免地产生飞溅和甩带，多次出现因踏面污染造成机车牵引失效而中断运输的事件。

1.1.2 电动喷油方式北京铁路局采用电动涂油装置实施曲线钢轨润滑（见图３），每天涂油一次，部分区段每天涂油两次。

电动涂油装置包括储油箱、齿轮泵、电源及开关控制系统，喷射动力靠电机驱动齿轮泵提供。

其优点是操作省力、喷射压力恒定。

缺点是具备涂油系统共有缺点，并对润滑油脂的流体动力学性能要求很高。

油脂流动性变化将直接影响喷涂位置和效果，因此冬季必须在油脂中添加柴油稀释，以保证润滑油脂有效喷出。

润滑油脂选用石墨锂基脂，为保证良好的流动性选用低黏度矿油，添加了部分“极压抗磨添加剂”，但承载能力仍然不足。

半径300～500 m的曲线区段，钢轨侧磨速率在0.10～0.25 mm/Mt。

1.2 固体润滑1.2.1 溶剂型固体润滑方式武汉和成都铁路局采用类似涂料的固体润滑技术，利用溶剂将树脂类物质和润滑剂溶解分散，然后用密闭容器存储并携带上车。

润滑装置通过齿轮泵和自带的电图１　钢轨磨损掉块图２ 手动涂油装置源将流体物质喷涂在钢轨表面，喷涂后溶剂挥发，润滑剂在钢轨表面形成润滑膜，涂覆量500 g/km。

其优点是不用列车供电，不受列车停站间隔限制。

缺点是具备喷涂方式共有缺点；有效润滑材料仅占重量的10%，其余90%是溶剂，因此润滑剂承载能力不足；钢轨表面的油渍、水气、灰尘和金属氧化物对成膜产生影响。

这种润滑方式对小半径曲线线路没有明显的润滑效果。

根据现场检测，涂覆一次润滑剂，25列重车通过后钢轨表面基本上没有存留润滑剂。

1.2.2 固-液-固润滑方式济南、南昌、西安、上海铁路局部分线路采用济南三新铁路润滑材料有限公司研究开发的“固-液-固”润滑方式（见图４），即固体润滑剂首先在地面预热融化后，装入保温桶保持液体状态携带上车，使用时放入喷涂装置中。

喷涂装置利用列车电能，在加热保温条件下通过齿轮泵将润滑剂喷涂到钢轨表面，液体遇冷凝固。

喷涂装置的喷嘴需加热，应保温在90℃以上。

喷嘴固定在未经减振的轴箱簧座上，减少了喷嘴的横纵向摆动，提高了喷射的准确性，涂覆量500 g/km。

其优点是不受列车停站间隔限制，无毒害，消除了钢轨剥离掉块。

缺点是具备喷涂方式共有缺点，需要大功率电力供应保证系统恒温在90℃以上，需要预热熔化，操作繁琐耗时，日常消耗成本高，润滑剂承载能力一般。

在半径500 m 以上的曲线、车速较快的区段减磨效果明显，如津浦、胶济、沈大、昌九线等。

在宝成、太焦线等小半径曲线集中的线路，特别是重车下坡区段，可减少钢轨磨损30%，优于涂油效果。

根据现场检测，涂覆一次润滑剂，50列重车通过后钢轨表面基本上没有存留润滑剂。

1.2.3 固体直接涂覆方式中国铁道科学研究院金属及化学研究所研制开发的“固体润滑技术”是一种直接涂覆技术，已在太原铁路局管辖的运煤通道推广应用。

其中，石太、南同蒲、北同蒲、京原线采用车载润滑装置（见图５），根据运量每周涂覆2～7次。

侯月、大秦线没有客车故采用人工涂覆。

车载润滑装置的润滑棒输出端与钢轨轨距角位置接触，随车体运动（曲线区段），在指定位置涂覆。

不需润滑的直线区段，润滑棒与钢轨不接触。

车载润滑装置的控制系统可根据线路、车速的变化改变润滑棒涂覆量，涂覆量120 g/km。

熟练的操作人员安装单侧机械手需30 s，拆卸需15 s。

涂覆一次润滑剂，50列重车通过后钢轨表面仍有肉眼可见的润滑膜。

固体直接涂覆方式在全国运量最大、线路条件最苛刻的太原铁路局应用数年，具有以下主要优点。

（1）润滑减磨效果与现有其他润滑方式相比，减少钢轨磨损2/3，延长曲线钢轨寿命3倍，95%以上的曲线钢轨侧磨速率为0.08 mm/Mt以下。

（2）采用直接涂覆，位置准确，不会误入钢轨踏面。

（3）用量少，成本低，与国内其他同类技术相比，日常消耗成本低70%。

图4 “三新”固-液-固润滑方式（4）固体物质很少遗漏散落，选用可生物降解材料，对线路没有污染，利于环保。

（5）避免了钢轨涂油剥离现象。

其缺点是车下设备需要停车补填润滑棒，受到搭载客车的停车时间限制。

润滑棒供给选用最快档，装满润滑棒可涂覆曲线净长24 km，也就是说客车两个相邻停车站需要润滑的曲线不能超过24 km。

1.2.4 智能涂覆方式神华集团朔黄铁路公司原平分公司在朔黄线采用一种搭载机车的智能曲线钢轨润滑装置，无人随车值守，地面站通过GPS远程监控。

车载主控制单元可接收TAX2平台数据，通过车速、里程和运行方向等参数控制曲线识别与喷涂。

润滑剂采用固-液-固方式。

2 机车轮缘润滑随着铁路机车运行速度的提高，原有的液体或半流体润滑方式逐渐显示出局限性。

突出问题是在列车气流作用下，喷涂的流体润滑剂飞散，污染机车车体和轮轨踏面，从而降低润滑效果，增加了管理难度。

另外，有些石墨类润滑剂被吸入牵引电机，减低了绝缘性能。

20世纪末，国外开始应用轮缘固体润滑技术，近年来国内相关技术得到飞速发展。

2.1 机车轮缘工况与润滑要求目前，在平原主要干线运行的机车，其轮缘侧磨速率通常在2.0～2.6 mm/105 km，一个新轮对经过三个中修期后轮径基本到限，无法坚持到大修。

因此，各机务段大多在第二个中修期换轮，由此造成浪费。

对于山区线路运行的机车采用轮缘涂油，其轮缘侧磨速率通常在4.0～8.0 mm/105 km，20万km需要镟轮一次，整个车轮经过三次镟修而报废，浪费惊人。

只有轮缘侧磨降低到2.0 mm/105 km以下，车轮寿命才能与大修同步。

目前，另一个突出问题是机车备用车轮不足，在车轮镟修整形过程中为保证轮径一致，加工量取决于机车磨损最严重的车轮。

因此，润滑效果不取决于机车车轮的平均磨耗，而取决于保护最薄弱的机车车轮，也就是人们常说的“木桶效应”。

无论机车设置几个润滑点，必须保证机车所有车轮润滑保护的均一性。

从机车使用工况来看，如果润滑棒耐冲击性差，润滑材料不是涂在轮缘上，而是变成碎块散落在线路上；如果润滑材料韧性过大，车轮表面粗糙，以切削方式快速消耗润滑棒，润滑材料很难附着在轮缘表面。

因此，润滑材料内部微观层间的结合力应小于润滑材料与车轮间的附着力，“涂得上”是润滑技术的关键。

考虑机车走行部的空间因素和维护方便，不可能在每个车轮上安装润滑装置，因此润滑装置必须保护相邻的3～5个车轮。

润滑材料应经过多次转移传递到车轮，使每个车轮受到保护，润滑材料的转移能力决定最终的润滑效果。

轮轨接触力最高可达到4 000 MPa，润滑材料本身的承载能力和保持时间是润滑效果的重要因素。

另外,由于机车全天候运行，要求润滑材料具有优良的抗水性，并且对轮轨没有腐蚀性。