1前言
1.1 研究设计的背景
随着经济的快速发展以及铁路交通运输发展的蒸蒸日上，铁路交通运输的速度和运量也随之增加。从而钢轨将产生各种损伤，尤其是铁轨磨损问题日益突出，其中铁路繁忙干线钢轨侧磨现象呈大幅度上升的趋势，并且一直是制约铁路交通运输安全生产的重要问题之一。
众所周知，铁路干线中存在大量的曲线区段，在这些区段中铁轨因受圆周力而产生磨损。因此在曲线半径小、坡度大较为困难的区段，以及新建成的或新更新的线路上，经常会出现铁轨及轮缘道德非正常磨损。通常情况下，铁路列车运营所引起的钢轨磨损远远大于自然环境对铁路轨道的侵蚀作用，特别是处于小半径曲线上的钢轨。曲线钢轨对列车轮对具有导向作用,车轮与钢轨之间产生相互的粘着和滑动,从而使轮轨的磨耗和损伤十分严重，其具体表现是曲线区段钢轨侧磨加剧，致使导轨的几何形状发生改变，有效截面积减少，因而影响铁路交通运输的安全性，所以就必须在铁路钢轨磨损达到一定限度时更换新的铁轨，以保证安全运营。由此可知铁路轨道的非正常磨损不但增加了检修费用以及机务检修的工作量，而且影响列车的正常运营；同时，铁轨的更换会造成巨大的经济浪费，并且铁轨维护费用的消耗更是超出想象。因此要解决铁路钢轨侧磨的问题，以便使铁路交通运输更为经济。
1.2 研究设计的现状
铁路交通运输中铁轨的磨损造成巨大的经济浪费，因此对减少或在一定程度上减轻铁轨的磨损成为各国急需解决的问题，以便在资源日益减少的时代走可持续发展的道路。影响钢轨磨损的因素很多，但最为主要的因素也就是一直研究的如下的几个因素。在铁路交通运输中列车的运行是通过轮轨相互作用产生的牵引力和制动粘着力来实现的，其中粘着力就是摩擦力，在运行中如果没有粘着力也就是摩擦力，列车将会原地不动，而列车的空转就会擦伤铁轨；但是如果粘着力过大，那么列车车轮抱闸在铁轨上滑行，就会在车轮上产生偏疤。铁路轮轨的纵向牵引粘着力推动列车运行，同时还存在横向的牵引粘着力，两者共同影响铁路钢轨的磨损。
铁路钢轨的侧磨机理如下：机车在曲线上行使时,导向轮往往存在两点接触,除踏面接触外,外轮缘与外轨在轨距测量点处相互贴靠,导向轮就在这一点上冲击钢轨,钢轨也在该点对车轮产生导向力；同时, 轨距线的切线方向与轮轨接触点上的轮对运行方向形成一个冲角,轮轨之间的导向力和冲击角是曲线钢轨侧磨的主要原因。当轮轨
之间存在导向力时,轮缘与钢轨轨头侧面接触点上的压强很大,当压强超过钢轨的屈服应力极限时,接触点顶部就会发生塑性变形,若此时轮缘与钢轨轨头侧面之间不存在润滑表面膜,那么在两表面接触点处将发生粘着,同时在车轮滚动时轮缘在钢轨轨头侧面产生滑动,使接触点的塑性部分以及弹性部分的过渡区间出现变形,从而形成了钢轨轨头侧面磨耗。轮缘与铁轨的接触如下图所示：
图1.1 轮缘与铁轨接触图
针对不可避免的铁路轮轨磨损，不同的国家从不同的角度采取了不同的减少磨损的方法，例如有通过增加铁路钢轨重量和提高钢轨技术性能两方面来提高铁轨塑性变形极限来减少磨损的；有通过将铁路曲线段的普通铁轨更换为强度更高的铁轨来提高铁轨寿命以达到节约钢材的目的；有从轮轨相互关系入手的，利用轮轨间的蠕滑力导向作用来改善轮轨间的接触条件和摩擦条件，以期望轮轨的磨损减少到可以控制的程度；有采用改善曲线钢轨结构（如曲线钢轨不对称面打磨技术）以减缓侧磨发生的；于此同时还有采用轮轨润滑技术来降低轮轨磨损的。
通过对轮轨磨损的研究发现轮轨润滑能够有效地减少轮轨磨损，所以国内外都对轮轨的润滑进行了深入的研究。研究发现合理有效地轮轨润滑可以在一定程度上减少铁路轮轨的磨损，能有效地提高机车牵引效率和环保节能，与此同时还可以提高列车运行的安全性。轮轨润滑的研究发现机车车轮与铁道钢轨之间的摩擦非常的复杂，不但有机车车轮与铁轨踏面之间的滚动摩擦，还有轮缘与轨道侧面的滑动摩擦，对于轮轨润滑来讲，其关键的技术是能够准确地将润滑剂喷涂到指定部位以减少轮轨的磨损，尤其是在曲线区段要把一定量的润滑剂喷涂到轮轨指定部位。目前关于轮轨润滑技术的研究方向大概分为对轮缘润滑的车载式轮缘润滑系统、对铁路轨道润滑的车载式钢轨润滑系统和地面钢轨润滑系统、以及车载式轮缘固体润滑技术。对钢轨侧面润滑的装置有人工涂油小车、轨道滑车、地面钢轨润滑器以及车载式内侧润滑装置等；
而对轮缘喷涂润滑剂的装置有车载式轮缘涂覆装置等。
就目前研究以及发展的现状来说，为减少轮轨磨损所主要采用的方式是利用车载式钢轨润滑涂敷机向轮轨顶侧面喷涂润滑剂，以保证润滑剂对钢轨顶部或车轮踏面不产生污染。润滑涂覆装置喷涂润滑剂的方式有溶剂型、固-液-固润滑、固体直接涂覆和智能涂覆的润滑方式。
1.3 设计内容及意义
1.3.1 设计内容
（1）设计内容
对行车轨道进行润滑可减少车轮和轨道之间的磨损，节省备件及维修费用，降低行车的运行成本，延长车轮和轨道的使用寿命。由于减少了车轮和轨道之间的摩擦，因此可降低行车运行时产生的噪音。
设计一种便于使用维护的机车干式轮轨润滑装置。以机车速度为控制信号，自动控制地周期推动喷头的柱塞，驱使油脂以定量雾化形态，连续、均匀地喷出，并能准确地喷到轮轨内缘上，达到全自动控制地进行轮轨润滑作业，实现铁路全线的轮轨润滑。
保证油膜不向轨顶扩散，不污染道床和轨道结构。包括加热系统设计、喷涂系统设计和整体结构设计。
（2）设计要求
油脂罐容量：30公斤，可供润滑距离约1000公里；
油脂罐喷头安装在构架上能使喷出的雾状油脂喷在轮缘的根部位置上即：喷嘴中心线与轮对水平中心线成45度角，轮对在构架中心位置时喷嘴与轮缘之间距离在40～45 mm内，喷嘴与车轮踏面之间垂直距离在28～32 mm内。
工作环境温度: -50 ℃～+70 ℃；
额定工作电压: 45 V；
油脂消耗量: 30克/公里；
加热保温温度：130 ℃；
轮轨间距：1435 毫米。
每个喷嘴组合都位于机车底盘的外面,由计量器计量活塞、喷嘴和防护外壳以及架设硬件所组成。所有的组件经设计可以抵御严峻的环境暴露。喷嘴能以每秒三个周期喷射润滑脂并且能独立地控制给机车处于曲线时对轮轨喷涂。
1.3.2 设计意义
通过使用设计的铁路润滑涂敷机对铁路行车轨道进行润滑，从而减少车轮和轨道之间的磨损，节省备件及维修费用，降低行车的运行成本，延长车轮和轨道的使用寿命。与此同时由于减少了车轮和轨道之间的摩擦，因此可降低行车运行时产生的噪音。
2 设计原理及方案
2.1 设计原理
便携式高铁轮轨固体润滑涂敷机的设计原理是采用“固-液-固”的润滑方式通过涂敷机将润滑剂喷涂到铁轮轨道指定的部位，以期达到润滑轮轨减少磨损的目的。具体的过程是首先将固体润滑剂在地面预热融化，然后将其装入具有保温作用的涂敷机的桶体内以保持液态状态携带到列车上，在需要喷涂润滑剂时利用列车上的电能通过液压泵将液态的润滑剂喷涂到轨道上。喷涂到轨道钢轨表面上的液态润滑剂遇冷凝固，冷凝到铁轨的表面达到润滑的效果，并且不会对轨道及车轮造成污染。喷涂装置中需要加热的装置还有喷嘴，应使其能够保温在130℃以上，使其能够在气温低下环境恶劣的情况下仍能喷涂润滑剂。喷嘴固定在未经减震的轴箱簧座上，减少了喷嘴的纵横向的摆动，提高了喷涂润滑剂的准确性。其工作原理示意图为：
图2.1 工作原理示意图
2.2 设计方案
在减缓铁路曲线区段钢轨磨损磨耗各项措施中，钢轨润滑是一种操作方便、效果明显、行之有效的技术措施。在对钢轨涂覆润滑剂时有多种不同点的方式，例如人工涂油、涂油小车以及地面涂油器等，这些方式均以油脂作为润滑材料，虽然在铁路运行中对钢轨磨损磨耗有一定的减缓作用，但在减磨效果、污染道床、长期性以及加速钢剥离等方面均存在一定的不足。与此同时，钢轨干式润滑剂与油脂相比较，具有抗极压性强、减磨效果突出、长效性强、不产生油楔作用、不会因为润滑而加速钢轨剥离掉块和不污染道床等优点，同时对减缓小半径曲线钢轨磨耗效果明显，经济效益显
著。但是干式润滑剂在常温下为固态，对润滑剂的直接喷涂造成困难，从而对车载式的应用带来了一定的困难。
从上面的叙述可以了解到对润滑剂直接喷涂时技术的不足之处，为了克服其不足之处才有了便携式固体润滑涂敷机的研究设计。便携式固体润滑涂敷机具有不同于以往涂敷机的诸多优点，其结构简单，操作方便，工作安全可靠性高，并且能够代替人工涂覆的车载式曲线钢轨干式润滑涂覆装置，因此可以节约资源，降低铁道部门的运营成本。
设计方案是在采用“固-液-固”涂覆技术之上而进行研究设计的。设计研究的方案是：便携式固体润滑涂敷机有几个相互关联的部件组成，部件之间良好的相互关联性保证了涂敷机正常的工作状态，涂敷机包括的部件是车架、固定在车架上的涂覆设备、与涂覆设备相连接的喷嘴以及喷嘴的定位系统，其上所述的涂覆设备包括固定在车架上的加热保温桶、置于桶内的搅拌器总成、油泵总成以及内有管道；而在加热保温桶之外有连接在内油管道上的保温输料管、固定在加热保温桶上盖上的搅拌器手柄以及喷油嘴。便携式固体润滑涂敷机的加热保温桶的内部为柱状腔体，其桶体以及桶体盖均为内层与外层结构，在内层和外层之间设有保温层，在沿桶体的内腔面和底面设有加热器总成，位于加热保温桶内腔中心设有搅拌器总成，搅拌器总成的底端设有U型搅拌爪，油泵总成设置在加热保温桶内腔中心外侧，在桶内腔中有一对内有管道分别连接在相应的油泵总成之上；内油管、搅拌器总成、油泵总成全部固定在桶体盖上；在加热保温桶之外，内油管连接保温输料管，搅拌器总成上设置搅动的手动手柄，同时桶盖上固定的油泵总成上端分别通过油泵皮带轮、0型皮带连接伺服电机；加料口与加料口盖以及输料口均设置在加热保温桶的上盖上，同时固定的上罩位于油泵总成、保温输料管的上方，而搅动手柄突出与上罩之外，输料管通过油泵总成的管道将桶内的润滑剂输送到喷嘴，加料口由管道通过桶体盖后与桶体内腔相通；在保温输料管内设置有电热丝，以便其再温度低的恶劣的环境下仍能够正常工作，保温输料管连接喷嘴总成，喷嘴总成的喷嘴内部也设有电热丝，并且喷嘴与铁道钢轨的内侧相对应；固定于保温桶外部的电控箱、伺服电机均以及电加热总成与列车36V的电源相连接以便其能正常工作。
油脂罐喷头安装在构架上能使喷出的雾状油脂喷在轮缘的根部位置上即：喷嘴中心线与轮对水平中心线成45度角，轮对在构架中心位置时喷嘴与轮缘之间距离在40～45 mm内，喷嘴与车轮踏面之间垂直距离在28～32 mm内。每个喷嘴组合都位于机车底盘的外面,由计量器计量活塞、喷嘴和防护外壳以及架设硬件所组成。所有的组件经设计可以抵御严峻的环境暴露。喷嘴能以每秒三个周期喷射润滑脂并且能独立地控制给机车处于曲线时对轮轨喷涂。
为了达到便携的目的，在焊接的车架低装上两对车轮并且在车架上焊接前后两个车把，四个车轮分别位于车架的四个角，使车能够稳定的行走，同时为了便于控制小车的行走与静止，在后车轮的两个轴上分别设有车轮锁紧机构。
方案中保温输料管是由耐温胶管、保温层以及位于耐温胶管管腔中的电热丝组成，其能在温度较低的环境中输送润滑剂。
所设计方案的工作过程是：将在地面加热装置融化的液态干式润滑剂加入到涂覆装置中的保温桶内，在列车运行时在需要屠夫的路段开启涂覆装置的开关，干式润滑剂经过液压泵的加压通过保温加热管道输送到喷嘴，在通过喷嘴的喷雾功能将干式润滑剂以雾状的形态喷涂到指定的部位，当液态雾状的润滑剂接触到轨道铁轨内侧时遇冷凝固成固态，再经过车轮的碾压在钢轨需要保护的位置形成一层连续的干式润滑薄膜，减少钢轨的磨损磨耗。
图2.2 便携式高铁固体润滑涂敷机外观图
涂敷机的喷嘴固定在车轮轴弹簧座上，其固定形式如下图所示：
图2.3 喷嘴固定图
3 零部件的选择
3.1 加热器的选择
加热器的选择有铸铝加热器和PTC型陶瓷加热器。这两者均有各自的优点，铸铝加热器的优点是：铸铝电加热器是以管状电热元件为发热体，用优质铝合金材料为外壳经压铸成型的电加热器，其使用温度一般在摄氏150～450度之间可广泛应用于塑料机械、模头、电缆机械、化工、橡胶、石油等设备上。铸铝电加热器是一种高效热分部均匀的加热器，热导性极佳的金属合金，确保热面温度均匀，消除了设备的热点及冷点。具有长寿命、保温性能好、机械性能强、耐腐蚀、抗磁场等优点。将外散热面增加保温装置，内散热面烧结红外线这样可节约用电35%。表面负荷可达到3-5.0W/cm2。同时在加热器外部增加保温层，热效率更高，可以节约用电20%左右。
而PTC型陶瓷加热器的优点是：PTC加热器有热阻小，换热效率高的优点，是一种恒温省电的电加热器，它的一大突出优点在于安全性能上，任何情况下均不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象，从而引起烫伤，火灾等安全隐患。其显著特点是:省成本，长寿命；安全，绿色环保；节约电能。但是PTC型陶瓷加热器的缺点是其多用于小型的电热电器中，不适合用在大型的电加热器中。
由设计方案中可以了解到所采用的方案，之所以采用铸铝加热器有诸多原因，其原因不但表明采用铸铝加热器的意图也说明了其优点。在设计方案中加热保温桶体所采用的材料是铸铝加热器，其形状为桶装，能够很好的贴合到设计的桶体，应为该铸铝加热器桶体的大小可以根据所设计的桶体的大小来加工，其不但能够起到加热润滑剂的作用，还能在一定程度上阻止热量的散失，其外形如下图所示：
图3.1 铸铝加热器
输料管的选用有耐温胶管、尼龙管、以及钢管。耐温胶管的特点是耐高温寿命高；尼龙管具有价格低廉，弯曲方便等特点，但是寿命较短，多用于低压系统替代铜管使用；钢管的特点是：承压能力强，价格低廉，强度高、刚度好，但是装配和弯曲较为困难，并且散热能力强。
输料管采用耐温胶管，而不采用尼龙管与钢管，这是因为钢管散热能力强不具有保温能力，而尼龙管寿命低不具有经济效益。输料管采用聚四氟乙烯材料制造而成的耐温胶管，应为聚四氟乙烯的应用范围广并具有足多优点，能够很好的适合便携式固体润滑涂覆机的要求。其特点是：外观组织细密，无机械杂质且强度高，具有优良的化学稳定性，耐腐蚀、密封性、自润滑不粘性、电绝缘性和优良的抗老化能力，可在-60℃～250℃的环境下长期使用，具有可靠优良的耐腐蚀性，可用于输送高温下的强腐蚀介质，并可加工成复杂的形状，而且质量有保证。由于采用特制高档聚四氟乙烯软管和耐高温编织网，该耐温胶管适用于高温、腐蚀、高压的特殊环境。同时在3kg/cm 2的气压下软管内部可以承受250℃高温蒸汽，同时表皮温度不超过60℃，保证作业安全，并在10kg/cm2蒸汽压力下能够正常使用。该耐温胶管经特殊装配处理，全长2m(包括两端接头)的软管仅重500克。大大减轻操作人员的工作强度，同时柔软度强，可自由弯曲，绝对不打死褶阻碍通气。由于采用先进技术可以承受180kg的拉力，正常使用过程中绝无损坏，所以其具有抗破坏性能强的优点，并且经久耐用。由以上的特点可知选用聚四氟乙烯耐温胶管可以长时间使用不必进行更换，极大降低使用成本，提高使用效率，经济实用，特别适合在铁路上恶劣的环境下工作。耐温胶管如下图所示：
图3.2 耐温胶管
搅拌器的选择类型有涡轮式搅拌器、桨式搅拌器以及锚式搅拌器。桨式搅拌器有平桨式和斜桨式两种，平桨式搅拌器由两片平直桨叶构成，桨叶直径与高度之比为4～10,圆周速度为1.5～3m/s，所产生的径向液流速度较小；斜桨式搅拌器的两叶相反折转45°或60°，因而产生轴向液流。桨式搅拌器结构简单，常用于低粘度液体的混合以及固体微粒的溶解和悬浮。
涡轮式搅拌器由在水平圆盘上安装2～4片平直的或弯曲的叶片所构成。桨叶的外径、宽度与高度的比例一般为20:5:4，圆周速度一般为 3～8m/s。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应过程，被搅拌液体的粘度一般不超过25Pa?s。
锚式搅拌器桨叶外缘形状与搅拌槽内壁要一致，其间仅有很小间隙,可清除附在槽壁上的粘性反应产物或堆积于槽底的固体物，保持较好的传热效果。桨叶外缘的圆周速度为0.5～1.5m/s,可用于搅拌粘度高达200Pa·s的牛顿型流体和拟塑性流体。
综上所述选用锚式搅拌器，因为其叶外缘形状可以作成与加热保温桶体内壁一致，能够清除桶壁上粘着的润滑剂，使搅拌器不但可以搅拌润滑剂使其保持较好的传热效果，而且可以清洁加热保温桶壁。锚式搅拌器如下图所示：
图3.3 锚式搅拌器
钢管的选择有冷轧钢管与热轧钢管，冷轧钢管与热轧钢管分别具有各自的特点。热轧的优点:在其内部破坏钢锭的铸造组织，钢材的晶粒得到细化，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，钢材在一定程度上不再是各向同性体；在高温和压力作用下浇注时形成的气泡、裂纹和疏松也可以被焊合。其缺点是:钢管经过热轧之后，硫化物、氧化物以及硅酸盐等存在于钢材内部的非金属夹杂物被压成薄片，从而在钢管内出现分层（夹层）现象，钢材沿厚度方向受拉的性能因为分层现象的发生而大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂，焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比载荷引起的应变大得多；同时在热轧后不均匀冷却造成残余应力，残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，这类残余应力存在于各种截面的热轧型钢，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响，例如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的影响。再者热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边线都没法要求太精确。
冷轧是指在常温的环境下，钢板或钢带经过冷拉、冷弯、冷拔等冷加工工序被加工成各种型式的钢材。冷轧的优点是钢材的成型速度快产量高，而且不会对涂层造成损伤，还可以将钢材作成各种截面形式，以便其适应设计使用的要求；钢材在冷轧后会产生很大的塑性变形，因此是钢材的屈服极限的到提升。冷轧的缺点是：在冷轧的成型的过程中虽然没有经过热态塑性压缩，但在成型的钢材内仍然存在残余应力，并对刚才的整体和局部弯曲的特性产生影响；冷轧型钢一般为开口截面的样式，使得截面的自由扭转度降低，冷轧钢材在受弯曲应力时容易出现扭转，在受压应力是易出现弯曲，总之冷轧钢的抗扭性能较差；冷轧成型钢壁厚较小，在板件衔接的转角处没有加厚，使其承受局部性的集中载荷的能力减弱。
热轧和冷轧的主要区别是：冷轧成型钢允许截面出现局部弯曲，从而可以充分利用杆件弯曲后的承载力；而热轧型钢不允许截面发生局部弯曲。热轧型钢和冷轧型钢残余应力的产生原因不同，所以在截面上的应力分布也有很大差异。冷弯薄壁型钢截面上的残余应力分布是弯曲型的，而热扎型钢或焊接型钢截面上残余应力分布是薄膜型，冷弯薄壁型钢在受残余应力方面更具优势。热轧型钢的自由扭转刚度比冷轧型钢高，所以热轧型钢的抗扭性能要优于冷轧型钢。
综上所述选用冷轧钢，因为涂覆小车主要承受压应力与弯曲应力，冷轧薄壁钢管能够在其应力极限范围内负载小车的总载荷，并且冷轧薄壁钢管的质量较轻，减少润滑涂覆机得总总量，使其便于搬运。冷轧钢管如下图所示：
图3.4 冷轧钢管
3.5 搅拌器的固定
搅拌器的固定有三种形式可以选择，它们分别是双支点各单向固定其中一对圆锥滚子轴承正装与反装，另一种方式就是用一对深沟球轴承的双支点各单向固定。圆锥滚子轴承的正装与反装在安装时，可使轴承达到理想的游隙或所需的的预紧程度。但是在支承距离相同的条件下，压力中心间的距离正装要小于反装，因此正装的支撑刚性较反装差。在受热变形方面，因为运转时轴的温度一般高于外壳的温度，轴的轴向和径向将大于外壳的热膨胀，反装的结构中减少了预调的间隙，可能导致卡死，而反装可以避免此种情况的发生。
深沟球轴承用于双支点各单向固定的支承在轴承安装时。可以通过调整端盖端面与外壳之间垫片的厚度，使轴承外圈与端盖之间留有很小的轴向间隙，以适当补偿轴受热变形伸长，由于轴向间隙的存在，这种支承不能做精确定位。由于轴向间隙不能过大(避免在交变的轴向里作用下轴来回的窜动)，因此这种支承不能由于工作温度较高的场合。
选择双支点各单向固定其中一对圆锥滚子轴承反装，因为在将搅拌器固定在上盖上后搅拌器的下端较长采用反装使得搅拌器更为稳定，而深沟球轴承的固定需要两端都固定，结构更为复杂且不能用于高温的环境下所以不采用。
3.6 液压泵的选择
液压泵的选择范围之中有三种，即齿轮泵、叶片泵以及柱塞泵。齿轮泵的优点是结果简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，自吸能力强（容许的吸油真空度大），对油液污染不敏感，维护容易。它的缺点是一些机件承受不平衡径向力，磨损严重，泄露大，工作压力的提高受限制，此外，它的流量脉动大，因而压力脉动和噪声较大。
叶片泵输出流量均匀，脉动小，噪声小，但是结构较复杂，吸油特性不好，对油中的污染也比较敏感。
轴向柱塞泵中具有结构紧凑，功率密度大，重量轻，工作压力高，容易实现变量，但是柱塞泵对油液的污染较为敏感。
由以上可知选择齿轮泵，虽然齿轮泵存在缺点，但是齿轮泵对油液中的污染较叶片泵与轴向柱塞泵不敏感，能够更好的适应恶劣的工作环境，并且不需要经常清洗。齿轮泵如下图所示：
图3.5 齿轮泵
4 设计计算
4.1 桶体容积的计算
油脂罐容量：30公斤，可供润滑距离约1000公里；润滑剂的密度为0.9（×1000千克/立方米）。同体的容积为v ，由公式 V=
ρm 得V=
9.030=0.034m3. 桶体的容积公式是：
V=h R 2π
取桶体的直径为d=400mm ，高h=360mm ，则：
V=()()4
1036010400323--????π=0.0453m 所选的桶的直径与桶体高度符合设计要求。所以桶体的直径d=400mm ，桶体的高度h=360mm 。
4.2 车架钢管的校核
车架钢管选用冷拔钢管，钢管的直径d=20mm 。油脂罐容量为30公斤，则油脂的重力由公式：
F=mg
得F=mg=30×10=300N
车架低的受力分析如下图所示：
图4.1 车架受力分析图
则：0=A M 得 F·L1=F·（L1+L2）
又F1+F2=F ，
得 F1=120N
F2=180N
所以由 M1=F1·L1
M2=F2·L2
得 M1=120×0.3=36N
M2=180×0.2=36N
由W=
[]43132απ-D 且D
d =α（d 为管内径，D 为管外径） 得85.020
17==α ()[]36433103752.085.01102032
m W --?=-???=π
由 W
M =σ 得： 63
10
3752.01036--??=σ =0.0959Mp
车架的冷轧钢管所受的弯曲应力远远小于冷轧钢管材料低的弯曲许用应力，所以所选的冷轧钢管完全能够满足设计的要求。
4.3 液压泵的计算
喷嘴上的喷润滑剂小孔的长度为l=3.5mm ，小孔的直径为d=1.5mm ，由公式
d
l =λ 得到长径比 33.25
.15.3==λ 小孔可以分为三种：当小孔的长径比5.0≤d l 时，称为薄壁孔；当4>d l 时，称为细长孔；当长径比45.0≤ 所以喷嘴孔属于短孔，通过短孔的流量公式为 ρp A C q T q ?*=2， 其中42 d A T π=，21p p p -=?，82.0=q C ； 高铁的平均速度为300公里／小时，油脂消耗量为30克/公里，所以每小时消耗的油脂量为9kg ，每秒的消耗量为s g 5.29000=，因此泵的流量为： s m q 363 1078.2900 105.2--?=?=， 所以由 ρp A C q T q ?*=2 得 Mpa p 001657.0=? 所以液压泵的压力为pa p 1657=. 5 结论 （1）该设计采用“固-液-固”的涂覆技术，消除了固体润滑剂不易涂覆的困难，在设计中充分利用了固体润滑剂受热遇冷后两态之间的变化。将润滑剂很好的涂覆到铁轮钢轨需要润滑的部位，从而减少了钢轨的磨损磨耗。在对钢轨进行涂覆时首先将固态的干式润滑剂加热成液态，在经过涂敷机内一系列的动作将润滑剂通过保温管道喷涂到曲线上股钢轨头部内侧面上，当润滑剂喷到钢轨上时遇冷凝固，再经车轮碾压，在与轮缘接触的钢轨头部内侧形成一层连续的干式润滑薄膜带，从而起到润滑作用。 （2）便携式高铁固体润滑涂敷机的使用将使轮轨减磨技术取得突破性的进展，并会给轮轨技术的发展带来变化。轮轨减磨将会由改善轮轨材料为主向轮轨润滑为主的方向发展，并且采用耐磨的材料。轮轨润滑材料由液态向固态润滑剂发展转变。轮轨润滑装置将会由涂敷机涂覆润滑剂代替人工涂覆以及地面涂油器涂覆。新的涂覆技术将有可能使曲线钢轨的使用寿命同钢轨大修周期保持同步，并且会在减小道岔磨损和提高轮缘寿命中起到一定程度的作用。 （3）采用固体润滑涂敷机可以降低曲线磨耗速率，使钢轨距更加稳定，并降低了钢轨养护维护的费用与工作量，提高线路的平稳性；同时在涂覆干式润滑剂以后轮轨接触面积增加，因此提高了轮轨吻合性，减少列车和车辆轮缘的磨损，从而节约能源降低噪声。 （4）对于固体润滑涂覆机有三点建议：①加强对涂覆装置的改进，使得涂覆效果更加稳定，以此来加强优化涂覆装置；②改进涂覆方法，从而达到最大的经济效益，以此来优化涂覆方法；③建立钢轨侧面磨耗以及轮缘磨损的数据库，方便对磨损规律的研究，方便后续路线的维修养护，这主要是通过加强对钢轨磨损与磨耗情况的测量统计为基础的。 参考文献 [1]Kosuke MATSUMOTO, Yoshihiro SUDA, Takashi IWASA, Takeshi FUJII,MasaoTOMEOKA, Masuhisa TANIMOTO, Yasushi KISHIMOTO and Takuji NAKAI.“A Method to Apply Friction Modifier in Railway System”[J]. 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A.oil from the main engine sump B.an independent(独立的)lube oil system C.the stem beating head tank D.the stern bearing(艉轴承)sump tank 注在内燃机船上，减速齿轮箱的滑油系统与主机的滑油系统是相互独立的，以避免发动机产生的污染物损害减速齿轮。B By which of the following types of lubricating oil systems are lubricating oil systems for diesel engine journal bearing usually lubricating ? A.Splash B. Gravity C. Pressure D. Bypass 注在滑油系统中柴油机曲轴轴颈轴承（主轴承）为压力润滑。C * 3. Mechanical lubricators for diesel engine cylinders are usually small reciprocating pumps which are ____. A.operated manually once an hour B.operated until the engine has started C.placed into operation only at maximum load D.adjustable to meet lubrication requirements 注柴油机气缸注油器一般都是小型的往复式泵，该泵能调节以满足不同的润滑要求。D 4. The lube oil cooler is located after the lube oil filter in order for ____. A.the filter to operate more efficiently B.the lube oil cooler to be bypassed C.positive lube oil pump suction to be assured D.galvanic action(电流作用)in the cooler to be 注滑油冷却器位于油滤器之后，主要是为了使滤器运行效率更高（温度较高时易过滤净化）。A 5.Why do we use cylinder oil? A.To neutralize the sulphur and get a lubricating oil film between piston rings and liner B.To get a lubricating oil film between piston rings and liner C.To neutralize the sulphur in the fuel D.To avoid blow-by 注汽缸油是用来中和酸和在活塞环和气缸之间形成油膜润滑A 润滑系统的组成与润滑方式 柴油机润滑系统的组成与润滑方式 柴油机 功用 1.1.功用 内燃机润滑系统的基本任务是将一定数量、清洁和温度适宜的润滑油送至各摩擦表面进行润滑，主要功用是: 减少零件摩擦和磨损:对摩擦表面进行清洗和冷却:提高活塞环与气缸壁的密封性能;同时起防锈作用。 随着内燃机强化程度的提高，对润滑系统和润滑油都提出了更高的要求。 组成 2.2.组成 润滑系统由机油泵、过滤器、压力表、温度表、冷却器、调压阀等组成。 机油泵、油底壳、机油道和油管，用以储存机油，并使机油在运动机件间强制循环。 机抽细滤器、粗滤器、集滤器，用以清除机油中的各种杂质。 机油压力表、机油温度表，用以显示润滑系统的工作状况。 机油冷却器，用来冷却机油，防止机油温度过高，影响润滑效果. 调压阀、限压阀和旁通阀，用以调节和限制机油压力，保证润滑系统安全可靠地工作。 润滑方式 3.3.润滑方式 内燃机工作时，由于各机件的工作条件不同，对润滑强度的要求也不同，因而润滑方式也就不同，常用的润滑方式有以下四种。 (1)飞溅式:内嫩机工作时，利用运动机件飞溅起来的机油颗粒或油雾来进行润滑的方式叫飞溅润滑。这种润滑方式是利用曲轴旋转时连杆大头的搅拌作用，将部分机油击打成微小的颗粒或油雾，分布到需要润滑运动机件的表面，如活塞、气缸壁、凸轮轴、凸轮等。 (2)压力式:压力式润滑方式是利用机油泵将机油以一定的压力强制输送到各运动机件的摩擦表面。这种润滑方式工作可靠，润滑强度可以调节，但结构比较复杂。用以润滑凸轮轴轴承、连杆轴承、主轴承、气门机构等。 (3)混合式:压力式和飞溅式并存的润滑方式叫混合式润滑方式。 (4)混合燃料式:馄合燃料式为二行程汽油机所独有的润滑方式。因二行程汽油机的混合气必须先进入曲轴箱中，经预压后才送到气缸，所以曲轴箱中不能存放机油。因此，曲轴轴承、连杆轴承、活塞与气缸壁各机件的润滑需靠混合在燃料中的机油来实现。早期的二行程汽油机均将机油以一定的比例混合在汽油中，因无法适应从怠速到高速各种工况所需的润滑油量，常造成润滑不良或排烟过度的毛病。因此，现代二行程汽油机多改用分离润滑的方式，使用可变输出量的机油泵供应适量机油与汽油混合，以保证主轴承、连杆轴承、活塞和气缸壁的润滑。这种润滑方式结构简单，但润滑效果不好，而且因有机油参与然烧，火花塞容易积炭，机油消耗量大。 1.1.1 润滑系的功用 1.润滑：润滑油可使发动机内部运动零件表面之间的干 摩擦变为液体摩擦，减少零件表面的摩擦、磨 损和功率损失。 2.冷却：润滑油经过摩擦表面，带走摩擦副产生的6％～ 14％的热量，维持零件正常的工作温度。 3.清洗：润滑油冲洗零件表面，带走零件的磨损磨屑和 其他杂质，减少对运动表面的损伤。 4.密封：利用润滑油的黏性，使其附在互相运动零件的 表面之间，以提高间隙密封效果。除此以外， 润滑油还有防止零件锈蚀的作用。 1.1.2 润滑系的润滑方式 1.压力润滑 压力润滑是利用机油泵将具有一定压力的润滑油源源不断地送到零件的摩擦面间，形成具有一定厚度并能承受一定机械负荷的油膜，尽量将两摩擦零件完全隔开，实现可靠的润滑。 2.飞溅润滑 飞溅润滑是利用发动机工作时某些运动零件(主要是曲轴和凸轮轴)旋转时飞溅起的或从连杆大头上专设的油孔喷出的油滴和油雾，对摩擦表面进行润滑的一种方式。 3.定期润滑（脂润滑） 对一些不太重要、分散的以及不易实施液体润滑的部位，采用定期加注润滑脂的方式进行润滑。 4.自润滑 近年来也有一些发动机采用了含有耐磨材料轴承(如尼龙、二硫化钼等)来代替加注润滑脂的轴承，这种轴承在使用中不需加注润滑脂，故称为自润滑。 1.1.3 润滑剂 润滑剂分润滑油(机油)和润滑脂(黄油)两种。 1.润滑油 我国将汽油机润滑油分为6号、10号、15号和低凝(稠化)6D四种牌号，号数越低，润滑油的凝点越低，低凝（稠化）润滑油可以在－30℃左右的严寒地区使用。柴油机润滑油的牌号有8号、11号、14号、11D和14D五种。同样，号数越低，凝点也越低。 目前广泛使用美国汽车工程师协会(SAE)的黏度等级分类法对发动机润滑油进行分类。SAE黏度级别分为夏季用油和冬季用油两种(称单级机油)。冬季用油的号数后加W，号数越低黏度越小，适合的环境温度越低。如果冬季用油和夏季用油的号数连在一起，则表示冬夏两用润滑油(多级机油) 。 发动机润滑系统 任务一润滑系统的组成及作用 学习目标 (1) 叙述发动机润滑系统的作用； (2) 识别发动机润滑系统的主要零部件。 一、润滑系统的作用 1. 润滑系统的作用 发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系。 1）. 润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗。 2）. 清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物。 3）. 冷却作用：机油在润滑系内循环还可带走摩擦产生的热量，起冷却作用。 4）. 密封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油。 5）. 防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈。 6）. 液压作用：润滑油还可用作液压油，起液压作用。 7）. 减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。 2.摩擦的本质 摩擦是两个互相接触的物体，彼此作相对运动或有相对运动趋势时，相互作用产生的一种物理现象。摩擦产生的阻力称为摩擦力。 摩擦力：分子结合与机械啮合所产生阻力之和。 机械啮合：在两接触面上凹凸不平的谷峰之间，互相的机械啮合运动也会产生一种阻力。 摩擦生热：摩擦产生大量热量。 摩擦 3.润滑机理 润滑：把一种具有润滑性能的物质，加到两相互接触物体的摩擦面上，形成油膜，达到降低摩擦和减少磨损的手段。常用的润滑介质，润滑油和润滑脂，发动机内多用润滑油。1.2.4 船舶柴油机润滑系统
柴油机润滑系统的组成与润滑方式
柴油机润滑系统
汽车发动机润滑系统构造与维修教案
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