近10年新型轮轨润滑剂的发展与展望_杨启錞

第22卷,第3期 中国铁道科学Vol .22N o .3　2001年6月 CHINA RAILWAY SCIENCEJune ,2001　文章编号:1001-4632(2001)03-0096-07近10年新型轮轨润滑剂的发展与展望杨启,刘晓峰(铁道部科学研究院金化所,北京　100081) 摘　要:本文综述了近10年国内外铁路轮轨润滑的现状及发展趋向。

车载式华宝(HB )型轮轨润滑装置及其相匹配的JH -1型轮轨润滑脂,已经在全路9000多台内燃、电力机车上安装使用。

它对于延长轮轨使用寿命、降低噪音及节省能源均有良好作用。

美国、加拿大、俄罗斯等国家各铁路公司亦在加速发展车载式轮缘喷脂装置和相应的轮轨润滑脂。

其中,美国T ranergy 公司与海湾油品国际性组织、德士古研究发展中心联合研制了一种智能型轮轨润滑系统———SEN T RA EN 20000,它所使用的润滑剂是2种特制的润滑油(T O R 油和GFO R 油)。

为适应铁路高速、重载、安全运输发展的需要,加装有曲线传感器的华宝Ⅲ型轮轨润滑装置已完成了室内试验,相关的润滑剂正在研究试验中。

作者预测,在未来轮轨润滑剂发展中,石墨作为新型轮轨润滑脂的填充料,将会取代其它固体润滑剂。

同时,建议开展环保型轮轨润滑剂及C 60、C 70及H 3BO 3(或B 2O 3)纳米级粒子用于轮轨润滑剂的研究。

关键词:铁路;轮轨润滑剂;发展;展望 中图分类号:U 262.24 文献标识码:A　收稿日期:2001-01-16　作者简介:杨启(1939—),男,山东邹城人,研究员。

1　前 言 近10年是我国铁路大发展的时期,也是新型轮轨润滑技术迅速推广应用的时期。

继1992年底大秦线全线贯通,正式开行重载列车之后,从1993年4月开始,先后在京沪、京广、京哈三大繁忙干线开行了5000t 重载列车。

目前,我国铁路主要干线已普遍开行了5000t 重载列车并且达到了相当规模。

在90年代后期,广深准高速铁路开通以后引发了铁路三次大提速,三大干线提速区段快速列车最高运行速度达到140km ·h-1～160km ·h-1,非提速快速列车最高速度达到120km ·h -1,广深线采用摆式列车最高速度到200km ·h -1,其他线路的列车速度也有一定幅度的提高,并且相应地提高了货物列车的速度。

上述重载、提速和安全运输的大好形势,极大地促进了铁路新型轮轨润滑技术的发展,与之相匹配的新型轮轨润滑剂也进入了迅速发展的快车道。

由铁道部科学研究院金化所主持研制的《新型轮轨润滑装置及润滑剂》部列课题,自1990年7月通过铁道部技术鉴定后,及时地在8个铁路局225台机车上进行了首批示范性推广,1991年被列为国家计委推广项目,要求在2000台机车上首批推广应用。

1995年6月,铁道部又规定每年新制造的机车必须安装华宝(HB )型轮轨润滑装置方准出厂,以保证机车车轮和轮箍的使用寿命。

据统计,截止到2000年已经在全路14个铁路局,120多个机务段9000多台内燃、电力机车安装应用了这种新型轮轨润滑装置。

与其相配套的JH -1型轮轨润滑脂(以下简称JH 石墨脂),以其优良的极压抗磨性、高温稳定性、低温泵送性(易喷涂均匀雾化)以及抗水、防锈蚀性,受到了广大用户好评。

华宝型整套润滑系统对机车轮缘和钢轨减磨效果十分显著,延长机车镟轮周期2倍～10倍,节能效果明显,还有效减少脱轨倾向,降低机车车辆通过曲线时的噪音,对于延长机车车辆轮轨使用寿命、提高列车安全性、舒适性和保护环境起到了良好作用。

另外,其他模式(例如曲线钢轨涂脂器、车装式固体润滑棒)润滑器和润滑剂,近几年也有所发展,共同为促进铁路运输的发展发挥了重要作用。

为了更好地适应铁路提速、重载、安全运输的需要,本文仅就近10年国内外轮轨润滑技术(侧重于润滑剂)的发展情况,作一简要分析,并对今后发展趋向提出几点看法。

2　国外铁路轮轨润滑现状及其发展动向 近几年,北美(美国、加拿大)、西欧、俄罗斯等国家的铁路公司、研究部门,都在原有的基础上对新型轮轨润滑系统和润滑剂进行了进一步研究试验或试用,有的国家(如俄罗斯)还集中展示了近几年使用有效的轮轨润滑器和润滑剂,综述分析如下。

2.1　北美(美国、加拿大)自80年代后期以来,美国各铁路公司都在加速发展车载式(即安装在机车上)轮缘喷脂润滑器。

据报导[1],1990年全国机车安装总数已近5000台。

相配套使用的润滑剂为美国铁路协会运输试验中心(AAR TTC )在FAST 环行试验线试验8种润滑脂后,精心推荐的含有石墨或二硫化钼的锂基润滑脂或钙基润滑脂。

而不含石墨的锂基脂或非皂基脂综合减磨效果较差,未推广使用。

加拿大国有铁路(CN )机车轮缘喷脂装置使用的润滑剂为:含有12%石墨的钙基脂,牌号Texaco 904润滑脂,分冬用、夏用两种。

近几年,美国铁路运输量持续上升,有关部门更加关注轮轨接触过程所需要的新型润滑模式及其相适应的润滑剂。

据介绍[2],为了在曲线部分自动加大剂量,降低轮轨表面蠕滑(爬行),提高脱轨安全系数,美国Tranergy 公司与海湾油品国际性组织、德士古研究发展中心联合研制开发了一种车载式新型轮轨润滑系统———SENTRAEN 2000。

该系统方框如图1所示。

图1　SEN T RA EN 2000新型轮轨润滑系统示意图 利用SENTRAEN 2000系统,将采集的多种参数(速度、温度、钢轨曲线曲率、牵引吨位等)输入给微处理程序,再传递给电控器,电控器操作液压系统,按照计算的速率对轮轨施以润滑,分别对轨顶和轨距(角)侧面喷专门研制的润滑油。

与SENTRAEN 2000配套的专用润滑油有二种:一是轨顶润滑油(记作TOR 油);二是轨距(角)侧面润滑油(记作GFOR 油)。

它们的主要性能要求为:TOR (轨顶)润滑油:(1)好的润湿能力;(2)40℃运动粘度,10mm 2·s -1或稍大;(3)较低倾点,-28.9℃以下;(4)无毒性,对环境无害;(5)在轮—轮间可熔化。

GFOR (轨距侧面)润滑油:(1)好的润湿能力;(2)40℃运动粘度,100mm 2·s -1以上;(3)较低倾点,-28.9℃以下;(4)无毒性,对环境无害;(5)不滑移,无灰,不含重金属;(6)减摩性持久。

初步试验结果表明:上述新型轮轨润滑系统的两种润滑剂作用各异,相辅相成,GFOR 为极压抗磨性能优良的长效润滑剂;TOR 主要用来降低轮轨接触过程产生的纵向、横向蠕滑,其润滑有效期严格控制在列车长度之内,使用TOR 剂还可防止由于轮轨接触潮湿表面引起的车轮打滑故障。

本项研究结果仍处于试验阶段,上述油品有无甩溅情况、粘附性如何,尚待观察。

故未被铁路公司推广应用。

北美研制开发新型轮轨润滑剂的另一个动向是基于环境保护和要求,研究试用可生物降解的润滑剂。

据1998年7月《Lubrication Engineering 》介绍[3],加拿大Rebeccal .Goyan 等人研究了一种可生物降解的钢轨曲线润滑脂,并在北美铁路进行了现场试验。

试验证明,这种曲线钢轨润滑脂确实可以被生物降解,毒性很低,受到使用者的好评;在减少轮轨磨损以及节省维修费用等方面均收到一定效益。

据估算,加拿大铁路部门每年更换曲线钢轨的费用平均约26800美元·英里-1(折合16653美元·km -1),较昂贵的可生物降解润滑脂研制、运用费用很快会在节省消除费、环保费中得以回报。

尽管上述润滑剂目前仍然处于试验阶段,但是,这毕竟代表着未来发展的方向。

2.2　西欧法国阿尔斯通公司生产的大马力电力机车,近10年来仍然沿用含有极压抗磨添加剂的稀油润滑方97第3期 近10年新型轮轨润滑剂的发展与展望式,由于喷油装置管路较长,冬季常有泵送困难,夏季造成机车污染等弊端。

关于新型轮轨润滑系统的报导,尚未收集到。

德国铁路公司及多家轮轨润滑公司近几年曾来华推销其产品,至今尚未有市场。

主要原因:结构设计、使用效果与国内大量推广应用的华宝型轮轨润滑装置无明显改进,但报价高出数倍至几十倍。

与之相匹配的轮轨润滑脂(据称属可生物降解型润滑脂),比我国高出20多倍。

关于该类型润滑脂在欧洲及德国本土应用的报导,至今尚少。

2.3　俄罗斯俄罗斯(前苏联)铁路运距长、地形复杂、气温差别(尤其冬季)大,对轮轨润滑技术的研究与应用较早。

60年代就曾使用过润滑油、润滑脂和固体润滑棒(块)等多种型式的润滑装置和润滑剂。

近几年,俄罗斯铁路部门十分重视轮轨润滑技术的推广和应用,1997年在全俄展览中心展出了4种机车车辆润滑器和钢轨润滑器[4]。

现将这些装置及其相匹配的润滑剂简要介绍如下:2.3.1　АГС10型轮缘润滑器(车载式)АГС10型轮缘润滑器是适用于各种系列机车、电动车组和内燃动车组上的一种车载式轮轨润滑装置,其结构包括:柱塞式喷嘴、电空阀、电子控制组件、润滑脂容器、管路等。

该装置是АГС8型柱塞式轮缘润滑器的改进型产品。

相配用的润滑剂是含有胶体石墨、二硫化钼及多种添加剂的润滑脂,根据用户要求也可使用专门调配的润滑油。

上述装置中的电子控制组件,可与线路本身的传感器配合工作。

在曲线区段吸收加速度的传感器工作时,其对应的喷嘴的喷脂周期减小1/2,从而自动加大喷脂量。

当机车运行速度在0km·h-1～20 km·h-1范围内时,电子控制组件中止电空阀动作,停止喷射润滑剂。

2.3.2　悬挂型组件式钢轨润滑器(车载式)该装置有4个组件。

它们通过专用架托和支架成对地悬挂在电力、内燃机车转向架的外部。

每一组件均有一个带不接触式喷嘴的滚子、一组悬挂杠杆机构、一套升降用空气弹簧装置、一个在运行状态下用的锁定部件。

另备有储脂容器2个,均有连续搅拌机构。

一次装脂可润滑线路400km。

遥控台设在司机室内,此时每一组件均能独立自动控制。

司机只要接通或断开电空阀的转换开关,即可控制装置工作。

喷嘴向钢轨侧面喷涂脂的宽度为12m m ～15mm,位于车轮踏面下6mm～8mm处。

与其配套使用的润滑剂为PC6型石墨润滑脂,具有快干、耐磨的特性。

喷涂在钢轨侧面的脂,在3 min～5min内就变干,形成一层坚硬的抗极压、耐磨损的固体膜。

2.3.3　PC-5型钢轨润滑器(道旁固定式)PC-5型钢轨润滑器是一种安装在铁道旁路肩上或设在轨道间的新型固定式钢轨润滑装置。

所用润滑剂由过去用稀油改为半流体润滑脂。

通过压送装置可在列车通过时,自动向机车车辆轮缘和钢轨的侧面喷涂润滑脂。

这对于轮缘和钢轨润滑,尤其是曲线钢轨润滑起了一定作用。

2.3.4　PCM1型钢轨润滑车这是一种用来向钢轨侧面涂刷润滑油的内燃动车。