道岔尖軌減磨劑的研究與應用

郭宏偉++李學鵬++劉樹鐸

摘 要：在重載運輸條件下，道岔尖軌磨耗十分嚴重，頻繁更換鋼軌不僅浪費人力和物力，也給運輸生產帶來安全隱患。該文以固體潤滑理論為基礎，研制了一種用于降低尖軌磨耗的尖軌減磨劑。現場試驗證明，在尖軌側面涂覆尖軌減磨劑能夠有效地降低尖軌磨耗，延長尖軌使用壽命。

關鍵詞：道岔 尖軌 減磨劑

中圖分類號：U213.4+22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0076-01

1 研究背景

道岔是一種使機車車輛從一股道轉入另一股道的線路連接設備。由于道岔具有數量多、構造復雜、使用壽命短、限制列車速度、行車安全性低、養護維修投入大等特點，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環節。

當列車通過道岔側向時，產生的離心力對尖軌的縱向和橫向造成沖擊，導致尖軌側面磨耗，當磨耗到一定程度時就需要更換道岔尖軌。尤其是當重載列車通過道岔時，會加大對尖軌的沖擊力，加劇了尖軌的磨耗程度，縮短了尖軌的更換時間間隔。頻繁地更換尖軌不僅對運輸造成重大干擾，而且新舊鋼軌不匹配造成的軌頂高差、作用邊錯差等新病害，直接影響列車通過時的平穩度和舒適度。同時新尖軌與基本軌貼密不好，搬動轉換不靈等問題，也給運輸生產帶來極大隱患。

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

2 道岔曲尖軌磨耗機理分析

道岔與一般線路的區別不僅在于復雜的軌線布置和走行線路轉換，而且在于其多變的輪/岔接觸幾何關系。當車輪對從基本軌過渡到尖軌時[1]，車輪輪緣與尖軌作用邊接觸點上的壓強很大，當壓強超過尖軌的屈服應力，接觸點頂部就發生塑性變形；同時車輪滾動時，輪緣在尖軌側面產生滑動，使接觸點的塑性部分和彈性部分的過渡區間出現變形，形成了曲尖軌的側面磨耗。

3 減磨方式的選擇

通過輪軌之間接觸狀態的分析可知，輪軌之間的磨損是不可能消除的，但是采用潤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滑和固體潤滑兩種。

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

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

4 尖軌減磨劑的研制

4.1 基本性能要求

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

（1）與摩擦表面牢固地附著，有保護表面的功能。只有與摩擦表面牢固地附著，才能長時間保留在摩擦系統中，才能防止相對運動表面之間產生嚴重的熔焊或金屬的相互轉移。

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

（3）穩定性好，不產生腐蝕及其它有害作用。要求固體潤滑劑具有良好的穩定性，包括物理熱穩定、化學熱穩定、時效穩定和無腐蝕作用。物理熱穩定是指溫度改變不會引起相變或晶格的變化；化學穩定是指在活性介質中溫度變化不會引起劇烈的化學反應；時效穩定是指潤滑劑能夠長期放置而不變質；而且對摩擦面無腐蝕，對環境無污染。

（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構的固體（如石墨）比各向同性的晶體更適合作為固體潤滑劑。

4.2 組分的確定

通過上述分析可知，尖軌潤滑劑應以固體潤滑原理為基礎，選擇合適的添加劑和粘結劑，通過配比試驗選擇和現場大量試驗，最終選擇極壓抗磨劑、固體潤滑劑、有機固體潤滑劑、粘結劑和分散劑作為尖軌減磨劑的主要成分。

4.3 性能指標

尖軌減磨劑的性能指標如表1所示。

5 現場試驗

研制的尖軌減磨劑在沈陽工務段管內虎石臺工區長大線44號道岔進行使用，提速道岔為山海關橋梁廠生產12號提速道岔，每天涂覆一次。涂覆尖軌潤滑減磨劑后，經列車車輪碾壓，在尖軌摩擦面上形成黑色的固體潤滑膜，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，使用尖軌潤滑減磨劑更換周期為370 d。因此，涂覆潤滑劑的尖軌使用壽命是不涂覆潤滑劑尖軌使用壽命的3.08倍，減磨效果非常明顯。

6 結語

在對道岔尖軌磨耗機理進行分析的基礎上，以固體潤滑理論為基礎，研制了道岔尖軌減磨劑。研制的尖軌減磨劑具有優異的附著性、潤滑性、極壓性、長效性，能在尖軌磨耗側面形成固體潤滑膜，降低尖軌磨耗。現場運用證明，在尖軌側面涂覆尖軌減磨劑能夠有效地降低尖軌磨耗，延長尖軌使用壽命達2個周期。尖軌減磨劑的研制為道岔尖軌的減磨提供了有效地技術方案。

參考文獻

[1] 任尊松，何小河.道岔區輪軌間隙動態變化特性研究[J].北京交通大學學報， 2007（8）.

[2] 金學松，劉啟躍.輪軌摩擦學[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

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