延長(zhǎng)500 m 長(zhǎng)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(yùn)輸技術(shù)有限公司運(yùn)輸技術(shù)研發(fā)中心，北京 100081）

1 研究背景

500 m 長(zhǎng)鋼軌普通平車裝運(yùn)方案在研究過(guò)程中借鑒了T11長(zhǎng)鋼軌車的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在方案制定和裝載加固裝置設(shè)計(jì)上進(jìn)行了創(chuàng)新，包括長(zhǎng)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(dòng)軸承，鎖定座架與車體鉚接為一體，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大；長(zhǎng)鋼軌座架是500 m 長(zhǎng)鋼軌普通平車裝運(yùn)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(qiáng)度和連接的強(qiáng)度仍無(wú)法和T11專用車的鎖定座架強(qiáng)度相比。為保證長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸安全，創(chuàng)新的使用了滑動(dòng)軸承滾輪，滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)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(dòng)、制動(dòng)、坡道等工況下鋼軌對(duì)鎖定座架的縱向沖擊，保證長(zhǎng)鋼軌的運(yùn)輸安全[1]。

500 m 長(zhǎng)鋼軌普通平車裝載加固裝置滾輪采用的是JH1復(fù)合自潤(rùn)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(dòng)軸承，具有摩擦系數(shù)小、耐磨性好、抗腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)。

滾輪安裝在長(zhǎng)鋼軌座架上，雖然不是主體結(jié)構(gòu)，但是滾輪對(duì)長(zhǎng)鋼軌的運(yùn)輸安全有重要作用。滾輪制作精度要求比較高，在運(yùn)用過(guò)程中易發(fā)生損壞，如不及時(shí)更換會(huì)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(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸造安全隱患。此外，滾輪大量損壞的極端情況下，會(huì)導(dǎo)致鋼軌與滾輪之間的滾動(dòng)摩擦變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦，摩擦系數(shù)大幅增加，車輛對(duì)路基的作用力也隨之增加，嚴(yán)重影響行車安全。

2 延長(zhǎng)滾輪使用壽命措施

延長(zhǎng)滾輪的使用壽命對(duì)長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸安全，提高經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。為延長(zhǎng)滾輪使用壽命，提出3 條措施：①規(guī)范潤(rùn)滑脂的選擇；②選擇合理的的縱向卸軌方案；③加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)。

2.1 潤(rùn)滑脂的選擇

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

軸套型號(hào)為JH-1 50 40。

2.1.1 滾輪轉(zhuǎn)速計(jì)算

經(jīng)過(guò)250 m 半徑曲線端部伸縮量計(jì)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(dòng)、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(jì)算

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

表1 座架承載計(jì)算結(jié)果

滾輪最大徑向載荷Pmax=230/50=4.6 kN，軸套壓強(qiáng)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(lái)看，不能用潤(rùn)滑油代替潤(rùn)滑脂，潤(rùn)滑油粘滯性能差，會(huì)從滾輪軸與端蓋處間隙處揮發(fā)，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間使用。按照稠化劑劃分，常用的潤(rùn)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(rùn)滑脂的特點(diǎn)

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

表3 通用鋰基脂適用場(chǎng)景

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

2.2 縱向卸軌

500 m 長(zhǎng)鋼軌普通平車裝運(yùn)方案正常的裝卸長(zhǎng)鋼軌方式是橫向群吊裝卸，但有個(gè)別情況如無(wú)鋪軌基地施工、鋪軌基地與現(xiàn)場(chǎng)之間需要過(guò)既有線運(yùn)輸、施工單位為縮短工期等幾種情況下，需要進(jìn)行縱向卸載長(zhǎng)鋼軌。縱向卸軌方案的制定非常關(guān)鍵，施工單位一般會(huì)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(shí)間。由于T11 專用車的滾輪采用的滾動(dòng)軸承滾輪，而500 m 長(zhǎng)鋼軌座架采用的是滑動(dòng)軸承滾輪。且500 m 長(zhǎng)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(gè)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(gè)別鋼軌壓在兩個(gè)滾輪之間，導(dǎo)致縱向卸軌的時(shí)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(duì)卸軌方案進(jìn)行優(yōu)化，即500 m 長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸?shù)叫盾壃F(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(dòng)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(gè)（對(duì)稱卸載2 根鋼軌共144 個(gè)）卸軌輔助滾輪把鋼軌墊起后，再進(jìn)行縱向卸軌作業(yè)，這樣即可將鋼軌順暢卸下，用鋪軌機(jī)配合將鋼軌直接鋪設(shè)在新建線路上。這種卸軌方案沒(méi)有改原裝運(yùn)方案，加裝卸軌輔助滾輪在長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行，不會(huì)對(duì)長(zhǎng)鋼軌運(yùn)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(dòng)軸承滾輪

2.3 保養(yǎng)

滾輪銹蝕主要原因有3 個(gè)：①滾輪無(wú)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(huì)改變滾輪的摩擦系數(shù)，影響鋼軌縱向鎖定安全；②長(zhǎng)時(shí)間閑置，沒(méi)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(yùn)輸長(zhǎng)鋼軌時(shí)，鋼軌就會(huì)把卡死的滾輪磨壞；③地域氣候影響，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，南方的長(zhǎng)鋼軌座架用戶座架銹蝕速度明顯高于北方。

規(guī)范的維護(hù)保養(yǎng)和存儲(chǔ)對(duì)保證長(zhǎng)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(gè)注意事項(xiàng)。

（1）定期對(duì)滾輪端蓋處涂油脂，雖然滾輪沒(méi)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(jìn)入滾輪，隨著滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)部分油脂可以進(jìn)入到滾輪內(nèi)部，達(dá)到注油的效果，對(duì)滾輪內(nèi)部防銹起到至關(guān)重要的作用。

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

（3）對(duì)于個(gè)別不轉(zhuǎn)的滾輪要進(jìn)行維修更換處理，否則有可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)鋼軌的磨損，影響鐵路安全。

（4）加強(qiáng)監(jiān)督檢驗(yàn)，《加規(guī)》中規(guī)定座架閑置超過(guò)一年時(shí)，繼續(xù)使用前需進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定能否繼續(xù)使用，部分路局集團(tuán)公司和使用單位在使用過(guò)程中也增加了檢測(cè)檢驗(yàn)，有的單位是每年進(jìn)行一次檢測(cè)，有的單位是在座架使用達(dá)到30次、45 次時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，這些措施對(duì)保證長(zhǎng)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(rùn)滑脂有利于提升滾輪的使用壽命，500 m 長(zhǎng)鋼軌座架滾輪建議選擇2 號(hào)通用鋰基脂；②500 m 長(zhǎng)鋼軌普通平車裝運(yùn)方案應(yīng)盡量避免縱向卸軌，如果必須進(jìn)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(yùn)用期間滾輪端蓋需進(jìn)行涂油，閑置期間座架及滾輪需進(jìn)行防雨保護(hù)，可以起到有效的防銹、防塵、防水作用，延長(zhǎng)滾輪的使用壽命，定期檢測(cè)有利于保證滾輪良好的運(yùn)用狀態(tài)。

3 結(jié)論

滾輪雖然不是長(zhǎng)鋼軌座架的主體結(jié)構(gòu)，但是滾輪是關(guān)鍵易損件，對(duì)長(zhǎng)鋼軌的運(yùn)輸安全起著至關(guān)重要的作用，正確的選用潤(rùn)滑脂，合理的使用卸軌方案，正確的存儲(chǔ)保養(yǎng)，能夠有效的保證滾輪良好的狀態(tài)，延長(zhǎng)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(zhǎng)鋼軌普通平車運(yùn)輸安全。