鋼軌打磨車液壓油衰變分析及換油周期優(yōu)化

李振姚 孫海濤

摘要：本文以地鐵車輛段鋼軌打磨車在用液壓油為研究對象，利用油液檢測技術(shù)，分析論證了在用液壓油的衰變趨勢及液壓系統(tǒng)零部件磨損情況。針對在用液壓油的油質(zhì)監(jiān)測方法和換油周期指出了合理建議，對于地鐵車輛段鋼軌打磨車的維護(hù)和保養(yǎng)，設(shè)置類似使用狀況的工程車油脂更換周期具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：鋼軌打磨車;液壓油;衰變;換油周期

中圖分類號：U216.61? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0072-04

1? 概述

鋼軌打磨車主要是通過鋼軌打磨消除鋼軌的病害，修正鋼軌輪廓，從而改善輪軌接觸關(guān)系，減少輪軌接觸應(yīng)力和磨耗，提高列車運(yùn)行的舒適性。為此，青島地鐵每個線網(wǎng)均配置了RGH型鋼軌打磨車。RGH鋼軌打磨車采用液壓傳動，抗磨耐火液壓油既作為傳動系統(tǒng)的介質(zhì)又作為打磨系統(tǒng)的液壓介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中起著能量傳遞、抗磨、系統(tǒng)潤滑、防腐、防銹、冷卻等作用。

目前青島地鐵2、3、11、13四條線共配備了4組共10臺RGH10型鋼軌打磨車（見表1）。3、2號線均采用2編組型式的鋼軌打磨車，11、13號線均采用3編組型式的鋼軌打磨車。單臺打磨車液壓油箱容積為660L。RGH10型鋼軌打磨車使用美國原裝進(jìn)口Ecosafe FR-46抗磨耐火液壓油。按照1桶20L的該型號液壓油采購價1962.29元計算，單輛車更換一次液壓油約消耗掉660÷20×1962.29=64755.57元，則10臺鋼軌打磨車全部更換一次的成本為67755.57×10=647555.7元，約64.76萬。可以看出液壓油全部更換一次油脂消耗成本較大。

2? 鋼軌打磨車液壓油運(yùn)用現(xiàn)狀

各線路鋼軌打磨車投用運(yùn)用時間、使用頻次、運(yùn)行小時數(shù)或公里數(shù)不盡相同，但總體上車輛的使用狀況和磨損情況仍存在較多的相似之處。11線線路較長，打磨作業(yè)較多，年走行公里數(shù)較高，但青島地鐵已開通的2、3、11、13號線4條線路的鋼軌打磨車年均運(yùn)行小時數(shù)比較接近在137小時左右（見表2）。

現(xiàn)行打磨車維修規(guī)程中規(guī)定的液壓油更換周期每兩年或每運(yùn)行1000小時更換，由于車輛年運(yùn)行小時數(shù)平均僅為137h左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到1000小時，如果按照每兩年進(jìn)行液壓油更換則車輛的使用成本是非常高的。所以合理的換油周期應(yīng)綜合考慮車輛運(yùn)行時間、運(yùn)行工況、系統(tǒng)磨耗情況、液壓油質(zhì)量狀況等，并結(jié)合長期的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗積累制定，現(xiàn)行的采用的定期換油模式有待優(yōu)化。

3? 鋼軌打磨車液壓油質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)與方法

3.1 液壓油理化性能指標(biāo)

液壓油在使用中主要監(jiān)測油品的外觀、粘度變化、色度變化、酸值變化、水分、雜質(zhì)、腐蝕等項目。

對液壓油而言，粘度大小直接影響設(shè)備工作的性能，如液壓動作的靈敏性，液壓力的傳遞以及供給等。酸值是控制和反應(yīng)油品精制程度的重要指標(biāo)之一，油品精制程度愈深其酸值愈小。另一方面，油液在儲存或使用中由于一定溫度下與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一定量的有機(jī)酸。此時，油品的酸值越大說明油品衰變越嚴(yán)重。水分是指油品中含水量的百分比。水分的存在會使金屬產(chǎn)生銹蝕，降低油品的潤滑性，使油品更易蒸發(fā)和起泡，還會加速油品水解和氧化，產(chǎn)生沉淀物和腐蝕性物資等，所以合格油品中應(yīng)無水分或只有水的痕跡。

油液中污染物大致有以下三個來源：

①機(jī)器和油液系統(tǒng)安裝（使用前）帶來的，如焊渣、切屑、鐵銹、砂子、纖維、磨料等;

②油液運(yùn)轉(zhuǎn)時從外界混入的，如塵埃、水等;

③機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的，如金屬磨粒、銹、油變質(zhì)或的生成物、密封材料磨粒和剝離片、水等。

污染物通常以金屬磨粒為主，金屬磨粒和零件表面突起部分相互作用，而從零件表面拉出凹槽，形成碎片。這些污染顆粒混入系統(tǒng)中后會加速零件的磨損、研損，甚至破壞。

3.2 打磨車液壓油質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

青島地鐵在車輛預(yù)防性維修中判斷液壓系統(tǒng)零部件是否磨損，油液是否衰變變質(zhì)、是否受到外界污染主要通過外觀觀察法。外觀觀察法只能大致判斷油液是否污染及氧化變質(zhì)程度、存在大顆粒磨損等異常，此方法只能在油液產(chǎn)生較明顯的衰變、污染才能看到，存在一定的局限性和滯后性。根據(jù)青島地鐵打磨車的使用現(xiàn)狀和在用液壓油狀態(tài)有必要采取比較科學(xué)的技術(shù)手段進(jìn)一步分析油液衰變趨勢。

3.3 油液分析技術(shù)及內(nèi)容

油液分析技術(shù)主要包括磨粒分析、油品理化分析、顆粒計數(shù)分析等方面內(nèi)容。其中磨粒分析指油樣中所含磨粒的數(shù)量、大小、形態(tài)、成分及其變化。理化、顆粒計數(shù)則主要是監(jiān)測油品的衰變程度：氧化程度、聚合程度、被污染程度、被燃油和水稀釋程度以及添加劑成分的損耗程度等。

光譜分析用于分析在用油脂中的金屬磨粒和污染物微粒的元素組成和含量。以評價設(shè)備和零件的磨損程度，并預(yù)報其剩余壽命。

磨粒分析又稱鐵譜分析，其分析內(nèi)容為：

①磨粒數(shù)量：用于判斷機(jī)器處于何種磨損階段;

②磨粒尺寸：根據(jù)磨粒尺寸分布，判斷機(jī)器的磨損程度;

③磨粒成分：用于確定磨損零部件和元素的來源;

④磨粒形態(tài)：用于分析磨損機(jī)理和磨損類型。

液壓油元素種類及可能來源見表3。

由于青島地鐵車輛車輛段打磨車投入運(yùn)行時間不一致、分布點(diǎn)較廣，利用理化性能分析、光譜分析等油液監(jiān)測技術(shù)和利用離線油液取樣檢測的方法進(jìn)行液壓油監(jiān)測分析較為適合。

4? 鋼軌打磨車液壓油檢測結(jié)果分析

為制定更合理的液壓油更換周期，用科學(xué)的手段進(jìn)行油液質(zhì)量判定，進(jìn)行數(shù)據(jù)累積和分析，逐步探索出符合實(shí)際運(yùn)用狀況情況的打磨車液壓油更換周期，進(jìn)一步節(jié)約車輛維護(hù)成本。自2017年4月，青島地鐵3號線開始進(jìn)行打磨車液壓油質(zhì)劣化抽樣化驗，截止到2020年8月，已連續(xù)對液壓油質(zhì)進(jìn)行了4年的檢驗，2、11號線也連續(xù)2年對液壓油進(jìn)行了檢測。由于3號線打磨車運(yùn)行時間較長，最早開展液壓油檢測，本次以3號線油液檢測為切入點(diǎn)展開。針對3號線鋼軌打磨車在用液壓油，自2017年4月起至2020年7月共取樣10次進(jìn)行檢測。前期以3個月為油液取樣周期，2019年后以一年為油液取樣周期。利用理化性能分析、光譜元素分析等油液監(jiān)測技術(shù)，對、油液衰變情況、液壓系統(tǒng)的零部件磨損進(jìn)行分析。

4.1 鋼軌打磨車液壓油理化性能指標(biāo)分析

鋼軌打磨車液壓油理化性能及換油指標(biāo)如表4所示。

4.2 鋼軌打磨車液壓油理化性能指標(biāo)分析

對運(yùn)動黏度、黏度指數(shù)、酸值、水分、污染度等級等理化性能指標(biāo)的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并繪制趨勢圖，如圖1、圖2所示。

從圖1可以看出，MGM301-1車在用液壓油使用過程中黏度、黏度指數(shù)、酸值等性能指標(biāo)趨勢圖都較平緩，無驟增驟減現(xiàn)象。其中運(yùn)動黏度40℃（mm2/s）在平均值51.22上下小幅浮動，且未超出上下限值;運(yùn)動黏度100℃（mm2/s）在平均值9.394上下小幅浮動，且未超出上下限值;黏度指數(shù)在平均值170上下小幅浮動，且未超出下限值。說明液壓系統(tǒng)內(nèi)部零部件潤滑、磨合良好。酸值（mgKOH/g）在平均值0.395上下小幅浮動，且未超上下限值。說明液壓油中添加劑無明顯磨耗。水分除39個月時檢測數(shù)據(jù)超出限值，其他均未超限值，考慮到單次檢測有可能存在誤差，整體看水分含量未超限值，說明液壓系統(tǒng)密封良好，水分無明顯侵入。污染度等級在平均值9級上下小幅浮動，雖然個別檢測數(shù)據(jù)超過10級，但整體變動不劇烈，說明油液中顆粒物無明顯增加，液壓系統(tǒng)零部件潤滑良好、磨損不劇烈。綜合來看MGM301-1車在用液壓油理化性能指標(biāo)合格。

從圖2可以看出，MGM301-2車在用液壓油使用過程中黏度、黏度指數(shù)、酸值等性能指標(biāo)趨勢圖都較平緩，無驟增驟減現(xiàn)象。其中運(yùn)動黏度40℃（mm2/s）在平均值51.432上下小幅浮動，且未超出上下限值;運(yùn)動黏度100℃（mm2/s）在平均值9.447上下小幅浮動，且未超出上下限值;黏度指數(shù)在平均值169.9上下小幅浮動，且未超出下限值。說明液壓系統(tǒng)內(nèi)部零部件潤滑、磨合良好。酸值（mgKOH/g）在平均值0.374上下小幅浮動，且未超上下限值。說明液壓油中添加劑無明顯磨耗。水分含量除39個月時檢測數(shù)據(jù)超出限值，其他均未超限值，考慮到單次檢測有可能存在誤差，整體看水分含量在平均值4372（mg/kg）上下小幅浮動，說明液壓系統(tǒng)密封良好，水分無明顯侵入。污染度等級在平均值9級上下小幅浮動，雖然個別檢測數(shù)據(jù)超過10級，但整體變動不劇烈，說明油液中顆粒物無明顯增加，液壓系統(tǒng)零部件潤滑良好、磨損不劇烈。綜合來看MGM301-2車在用液壓油理化性能指標(biāo)合格。

4.3 鋼軌打磨車液壓系統(tǒng)磨損指標(biāo)分析

對鋼軌打磨車液壓油中的Fe、Cu、Pb、Sn、Al、Ba、P、Si等微量元素含量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并繪制趨勢圖，如圖3、圖4所示。

從圖3、圖4可以看出，F(xiàn)e、Cu、Pb、Sn、Al等元素含量均在5mg/kg以下，且無明顯增加趨勢，說明齒輪、活塞、活塞環(huán)、閥門、軸承、冷卻器等零部件均未發(fā)生明顯磨損、銹蝕;Si元素含量均在10mg/kg以下，說明外部灰塵、冷卻劑無明顯侵入液壓系統(tǒng)。Ba、Zn、P等元素含量變化不劇烈，無明顯減少趨勢，且未超過限制值，說明液壓油添加劑無明顯損耗。

5? 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)青島地鐵3號線鋼軌打磨車液壓油理化性能指標(biāo)衰變分析和液壓系統(tǒng)磨損狀態(tài)分析，說明自2015年4月液壓油運(yùn)用至2020年7月液壓油基本的理化性能指標(biāo)未發(fā)生明顯衰變，污染物、水分等無明顯侵入現(xiàn)象，添加劑無明顯減少。每年通過年檢時更換液壓系統(tǒng)濾芯，液壓油污染度基本維持在10級左右，說明通過更換濾芯過濾雜質(zhì)等污染物是有效的。

結(jié)合多年鋼軌打磨車液壓油檢測分析，打磨車液壓油基本可以保證使用5年。青島地鐵鋼軌打磨車液壓油換油周期可以根據(jù)油液檢測報告和實(shí)際運(yùn)用狀態(tài)綜合設(shè)置。為了提高油液檢測的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)一步利用在線監(jiān)測設(shè)備或基于便攜式儀器的現(xiàn)場油液檢測設(shè)備，更加準(zhǔn)確經(jīng)濟(jì)的判斷出油脂狀態(tài)。通過每年進(jìn)行液壓油抽樣檢測，檢測不合格時進(jìn)行油液更換，通過此項措施可以在保障液壓油質(zhì)良好、液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的前提下，每年將為青島地鐵運(yùn)營分公司至少節(jié)省33萬元的換油開支。

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