用雙圓盤(pán)摩擦計(jì)表征鐵路潤(rùn)滑油

鐵路每天運(yùn)送著數(shù)百萬(wàn)像我們這樣的人。我們甚至可以感覺(jué)到鐵軌呼救時(shí)的震動(dòng)和噪音。這是由于軌道頂部(ToR)和鐵路輪緣的嚴(yán)重磨損。因此，使用潤(rùn)滑劑來(lái)減少磨損、噪音和振動(dòng)，而不影響制動(dòng)距離和加速度等安全因素。通常軌道頂部的潤(rùn)滑劑是水性聚合物摩擦改進(jìn)劑，而輪緣的潤(rùn)滑劑是潤(rùn)滑脂。鐵路網(wǎng)絡(luò)對(duì)某些潤(rùn)滑油/潤(rùn)滑脂供應(yīng)商有偏好，但對(duì)ToR摩擦改進(jìn)劑沒(méi)有偏好。例如，英國(guó)鐵路網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)NR/L3/TRK/3530/A01建議在英國(guó)鐵路網(wǎng)中使用RS Clare Supreme和Whitmore BioRail EP 1.5潤(rùn)滑脂用于車(chē)輪法蘭潤(rùn)滑。

鐵路潤(rùn)滑油如何降低噪音?

噪聲來(lái)源于輪軌界面粘滑引起的車(chē)輪振動(dòng)。在曲線(xiàn)處的振動(dòng)更高，這就是眾所周知的車(chē)輪尖叫。

ToR潤(rùn)滑油和輪緣潤(rùn)滑脂中的摩擦改進(jìn)劑可以通過(guò)抑制這些振動(dòng)來(lái)降低噪音，并保持正或中性的牽引系數(shù)。

建議上軌摩擦系數(shù)在0.25到0.40之間，以獲得最佳的制動(dòng)和加速。

粘滑是車(chē)輪橫向和縱向運(yùn)動(dòng)差異的結(jié)果。橫向和縱向運(yùn)動(dòng)之間的最小差異可以提高能源效率并降低燃料消耗。

雖然沒(méi)有選擇潤(rùn)滑劑的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)任何品牌/供應(yīng)商的偏愛(ài)都是基于現(xiàn)場(chǎng)性能指標(biāo)，如油脂拾取、保存性和攜帶性。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的一個(gè)重要缺點(diǎn)是很難控制有助于潤(rùn)滑劑配方的參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室里，潤(rùn)滑劑的受控測(cè)試很容易進(jìn)行。在這方面，在ELGI、NLGI和ASTM有幾個(gè)工作組，就像標(biāo)準(zhǔn)制定組織一樣，致力于開(kāi)發(fā)鐵路潤(rùn)滑油的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

圖1在Ducom雙盤(pán)或滾子上的滾子摩擦計(jì)中，牽引系數(shù)在固定爬電時(shí)的實(shí)時(shí)變化和潤(rùn)滑油接觸條件的變化。

Ducom雙圓盤(pán)或滾軸對(duì)滾軸摩擦試驗(yàn)機(jī)已被鐵路網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和學(xué)術(shù)摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用于鐵路潤(rùn)滑油的表征。雙閥瓣的優(yōu)點(diǎn)是，與球?qū)﹂y瓣的點(diǎn)接觸(例如MTM滾動(dòng)-滑動(dòng))相比，它允許更大的接觸面積測(cè)試。此外，滾子可以從鋼軌和車(chē)輪上切割出來(lái)，因此與MTM型摩擦計(jì)中的鋼球和玻璃盤(pán)/鋼盤(pán)相比，測(cè)試更接近現(xiàn)場(chǎng)接觸條件。因此，當(dāng)我們讀到雙光盤(pán)是EVRAZ(俄羅斯鐵路公司)、阿爾斯通公司、英國(guó)鐵路公司和印度鐵路公司研發(fā)實(shí)驗(yàn)室首選的篩選測(cè)試方法時(shí)，就不會(huì)感到驚訝了。在本報(bào)告中，我們將簡(jiǎn)要描述一個(gè)雙圓盤(pán)試驗(yàn)方法和用于描述“鐵路固體潤(rùn)滑劑”的相關(guān)指標(biāo)的案例研究。

什么類(lèi)型的摩擦計(jì)用于篩檢軌道潤(rùn)滑劑?

摩擦計(jì)必須使測(cè)試方法能夠模擬關(guān)鍵的軌道/車(chē)輪接觸條件。以下所述的五個(gè)基本控制參數(shù)可用于選擇摩擦計(jì)。

在較大的接觸面積上產(chǎn)生接觸壓力(0.5至2.5 GPa)

以1m /s的表面速度控制爬電(0.1 - 20%)。

支架與頂部由鐵路車(chē)輪雕刻而成的圓盤(pán)和底部由軌道雕刻而成的圓盤(pán)兼容

在干燥或潤(rùn)滑條件下(如潤(rùn)滑/潤(rùn)滑或固體潤(rùn)滑劑棒)，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道材料的牽引系數(shù)與蠕變曲線(xiàn)的傳感器。

安全控制配置潤(rùn)滑磨損(氧化，滾動(dòng)疲勞等)在0.1到20μg/m的滾子。

雙盤(pán)摩擦計(jì)符合鐵路潤(rùn)滑研究所需的五個(gè)基本參數(shù)。微型牽引機(jī)(MTM)是一種球型圓盤(pán)牽引機(jī)，只能滿(mǎn)足爬行和使?fàn)恳禂?shù)生效的傳感器。然而，在雙盤(pán)摩擦計(jì)中，接觸壓力是在小點(diǎn)接觸上，而在大面積接觸上則是相同的接觸壓力。

圖2 石墨或MoS2基固體潤(rùn)滑劑棒用雙盤(pán)摩擦計(jì)的牽引系數(shù)和鋼軌磨損(A）牽引系數(shù)隨蠕變?cè)黾佣葑?（B）磨損率隨蠕變?cè)黾佣兓?/span>

使用Ducom雙盤(pán)或滾軸對(duì)滾軸，根據(jù)保持性、磨損和牽引曲線(xiàn)區(qū)分潤(rùn)滑油產(chǎn)品。

莫納什大學(xué)鐵路技術(shù)研究所（澳大利亞）通過(guò)使用Ducom雙盤(pán)摩擦磨損試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的測(cè)試方法來(lái)表征固體潤(rùn)滑劑。專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的固體潤(rùn)滑劑棒架，用于控制與上滾軸(由鐵路車(chē)輪雕刻而成)接觸的潤(rùn)滑劑的應(yīng)用。使用兩個(gè)用于頂部和底部滾柱的直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)0.1至20%范圍內(nèi)的爬電。氣動(dòng)加載系統(tǒng)用于在頂輥上施加0.1至8 kN范圍內(nèi)的力，該力轉(zhuǎn)化為0.5至2.5 GPa的接觸壓力。固位性、磨損和牽引曲線(xiàn)可用于表征固體潤(rùn)滑劑。保持性是潤(rùn)滑油停止后產(chǎn)品響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的直接測(cè)量值（見(jiàn)圖1）。磨損是根據(jù)試驗(yàn)后滾軸的質(zhì)量損失來(lái)測(cè)量的。牽引曲線(xiàn)由不同蠕變下的現(xiàn)場(chǎng)摩擦測(cè)量得出。

鐵路潤(rùn)滑油如何減少磨損？

磨損是在0.5 GPa至2.5 GPa范圍內(nèi)法蘭與軌距接口之間的極端壓力下，由于潤(rùn)滑不足造成的車(chē)輪法蘭和軌距上的材料損失。

潤(rùn)滑脂中使用極壓添加劑，如二硫化鉬和石墨，以減少磨損。此外，高粘度基礎(chǔ)油和增稠劑等潤(rùn)滑脂成分有助于防止由于滾動(dòng)接觸疲勞和

規(guī)角開(kāi)裂而造成的磨損。一般來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑脂必須在2 - 16 g/m的范圍內(nèi)防止災(zāi)難性的磨損。

因?yàn)榭梢詼p少輪軌研磨間隔的數(shù)量，所以減少磨損可以降低維護(hù)成本。

圖3。各種潤(rùn)滑接觸條件下的牽引系數(shù)隨時(shí)間的演變。

與MoS2基潤(rùn)滑劑相比，石墨基潤(rùn)滑劑表現(xiàn)出更高的保持率和更低的牽引系數(shù)。

結(jié)果表明，與干燥狀態(tài)或MoS2基固體潤(rùn)滑劑相比，石墨基固體潤(rùn)滑劑棒顯示出較低的穩(wěn)定牽引曲線(xiàn)（見(jiàn)圖2A）。與MoS2基固體潤(rùn)滑劑相比，石墨基潤(rùn)滑劑的鋼軌磨損更低（見(jiàn)圖2B）。

此外，石墨基潤(rùn)滑劑的保持性?xún)?yōu)于MoS2(見(jiàn)圖3)。更長(zhǎng)的保持性使軌道的牽引力和磨損降低

有關(guān)這些結(jié)果的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱《國(guó)際摩擦學(xué)》一文。

如何最大限度地減少鐵路潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的影響？

沒(méi)有在軌輪接觸面消耗的油脂和油，必然會(huì)污染周?chē)h(huán)境。環(huán)境可接受的潤(rùn)滑劑（EAL），例如可生物降解酯基礎(chǔ)油可以作為路邊或車(chē)上潤(rùn)滑系統(tǒng)(如SKF和林肯潤(rùn)滑系統(tǒng))中使用的礦物油基潤(rùn)滑劑的合適替代品。

另一種廣泛采用的解決方案是采用固體潤(rùn)滑劑棒，一種嵌入石墨或MoS2固體潤(rùn)滑劑的基質(zhì)，用于車(chē)輪/車(chē)輪法蘭的車(chē)載潤(rùn)滑（例如Schunk）。與潤(rùn)滑脂相比，固體潤(rùn)滑劑棒可以減少潤(rùn)滑劑損耗，減少疲勞裂紋。

雙盤(pán)式鐵路潤(rùn)滑油的研制具有節(jié)能、安全、維修成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，它在實(shí)驗(yàn)室的普遍接受將取決于重復(fù)性和再現(xiàn)性的精度。根據(jù)既定的測(cè)試方案，從多個(gè)雙盤(pán)摩擦計(jì)收集牽引系數(shù)和磨損數(shù)據(jù)，可以提高精度。