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城市轨道交通研究 2006年 采用轮缘润滑装置降低轨道磨损 Rudolf Otte(德国) (上海莱伯斯润滑技术有限公司,200437 ,上海 ∥ 中国政府第一届 “友谊奖“即外国专家贡献奖获得者) 自从有了轨道交通后,轨道的磨损导致巨大的 耗费就成了大问题实践经验表明,轨道并非可无 限制使用,磨损到一定程度后就必须更换,否则就会 导致列车出轨,严重时会酿成灾难性事故在蒸汽 机车刚开始运行的时代,轨道的磨损就已经很严重 了,随着电力机车和内燃机车投入应用,轨道的磨损 愈加严重这是因为相比较蒸汽机车的蒸汽机排放 的蒸汽含油,喷出后会有精细油膜沉落到轨道 上 — — — 虽然这些油膜还不足以解决过度的磨损问 题,但磨损状况可有所改观 由于铁路弯道入口处外侧轨道的磨损尤其严 重,于是很快有人想到在这些地方安装自动润滑装 置铁路部门于是公开招标,邀请了不少公司参与 设计、 试用,最早的轨道润滑装置就得以应用了这 种润滑装置通常安装在弯道入口处的轨道旁,列车 经过时会触发润滑装置使其喷出润滑剂到轨道侧缘 上,在众多车轮轮缘的碾压作用下,润滑剂的传递距 离可达200 m弯道很长的路段可以装设多个这样 的润滑装置。

此后,这种润滑装置就取代了手工涂 油方式紧接着,开发一种可移动的轨道润滑装置 就成了顺理成章的事,于是数量众多、 各式各样的所 谓“轨道润滑车“就在铁路线上穿梭它们的一个共 同点是都装有一个机械式的润滑装置和一个涂敷装 置用于将润滑剂涂敷到轨道上这些轨道润滑车的 运行速度低,因此其工作被限定在铁路交通的低峰 时段,对繁忙的线路或是车辆迂回运行的普通路段, 这种润滑车的使用就受到了极大限制 上面提到过,车轮轮缘可以对轨道润滑装置喷 出的润滑剂起传递作用这种作用显示出车轮轮缘 也可以作为实施润滑的工具来对轨道进行润滑,因 此很自然地,在普通机车上装设一套润滑装置并让 车轮轮缘作为实施润滑的工具 — — — 机车具备移动式 自动润滑装置的功能并取代轨道润滑车的想法就浮 出了水面而事实上,一条铁路线上的弯道数量通 常都远远高于这条线上运行的机车数量,因此在机 车上安装润滑装置比在轨道旁装固定的润滑装置要 少得多,经济优势明显这里举一个实例,德国南部 的 “Hoellentalbahn“是一条弯道多达上百个的线 路,但只有3辆机车运行,在其中一辆机车上装设润 滑装置后,轨道的寿命从行驶里程27 000 km提高 到了90 000 km ,未装设润滑装置的那2台机车从 27 000 km延长到55 000 km。

这个事实说明,装设 了润滑装置的机车其车轮轮缘对润滑剂的传递作用 是非常显著的,轨道会因这种传递作用而受惠,因为 轨道磨损降低的程度和行驶里程增加的程度是对应 的在另外2台机车上也装设了润滑装置后,轨道 的行驶里程提高到了120 000 km 后来对如何合理地将润滑剂分配到机车车轮轮 缘上的方法进行了一系列实地测试,这些方法主要 有:滚轮涂油式 — — — 用滚轮将润滑剂涂抹到车轮轮 缘上;棒状固体润滑剂涂抹式 — — — 用弹簧将棒状固 体润滑剂固定并压靠在车轮轮缘上;压缩空气喷涂 式 — — — 借助于压缩空气的压力将润滑剂喷涂到车轮 轮缘上;等等测试结果证明,压缩空气喷涂式是最 佳的方法,其他方法都因为种种弊端而遭到弃用 安装在机车上的移动式轨道润滑装置在当时西 德的德国联邦铁路局所辖范围内应用后,被统计的 所有轨道的寿命都有了大幅度提高,平均从3年提 高到9年;后来轨道换用高拉伸强度轨道后,德国联 邦铁路局预计其寿命为9年但有关磨损的测量数 据表明,采用移动式轨道润滑装置后其寿命能达到 19年正是由于这项润滑技术的应用,当时德国联 邦铁路局每年节约钢轨6 000 t 当列车受牵引力的作用经过长长的弯道时,可 以听见轨道有低频哼鸣噪声。

这种噪声是由于车轮 轮缘和轨道侧缘两者之间的干摩擦导致机车传动轴 翘起,随后复位而引起的这种翘起、 复位的现象以 60～90Hz的频率重复发生,就像用锤不停敲打轨道 面对于高拉伸强度轨道来说,这种“锤击“现象实 质上是对轨道跑合面的冷塑形,会使轨道变脆、 易 ·85· 碎这种现象的频繁发生无疑会缩短轨道的寿命 而采用移动式润滑装置后这种现象的发生得到了有 效遏制 以上所述的内容都是针对弯道,但实践中在直 道上也发现了轨道侧缘磨损的情况虽然从理论上 讲这不应该发生,但现实中确实存在这是为什么 呢?从设计角度讲,机车的传动轴应该是自动调心 的,即在直道上车轮的轮缘部位不应该和轨道内侧 缘接触,车轮的两个轮缘应该和轨道内侧缘保持同 等距离,两者之间的磨损也就不会发生但实际情 况是,机车是以非常平缓的正弦曲线运行并交替接 触两根轨道的,因此在直道上并不能避免车轮轮缘 和轨道内侧缘之间的接触和磨损另外,相关的测 量结果也表明,直道上的轨道也会有磨损,只不过磨 损比弯道上小而已所以,在直道上也需要对轨道 进行润滑,这取决于不同的路况直道也得到润滑 后,轨道和车轮轮缘之间的磨损平均降低1/ 3 一般而言,移动式轨道润滑装置都是装在机车 传动轴对应的车轮附近并将润滑剂喷涂到车轮轮缘 上的,因此润滑剂可以从传动轴对应的车轮上向后 面的车轮和轨道传递;也正因为这样,车轮轮缘的磨 损程度降低得非常可观,而车轮每两次修磨的时间 间隔也大大延长(取决于不同的路况)。

此时间间隔 延长的程度在50 %～600 %之间这一进步在德国 联邦铁路局体现的数据是:每年车轮修磨的次数减 少20万次 于是,移动式轨道润滑装置在提高轨道和车轮 寿命方面的作用就毋庸置疑了但接着争论就出现 了 — — — 究竟是哪一个部门或单位应该出钱购买润滑 装置呢?负责机车的部门和负责轨道的部门争执不 休,互不相让机车部门说这是 “轨道润滑“ ,应该由 轨道部门出钱;而轨道部门振振有词地认为这种装 置是装在机车上的,其实质是 “轮缘润滑“相同的 争执也几乎在所有欧洲国家的铁路局发生过,有关 这种装置的确切名称的莫衷一是一时间似乎成了政 治事件直到欧洲铁路协会ORE(Organization of Railways in Europe)确定其名称为 “轮缘润滑装 置“ ,这场争论才平息下来 自从轮缘润滑装置在欧洲开始应用起,统计数 字表明有一个意外的收获 — — — 机车车轮和轨道之间 未处于跑合状态即离轨现象的发生也大大降低了 最近数年,出于环保方面的压力和要求,降低机 车运行的噪声变得越来越重要采用轮缘润滑装置 后,有大量有关噪声值方面的测量数据,但现在就发 布准确的数据还为时尚早,因为不同的环境下噪声 值的差异很大。

但所有的数据都证明了一点,即采 用轮缘润滑装置后机车运行的噪声值在不同环境下 都有不同程度的降低,尤其是那种高频的尖厉声已 经听不见了 综合以上事实,可以确定地说,对轨道和车轮轮 缘进行润滑是一举两得,不仅节约了轨道方面的花 费,同时也降低了车轮方面的耗损,其所带来的巨大 效益远高于轮缘润滑装置的购置费用众多报告都 指出,投资购买轮缘润滑装置的费用的回收期平均 不超过3个月对那些受资金短缺困扰的铁路局来 说,购置轮缘润滑装置无疑是最经济的解决方案 20世纪的最后几十年,高速铁路发展迅猛,铁 路高速化的趋势愈加明显,这给轮缘及轨道润滑技 术提出了新的要求随着机车运行速度的提高,要 将润滑剂喷涂到车轮轮缘上需要克服更大的离心 力原有的轮缘润滑装置由于其喷射时间只达1 s 或更短,喷出的润滑剂无法覆盖车轮轮缘的完整圆 周;再加上喷出的润滑剂过于厚重(块状 ) , 受离心力 的影响无法准确喷涂到车轮轮缘上,或是洒落或脱 落到机车其他部位或是铁路沿线上,不仅润滑效果 差,还带来了污染后来德国莱伯斯集中润滑系统 有限公司(REBS Zentralshmiertechnik GmbH)开 发了独特的 “TURBOLUB轮缘润滑装置“并成功解 决了较高速机车的轮缘及轨道润滑问题。

该装置采 用泵供油并且可在3～10 s内将泵一个行程的排油 量准确喷射到轮缘上在德国联邦铁路局的实验室 里进行测试时,该装置在机车时速高达300 km的 情况下喷射出的润滑剂依然能够准确地粘附到轮缘 上而没有脱落这一结果也从后来在时速达300 km的ICE 3型高速列车上的实地应用得以证实 对轮缘及轨道润滑采用的润滑剂,这里要做一 点提示:最早采用的润滑剂是矿物基的稀油或干油, 在轮缘润滑装置一开始应用时,使用这些类型的油 品在降低磨损方面所获得的效果是令人振奋的;但 随着技术的日新月异,尤其是铁路高速化的迅猛发 展,早期采用的那些油品已不能满足更高的技术要 求,如要求润滑剂耐(车轮轮缘与轨道之间的)高压 性能、 润滑剂对轮缘和轨道的修复作用等,于是涌现 了很多种类的润滑剂目前经过实践验证的最好的 润滑剂是半流动状的添加了较高比例固体颗粒如石 (下转第62页) ·95· 第5期技术资料 城市轨道交通研究 2006年 表6 现场试喷普通喷射混凝土的力学性能 组号 抗压强度/ MPa 7 d28 d 劈拉强度/ MPa 7 d28 d 抗渗等级 PS1—26. 0——P6 PS215. 628. 01. 312. 00 PS422. 630. 51. 582. 18 PS620. 034. 21. 822. 77 PS717. 028. 01. 782. 34 2. 2 双快水泥喷射混凝土现场试喷结果与分析 鉴于鼓楼 — — — 珠江路地铁区间部分为软流塑地 段,采用普通喷射混凝土不能在短期内形成临时支 护,因此,用双快(快凝快硬)水泥进行了现场试喷。

2. 2. 1 原材料 水泥:创惠牌硫铝酸盐喷射双快水泥; 砂:中砂; 石:粒径为5～15 mm ,瓜子片; 水:自来水 2. 2. 2 双快水泥喷射混凝土力学性能 试验结果见表7根据试验结果,推荐在淋水 带或软流塑地段采用SK3配合比 表7 双快水泥喷射混凝土力学性能 序号 水泥用量/ (kg/ m3) 含砂率/ ( %) 抗压强度/ MPa 1 d3 d7 d28 d 劈拉强度/ MPa 7 d28 d SK13605514. 015. 516. 116. 71. 721. 78 SK23805519. 020. 021. 123. 01. 832. 05 SK34005524. 424. 925. 928. 72. 012. 33 3 结语 (1)制备出了适用于南京地铁工程的C50P10 盾构管片混凝土研究结果表明,蒸汽养护对粉煤 灰活性进行热激发,加快了粉煤灰火山灰反应的发 挥,促进了混凝土的凝结硬化,使得混凝土早期抗压 强度显著提高;掺20 %～25 %的 Ⅰ 级粉煤灰配制的 C50P10管片混凝土具有良好的工作性能、 力学性能 和长期耐久性能 (2)在室内采用普通硅酸盐水泥进行了C20P6 喷射混凝土的制备,研究表明,硅灰或硅灰与钢纤维 复掺均能明显提高混凝土早期和长期强度。

经施工 现场试喷和应用,在喷射混凝土中采用硅灰与钢纤 维复掺的方法,不仅有利于喷射混凝土早期强度的 发展,也可以大大降低喷射的回弹率,更有利于大幅 度提高喷射混凝土的抗裂防渗性能从技术与经济 角度综合考虑,推荐在地铁的非淋水带采用掺硅灰 的喷射混凝土在软流塑地段,采用普通喷射混凝 土不能在短期内形成临时支护,因而进行了双快水 泥配制喷射混凝土的研究,结果表明双快水泥喷射 混凝土的早期强度比普通喷射混凝土大大提高 参考文献 [1] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[ M].北京:中国铁道出版社, 1999. [2] 黄士元,蒋家奋.近代混凝土技术[ M].西安:陕西科学技术出 版社,1998. [3] 赵国藩.高性能混凝土发展简介[J ].施工技术,2002(4) :1. (收稿日期:2006 - 01 - 23) (上接第59页) 墨、 铝粉等的润滑剂使用这种润滑剂的最新成果 是已经让车轮轮缘和轨道侧缘之间的磨损。