重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究

1、114铁道建筑RailwayEngineeringApril，2011文章编号：1003-1995（2011）04-0114-03重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究罗国伟，李伟2（1.铁道部运输局基础部，北京100844；2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081）摘要：钢轨润滑以及轨顶摩擦控制是重载铁路减轻钢轨侧磨以及伤损的有效措施之一。本文对比分析机车的曲线通过性能。分析结果表明，曲线外股钢轨轨距角处的润滑，有利于减不同摩擦系数条件下，小轮轨磨耗，与此同时，减小了机车的蠕滑导向力矩，从而增大了导向轮轮对冲角，轮轨横向力亦呈现增大趋势；曲线内轨轨顶摩擦系数适当减小对减小轮轨横向力起到

2、积极作用。轮轨纵向蠕滑系数的增大，可明显提高轮对导向力矩，有利于轮对趋于径向位置，并减小横向力和轮对冲角，使得机车的曲线通过性能得到显著改善。关键词：重载铁路润滑+摩擦控制蠕滑中图分类号：U213.422文献标识码：A然而，轨距角处涂油对机车的曲线通过性能有何影响不得而知；本节着重分析外轨轨距角处摩擦系数对机车曲线通过性能的影响规律。轮轨干摩擦条件下的摩涂油后的摩擦系数取0.2。擦系数取0.4，以机车时速60km通过600m曲线半径（超高为60mm）为例（机车以匀速通过曲线），对两种摩擦条件外轨横向力、轮对冲角、磨耗下的导向轮导向力矩、功4大轴重成为世界各国发展重载铁路的首选技术措施。随着机车

3、车辆的重载不断增大，轮轨相互动作用力不断增大，与此同时，钢轨损伤（龟裂和剥离）、噪曲线钢轨磨耗等问题愈加突出，延长重载铁路钢轨声、的使用寿命已成为各国积极研究的课题1-2。轮轨润滑是减缓曲线钢轨磨耗的有效措施之一。就润滑剂而言，分为固体和液体，根据其化学特性的不同，可分为油剂型和水剂型；为满足不同涂油要求，相继开发了地面式和车载式涂油设备；各种润滑剂和涂油设备的研制，使得轮轨润滑技术得到了长足发展。近年来，轨顶摩擦控制3等动力学指标进行对比分析，以此评价轨距角处润滑对车辆曲线通过性能的影响。为着重反映摩擦系数的影响，未设置轨道不平顺。图1给出了机车曲线通过时导向轮的动力响应。从图中可以看出，在

4、轨距角处进行涂油后，圆曲线上导向轮的导向力矩较干摩擦条件下减小31%（这与文献1结论基本一致），轮对冲角增大9%，轮对冲角的增大，使得外轨横向力增大13%。由于摩擦系数的减小，使得轮轨接触斑处磨耗功减小35%，由此说明润滑对减缓曲线钢轨磨耗起到积极作用。技术不断发展，该技术的应用可有效减小机车车辆曲线通过时的轮轨横向力，可改善重载铁路的运营条件。本文运用多体动力学思想对不同摩擦条件下的机车曲线通过性能进行了仿真分析。2建立重载机车动力学模型，模型包括1个车体、12个轴箱、6条轮对以及驱动单元。电机驱动个构架、装置作为一整体建模，电机输出转矩等效为力矩，直接车轮型面为JM3，钢轨作用在轮对上。机

5、车轴重23t，型面为中国主型轨60kg/m。2轮顶摩擦控制对机车曲线通过性能的影响近年来，随着轮轨摩擦技术的发展，不断有学者提1轨侧摩擦控制对机车曲线通过性能的影响为减缓曲线外轨的磨耗，轨距角处的涂油作为一出轮顶摩擦控制管理理念，期望将轮轨摩擦系数保持从而获得良好的曲线通过性能，减在较为理想的水平，缓钢轨损伤的萌生与发展6-7。基于此思想，本文取种简便有效的方式，为很多铁路部门所采用，以此减小轮缘与轨距角处的摩擦系数，从而减缓外轨磨耗收稿日期：2010-12-25；修回日期：2011-01-20作者简介：罗国伟（1977），男，湖南长沙人，工程师。3-40.3作为涂有摩擦控制剂后的轨面摩擦系数

6、，换言之，仍保持上节中轨距角处的润滑，将轨顶的摩擦系数改为0.3。图2描述了轨顶涂有摩擦控制剂后机车的曲线通过性能，对比分析发现，轨顶摩擦系数减小后，圆曲线。2011年第4期重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究115图1轨侧摩擦控制对机车曲线通过性能的影响上导向轮的导向力矩较干摩擦条件下减小33%，轮对冲角增大9%，外轨横向力减小7%，究其原因，轨顶摩横向蠕滑力的减小致使横向力减小。擦系数减小后，由于摩擦系数的减小，轮轨接触斑处磨耗功减小27%。矩和冲角较轨顶、轨侧摩擦控制未有明显变化，而此时提高了机车的的轮轨横向力和磨耗功均呈减小趋势，曲线通过性能3，5。综上分析，适当的轨面摩擦控制不仅可获得良好

7、的机车曲线通过性能，并能减小接触斑处的轮轨磨耗速率。经分析得出，轨侧摩擦系数控制在0.2，轨顶摩擦系数控制在0.3，既可兼顾机车的牵引所需的黏着系数，又可获得良好的曲线通过性能6-93综合摩擦控制技术对机车曲线通过性能的影响综合上两节中的分析发现，轨侧和轨顶摩擦控制。都可减小接触斑上的磨耗功，而两者对轮轨横向力的影响规律相反，因此，本节研究对轨侧和轨顶同时进行对机车曲线通过性摩擦控制（综合摩擦控制技术）时，能的影响。对轨顶和轨侧同时进行摩擦控制时机车曲线通过采用轨面摩擦控制时，导向力性能如图3。分析发现，4结语采用多体动力学方法建立我国重载机车动力学模通过仿真分析不同摩擦条件下机车的曲线通过性

8、型，能，得出如下结论：1）曲线外轨轨距角处的润滑，在一定程度上降低了机车的曲线通过性能；由于摩擦系数的减小，使得接图2轨顶摩擦控制对机车曲线通过性能的影响116铁道建筑April，2011图3轨面摩擦控制对机车曲线通过性能的影响触斑上的磨耗功减小，最终对减缓曲线钢轨侧磨起到积极作用。2）摩擦系数适当降低后，减小了曲线外轨横向力，改善了机车曲线通过性能，轨面摩擦系数应该保持在合理范围之内。3）理想摩擦控制剂对改善轮轨蠕滑特性具有积显著提高机车曲线通过性能。极作用，轮轨摩擦控制的关键技术在于摩擦控制剂，性能良好的摩擦控制剂不仅具有稳定的摩擦特性，并能改善轮轨接触状态，使轮轨蠕滑特性有所改观，能有效

9、减小轮轨粘滑振动，从而抑制曲线钢轨波磨、钢轨损伤的萌生和发展，并减少高频噪声的产生。下一步工作调整摩擦控制剂的物理特性，改善轮将通过试验研究，轨接触条件。参考文献2.北京：中国铁道出版社，王福天.车辆系统动力学M1994，51-66.3.北京：中国际重载协会.国际重载铁路最佳应用指南M2009，51-66.国铁道出版社，4.北京：中国铁道出版社，金雪松，刘启跃.轮轨摩擦学M2004，51-66.5TOMEOKAM，KABEN，TANIMOTOM，etal.FrictioncontrolbetweenwheelandrailJ.Wear，2002（7）：124-129.6SUDAY，IWASAT

10、，KOMINEH，etal.DevelopmentofonboardfrictioncontrolJ.Wear，2005（3）：1109-1114.7EADIEDT，KALOUSEKJ，CHIDDICKKC.Theroleofhighpositivefriction（HPF）modifierinthecontrolofhortpitchcorrugationandrelatedphenomenaJ.Wear，2002（7）：185-192.8郭俊，刘启跃，王文健.钢轨打磨对轮轨滚动接触斑行为影J.铁道建筑，2009（12）：92-94.响研究9.张建峰，高新平，王卫东.重载铁路钢轨打磨效果分析

11、J2009（4）：104-105.铁道建筑，1STEPHENM，REUBENP，WILSONN，etal.Effectsofwheel-railcontactgeometryonwheelsetsteeringofforcesJ.wear，1996（191）：204-209.（责任审编王红）檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵广东西部沿海高铁将于2011年动工广东西部沿海高速铁路东段在深圳连接厦深铁路（厦门深圳），西段在茂名连接茂湛铁路、河茂铁路。深茂段的起点为深圳，从深圳下穿珠江口，经中山、江门、阳江，终点为茂名。深茂段初步设计全长为371.7km，预计总投资458.4亿元。据规划部门介绍，广东西部沿海高速铁路将按国铁级、双向电气化