应用介绍

用双圆盘摩擦计表征铁路润滑油

铁路每天运送着数百万像我们这样的人。我们甚至可以感觉到铁轨呼救时的震动和噪音。这是由于轨道顶部(ToR)和铁路轮缘的严重磨损。因此，使用润滑剂来减少磨损、噪音和振动，而不影响制动距离和加速度等安全因素。通常轨道顶部的润滑剂是水性聚合物摩擦改进剂，而轮缘的润滑剂是润滑脂。铁路网络对某些润滑油/润滑脂供应商有偏好，但对ToR摩擦改进剂没有偏好。例如，英国铁路网标准NR/L3/TRK/3530/A01建议在英国铁路网中使用RS Clare Supreme和Whitmore BioRail EP 1.5润滑脂用于车轮法兰润滑。

铁路润滑油如何降低噪音?

噪声来源于轮轨界面粘滑引起的车轮振动。在曲线处的振动更高，这就是众所周知的车轮尖叫。

ToR润滑油和轮缘润滑脂中的摩擦改进剂可以通过抑制这些振动来降低噪音，并保持正或中性的牵引系数。

建议上轨摩擦系数在0.25到0.40之间，以获得最佳的制动和加速。

粘滑是车轮横向和纵向运动差异的结果。横向和纵向运动之间的最小差异可以提高能源效率并降低燃料消耗。

虽然没有选择润滑剂的实验室测试标准，但对任何品牌/供应商的偏爱都是基于现场性能指标，如油脂拾取、保存性和携带性。现场试验的一个重要缺点是很难控制有助于润滑剂配方的参数。在实验室里，润滑剂的受控测试很容易进行。在这方面，在ELGI、NLGI和ASTM有几个工作组，就像标准制定组织一样，致力于开发铁路润滑油的实验室测试标准和协议。

图1在Ducom双盘或滚子上的滚子摩擦计中，牵引系数在固定爬电时的实时变化和润滑油接触条件的变化。

Ducom双圆盘或滚轴对滚轴摩擦试验机已被铁路网络实验室、工业和学术摩擦学实验室广泛应用于铁路润滑油的表征。双阀瓣的优点是，与球对阀瓣的点接触(例如MTM滚动-滑动)相比，它允许更大的接触面积测试。此外，滚子可以从钢轨和车轮上切割出来，因此与MTM型摩擦计中的钢球和玻璃盘/钢盘相比，测试更接近现场接触条件。因此，当我们读到双光盘是EVRAZ(俄罗斯铁路公司)、阿尔斯通公司、英国铁路公司和印度铁路公司研发实验室首选的筛选测试方法时，就不会感到惊讶了。在本报告中，我们将简要描述一个双圆盘试验方法和用于描述“铁路固体润滑剂”的相关指标的案例研究。

什么类型的摩擦计用于筛检轨道润滑剂?

摩擦计必须使测试方法能够模拟关键的轨道/车轮接触条件。以下所述的五个基本控制参数可用于选择摩擦计。

在较大的接触面积上产生接触压力(0.5至2.5 GPa)

以1m /s的表面速度控制爬电(0.1 - 20%)。

支架与顶部由铁路车轮雕刻而成的圆盘和底部由轨道雕刻而成的圆盘兼容

在干燥或润滑条件下(如润滑/润滑或固体润滑剂棒)，能够实现轨道材料的牵引系数与蠕变曲线的传感器。

安全控制配置润滑磨损(氧化，滚动疲劳等)在0.1到20µg/m的滚子。

双盘摩擦计符合铁路润滑研究所需的五个基本参数。微型牵引机(MTM)是一种球型圆盘牵引机，只能满足爬行和使牵引系数生效的传感器。然而，在双盘摩擦计中，接触压力是在小点接触上，而在大面积接触上则是相同的接触压力。

图2 石墨或MoS2基固体润滑剂棒用双盘摩擦计的牵引系数和钢轨磨损(A）牵引系数随蠕变增加而演变,（B）磨损率随蠕变增加而变化

使用Ducom双盘或滚轴对滚轴，根据保持性、磨损和牵引曲线区分润滑油产品。

莫纳什大学铁路技术研究所（澳大利亚）通过使用Ducom双盘摩擦磨损试验，设计了一种独特的测试方法来表征固体润滑剂。专门设计的固体润滑剂棒架，用于控制与上滚轴(由铁路车轮雕刻而成)接触的润滑剂的应用。使用两个用于顶部和底部滚柱的直接驱动伺服电机，可实现0.1至20%范围内的爬电。气动加载系统用于在顶辊上施加0.1至8 kN范围内的力，该力转化为0.5至2.5 GPa的接触压力。固位性、磨损和牵引曲线可用于表征固体润滑剂。保持性是润滑油停止后产品响应时间较长的直接测量值（见图1）。磨损是根据试验后滚轴的质量损失来测量的。牵引曲线由不同蠕变下的现场摩擦测量得出。

铁路润滑油如何减少磨损？

磨损是在0.5 GPa至2.5 GPa范围内法兰与轨距接口之间的极端压力下，由于润滑不足造成的车轮法兰和轨距上的材料损失。

润滑脂中使用极压添加剂，如二硫化钼和石墨，以减少磨损。此外，高粘度基础油和增稠剂等润滑脂成分有助于防止由于滚动接触疲劳和

规角开裂而造成的磨损。一般来说，润滑脂必须在2 - 16 g/m的范围内防止灾难性的磨损。

因为可以减少轮轨研磨间隔的数量，所以减少磨损可以降低维护成本。

图3。各种润滑接触条件下的牵引系数随时间的演变。

与MoS2基润滑剂相比，石墨基润滑剂表现出更高的保持率和更低的牵引系数。

结果表明，与干燥状态或MoS2基固体润滑剂相比，石墨基固体润滑剂棒显示出较低的稳定牵引曲线（见图2A）。与MoS2基固体润滑剂相比，石墨基润滑剂的钢轨磨损更低（见图2B）。

此外，石墨基润滑剂的保持性优于MoS2(见图3)。更长的保持性使轨道的牵引力和磨损降低

有关这些结果的详细说明，请参阅《国际摩擦学》一文。

如何最大限度地减少铁路润滑油对环境的影响？

没有在轨轮接触面消耗的油脂和油，必然会污染周围环境。环境可接受的润滑剂（EAL），例如可生物降解酯基础油可以作为路边或车上润滑系统(如SKF和林肯润滑系统)中使用的矿物油基润滑剂的合适替代品。

另一种广泛采用的解决方案是采用固体润滑剂棒，一种嵌入石墨或MoS2固体润滑剂的基质，用于车轮/车轮法兰的车载润滑（例如Schunk）。与润滑脂相比，固体润滑剂棒可以减少润滑剂损耗，减少疲劳裂纹。

双盘式铁路润滑油的研制具有节能、安全、维修成本低等优点。然而，它在实验室的普遍接受将取决于重复性和再现性的精度。根据既定的测试方案，从多个双盘摩擦计收集牵引系数和磨损数据，可以提高精度。