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摘 要：在重载运输条件下，道岔尖轨磨耗十分严重，频繁更换钢轨不仅浪费人力和物力，也给运输生产带来安全隐患。该文以固体润滑理论为基础，研制了一种用于降低尖轨磨耗的尖轨减磨剂。现场试验证明，在尖轨侧面涂覆尖轨减磨剂能够有效地降低尖轨磨耗，延长尖轨使用寿命。
关键词：道岔 尖轨 减磨剂
中图分类号：U213.4+22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0076-01
1 研究背景
道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备。由于道岔具有数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、养护维修投入大等特点，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。
当列车通过道岔侧向时，产生的离心力对尖轨的纵向和横向造成冲击，导致尖轨侧面磨耗，当磨耗到一定程度时就需要更换道岔尖轨。尤其是当重载列车通过道岔时，会加大对尖轨的冲击力，加剧了尖轨的磨耗程度，缩短了尖轨的更换时间间隔。频繁地更换尖轨不仅对运输造成重大干扰，而且新旧钢轨不匹配造成的轨顶高差、作用边错差等新病害，直接影响列车通过时的平稳度和舒适度。同时新尖轨与基本轨贴密不好，搬动转换不灵等问题，也给运输生产带来极大隐患。
该文研制一种适应于曲尖轨与轮缘摩擦面的润滑减磨剂，通过其优异的附着、润滑性及高承载性，在曲尖轨磨耗侧面形成附着力极强的润滑膜，从而最大限度的降低曲尖轨磨耗。
2 道岔曲尖轨磨耗机理分析
道岔与一般线路的区别不仅在于复杂的轨线布置和走行线路转换，而且在于其多变的轮/岔接触几何关系。当车轮对从基本轨过渡到尖轨时[1]，车轮轮缘与尖轨作用边接触点上的压强很大，当压强超过尖轨的屈服应力，接触点顶部就发生塑性变形；同时车轮滚动时，轮缘在尖轨侧面产生滑动，使接触点的塑性部分和弹性部分的过渡区间出现变形，形成了曲尖轨的侧面磨耗。
3 减磨方式的选择
通过轮轨之间接触状态的分析可知，轮轨之间的磨损是不可能消除的，但是采用润滑的方法可以使磨损尽可能减少。目前轮轨减磨的主要方式分为油脂润滑和固体润滑两种。
采用油脂类润滑，其长效性差，承载能力低，在重负荷下油膜容易破裂，不能保证良好润滑；油脂不能在摩擦表面“轮廓峰”上面产生油膜，金属直接接触，仍造成磨损；另外油脂润滑还易产生油楔作用而加速剥离掉块和道床污染。
固体润滑剂是一种以界面润滑原理取代油脂流体润滑原理的新型润滑减磨材料，具有很高的抗极压性，且摩擦系数很小，能在摩擦界面间形成固体润滑膜，可以防止金属表面微观凸起穿透润滑膜，隔开摩擦副表面，从而起到减磨作用；同时，固体润滑剂能够在尖轨摩擦表面的“轮廓谷”中潜伏润滑剂，作为补充转移膜，在摩擦表面形成具有长效性的润滑减磨带。因此，针对车轮轮缘与尖轨侧面这一特殊摩擦副的工作环境和摩擦磨损相互作用特性，应以固体润滑原理为基础，研制尖轨润滑减磨剂。
4 尖轨减磨剂的研制
4.1 基本性能要求
由于轮轨系统的特殊性，润滑的形式只能是边界润滑。它通过第三介质的作用，在金属表面形成边界润滑膜。边界润滑的效果，很大程度取决于边界膜的性能。尖轨润滑减磨剂在减小摩擦降低磨损的过程中，其减磨功能的实现是借助于润滑剂在尖轨摩擦表面形成的润滑膜来实现的，因此尖轨减磨剂应具有如下的基本性能。
（1）与摩擦表面牢固地附着，有保护表面的功能。只有与摩擦表面牢固地附着，才能长时间保留在摩擦系统中，才能防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。
（2）剪切强度低。只有具有低的剪切强度，才能使摩擦副的摩擦系数小，不产生不必要的动力损失、温度上升等，而且它的低剪切强度应在宽温度范围不发生变化。如莫氏硬度较低的金属-银，其剪切强度较低，可以作为固体润滑剂。
（3）稳定性好，不产生腐蚀及其它有害作用。要求固体润滑剂具有良好的稳定性，包括物理热稳定、化学热稳定、时效稳定和无腐蚀作用。物理热稳定是指温度改变不会引起相变或晶格的变化；化学稳定是指在活性介质中温度变化不会引起剧烈的化学反应；时效稳定是指润滑剂能够长期放置而不变质；而且对摩擦面无腐蚀，对环境无污染。
（4）较高的承载能力，又要容易剪切。如具有各向异性的层状结构的固体（如石墨）比各向同性的晶体更适合作为固体润滑剂。
4.2 组分的确定
通过上述分析可知，尖轨润滑剂应以固体润滑原理为基础，选择合适的添加剂和粘结剂，通过配比试验选择和现场大量试验，最终选择极压抗磨剂、固体润滑剂、有机固体润滑剂、粘结剂和分散剂作为尖轨减磨剂的主要成分。
4.3 性能指标
尖轨减磨剂的性能指标如表1所示。
5 现场试验
研制的尖轨减磨剂在沈阳工务段管内虎石台工区长大线44号道岔进行使用，提速道岔为山海关桥梁厂生产12号提速道岔，每天涂覆一次。涂覆尖轨润滑减磨剂后，经列车车轮碾压，在尖轨摩擦面上形成黑色的固体润滑膜，油膜能够保持24 h。在未涂覆尖轨减磨剂前，该道岔尖轨的平均更换周期120 d，使用尖轨润滑减磨剂更换周期为370 d。因此，涂覆润滑剂的尖轨使用寿命是不涂覆润滑剂尖轨使用寿命的3.08倍，减磨效果非常明显。
6 结语
在对道岔尖轨磨耗机理进行分析的基础上，以固体润滑理论为基础，研制了道岔尖轨减磨剂。研制的尖轨减磨剂具有优异的附着性、润滑性、极压性、长效性，能在尖轨磨耗侧面形成固体润滑膜，降低尖轨磨耗。现场运用证明，在尖轨侧面涂覆尖轨减磨剂能够有效地降低尖轨磨耗，延长尖轨使用寿命达2个周期。尖轨减磨剂的研制为道岔尖轨的减磨提供了有效地技术方案。
参考文献
[1] 任尊松，何小河.道岔区轮轨间隙动态变化特性研究[J].北京交通大学学报， 2007（8）.
[2] 金学松，刘启跃.轮轨摩擦学[M].北京：中国铁道出版社，2004.
[3] 于春华.城市轨道交通道岔设计、施工及维修[M].北京：中国铁道出版社，2012.
关键词：道岔 尖轨 减磨剂
中图分类号：U213.4+22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0076-01
1 研究背景
道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备。由于道岔具有数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、养护维修投入大等特点，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。
当列车通过道岔侧向时，产生的离心力对尖轨的纵向和横向造成冲击，导致尖轨侧面磨耗，当磨耗到一定程度时就需要更换道岔尖轨。尤其是当重载列车通过道岔时，会加大对尖轨的冲击力，加剧了尖轨的磨耗程度，缩短了尖轨的更换时间间隔。频繁地更换尖轨不仅对运输造成重大干扰，而且新旧钢轨不匹配造成的轨顶高差、作用边错差等新病害，直接影响列车通过时的平稳度和舒适度。同时新尖轨与基本轨贴密不好，搬动转换不灵等问题，也给运输生产带来极大隐患。
该文研制一种适应于曲尖轨与轮缘摩擦面的润滑减磨剂，通过其优异的附着、润滑性及高承载性，在曲尖轨磨耗侧面形成附着力极强的润滑膜，从而最大限度的降低曲尖轨磨耗。
2 道岔曲尖轨磨耗机理分析
道岔与一般线路的区别不仅在于复杂的轨线布置和走行线路转换，而且在于其多变的轮/岔接触几何关系。当车轮对从基本轨过渡到尖轨时[1]，车轮轮缘与尖轨作用边接触点上的压强很大，当压强超过尖轨的屈服应力，接触点顶部就发生塑性变形；同时车轮滚动时，轮缘在尖轨侧面产生滑动，使接触点的塑性部分和弹性部分的过渡区间出现变形，形成了曲尖轨的侧面磨耗。
3 减磨方式的选择
通过轮轨之间接触状态的分析可知，轮轨之间的磨损是不可能消除的，但是采用润滑的方法可以使磨损尽可能减少。目前轮轨减磨的主要方式分为油脂润滑和固体润滑两种。
采用油脂类润滑，其长效性差，承载能力低，在重负荷下油膜容易破裂，不能保证良好润滑；油脂不能在摩擦表面“轮廓峰”上面产生油膜，金属直接接触，仍造成磨损；另外油脂润滑还易产生油楔作用而加速剥离掉块和道床污染。
固体润滑剂是一种以界面润滑原理取代油脂流体润滑原理的新型润滑减磨材料，具有很高的抗极压性，且摩擦系数很小，能在摩擦界面间形成固体润滑膜，可以防止金属表面微观凸起穿透润滑膜，隔开摩擦副表面，从而起到减磨作用；同时，固体润滑剂能够在尖轨摩擦表面的“轮廓谷”中潜伏润滑剂，作为补充转移膜，在摩擦表面形成具有长效性的润滑减磨带。因此，针对车轮轮缘与尖轨侧面这一特殊摩擦副的工作环境和摩擦磨损相互作用特性，应以固体润滑原理为基础，研制尖轨润滑减磨剂。
4 尖轨减磨剂的研制
4.1 基本性能要求
由于轮轨系统的特殊性，润滑的形式只能是边界润滑。它通过第三介质的作用，在金属表面形成边界润滑膜。边界润滑的效果，很大程度取决于边界膜的性能。尖轨润滑减磨剂在减小摩擦降低磨损的过程中，其减磨功能的实现是借助于润滑剂在尖轨摩擦表面形成的润滑膜来实现的，因此尖轨减磨剂应具有如下的基本性能。
（1）与摩擦表面牢固地附着，有保护表面的功能。只有与摩擦表面牢固地附着，才能长时间保留在摩擦系统中，才能防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。
（2）剪切强度低。只有具有低的剪切强度，才能使摩擦副的摩擦系数小，不产生不必要的动力损失、温度上升等，而且它的低剪切强度应在宽温度范围不发生变化。如莫氏硬度较低的金属-银，其剪切强度较低，可以作为固体润滑剂。
（3）稳定性好，不产生腐蚀及其它有害作用。要求固体润滑剂具有良好的稳定性，包括物理热稳定、化学热稳定、时效稳定和无腐蚀作用。物理热稳定是指温度改变不会引起相变或晶格的变化；化学稳定是指在活性介质中温度变化不会引起剧烈的化学反应；时效稳定是指润滑剂能够长期放置而不变质；而且对摩擦面无腐蚀，对环境无污染。
（4）较高的承载能力，又要容易剪切。如具有各向异性的层状结构的固体（如石墨）比各向同性的晶体更适合作为固体润滑剂。
4.2 组分的确定
通过上述分析可知，尖轨润滑剂应以固体润滑原理为基础，选择合适的添加剂和粘结剂，通过配比试验选择和现场大量试验，最终选择极压抗磨剂、固体润滑剂、有机固体润滑剂、粘结剂和分散剂作为尖轨减磨剂的主要成分。
4.3 性能指标
尖轨减磨剂的性能指标如表1所示。
5 现场试验
研制的尖轨减磨剂在沈阳工务段管内虎石台工区长大线44号道岔进行使用，提速道岔为山海关桥梁厂生产12号提速道岔，每天涂覆一次。涂覆尖轨润滑减磨剂后，经列车车轮碾压，在尖轨摩擦面上形成黑色的固体润滑膜，油膜能够保持24 h。在未涂覆尖轨减磨剂前，该道岔尖轨的平均更换周期120 d，使用尖轨润滑减磨剂更换周期为370 d。因此，涂覆润滑剂的尖轨使用寿命是不涂覆润滑剂尖轨使用寿命的3.08倍，减磨效果非常明显。
6 结语
在对道岔尖轨磨耗机理进行分析的基础上，以固体润滑理论为基础，研制了道岔尖轨减磨剂。研制的尖轨减磨剂具有优异的附着性、润滑性、极压性、长效性，能在尖轨磨耗侧面形成固体润滑膜，降低尖轨磨耗。现场运用证明，在尖轨侧面涂覆尖轨减磨剂能够有效地降低尖轨磨耗，延长尖轨使用寿命达2个周期。尖轨减磨剂的研制为道岔尖轨的减磨提供了有效地技术方案。
参考文献
[1] 任尊松，何小河.道岔区轮轨间隙动态变化特性研究[J].北京交通大学学报， 2007（8）.
[2] 金学松，刘启跃.轮轨摩擦学[M].北京：中国铁道出版社，2004.
[3] 于春华.城市轨道交通道岔设计、施工及维修[M].北京：中国铁道出版社，2012.