设计制造 文章编号：１００２—７６０２（２０１５）１０ ００２１—０２ 铁道车辆 第５３卷第１Ｏ期２０１５年１０月 动车组电控湿式轮缘润滑系统设计简介 马永靖 （长春轨道客车股份有限公司，吉林长春１３００６２） 摘 要：介绍了一种应用于动车组的电控湿式轮缘润滑系统的组成、工作原理、润滑剂选型、控制策略设计和安装方 关键词：动车组；轮缘润滑系统；设计 中图分类号：Ｕ２７０．３５ 文献标志码：Ｂ 轨道车辆即使是在直线运行时，车轮轮缘也会和 轨道侧面接触摩擦，形成运行阻力，造成轮缘和轨道磨 耗，在多曲线线路这一问题表现得尤为突出。对轨道 车辆的车轮或轨道进行润滑，能够有效改善车轮和轨 道间的摩擦性能，降低运行阻力，减少轮轨噪声排放和 动力损耗，减缓轮轨磨耗速度＿＿１］，提高车轮和轨道寿 命，从而降低车辆的运营和维护成本。基于这一优点， 目前各种形式的轮缘润滑系统已被广泛地应用于机 车、动车组、地铁和轻轨等轨道车辆上＿２］。根据润滑的 部位，可分为轮缘润滑系统和轨道润滑系统；根据控制 方式，可分为手动式轮缘润滑系统和自动式轮缘润滑 系统；根据控制原理，可分为机械式轮缘润滑系统和气 动式轮缘润滑系统；根据使用的润滑材料，可分为干式 轮缘润滑系统和湿式轮缘润滑系统，干式轮缘润滑系 统 ］一般采用固态润滑材料，湿式轮缘润滑系统 多 采用润滑油、润滑脂和润滑剂等润滑材料。 我国ＣＲＨ３型动车组采用电控自动控制的湿式 轮缘润滑系统，使用含有高固成分的润滑剂。该系统 与简单的机械干式轮缘润滑系统相比，控制方式更为 灵活，控制精度更高；与传统的直接涂油、涂润滑脂或 喷油的湿式润滑方式相比，润滑材料利用率高，经济性 好，可大幅度减少对车辆、线路和环境的污染，并能有 效解决由于车轮踏面油污过多导致车轮空转的问题。 本文将以ＣＲＨ３型动车组轮缘润滑系统应用实例为 背景，系统介绍电控湿式轮缘润滑系统的组成、工作原 理、润滑剂选型、控制策略设计和安装方式。 １系统组成及概述 ＣＲＨ３型动车组的电控湿式轮缘润滑系统安装在 头车上，对行驶方向头车的第１条轮对的轮缘进行润 收稿日期：２０１４—１２－１９；修订日期：２０１５－０７—２３ 作者简介：马永靖（１９８２一），男，高级工程师。 滑。电控湿式轮缘润滑系统主要由截断塞门、电磁阀、 油箱、气动注油泵、分配器、喷嘴、控制单元和管路等组 成。图１为电控湿式轮缘润滑系统组成及原理示意 图。 号 气 图１ 系统组成及原理示意图 电控湿式轮缘润滑系统由压缩空气驱动，能够将 精确定量的润滑剂与压缩空气混合，并在压缩空气的 推动作用下，经喷嘴被喷射到车轮的轮缘上，通过车轮 的不断转动和轨道接触，润滑剂被依次传递至下一轮 对轮缘，使得车辆的所有轮缘都被润滑。该轮缘润滑 系统在同一管路中输送润滑剂和压缩空气，润滑剂喷 射剂量可控、用量小。 ２工作原理 如图１所示，当轮缘润滑系统管路泄漏时，可通过 截断塞门切断压缩空气供应。二位二通电磁阀根据控 制单元的信号闭合使压缩空气管路接通，压缩空气经 电磁阀到达气动注油泵。气动注油泵安装在油箱底 部，由活塞阀和油气混合器组成。气动注油泵内的活 塞阀靠气压控制，当没有压缩空气进入活塞阀气室时， 活塞阀在弹簧力的作用下向上升起，活塞阀活塞杆上 的油腔进入油箱内部，润滑剂流入油腔；当压缩空气进 入活塞阀气室时，活塞杆在气压的作用下向下移动，活 塞杆上油腔里的润滑剂被输送至油气混合器中，这一 ・ ２ ７ ’ 过程称之为一个吸人行程，一个吸入行程输送的油量 可具体设定，实现定量注油。气动注油泵的这种设计 结构可以使用含有固态成分的润滑剂。压缩空气和润 滑剂在油气混合器中相遇，流动的压缩空气将润滑剂 吹成细小的油滴，附着在管壁上形成薄膜，薄膜随着气 流的方向沿管壁螺旋状流动，在流动过程中薄膜的厚 度逐渐减薄，但不凝聚。当薄膜到达分配器后，分配器 将薄膜准确地按１：１进行分配，分别输送至２个车轮 处的喷嘴。喷嘴是借助压缩空气的压力将管道中输送 的润滑剂加速以喷雾的形式高速喷出，高速喷出一方 面可以确保润滑剂喷雾突破轮缘周围的气流准确地喷 射到轮缘上，不会散落到别的地方，另一方面可以使润 滑剂干净地从喷嘴分离。润滑剂会在轮缘上产生一层 附着力很强的润滑膜，通过与轨道的接触被传送到后 面的车轮上。即使在高速行驶状态下，润滑剂也不会 被甩出。由于气动注油泵一个吸人行程输送的润滑剂 剂量是固定的，与喷射持续时间无关，因此不管喷射时 间多长，单次喷出的润滑剂剂量均相等，喷射时间越 长，从喷嘴喷出的润滑剂越精细。当电磁阀根据控制 单元的信号断开压缩空气时，气动注油泵的活塞阀将 在弹簧力的作用下回到初始位置，活塞杆上的油腔进 入油箱内部，润滑剂流人油腔，为下一个吸入行程和喷 射做好准备。 该系统不是持续工作的，工作周期分为喷射周期 和暂停周期。工作周期由控制单元根据具体的控制策 略确定，由电磁阀实施控制执行。一个暂停周期结束 后，系统开始另一个喷射周期，如此循环往复工作。 ３润滑剂选型 为确保润滑效果，应采用具备以下特点的润滑剂： （１）采用含有较高比例固体添加剂的特种润滑 剂，如含有１５ ９／６固体颗粒（如石墨、铝粉、ＭｏＳ 等）；采 用合成稀油或对生态影响不大的生物可降解润滑剂。 （２）在温差很大的环境下也能正常进行润滑。 （３）由于列车运行时车轮和轨道之间的表面压力 极高，润滑剂应具有较好的耐压性。 （４）润滑剂应具有适当的黏性和良好的传递性， 不会因车轮转动的离心力而造成飞溅，可从轮缘传到 轨道，由轨道最大限度地传递至下一轮对轮缘。 ４控制策略设计 电控湿式轮缘润滑系统的控制单元可单独为一个 物理实体，也可在列车控制系统内集成编程设计。动 车组列车控制系统可通过速度信号和行驶方向信号激 活动车组前进方向头车的控制单元。当列车行驶速度 ・２２・ 铁道车辆 第５３卷第１Ｏ期２０１５年１０月 满足设定值时，如运行速度大于１０ ｋｍ／ｈ，前进方向头 车的控制单元被激活进行轮缘润滑工作；当列车行驶 速度不满足设定值时，如运行速度小于１０ ｋｍ／ｈ，控制 单元停止工作。动车组静态调试时可通过专门的测试 按钮给电磁阀通电，进行功能调试。油箱上安装有油 位传感器，当油位传感器探测到已达最低润滑油位时， 会给司机报警提示并停止润滑。 控制单元被激活后可按照时间控制策略、距离控 制策略或弯道控制策略分别进行控制，也可在不同控 制策略间转换。由于弯道传感器对弯道的检测有一定 的延时，一般采用时间和弯道叠加控制策略或距离和 弯道叠加控制策略。在车辆进入弯道时轮缘上已经存 在润滑剂，进入弯道后，控制单元触发设定的工作周期 加大润滑剂喷射量。 ４．１时间控制策略 按时间控制策略控制时，如式（１）所示，控制单元 输出的时间控制指令信号Ｄ 是输入速度信号 和工 作周期Ｓ的函数： Ｄ 一厂（口， ） （１） 控制单元中具有开关功能的计数器会根据输入的 速度信号 输出电磁阀工作的喷射周期和暂停周期的 时间脉冲信号，可对喷射周期和暂停周期时间进行调 整。喷射周期时间脉冲信号一般为５～８ Ｓ。 ４．２距离控制策略 按距离控制策略控制时，如式（２）所示，控制单元 输出的距离控制指令信号Ｄ 是输入速度信号 和行 驶距离ｍ的函数： Ｄ 一ｆ（ｖ， ） （２） 控制单元具有开关功能的测速计会根据输入的速 度信号 输出电磁阀工作的喷射周期和暂停周期的距 离脉冲信号，可对喷射周期和暂停周期距离进行调整， 如暂停周期可设定为６００ １２２。 ４．３弯道控制策略 按弯道控制策略控制时，如式（３）所示，控制单元 输出的弯道控制指令信号Ｄ 是输入速度信号 和线 路曲线半径ｒ的函数： Ｄ 一ｆ（ｖ，ｒ） （３） 控制单元根据弯道传感器输入的弯道信号ｒ和速 度信号 输出电磁阀工作的喷射周期和暂停周期的弯 道脉冲信号，可对曲线半径ｒ进行调整，如设定当曲线 半径小于１ ２００ ｍ时进行润滑。 ４．４ 时间和弯道叠加控制策略 按时间和弯道控制策略叠加控制时，如式（４）所 （下转第２８页） 铁道车辆 第５３卷第１Ｏ期２０１５年ｉ０月 腹板上，位置在后从板座后部附近，小于所用 Ｑ４２ＯＮＱＲ１高强度耐候钢的许用应力（４１６ ＭＰａ）。 试验结果表明，样车各测试断面的实测应力均不 超过材料的许用应力，满足ＡＡＲ Ｍ １Ｏ０１—２０Ｏ７和 《阿根廷３０ ｔ轴重特种平车技术规范》的要求。 生干涉，在试验室对该车在弹簧完全压缩情况下模拟 Ｒ９０ ｍ曲线进行了试验。试验结果表明，转向架侧架、 车轮以及制动装置各部件未与车体部件发生干涉，满足 《阿根廷３０ ｔ轴重特种平车技术规范》的相关要求。 参考文献 ５．２ 闸瓦压力试验 为了验证该车空气制动系统的空重车静态制动率 和手制动率是否符合ＡＡＲ Ｓ ４０１－－２００６（（制动设计要 ［１３齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司．阿根廷３０ ｔ轴重特种平 车技术规范Ｉ－ｚ］．２０１３． ［２］齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司．阿根廷３０ ｔ轴重特种平 求》的相关规定，对该样车进行了闸瓦压力试验。试验 车车体静力学分析报告［Ｒ］．２０１３． 结果为：空车制动率为１９．８％，重车制动率为 ［３］ 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司．阿根廷３０ ｔ轴重特种平 １３．６７ ，手制动率为２２．６ ，均满足ＡＡＲ Ｓ ４０１— 车动力学计算报告ＥＲ］．２０１３． ２００６的要求。 Ｅ４］齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司．阿根廷３０ ｔ轴重特种平 车试验大纲［ｚ］．２０１３． ５．３摆动试验 Ｅｓ］ 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司．阿根廷３０ ｔ轴重特种平 为确保车辆与转向架部件之间有足够的垂向、横 车试验报告［Ｒ］．２０１３． 向和纵向间隙，防止车辆在满载情况下各部件之间发 （编辑：郭 晖） （上接第２２页） 示，控制单元输出的控制指令信号Ｄ 是输入速度信号 ７２、工作周期 和线路曲线半径ｒ的函数。 ｌｌ莓辘 Ｄ 一ｆ（ｖ，５，ｒ） （４） 控制单元具有开关功能的计数器会根据输人的速 轨道＼《 ＼ｌ 度信号 和弯道信号ｒ输出电磁阀工作的喷射周期和 暂停周期的脉冲信号。 图２喷嘴安装位置示意图 ４．５ 距离和弯道叠加控制策略 按距离和弯道控制策略叠加控制时，如式（５）所 ６结论 示，控制单元输出的控制指令信号Ｄ 是输入速度信 号 、行驶距离ｍ和线路曲线半径ｒ的函数。 应用于ＣＲＨ３型动车组的电控湿式轮缘润滑系 统控制精度高，系统控制策略灵活，对环境污染小，可 Ｄ 一ｆ（ｖ，ｍ，ｒ） （５） 控制单元具有开关功能的测速计根据输入的速度 有效减缓轮轨磨耗，延长旋轮周期，降低动车组噪声排 信号７．３和弯道信号ｒ输出电磁阀工作的喷射周期和暂 放。该系统自运营以来状态良好。 停周期的脉冲信号。 参考文献： ５安装方式 Ｒｕｄｏｌｆ Ｏｔｔｅ．杨和中（译）．采用轮缘润滑装置降低轨道磨损ＥＪ］． 城市轨道交通研究，２００６（５）：６３—６４． 根据ＥＮ １５４２７－－２００８（（铁路应用轮／轨摩擦管理 张念．我国铁路轮轨润滑技术的发展［Ｊ＿．中国铁路，２００９（９）：４５— 轮缘润滑》标准规定，为确保润滑效果，在车轮圆周方 ５０． 向，喷嘴应与水平成３Ｏ。～４５。夹角安装；在车轮踏面方 姚汤伟，陈跃年，朱建昌．干式润滑方式在机车轮缘润滑中的应用 向，喷嘴端部和车轮边缘的距离应在１５～３Ｏ ｍｍ，与 ［Ｊ］．润滑与密封，２００６（８）：１８４—１８５． 杨国来，陈亮，张旭燕．油气润滑技术在轮缘润滑系统中的应用 车轮踏面成３０。～４５。夹角安装，如图２所示。 ［Ｊ］．机床与液压，２０１１（６）：６９—７０． 系统内的管路采用无缝不锈钢管，通径为７ ｍｍ， 梁绍敏．机车轮缘固态润滑的研究及应用［Ｊ］．内燃机车，１９９８ 不锈钢管和喷嘴之间采用橡胶软管连接，以方便喷嘴 （１）：２８—２９． 角度调节。气动注油泵到喷嘴的距离应尽可能缩短。 （编辑：任 海） ・２８・