城轨车辆车门专用低阻尼力油脂服役行为研究_许琪.pdf

设备管理与维修2023 5（下）参考文献1GB 8918-2006，重要用途钢丝绳 S.2王希军.高炉带式输送机动、静态分析及滚筒有限元分析 D.阜新：辽宁工程技术大学，2007.3王勇，许子铮.1880 m3高炉槽上适应高炉需求采取的措施 J.设备管理与维修，2019（13）：79-80.4梁成琳，马明.高炉主上料带式输送机的设计与应用 J.科技创新与应用，2013（7）：17.5王庆春.冶金机械安装和维护 M.北京：冶金工业出版社，2004.编辑李波0引言城市轨道交通的发展非常迅猛，其中车门系统是地铁人机接口直接界面之一，其设计对车辆平稳运行具有重要影响。润滑油脂作为是车门系统的机械部件的组成之一，主要起到减少摩擦、减小运行阻力的作用。在车门设计中，基于对人身安全性的考虑，要求门的闭合力要小，门系统选用的电机功率较小，因此车门系统的润滑要求具有较小的运行阻力。同时要求润滑油脂与设备和工况具有非常好的匹配性，特别是针对我国较广的地域，存在明显的南北气候差异、四季和早晚变化，对于车门系统的润滑油脂提出了更高的要求。目前进口维护用润滑油脂成本极高，而且来源单一，导致供货周期不定，迫切需要国产润滑油脂填补国内空白市场1。本文研究了一种综合性能优良的城轨车辆车门系统专用润滑油脂，并考察其基本理化指标，经过台架测试后，在成都地铁 10 号线进行实车追踪验证，对润滑油脂的服役行为进行阐明。文中采用专家的判断方法，确定了车门系统和各部分的维修方法和维修周期，如果能够在安全使用期对门系统和各部分进行维修，可以降低运行期间的门系统故障发生率；当维修计划的时间跨度超过了安全使用的安全使用期限，当达到安全使用的临界点，就会导致门的失效概率增大，维修无法及时保障安全；通过对门的使用寿命进行预报，可以获得其可靠性的使用年限。1工况分析1.1城轨车门的可靠度可靠度是指在特定的情况下和一定的期间，能够实现指定的性能。产品的概念包括产品、条件、时间、规定的职能等四个方面，并将其界定为产品的一项能力而非一项绩效。“可靠性”这个词最早出现于 1939 年，其目标是评估一架航空器的意外事件。那个时候，对于“可靠性”这个概念的认识还只是定性的，没有量化的概念。20 世纪 50 年代以前，有些工程师将概率论和数理统计学的方法引进可靠度测量，从而迅速发展了定量的可靠度，使可靠度计算成为一种新兴的科学学科。在提出产品的可靠度概念以后，美国就着手进行系统的可靠性分析，并于 1957 出版了 军事电子装备的可靠度 一书，确立了其在可靠性技术方面的国际影响力。英国是城市轨道交通工具可靠度的最早的国家，60 年代使对其进行了可靠度量化的探讨，并将其用于城市轨道交通工具的可靠性分析，为城市轨道交通工具的可靠性奠定了基础。70 年代，在经济高速发展的背景下，我国出现了一条新型的高速铁路，日本也在进行汽车可靠度的研究；美国对铁路机车的可靠性问题的认识还比较晚，主要是从全列车的角度来分析各个子系统的可靠性分布。国内关于城市轨道交通系统的可靠性的认识比较迟，在 90 年代根据国内外有关城市轨道交通系统的相关研究成果，提出了基于可靠性的工程思想在铁路运输领域的应用。铁路应用：铁道可靠性、可用性、可维护性和安全性规范 是我国铁道部（现中国铁路总公司）在 21 世纪初制定的，旨在对列车可靠性进行标准化。当前，对于城市轨道交通系统可靠性的研究，通常从可靠性设计、可靠性评估和可靠性分析等角度展开。目前国内现有和正在建设的城市铁路中，关于安全技术的相关研究还很少见。国内外许多学者对此作了一些有益的探索，但普遍存在缺少详细的参数、现场数据、故障的相关数据以及故障的原因调查等问题，制约着课题的进一步开展。1.2运行环境城轨门系统用润滑油脂主要应用部位为导柱、丝杆、螺母传动结构以及关门限位器的润滑。成都为亚热带季风性湿润气候，四季分明，冬暖、春早、夏热、秋凉，全年雨量充沛，湿度较摘要：分析城轨车辆车门特殊润滑工况条件，结合国产车门专用油脂与国外竞品理化性能比对。通过 10 万公里实车在线运行，对服役前后油脂性能指标和服役过程中开关门力进行在线跟踪与检测对比，结果表明城轨车辆车门专用油脂可满足城轨车辆车门的服役要求。本研究可为国产车门润滑油脂后续批量应用提供参考。关键词：城轨；车门；油脂；服役行为中图分类号：U270.38文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.20城轨车辆车门专用低阻尼力油脂服役行为研究许琪（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266000）44设备管理与维修2023 5（下）大，因此成都地铁对于润滑油脂的抗湿热环境有一定的要求。结合国内地铁的分布情况，运行环境受到地理位置、四季变化、早晚温差以及冰雪雨雾等影响较大，因此对于油脂的高低温交变环境的影响较大，要求润滑介质具有较好的宽温适应性和环境适应性。车门运行速度较低，但存在频繁启动的应用工况，由于门系统要求闭合力较小，要求油脂在润滑设备的同时，其自身的运行的阻尼力较小，并能在不同温度条件下保持较小的启动和运行阻力2。另外，为保证车体整洁，要求润滑油脂具有较好的稳定性，应用过程不滴油、不固化。具体分析如表 1 所示。1.3性能指标锂基润滑脂具有较好的油皂相容性、高温性能、低温性能和抗水性能，是一类综合性能优良的油脂品种，同时也是目前应用最广的油脂类型。本文根据实际工况选定锂基油脂的解决方案（以下简称国产油脂），其典型数据见表 2。1.4台架测试为保证人身安全，城轨车辆车门系统要求车门闭合力适宜，因此要求油脂在不同温度下的阻尼力越小越好，特别是低温环境。对采用国产和进口油脂的车门分别进行低温滑筒阻尼力测试，分别在不同温度情况下测试两种油脂的阻尼力（图1）。可以发现，国产油脂的低温性能好于进口油脂，即低温滑筒阻力较小。2行车试验为验证国产润滑油脂在线使用性能，根据成都地铁的实际情况，选择 10 号线 1001 的 13 号车进行使用验证，跟踪运营里程 1001 列 10 万公里（100 000 km）。通过对在线运行后的油脂数据分析比对和在线跟踪开门力矩数据，结果表明国产专用油脂可大幅降低开门力矩，运行平稳。2.1测试数据对比分析分别选取国产和进口新油脂，以及在线使用后的国产和进口旧油脂进行油脂的理化指标的对比分析，得到如下的结论。2.1.1新旧油脂指标测试通过对比 10 万公里运行前后油脂的理化数据和磨损元素分析，具体结果见表 3。2.1.2基础性能对比分析锥入度的变化是油脂的基本指标之一，用来表征油脂的软硬程度，而滴点可以表征油脂结构破坏程度。对国产和进口油脂使用前后的锥入度和滴点变化进行对比、测试，结果见表 4。分析结果表明，国产油脂与进口油脂锥入度变化趋势不同，进口油脂出现用后变软 50 多个单位，表明油脂出现稀化现象；国产油脂则变硬了 36 个单位，结合工况分析，稍有变硬可有效表 2城轨车辆车门国产专用油脂技术指标要求序号项目指标进口油脂国产油脂测试方法1外观浅色黄色黄色目测2滴点/180199201GB/T 349820083锥入度/（0.1 mm）250295248254GB/T 26919914钢网分油（100，24 h）/%53.562.23SH/T 032420105储存分油（40，7 d）/%85.472.59IP 1216低温扭矩（-40 ）/（mN m）（启动/运转）100；50 83.79/24.2 66.45/14.67 SH/T 033820047铜片腐蚀级别21b1bGB/T 732619878蒸发损失（99，22 h）/%10.480.44GB/T 732519879氧化安定性（0.78 MPa，100，100 h）/kPa501615SH/T 0325199210防腐蚀性能级别（52，48 h，蒸馏水）合格合格合格GB/T 5018202211抗水淋性能（38，1 h）/%511SH/T 01092004图 1低温滑筒阻力台架测试结果表 1城轨车辆车门工况分析工况条件车门工况分析对应测试指标运行条件润滑方式低速运行，对润滑油脂要求低，手动润滑，选择2号或3号脂锥入度低阻力要求要求在不同温度下的低启动和运行阻力低温扭矩；滑筒阻力环境条件温度运行温度为常温，高温较少，低温环境较多滴点；钢网分油湿度要求油脂具有较好的抗水淋性抗水淋防护性要求油脂具有防护性铜片腐蚀；防护性能负载润滑载荷负载小，润滑油膜足以支撑-润滑周期抗氧化性能油脂变质时间氧化压力降油膜残留量油脂挥发消耗时间蒸发损失油脂稳定性储存稳定性主要是油脂在储存中的分油程度，稠化变化等储存分油外观外观感受性和区分性颜色45设备管理与维修2023 5（下）防止油脂稀化后出现滴油的问题；同时国产油脂滴点未下降，而进口油脂因为结构破坏后出现变软和滴点下降的趋势。水分是表征油脂劣化的一个重要指标，城轨车辆车门在冬季运行期间，车门内外温差较大，会形成大量的冷凝水，导致油脂吸收或物理包裹大量的水分3。在使用过程中，受到环境、摩擦等因素的影响，油脂的基础油或皂基会发生分解、变质等，导致酸值变大，因此可以通过酸值来表征这一变化4。由于油脂初始酸值受到油脂初始配方的影响，因此这一指标更多的是通过酸值的变化考察油脂性能变化，如果酸值变化较大，说明油脂的性能变化较大。对国产和进口油脂使用前后的水分和酸值进行对比测试，结果见表 5。从测试结果分析，国产油脂的吸水率要小于进口竞品油脂，进口油脂的酸值增加较小，国产油脂的酸值出现下降趋势。2.1.3磨损元素对比分析（1）对国产和进口油脂使用前后的铁元素含量对比测试，通过 ICP（电感耦合等离子谱仪）元素分析方法测试服役前后新旧油脂的磨损元素（Fe）的含量5。结果表明，国产油脂和国外竞品的磨损元素含量都有增加，但国产油脂的磨损元素含量相对较少，表明国产油脂的抗磨水平要好于竞品油脂。测试结果如图 2所示。（2）利用铁谱分析技术对新旧油脂的磨损元素进行观察对比，发现国产油脂和进口油脂的磨损颗粒形貌比较均一、约 5 m，属于正常磨损颗粒。2.1.4结论通过对国产专用油脂与进口竞品油脂的分析可知，两者锥入度变化趋势不同，国产油脂结构未发生稀化，具有更好的结构稳定性；其吸水量更小，具有更好的抗水能力。从磨损元素方面考虑，国产油脂的磨损元素少于进口竞品，表明其具有更好的摩擦学性能。综合分析，国产油脂的性能与竞品接近，某些指标甚至优于竞品。2.2跟踪测试对成都地铁 10 号线 1001 车共 30 套门进行连续 9个月实车运行，运行里程 10 万公里，期间温度经历温度范围-536，冬夏季节油脂无凝固或滴漏现象，门系统开关门力平稳，在 70115 N 车门润滑部件未发现异常及磨损现象。通过对每节车厢 10 套门的开门力平均值与运营里程进行比较，随着运行时间的延长，两列车的开门力矩成下降趋势，力矩波动相对较小，运行参数平稳同时运行前后油脂在润滑部位的情况，油脂油膜保持良好，分布均匀，无凝固或滴漏现象，满足油脂使用要求（图 3）。3结论通过分析和考察城轨车辆车门系统润滑的实际工况，针对性地开发出国产车门专用油脂，通过与竞品的基础理化指标和台架实验，性能不差于竞品油脂。通过成都地铁 10 号线 1001 列车进行 10 万公里实际跟踪验证，并对运行后的油脂和在线力矩检测，表明城轨车辆国产车门专用油脂服役行为较好。参考文献1王泽爱.浅谈轨道交通的润滑 J.石油商技，2007（6）：7-12.2孙宁.我国城市轨道交通行业发展现状与对策 J.中国铁路，2008（4）：51-55.3曾世文.城市轨道车辆塞拉门关门性能研究 D.南京：南京理工大学，2011.4夏军.地铁车门系统可靠性分析及应用研究 D.南京：南京理工大学，2014.5朱廷彬.润滑脂技术大全（第 2 版）M.北京：中国石化出版社，2009：528-584.编辑吴建卿项目国产油脂（新）进口脂（新）国产油脂（旧）进口脂（旧）测试标准外观黄黄墨绿黑目测滴点/199206199195GB/T 34982008锥入度/（0.1 mm）250