本發(fā)明涉及一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑。

背景技術(shù)：

同外界大氣環(huán)境相比，地鐵隧道內(nèi)空氣干燥、濕度低。地鐵車輪在干態(tài)工況下運(yùn)行時，輪軌界面的黏著系數(shù)(輪軌界面?zhèn)鬟f的切向力與垂向載荷重的比值定義為黏著系數(shù))相對較高，也即動輪踏面和鋼軌接觸面間的摩擦阻力(黏著力)較大，鋼軌和車輪的磨損和波磨(鋼軌的波浪形磨耗)比較嚴(yán)重，這也會造成地鐵車輪多邊形的形成和快速發(fā)展。使用輪軌固體潤滑劑或潤滑脂可使黏著系數(shù)降低至0.1以下，能有效降低車輪輪緣與鋼軌側(cè)面的磨損。由于列車制動和牽引的需要，車輪踏面與鋼軌軌面之間的黏著系數(shù)不能低于0.2；黏著系數(shù)降低至0.1以下，會嚴(yán)重影響列車制動和牽引性能。因此，現(xiàn)有固體輪軌潤滑劑不能直接用于車輪踏面與鋼軌軌面之間黏著系數(shù)的調(diào)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的是提供一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，該固體摩擦調(diào)節(jié)劑能將輪軌黏著系數(shù)從0.5～0.6降低到0.2～0.3，在保證列車具有良好的牽引和制動性能的前提下，最大程度地減小了鋼軌和車輪的磨損和波磨，延長輪軌的服役時間，降低地鐵車輛的運(yùn)營成本。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，其原料組成及質(zhì)量配比為：40～50份的聚四氟乙烯、15～25份的二硫化鉬粉末、5～10份的滑石粉末。

本發(fā)明的第二目的是提供一種制備上述用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑的方法，該方法的制備工藝簡單，制備成本低，便于固體摩擦調(diào)節(jié)劑的推廣利用。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種上述的用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于60～90℃干燥箱進(jìn)行干燥10～15分鐘，然后用混料機(jī)攪拌均勻，再用硫化機(jī)在150～170℃、3～5mpa下壓型保壓20～30分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

進(jìn)一步，本發(fā)明的二硫化鉬粉末的粒度為125～300目，滑石粉末的粒度為2000目。

使用時，將本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑通過車體底部、車輪旁的摩擦調(diào)節(jié)劑涂覆機(jī)構(gòu)將其持續(xù)壓涂于地鐵車輪踏面；即可使運(yùn)行的地鐵車輛的輪軌界面黏著系數(shù)降低，繼而減緩輪軌的磨損、鋼軌波磨。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明通過聚四氟乙烯作為基體將二硫化鉬、滑石硫化固結(jié)在一起。使用時，將其施壓涂覆于地鐵車輪踏面。調(diào)節(jié)劑中二硫化鉬、滑石均是減磨材料，兩種材料同時作用，有效降低了車輪摩擦阻力。

實(shí)驗(yàn)證明，使用本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，干態(tài)條件下可將輪軌黏著系數(shù)從0.5～0.6降低到0.2～0.3。也即將地鐵列車的輪軌黏著系數(shù)從過高的0.5～0.6降低至列車制動和牽引所需要的黏著系數(shù)0.3左右?？梢?，使用本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，既可以很好地保證列車的牽引和制動，又盡最大可能地減小摩擦過剩的情況，減小鋼軌和車輪的磨損和波磨，延長輪軌的服役時間，降低地鐵車輛的運(yùn)營成本。

二、固體摩擦調(diào)節(jié)劑是在3～5mpa壓力、150～170℃溫度下硫化固結(jié)而成，其結(jié)構(gòu)致密，避免氣孔的產(chǎn)生，提高了調(diào)節(jié)劑密度，進(jìn)一步提高其減磨性能和使用壽命。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是干態(tài)條件下未使用固體摩擦調(diào)節(jié)劑、使用本發(fā)明固體摩擦調(diào)節(jié)劑、使用現(xiàn)有固體潤滑劑(浙江寶晟生產(chǎn)的型號為bsp-1規(guī)格為20×42×150)下，黏著系數(shù)隨著滑差變化的黏滑曲線。

圖2是固體摩擦調(diào)節(jié)劑先使用一段時間、再停止使用一段時間，再使用一段時間、最后停止使用一段時間的全過程的黏著系數(shù)隨著時間變化的曲線。

圖3是固體摩擦調(diào)節(jié)劑實(shí)驗(yàn)條件下的使用過程中磨損率隨時間變化的曲線圖。

圖4是車輪和鋼軌在實(shí)驗(yàn)前、不使用調(diào)節(jié)劑1.2萬次循環(huán)和使用本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑1.2萬次循環(huán)后的硬度對比圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，其原料組成及質(zhì)量配比為：40份的聚四氟乙烯、25份的二硫化鉬粉末、5份的滑石粉末。本例的二硫化鉬粉末的粒度為125目，滑石粉末的粒度為2000目。

一種制備本例的用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于60℃干燥箱進(jìn)行干燥10分鐘，然后用混料機(jī)攪拌均勻，再用硫化機(jī)在170℃、5mpa下壓型保壓20分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

實(shí)施例2

本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，其原料組成及質(zhì)量配比為：50份的聚四氟乙烯、15份的二硫化鉬粉末、10份的滑石粉末。

本例的二硫化鉬粉末的粒度為300目，滑石粉末的粒度為2000目。

一種制備本例的用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于90℃干燥箱進(jìn)行干燥15分鐘，然后用混料機(jī)攪拌均勻，再用硫化機(jī)在150℃、3mpa下壓型保壓30分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

實(shí)施例3

本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，其原料組成及質(zhì)量配比為：45份的聚四氟乙烯、20份的二硫化鉬粉末、7份的滑石粉末。

本例的二硫化鉬粉末的粒度為200目，滑石粉末的粒度為2000目。

一種制備本例的用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調(diào)節(jié)劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于80℃干燥箱進(jìn)行干燥13分鐘，然后用混料機(jī)攪拌均勻，再用硫化機(jī)在160℃、4mpa下壓型保壓25分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

使用實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)在mjp-30a型滾動接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試樣外徑60mm，內(nèi)徑60mm，試樣接觸寬度8mm，模擬轉(zhuǎn)速500r/min，試驗(yàn)滑差為0.24％～8.02％，試驗(yàn)時間為60分鐘。

首先，在干態(tài)工況下預(yù)磨5分鐘，使試樣表面的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。然后將準(zhǔn)備好的固體摩擦調(diào)節(jié)劑試樣裝入調(diào)節(jié)劑涂覆機(jī)構(gòu)，讓固體摩擦調(diào)節(jié)劑與車輪試樣表面緊密接觸，同時使車輪試樣滾動；即將本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑持續(xù)均勻涂抹分布在輪軌試樣表面。

從開始的滑差值0.24％，每隔3分鐘增加0.5％，重復(fù)增加16次，直到滑差值達(dá)到8.5％。通過上述重復(fù)的實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到黏著-蠕滑曲線如圖1所示。輪軌純干態(tài)(未添加任何調(diào)節(jié)劑)下的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的值為0.62左右，添加摩擦調(diào)節(jié)劑后達(dá)到穩(wěn)定的黏著系數(shù)值為0.22。

從圖1中的黏著-蠕滑曲線可以看出，位于初始階段，黏著系數(shù)會隨著滑差增大而變大。當(dāng)滑差增加大到3％左右時，黏著系數(shù)基本趨于穩(wěn)定。干態(tài)工況下下，黏著系數(shù)在0.6左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。而添加本發(fā)明固體摩擦調(diào)節(jié)劑后，輪軌界面的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的黏著系數(shù)在0.22左右；而使用現(xiàn)有固體潤滑劑后，輪軌界面的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的黏著系數(shù)在0.1以下。

可見，干態(tài)工況下，黏著系數(shù)在0.6，輪軌間的摩擦力過大，鋼軌和車輪的磨損和波磨嚴(yán)重，鋼軌和車輪的使用壽命低。使用現(xiàn)有固體潤滑劑后，輪軌界面的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的黏著系數(shù)在0.1以下，大幅減低了鋼軌和車輪的磨損和波磨；但其將黏著系數(shù)減低幅度過大，輪軌間的摩擦力過小，導(dǎo)致機(jī)車的牽引和制動性能降低(機(jī)車牽引和制動要求的黏著系數(shù)為0.2～0.3)。使用本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑后，輪軌界面的黏著系數(shù)達(dá)到穩(wěn)定的黏著系數(shù)在0.22左右，在保證機(jī)車的牽引和制動性能的前提下，最大可能的降低了輪軌間的摩擦力，降低鋼軌和車輪的磨損和波磨，提高了鋼軌和車輪的使用壽命低。

圖2是固體摩擦調(diào)節(jié)劑先使用一段時間、再停止使用一段時間，再使用一段時間、最后停止使用一段時間的全過程的黏著系數(shù)隨著時間變化的曲線。

圖2表明，固體摩擦調(diào)節(jié)劑第一次停止使用，到固體摩擦調(diào)節(jié)劑耗盡、達(dá)到完全沒有使用調(diào)節(jié)劑狀態(tài)的時間為24分鐘，第二次的時間為17分鐘，調(diào)節(jié)劑的平均耗盡時間為20分鐘，也就是本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑成膜的有效作用時間。

圖3是在接觸壓力0.25mpa和轉(zhuǎn)速為200r/min情況下，檢測固體摩擦調(diào)節(jié)劑的磨損率實(shí)驗(yàn)，測量的時間間隔是3分鐘，連續(xù)稱量12次，此實(shí)驗(yàn)得到11組數(shù)據(jù)。從圖3擬合出的曲線可以發(fā)現(xiàn)，圖3是固體摩擦調(diào)節(jié)劑的磨損率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得知，本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑磨損率約為1.09mg/min。

圖4是車輪和鋼軌在實(shí)驗(yàn)前、干態(tài)1.2萬次循環(huán)和使用本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑1.2萬此循環(huán)后的硬度對比圖。

實(shí)驗(yàn)前，用維氏硬度儀測量車輪和鋼軌的硬度值。然后分別在兩種不同工況下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)后再次測量車輪和鋼軌試樣的硬度值。一種工況是干態(tài)，循環(huán)次數(shù)為1.2萬次，輪軌接觸壓力為680n，模擬700mpa。另外一種工況是添加本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑，通過車輪滾動使固體摩擦調(diào)節(jié)劑均勻涂布在輪軌表面。其循環(huán)次數(shù)為1.2萬次，輪軌接觸壓力為680n，模擬700mpa，而固體摩擦調(diào)節(jié)劑的接觸壓力為10n，模擬0.4mpa。試驗(yàn)后，車輪和鋼軌在兩種不同工況作用下的硬度值均有上升，上升的幅值均在50～70左右。簡言之，本發(fā)明的固體摩擦調(diào)節(jié)劑對輪軌試樣表面硬度幾乎無影響。