油气润滑技术在轮缘润滑系统中的应用.pdf

2 0 1 1年 3月 第 3 9卷 第 6期 机床与液压 MACHI NE T 0OL HYDRAUL I CS Ma r ． 2 01 1 V0 1 ． 3 9 No ． 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 6 ． 0 1 9 油气润滑技术在轮缘润滑 系统中的应用 杨 国来 ，陈亮 ，张旭 燕 1 ．兰州理工大学，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 ．兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 7 3 0 0 6 0 摘 要 阐述 油气润滑技术的润滑机理 、组 成以及在轮缘 系统 中的应用 。该系统小 巧简单 ，购置费用 低 ，已成功应用 于 轨道类机车轮缘 系统中 ，并且明显延长 了轮缘 和轨道的使用寿命 ，获得 了可观的经济效益 ，具有重要 的推广 价值 。 关键词 油气润滑 ；轮缘 ；油气混合器 中图分类 号 V 2 3 3 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 6 0 6 3 2 Ap p l i c a t i o n o f t he Oi l a i r Lu br i c a t i o n Te c hn o l o g y i n t h e Fl a ng e Lubr i c a t i o n Sy s t e m YANG Guo l a i ． CHEN Li a n g ．ZHANG Xu y a n 1 ． L a n z h o u Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 5 0，C h i n a ； 2 ． L a n z h o u P e t r o c h e mi c a l C o l l e g e o f V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y ，L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 6 0，C h i n a Abs t r a c tThe wo r k i n g pr i n ci p l e，c o mpo s i t i o n a n d a p p l i c at i o n i n t h e fla ng e s y s t e m o f t he o i l a i r l ub r i c a t i o n t e c h n o l o g y we r e d e s c r i b e d．The s y s t e m i s s i mpl i ci t y，l o w pu r c h a s e c o s t ．I t h a s b e e n a pp l i e d t o o r bi t g e nu s e ng i ne fla n g e s y s t e m s u c c e s s f ul l y ．Th e s e r v i c e h i v e s o f fl a n g e a n d o r b i t a r e p r o l o n g e d o b v i o u s l y a n d c o n s i d e r a b l e e c o n o mi c b e n e fi t i s o b t a i n e d ．I t h a s i mp o r t a n t p o p u l a r i z i n g v a l u e ． Ke ywor dsOi l a i r l ub r i c a t i o n；Fl a ng e；Oi l a i r mi x e r 2 0世 纪的最 后 几十 年 ，高 速铁 路发 展迅 猛 ，铁 路高速化的趋势愈加 明显 ，这给轮缘及轨 道润滑技术 提出了新的要求 ，要将润滑剂喷涂 到车轮 轮缘上需要 克服更大的离心力 。最早采用 的润滑剂是 矿物基 的稀 油或 于油 ，在轮缘 润滑装置一开始使用时 ，使用 这些 类 型的油品在降低 磨损方面所获得 的效果是令人 振奋 的。但 随着技术 的 日新 月异 ，尤其是铁路高速化 的迅 猛发展 ，早期采用 的那些 油品 已不能满足更高 的技 术 要求 ，如要 求 润滑 剂 车轮 轮缘 与轨 道之 间 的 耐 高压性 能 、润滑剂 对轮缘 和轨道的修复作用等 ，于是 涌现 了很多 种类 的润滑剂。 目前经过实践验证 的最好 的润 滑剂是半 流动状的添加 了较高 比例 固体颗粒 如石 墨 、铝粉等 的润滑 剂。使 用这种润滑剂 的最新成果是 已经让车轮轮缘 和轨道侧 缘之问的磨损接近于零 ，而 且车 轮轮 缘 的磨 损 小 于 车 轮 跑 合 面 的磨 损 。为 此 ， R E B S开发 了 独 特 的 “ T U R B O L U B轮 缘 润 滑装 置 ” ， 并成功解决 了较高速机 车的轮缘及轨道润滑 问题 。 1 油气润滑技术 油气润滑技术是继油雾润滑之后 ， 2 O世纪 8 0年代 在西方工业化国家首先发展起来的一种新 的润滑技术。 1 ． 1 油气 润滑 的工作 机 理 利用压缩空气在 管道 内的流动 ，带动润滑油沿 管 道 内 壁 不 断 流 动 ，把 油气 混合 体 输 送 到 润 滑点。R E B S 设 计 出的 系统 参 见 图 1 将 以往 短 得 只 有 0 ． 5～ 0 ． 8 S 的喷射 时间提 高 到了 6～1 0 S ，这 使得 喷射 到轮 缘 上 的润 滑 图 1 R E B S 设计的系统 剂极为精 细 ，同时也使得 由于机车行驶时 的离心力导 致 的润 滑剂飞溅现象彻底消失 ，无疑节约 了成本并且 对机 车没有 污染 。R E B S系统的核 心部件是 一 台简单 但精巧 的气 动泵 ，该泵在泵出润滑剂后 的回程过程 中 能充分 吸油。润滑剂和压缩空气 的混合就在泵 的出 口 进行 ，油气混合物通 过管道 以 0 ． 3～1 MP a的压力 输 送到机 车转 向架 ，油 气混合物在输送过程 中只需经过 拥有专利 的 T U R B O L U B油气 分配 器一 次分 配 ，该 分 配器可 以将润 滑剂 和压缩空气的混合物分为 2 4流 ， 并且分配器 内部 没有 运动部件 。而老式的轮缘润滑系 统为 了顺利喷射需进 行 3次分 配 对润滑 剂分配 2 次 ，对压缩空气 分配 1次 。此 外 ，R E B S轮 缘润 滑系 统 的一个非 常重要的优点是可 以使用添加有干 固体颗 粒 的润 滑剂 石 墨 、精 细铝粉 等 ，干 固体颗粒 的含 收稿 日期 2 0 1 0 0 42 3 作者简 介 杨 国来 1 9 6 3 一 ，男 ，教授 ，主 要从 事 液压 元 件及 自动控 制 方 面 的教 学与 科 研工 作 。电话 1 3 9 1 9 2 8 4 9 4 9 ， Ema i l J u n ． Hu c i s d i ． c o i n ． a n。 6 4 机床与液压 第 3 9卷 量可高达 3 5 ％ 。这 种润 滑剂能 有效填 补轨 道和 轮缘 的粗糙 凹面并且 比流动润滑剂 和半流动润滑剂更 能降 低摩擦 ，采用含有高 比例固体颗粒 的润滑剂润滑过 的 轮缘 和轨道 看上去象 是被“ 抛 光 ”一样 。为 了避免 干固体颗粒在油箱 中析出及沉淀 ，润滑剂应 有比较高 的黏度即所谓 “ 半流 动状态 ” ，其 N L G 1的级数 至少 为 1 ，老式 的轮缘润滑系统对这种润滑剂无法适应 。 1 ． 2 润滑 系统的组成 油气润滑系统大致可 分为供 油主站 、供气 部分 、 喷射部件及 电控设备 4个部分 。 1 供 油 主站。主要 由油 箱 、气动 泵 、油气 混 合块 、滤清器及 过滤器等元件组成 ，根据 系统 的供油 量选定 。 2 供气部分。为系统提供清洁而干燥 的压缩空 气 ，必须先经过 油水分离及过滤。在排气管线上装有 压力检测器，以保证工件中有足够的气压。 3 喷射部分。由喷嘴、喷嘴安装架、喷嘴固定 片等元件组成。不管喷射时间多长，喷出的润滑剂量 都是相等的 ，因为压缩空气的喷射 时间决定 了润滑剂 的供送量。 4 电控 设备 由 Q Z MU电控 设备 、二 位二 通 电 磁球阀等组成 。Q Z M U是一种可用来设定轮缘润滑 系 统工作间隔的数字装置 ，比如将工作 间隔时间设 置为 6 0 s ，则每过 6 0 S ，二位二通 电磁换 向阀就打开 ，压 缩空气在驱动泵工作的同时被送到油气混合块 、中间 管路及喷嘴，随后泵准确地运行一个行程并将定量润 滑剂供送至管路中并最终由喷嘴喷出，喷射持续的时 间设定为 61 0 s 可调 。一个喷射周期结束后 ，系 统暂停工作直到机车运行的距离达到设定值时再开始 另一个喷射周期，如此循环往复。 系统原理图如图 2所示。 PN E I 1 MAT l l PU M P TA NK H No ZZLE ＼ ／ ⋯ 二 ⋯ f 一 RTTRA[ 8 1 幽 曼 j oU SI NG ELECTR． 1／一一 ／ CO N T RO L 一 蝗 图 2系 统 原 理 图 2 轮 缘技 术的应 用 目前 ，在西欧包括钢铁厂的厂矿机车在 内的几乎 所有铁路系统都使用了轮缘润滑，采用轮缘润滑所带 来的积极效果 已经被普遍认 可。对采用轮缘润滑技术 所获得 的收益大致进行了如 下总结 。 1 在直道 和 山坡弯道 路段 行驶 的车轮 ，其每 两次修磨之间的距 离分别 增加 了 1 0 0 ％和 4 0 0 ％ 参 见 图 3、4、5 。 一 20 。 s 加 裂s 0 0 1 邑 敉多 泉 _ ． 采用 前 采用 后 图 3 蒸汽机车采用轮 缘润滑前后车轮 行驶里程对 比 一 25 2 0 圣 1 5 謇 1 0 嫠s 0 采用 前 采 用后 图4 柴油机车采用轮 缘润滑前后车轮 行驶里程对 比 车 轮 b 1 采用轮缘润滑后 图6 采用轮缘润滑前后车轮面修磨的切削量对比 3 即便 是 只 装 l1 24 20 5 ／ 30 ／ 3 备有 5 5辆机车的厂矿1 1 0 5 0 1 3 5 机 车 部 门 荷 兰 艾 莫喜 ； 伊 登的E s t a l B V ， 采 35 5 0 ／2 5 1 33 用 轮缘 润 滑 后 每 年需 1 1 7 5 ／ 3 5 更 新 的车 轮 数 也 因 此 。 大 幅 降 低 ；而 同 时 轨 道 侧 缘 的 粗糙 度 也 降 图7 采用轮缘润滑后轨 低不少 参见 图 7 。 道粗糙度下降情况 4 标准轨道和高强度 轨道的使用寿命分别从 3 下转第 6 7页 一 路 乙盥 路 线 一 一 线 的 一 的 多 ．1 道 较 翳 有 弯 一 一 。 。广 ● L 第 6期 吴缙 等扫洗机行走系统速度特性仿真 6 7 问下 ，行走 速 度都 能 由零 过 渡到 相 同稳 定 值 ，速度 上升时 间与起 动时间成 正 比。起动时 间为 0 ． 1 s 及 1 S 时 ，速度上升过程 较为 平稳 ，最 大超 调量 相对 较大 ， 振荡次 数较多 ；起 动时 间为 2 s 及 3 S 时 ，速度 上升 过程 中出现 了波动 ，最大超 调量相对较小 ，振荡次数 较少 。需要注意 的是 ，在起动 时间为 0 ． 1 S 和 1 S 时 ， 速度上升时 间分别为 1 ． 1 3 s 和 1 ． 1 9 S ，上升时间仅相 差 0 ． 0 6 S ，说 明该行走 系统在较 短起 动时间 内加 速性 能有待改善 。 I -- 2 0 ％ 排 量2 5 0 ％ 排 量 ； 3． 嚣 I ． t t2 0 ． 0． 0 1 ． 0 2． 0 3． 0 4 ． 0 5 ． 0 时 间／ s 图 6 速度特性 一 主泵排量 0． 0 1． 0 2． 0 3． 0 4． 0 5． 0 时 间， s 图 7 速度特性 起 动时间 4结论 行走 系统本身包含很多非线性 因素 ，速度 特性影 响因素很 多 ，关 系复杂 ，而利用 A ME S i m建模避免 了 很多繁琐的计算 ，可以较为简单地得到各个参数对行 走速度 的影 响规律。 作者就 路面阻力 、路面坡度 、主泵排量 、起 动时 间等参数 与扫洗 机行走系统速度 间的关 系进行仿 真分 析 ，结果表 明 行走速度终值 与主泵排量关系较大且 成正 比 ，与路 面阻力 、路 面坡 度关 系极小 ，与起动时 间无关 ；速度上升 时间与路 面阻力 、路面坡 度 、主泵 排量 、起动时 间成正 比；最 大 超 调 量 、振 荡 次 数 与 主泵 排量成 正 比 ，与 路 面阻 力 、路 面 坡度 、起 动 时 间成反 比。该 仿真模 型 的建 立及 速度 特 性 的分 析对 扫洗 机行走 系统 的设计 、优 化有 重要 的理论 意 义 和 实用 价值 。 参 考文 献 【 1 】王春行． 液压控制系统[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 9 5760． 【 2 】付永领， 祁晓野． A ME S i m系统建模和仿真 从入门到精 通 [ M] ． 北京 北京航空航 天大学 出版社 ， 2 0 0 6 51 8 ． 【 3 】姚怀新． 工程机械液压动力学原理[ M] ． 北京 人民交通 出版社 ， 2 0 0 6 1 3 41 4 8 ． 【 4 】谭宗柒， 戴浩林 ， 汪云峰． 基于 A ME S i m的深度模拟器液 压系统设 计 与 仿 真 [ J ] ． 机 床 与 液 压 ， 2 0 0 9 ， 3 7 2 1 511 5 2． 【 5 】郭晓松 ， 祁帅， 于传强， 等． 工程机械的节流调速液压 回路仿真研究 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 9 ， 3 7 6 2 0 6 20 8． 【 6 】魏树国， 赵升吨， 张立军， 等． 直驱泵控式液压机液压系 统的动 态 特 性 仿 真 及 优化 [ J ] ． 西 安 交 通 大 学 学 报 ， 2 0 0 9， 4 3 7 7 98 2 ． 上接第 6 4页 年提高 到 9年 及 9年 提高 到 1 9年 。这 一数据 给德 国 联邦铁路局带来 的实 际意义是 每年 可节 约铺设 轨道 、 道岔 的材料 4 0 0 0 t 。 5 采用 轮缘 润滑 后 ，牵 引 类机 车 每年 需 更新 的车轮数减少 了 6 0 0 0 0套 。 6 脱轨 或者说 在 轨道 上 的横 向窜 动现 象 也 明 显减少 ，这一点在 厂矿机 车上体现得尤为 明显 。这是 因为采用轮缘润滑后 轮缘 和轨道之间 的摩擦减小从 而 降低 了传动轴 的 “ 爬坡效应 ” 。 7 电力 内燃机 车 和液 力 内燃 机车采 用 轮缘 润 滑后分别节约燃料 5 ％和 2 5 ％ 。电气机 车此方 面 的节 能效果未见报告 ，但 由于采用 轮缘润滑后机车 的牵 引 力会有所降低 ，因而也会有 节能效果 。 3 总 结 在机车上安装 R E B S轮缘油气润 滑系统取 得 了如 下 收 益 1 大幅度减少了车轮轮缘 的磨损 ，减少 了 由于 轮缘磨损而对机 车车轮进行修磨的次数及维修费用 。 2 降低 了噪 声 ，尤 其 是在 弯 道 和 隧道 中，大 大降低 了车轮与轨道脱离 的危险 。 3 没 有 环境 污 染。 由于 润 滑 剂 的精 细 覆 盖 ， 没有在 铁路沿线发现脏油 。 4 维 护量 小 。轮缘 润 滑装 置尽 可 能少 地 设置 运动部 件 ，因此 几乎 不需 要 维修 ，只 需定 期 加 油 即 可。 5 耗油 量很 小 。机 车平均行 使 1 0 0 0 k m的耗 油量 只有 5 0 0 e m 。 参考文献 【 1 】杨和中， 刘厚飞． 气液两相流体冷却润滑技术 油气润滑 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 4 1 8 48 5 ， 2 0 0 4 2 7 37 4 ， 2 0 0 4 3 6 8 6 9 ， 2 0 0 4 4 7 7 7 9 ， 2 0 0 4 5 7 6 7 7 ， 6 9 ， 2 0 0 4 6 8 18 2 ，2 0 0 4 7 7 57 6 ， 2 0 0 4 8 7 98 0 ， 2 0 0 4 9 7 98 0 ， 2 0 0 4 1 0 7 7 7 8 ， 2 0 0 4 1 1 8 28 4 ， 2 0 0 4 1 2 ． 7 8 7 9 ． 【 2 】曹恩平． 莱伯斯轮缘润滑系统[ J ] ． 城市轨道交通研究 ， 2 0 0 7 ， 1 0 2 6 9 7 1 ， 7 4 ． 【 3 】闫通海， 何立东． 气液两相流体冷却润滑技术及其应用 [ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学 出版社 ， 1 9 9 5 ． ～ 0l 2 3一 一 拥拥搁拥一 一，一一一～一一 二 全 ～ ～ 一 一 一 ■l } 帕 一