一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑及其制備方法與流程

本發明涉及一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑。

背景技術：

同外界大氣環境相比，地鐵隧道內空氣干燥、濕度低。地鐵車輪在干態工況下運行時，輪軌界面的黏著系數(輪軌界面傳遞的切向力與垂向載荷重的比值定義為黏著系數)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)比較嚴重，這也會造成地鐵車輪多邊形的形成和快速發展。使用輪軌固體潤滑劑或潤滑脂可使黏著系數降低至0.1以下，能有效降低車輪輪緣與鋼軌側面的磨損。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不能低于0.2；黏著系數降低至0.1以下，會嚴重影響列車制動和牽引性能。因此，現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的調控。

技術實現要素：

本發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節劑，該固體摩擦調節劑能將輪軌黏著系數從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，降低地鐵車輛的運營成本。

本發明實現其第一發明目的所采用的技術方案是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑，其原料組成及質量配比為：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節劑的方法，該方法的制備工藝簡單，制備成本低，便于固體摩擦調節劑的推廣利用。

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

進一步，本發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，將本發明的固體摩擦調節劑通過車體底部、車輪旁的摩擦調節劑涂覆機構將其持續壓涂于地鐵車輪踏面；即可使運行的地鐵車輛的輪軌界面黏著系數降低，繼而減緩輪軌的磨損、鋼軌波磨。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、本發明通過聚四氟乙烯作為基體將二硫化鉬、滑石硫化固結在一起。使用時，將其施壓涂覆于地鐵車輪踏面。調節劑中二硫化鉬、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。

實驗證明，使用本發明的固體摩擦調節劑，干態條件下可將輪軌黏著系數從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0.3左右。可見，使用本發明的固體摩擦調節劑，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，降低地鐵車輛的運營成本。

二、固體摩擦調節劑是在3～5mpa壓力、150～170℃溫度下硫化固結而成，其結構致密，避免氣孔的產生，提高了調節劑密度，進一步提高其減磨性能和使用壽命。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1是干態條件下未使用固體摩擦調節劑、使用本發明固體摩擦調節劑、使用現有固體潤滑劑(浙江寶晟生產的型號為bsp-1規格為20×42×150)下，黏著系數隨著滑差變化的黏滑曲線。

圖2是固體摩擦調節劑先使用一段時間、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隨著時間變化的曲線。

圖3是固體摩擦調節劑實驗條件下的使用過程中磨損率隨時間變化的曲線圖。

圖4是車輪和鋼軌在實驗前、不使用調節劑1.2萬次循環和使用本發明的固體摩擦調節劑1.2萬次循環后的硬度對比圖。

具體實施方式

實施例1

本發明的一種具體實施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑，其原料組成及質量配比為：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節劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于60℃干燥箱進行干燥10分鐘，然后用混料機攪拌均勻，再用硫化機在170℃、5mpa下壓型保壓20分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

實施例2

本發明的一種具體實施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑，其原料組成及質量配比為：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節劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于90℃干燥箱進行干燥15分鐘，然后用混料機攪拌均勻，再用硫化機在150℃、3mpa下壓型保壓30分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

實施例3

本發明的一種具體實施方式是，一種用于地鐵車輪踏面的固體摩擦調節劑，其原料組成及質量配比為：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節劑的方法，其步驟是：將所述配比的三種原料置于80℃干燥箱進行干燥13分鐘，然后用混料機攪拌均勻，再用硫化機在160℃、4mpa下壓型保壓25分鐘，最后冷卻固化成型，即得。

使用實驗

實驗在mjp-30a型滾動接觸疲勞試驗機上進行，試樣外徑60mm，內徑60mm，試樣接觸寬度8mm，模擬轉速500r/min，試驗滑差為0.24％～8.02％，試驗時間為60分鐘。

首先，在干態工況下預磨5分鐘，使試樣表面的黏著系數達到穩定狀態。然后將準備好的固體摩擦調節劑試樣裝入調節劑涂覆機構，讓固體摩擦調節劑與車輪試樣表面緊密接觸，同時使車輪試樣滾動；即將本發明的固體摩擦調節劑持續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％，重復增加16次，直到滑差值達到8.5％。通過上述重復的實驗得到的實驗數據，得到黏著-蠕滑曲線如圖1所示。輪軌純干態(未添加任何調節劑)下的黏著系數達到穩定的值為0.62左右，添加摩擦調節劑后達到穩定的黏著系數值為0.22。

從圖1中的黏著-蠕滑曲線可以看出，位于初始階段，黏著系數會隨著滑差增大而變大。當滑差增加大到3％左右時，黏著系數基本趨于穩定。干態工況下下，黏著系數在0.6左右達到穩定狀態。而添加本發明固體摩擦調節劑后，輪軌界面的黏著系數達到穩定的黏著系數在0.22左右；而使用現有固體潤滑劑后，輪軌界面的黏著系數達到穩定的黏著系數在0.1以下。

可見，干態工況下，黏著系數在0.6，輪軌間的摩擦力過大，鋼軌和車輪的磨損和波磨嚴重，鋼軌和車輪的使用壽命低。使用現有固體潤滑劑后，輪軌界面的黏著系數達到穩定的黏著系數在0.1以下，大幅減低了鋼軌和車輪的磨損和波磨；但其將黏著系數減低幅度過大，輪軌間的摩擦力過小，導致機車的牽引和制動性能降低(機車牽引和制動要求的黏著系數為0.2～0.3)。使用本發明的固體摩擦調節劑后，輪軌界面的黏著系數達到穩定的黏著系數在0.22左右，在保證機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是固體摩擦調節劑先使用一段時間、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隨著時間變化的曲線。

圖2表明，固體摩擦調節劑第一次停止使用，到固體摩擦調節劑耗盡、達到完全沒有使用調節劑狀態的時間為24分鐘，第二次的時間為17分鐘，調節劑的平均耗盡時間為20分鐘，也就是本發明的固體摩擦調節劑成膜的有效作用時間。

圖3是在接觸壓力0.25mpa和轉速為200r/min情況下，檢測固體摩擦調節劑的磨損率實驗，測量的時間間隔是3分鐘，連續稱量12次，此實驗得到11組數據。從圖3擬合出的曲線可以發現，圖3是固體摩擦調節劑的磨損率。根據實驗可以得知，本發明的固體摩擦調節劑磨損率約為1.09mg/min。

圖4是車輪和鋼軌在實驗前、干態1.2萬次循環和使用本發明的固體摩擦調節劑1.2萬此循環后的硬度對比圖。

實驗前，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，進行實驗，試驗后再次測量車輪和鋼軌試樣的硬度值。一種工況是干態，循環次數為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明的固體摩擦調節劑，通過車輪滾動使固體摩擦調節劑均勻涂布在輪軌表面。其循環次數為1.2萬次，輪軌接觸壓力為680n，模擬700mpa，而固體摩擦調節劑的接觸壓力為10n，模擬0.4mpa。試驗后，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，本發明的固體摩擦調節劑對輪軌試樣表面硬度幾乎無影響。