浅析车载式智能钢轨涂覆装置
在重载线路上的应用
王兴明1，姜瑞林2
（1.济南铁路局工务处，山东济南，250001；
2.济南三新铁路润滑材料有限公司，山东济南，250001）
摘要：文章以朔黄铁路所应用的车载式智能钢轨涂覆装置为例，分析了车载式智能钢轨涂覆装置对重载线路曲线钢轨减磨所起到的作用。
关键词：重载铁路；曲线钢轨；减磨
1前言
根据中国铁路运营特点和实际需求，在货物运输方面以发展重载铁路运输作为主攻方向。发展重载铁路运输是铁路扩能增效的一种有效途径，但随着列车轴重的增加，轮轨动力作用随之加剧，曲线钢轨与机车轮缘的磨耗异常显著，导致钢轨的使用寿命降低、车轮镟修周期缩短。尤其是一些重载线路，钢轨侧磨已成
为曲线钢轨更换的决定因素。为减缓曲线钢轨侧磨，铁路工务和机务部门先后采用了机车轮缘润滑、钢轨涂油、调整内轨轨底坡和曲线超高、改变轮轨接触几何匹配等方式，虽起到了一定的作用，但作用效果持续性欠佳、实施较为复杂。
2干式润滑技术的应用
经国内外专家研究表明，钢轨轨头侧面之间实施干式润滑，能够有效地减缓曲线钢轨侧面磨耗。钢轨干式润滑剂是一种以界面润滑原理取代油脂流体润滑原理的新型高分子复合润滑材料，主要由主成膜物质（合成树脂、聚合油）、次成膜物质（固体润滑材料）、极压抗磨剂、稀土化合物及高聚物等添加剂组成，它具有很高的抗极压性，且摩擦系数很小，能在摩擦界面间形成干式润滑膜，可以防止金属表面微观凸起穿透润滑膜，隔开摩擦副表面，从而起到减磨作用。
济南铁路局于1995年研制成功的钢轨专用干式润滑剂，具有长效性突出、抗极压性强、减磨效果好、不加速钢轨剥离、不污染道床等特点，对减缓曲线钢轨磨耗具有明显效果。先后在济南、上海、沈阳、西安等铁路局应用，均取得了显著的经济和社会效益。
3车载式智能钢轨涂覆装置的研制
3.1研制背景
为了满足货运重载线路曲线钢轨减磨需求，自2008年起，济南铁路局组织技术人员展开了机车车载式智能钢轨涂覆装置（以下简称装置）的研制工作。装置安装在机车上，当机车通过曲线钢轨时，自动向曲线钢轨喷涂干式润滑剂，起到减缓曲线钢轨侧磨的作用。3.2装置基本构造
装置由装置主体、智能控制器、隔离变压器、车下辅助安装架组成。
3.2.1装置主体
装置主体内部的直融加热器将所存放的干式润滑剂（固体）进行加热融化，使其成为液态。通过电机带动齿轮泵转动，齿轮泵将液态润滑剂泵入输料管道中，经过喷嘴准确、均匀地喷涂到曲线钢轨内侧面上。
3.2.2智能控制器
智能控制器是装置的核心控制部分，是实现装置智能化控制的关键。通过智能控制器可以极为简便的实现曲线位置识别，实现喷涂智能化控制、喷涂作业过程监控以及数据交换等功用。智能控制器基于嵌入式Linux操作系统和ARM9T处理器平台技术。它集喷涂自动控制、反馈电子测量、数据现场通信、远程移动通信等功能于一体（见图1）。
图1智能控制器组成框图
3.2.3隔离变压器
为确保机车安全，采用隔离变压器进行电气隔离，装置设置了一台隔离变压器，引入机车AC380V电源，输出AC48V，为装置提供动力电源。
3.2.4车下辅助安装架
根据不同的机车类型，选取合适的位置，安装车下辅助安装架，为输料管、喷头提供固定。
3.3装置工作过程
装置采用“固—液—固”的加热方式，将干式润滑剂（固体）投入装置主体内部，通过智能控制器控制直融加热器进行加热，使润滑剂融化成为液态。智能控制器采集TAX2型机车安全信息综合监测装置所提供的机车运行时速、里程、上下行等信息，确定机车所处位置，与其内部预置的作业曲线位置进行匹配运算，当机车到达需要进行涂覆作业的曲线，智能控制器根据机车运行时速，选择适合的喷涂间隔控制电机带动齿轮泵转动，通过输料管道喷涂到曲线钢轨内侧面上，经车轮碾压后形成固体润滑膜，起到减缓曲线钢轨磨耗的作用。智能控制器对装置实行作业全过程监控，一旦加热区的温度超限，或者作业电流、电压过高，智能控制器将控制隔离变压器动作，切断装置动力电源，保证作业的安全性。
此外，智能控制器还融合了GPRS远程数据传输技术，地面客户端发送访问需求后，智能控制器通过GSM模块将装置当前的工作状态发送至网络服务器，经过服务器处理后，传送至各客户端。
4车载式智能钢轨涂覆装置在朔黄铁路应用情况分析
4.1应用背景
朔黄铁路作为西煤东运第二大通道重要组成部分，在运量不断增加的情况下，要完成3.5亿吨的扩能改造。曲线钢轨磨耗严重超限，直接影响了线路的正常运营状况，不但加大了运营成本，而且对行车安全
构成了一定的威胁，如何有效的减缓曲线钢轨磨耗，保持线路的良好状态，成为了现阶段的主要任务。为彻底解决这一问题，经铁道部众多专家研究决定，将曲线钢轨干式润滑减磨技术列为朔黄铁路减磨方案之一。为此，决定应用车载式智能钢轨涂覆装置减缓曲线钢轨磨耗。
4.2装置应用情况
2008年8月—2009年8月，在朔黄铁路原平分公司进行为期一年的人工涂覆试验。为验证润滑剂的减磨效果，铁科院组织专家选取朔黄铁路原平南—北大牛区间内的K69+781 km至K70+252km处的曲线作为使用效果的试验曲线，先后对试验曲线钢轨进行了6次磨耗量的测量，测量结果见表1：
表1朔黄铁路试验曲线磨耗量测量记录表
测量时间通过总重最大磨耗量距上次测量磨耗量
初始观测6259.5万吨  1.91mm  1.91mm
二次观测9288.6万吨  3.49mm  1.58mm
三次观测11891.9万吨  4.32mm0.83mm
四次观测15633.3万吨  5.41mm  1.09mm
五次观测18943.0万吨  6.56mm  1.15mm
六次观测22412.0万吨7.90mm  1.34mm 涂覆后通过总重为22412万吨时，曲线钢轨最大磨耗为7.90mm，历史上通过相同总重
时，曲线钢轨最大磨耗为11.1mm；，可以看出，通过涂覆润滑剂后，延长曲钢轨使用寿命28.82%。
2008年11月至2009年2月，装置的原理机试制成功，在朔黄铁路轨道车上进行试验性应用，应用结果表明，装置满足自动作业的条件。
2009年3月，装置研制成功，4月，在北京交通大学电磁兼容实验室（铁路电务设备电磁兼容检测中心）对控制器进行了电磁兼容检测，顺利通过检测；5月，装置在铁道部产品质量监督检验中心通过了型式试验检测。
2009年10月，在朔黄铁路管辖的韶山4型机车中的3台机车上安装了车载式智能钢轨涂覆装置（机车号分别为：SS4B0173、SS4B0175、SS4B0176），对朔黄铁路神池南—黄骅港区间内的所有曲线钢轨进行涂覆作业。
4.3应用结论分析
在朔黄铁路应用车载式智能钢轨涂覆装置对曲线半径R≤1000m的曲线钢轨进行涂覆作业后效果明显，由此可见，车载式智能钢轨涂覆装置适合重载铁路曲线钢轨的减磨作业。下一步，将继续追踪装置的应用状况，通过对装置进行性能改良，力求达到预期的减磨效果。5参考文献
【1】耿志修．《大秦铁路重载运输技术》．北京：中国铁道出版社，2009年济南铁路局
【2】周平．《铁道概论》．北京：中国铁道出版社，2007年
作者简介：王兴明（1971，11），工程师，济南铁路局工务处。：152****7518。
姜瑞琳（1986，11），助理工程师，济南三新铁路润滑材料有限公司。：*************。