一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂。

背景技术：

同外界大气环境相比，地铁隧道内空气干燥、湿度低。地铁车轮在干态工况下运行时，轮轨界面的黏着系数(轮轨界面传递的切向力与垂向载荷重的比值定义为黏着系数)相对较高，也即动轮踏面和钢轨接触面间的摩擦阻力(黏着力)较大，钢轨和车轮的磨损和波磨(钢轨的波浪形磨耗)比较严重，这也会造成地铁车轮多边形的形成和快速发展。使用轮轨固体润滑剂或润滑脂可使黏着系数降低至0.1以下，能有效降低车轮轮缘与钢轨侧面的磨损。由于列车制动和牵引的需要，车轮踏面与钢轨轨面之间的黏着系数不能低于0.2；黏着系数降低至0.1以下，会严重影响列车制动和牵引性能。因此，现有固体轮轨润滑剂不能直接用于车轮踏面与钢轨轨面之间黏着系数的调控。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂，该固体摩擦调节剂能将轮轨黏着系数从0.5～0.6降低到0.2～0.3，在保证列车具有良好的牵引和制动性能的前提下，最大程度地减小了钢轨和车轮的磨损和波磨，延长轮轨的服役时间，降低地铁车辆的运营成本。

本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂，其原料组成及质量配比为：40～50份的聚四氟乙烯、15～25份的二硫化钼粉末、5～10份的滑石粉末。

本发明的第二目的是提供一种制备上述用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂的方法，该方法的制备工艺简单，制备成本低，便于固体摩擦调节剂的推广利用。

本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种上述的用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂的方法，其步骤是：将所述配比的三种原料置于60～90℃干燥箱进行干燥10～15分钟，然后用混料机搅拌均匀，再用硫化机在150～170℃、3～5mpa下压型保压20～30分钟，最后冷却固化成型，即得。

进一步，本发明的二硫化钼粉末的粒度为125～300目，滑石粉末的粒度为2000目。

使用时，将本发明的固体摩擦调节剂通过车体底部、车轮旁的摩擦调节剂涂覆机构将其持续压涂于地铁车轮踏面；即可使运行的地铁车辆的轮轨界面黏着系数降低，继而减缓轮轨的磨损、钢轨波磨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明通过聚四氟乙烯作为基体将二硫化钼、滑石硫化固结在一起。使用时，将其施压涂覆于地铁车轮踏面。调节剂中二硫化钼、滑石均是减磨材料，两种材料同时作用，有效降低了车轮摩擦阻力。

实验证明，使用本发明的固体摩擦调节剂，干态条件下可将轮轨黏着系数从0.5～0.6降低到0.2～0.3。也即将地铁列车的轮轨黏着系数从过高的0.5～0.6降低至列车制动和牵引所需要的黏着系数0.3左右。可见，使用本发明的固体摩擦调节剂，既可以很好地保证列车的牵引和制动，又尽最大可能地减小摩擦过剩的情况，减小钢轨和车轮的磨损和波磨，延长轮轨的服役时间，降低地铁车辆的运营成本。

二、固体摩擦调节剂是在3～5mpa压力、150～170℃温度下硫化固结而成，其结构致密，避免气孔的产生，提高了调节剂密度，进一步提高其减磨性能和使用寿命。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是干态条件下未使用固体摩擦调节剂、使用本发明固体摩擦调节剂、使用现有固体润滑剂(浙江宝晟生产的型号为bsp-1规格为20×42×150)下，黏着系数随着滑差变化的黏滑曲线。

图2是固体摩擦调节剂先使用一段时间、再停止使用一段时间，再使用一段时间、最后停止使用一段时间的全过程的黏着系数随着时间变化的曲线。

图3是固体摩擦调节剂实验条件下的使用过程中磨损率随时间变化的曲线图。

图4是车轮和钢轨在实验前、不使用调节剂1.2万次循环和使用本发明的固体摩擦调节剂1.2万次循环后的硬度对比图。

具体实施方式

实施例1

本发明的一种具体实施方式是，一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂，其原料组成及质量配比为：40份的聚四氟乙烯、25份的二硫化钼粉末、5份的滑石粉末。本例的二硫化钼粉末的粒度为125目，滑石粉末的粒度为2000目。

一种制备本例的用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂的方法，其步骤是：将所述配比的三种原料置于60℃干燥箱进行干燥10分钟，然后用混料机搅拌均匀，再用硫化机在170℃、5mpa下压型保压20分钟，最后冷却固化成型，即得。

实施例2

本发明的一种具体实施方式是，一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂，其原料组成及质量配比为：50份的聚四氟乙烯、15份的二硫化钼粉末、10份的滑石粉末。

本例的二硫化钼粉末的粒度为300目，滑石粉末的粒度为2000目。

一种制备本例的用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂的方法，其步骤是：将所述配比的三种原料置于90℃干燥箱进行干燥15分钟，然后用混料机搅拌均匀，再用硫化机在150℃、3mpa下压型保压30分钟，最后冷却固化成型，即得。

实施例3

本发明的一种具体实施方式是，一种用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂，其原料组成及质量配比为：45份的聚四氟乙烯、20份的二硫化钼粉末、7份的滑石粉末。

本例的二硫化钼粉末的粒度为200目，滑石粉末的粒度为2000目。

一种制备本例的用于地铁车轮踏面的固体摩擦调节剂的方法，其步骤是：将所述配比的三种原料置于80℃干燥箱进行干燥13分钟，然后用混料机搅拌均匀，再用硫化机在160℃、4mpa下压型保压25分钟，最后冷却固化成型，即得。

使用实验

实验在mjp-30a型滚动接触疲劳试验机上进行，试样外径60mm，内径60mm，试样接触宽度8mm，模拟转速500r/min，试验滑差为0.24％～8.02％，试验时间为60分钟。

首先，在干态工况下预磨5分钟，使试样表面的黏着系数达到稳定状态。然后将准备好的固体摩擦调节剂试样装入调节剂涂覆机构，让固体摩擦调节剂与车轮试样表面紧密接触，同时使车轮试样滚动；即将本发明的固体摩擦调节剂持续均匀涂抹分布在轮轨试样表面。

从开始的滑差值0.24％，每隔3分钟增加0.5％，重复增加16次，直到滑差值达到8.5％。通过上述重复的实验得到的实验数据，得到黏着-蠕滑曲线如图1所示。轮轨纯干态(未添加任何调节剂)下的黏着系数达到稳定的值为0.62左右，添加摩擦调节剂后达到稳定的黏着系数值为0.22。

从图1中的黏着-蠕滑曲线可以看出，位于初始阶段，黏着系数会随着滑差增大而变大。当滑差增加大到3％左右时，黏着系数基本趋于稳定。干态工况下下，黏着系数在0.6左右达到稳定状态。而添加本发明固体摩擦调节剂后，轮轨界面的黏着系数达到稳定的黏着系数在0.22左右；而使用现有固体润滑剂后，轮轨界面的黏着系数达到稳定的黏着系数在0.1以下。

可见，干态工况下，黏着系数在0.6，轮轨间的摩擦力过大，钢轨和车轮的磨损和波磨严重，钢轨和车轮的使用寿命低。使用现有固体润滑剂后，轮轨界面的黏着系数达到稳定的黏着系数在0.1以下，大幅减低了钢轨和车轮的磨损和波磨；但其将黏着系数减低幅度过大，轮轨间的摩擦力过小，导致机车的牵引和制动性能降低(机车牵引和制动要求的黏着系数为0.2～0.3)。使用本发明的固体摩擦调节剂后，轮轨界面的黏着系数达到稳定的黏着系数在0.22左右，在保证机车的牵引和制动性能的前提下，最大可能的降低了轮轨间的摩擦力，降低钢轨和车轮的磨损和波磨，提高了钢轨和车轮的使用寿命低。

图2是固体摩擦调节剂先使用一段时间、再停止使用一段时间，再使用一段时间、最后停止使用一段时间的全过程的黏着系数随着时间变化的曲线。

图2表明，固体摩擦调节剂第一次停止使用，到固体摩擦调节剂耗尽、达到完全没有使用调节剂状态的时间为24分钟，第二次的时间为17分钟，调节剂的平均耗尽时间为20分钟，也就是本发明的固体摩擦调节剂成膜的有效作用时间。

图3是在接触压力0.25mpa和转速为200r/min情况下，检测固体摩擦调节剂的磨损率实验，测量的时间间隔是3分钟，连续称量12次，此实验得到11组数据。从图3拟合出的曲线可以发现，图3是固体摩擦调节剂的磨损率。根据实验可以得知，本发明的固体摩擦调节剂磨损率约为1.09mg/min。

图4是车轮和钢轨在实验前、干态1.2万次循环和使用本发明的固体摩擦调节剂1.2万此循环后的硬度对比图。

实验前，用维氏硬度仪测量车轮和钢轨的硬度值。然后分别在两种不同工况下，进行实验，试验后再次测量车轮和钢轨试样的硬度值。一种工况是干态，循环次数为1.2万次，轮轨接触压力为680n，模拟700mpa。另外一种工况是添加本发明的固体摩擦调节剂，通过车轮滚动使固体摩擦调节剂均匀涂布在轮轨表面。其循环次数为1.2万次，轮轨接触压力为680n，模拟700mpa，而固体摩擦调节剂的接触压力为10n，模拟0.4mpa。试验后，车轮和钢轨在两种不同工况作用下的硬度值均有上升，上升的幅值均在50～70左右。简言之，本发明的固体摩擦调节剂对轮轨试样表面硬度几乎无影响。