一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控方法及装置

摘要

本发明公开了一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控方法及装置，具体为：油水分离器过滤压缩空气后混合来自储料箱的减摩材料流化颗粒，通过粉末空气混合管连接传输至喷涂导向管；喷涂导管与静电发生装置相连接使待喷涂的减摩材料带有静电电荷；喷涂导向管通过三维调整装置调整喷涂时减摩材料的方向与角度，电场产生装置固定在转向架齿轮箱箱体上，由列车电源供电，通过在喷涂导向管管口与钢轨之间产生电场以控制带电的减摩材料颗粒的飞行方向，最后喷涂至轮轨工作界面形成减摩润滑层，最终实现对轮缘‑轨侧润滑或车轮踏面‑轨顶的黏着调控。本发明可以有效提升固体减摩颗粒的利用率，降低固体减摩颗粒由于吸附性不强导致的损耗。

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通轮轨界面摩擦调控领域，尤其涉及一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控方法及装置。

背景技术

轮轨系统作为轨道交通运输中的基础及核心，其滚动接触过程中接触界面摩擦学特性不仅直接关系列车的安全高效运行，还是直接影响轮轨磨损与服役损伤的主要因素。目前主流的摩擦调控产品多为流体形式的油脂类和膏状产品，但随着近年来车速提高、载重增大、行车密度增加、车辆S型运行、长大坡道、小曲线半径、季节高温、频繁制动闸瓦与车轮摩擦生热等因素的影响，原有流体形式的油脂类与膏状润滑剂在轮轨润滑领域逐渐显示出局限性。突出问题是在列车气流作用下喷涂的油脂飞散，污染机车车体难以清洗。相较于传统的油脂性固体润滑剂，固体润滑剂具有优异的温度稳定性、粘贴性、润滑耐久性以及在高压强荷重作用下高的机械强度。然而在列车行走过程中，固体润滑剂由于高速碰撞弹射以及受到外部气流干扰，大量损失在空气中，难以喷射到钢轨表面，限制了固体润滑剂在铁路润滑领域的直接应用。因此就需要建立一种新的涂敷固体润滑剂的方法与装置，提升固体润滑剂的涂敷精度与利用率。

另外，公开号为CN105728218A的文献公开了一种机车车载式轮轨摩擦控制材料静电涂敷装置，该装置利用高压静电发生装置使得润滑材料带静电，再通过压缩空气，喷涂至钢轨轨侧。该装置虽然也利用静电吸附原理，将带静电的固体润滑材料喷涂至钢轨轨侧，以增加固体润滑材料的吸附性。但在实际应用中，仍存在如下技术问题：

1、该装置只可进行轨侧/轮缘润滑，无法实现轨顶/车轮踏面摩擦调控。

2、该装置所喷涂的固体润滑粉末由喷嘴喷出飞向轮轨接触区时，无法限制与调整粉末的飞溅方向，降低了粉末的利用率，粉末飞溅至轨顶会造成车轮打滑，留有安全隐患。

3、并未给出适用于静电涂敷的摩擦调控材料配比方案，而传统固体润滑材料无法有效吸附在轮轨表面。

4、该装置使用高压电极顶点放电使经过粉末带电，该方法施加静电作用区间短，粉末通过电极顶点时常无法有效得电。

5、该装置无位置调整装置，无法精确控制喷嘴在水平竖直方向上的距离以及喷涂角度，易产生喷涂偏差导致固体润滑粉末大量损失。

发明内容

为解决现有技术上存在的问题，本发明提供一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控方法及装置。

本发明的一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控方法，具体为：列车运行过程中将带静电的减摩颗粒喷涂至钢轨表面形成固体润滑层达到摩擦调控目的，所述减摩材料为20～30份粒径100～300目的聚四氟乙烯颗粒、20～30份粒径200～325目二硫化钼粉末、5～10份碳纤维粉末以及5～10份滑石粉末经高速混料机高速混合的复合材料，混合后的粉末荷质比不低于3×10

本发明的一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控装置，具体为：调控箱安装在转向架横梁上，在调控箱内，喷涂导向管的一端通过粉末空气混合管连接三向管，三向管的另一端通过油水分离器进气，三向管的第三端通过吸粉管接入储料箱来吸粉。

喷涂导管左端接静电发生装置，其通过电缆连接高压静电模块，高压静电模块的接地线一端接有石墨电刷，电刷与列车转向架齿轮箱的接地盒相连；

喷涂导向管通过三维调整装置调整喷涂时减摩材料的方向与角度，电场产生装置固定在转向架齿轮箱箱体上，由列车电源供电，通过在喷涂导向管管口与钢轨之间产生电场以控制带电的减摩材料颗粒的飞行方向，最终喷涂至轮轨工作界面。

进一步的，所述静电发生装置为绝缘外壳包裹的三个静电发生棒和两个绝缘棒组成，静电发生棒上产生静电场，当颗粒经过时在颗粒表面形成静电场，使颗粒成为带静电的驻电体；绝缘棒位于两静电发生棒之间避免两者静电干扰，增强静电发生棒所产生静电场强度。

进一步的，油水分离器通过进气管A与机车气源相连接，待将机车气源提供的压缩空气过滤尽水、油蒸气后，净化后的压缩空气通过单向阀进入三向管作为喷涂时的气源动力。

进一步的，储料箱底部设置进气管B，机车气源通过进气管B进入储料箱底部，通过震动流化板使得储料箱中的固体颗粒处于流化状态；储料箱顶部设置进料口；储料箱底部设置泄压阀。

进一步的，三维调整装置由四个球形关节结构构成，球形关节结构固定在水平板上，球形关节结构中球形关节为一带有角度标注的关节球，关节球右侧通过弹簧、斜楔块与螺栓压紧结构相接触压紧；球形关节结构另一端为一带有垂直标注的伸缩杆，伸缩杆内接有一螺栓压紧装置，伸缩杆底部接有一卡套与喷涂导向管相连接。

进一步的，电场产生装置内置有环型变压器与七根铝管，铝管上缠绕有同一方向的电阻丝，通过金属卡扣将电阻丝扣紧在半椭圆形陶瓷壳体上；电场产生装置接收到列车电源产生的电压与电流时，通过环形变压器将电压调整到所需值，此时电阻丝产生电场。

进一步的，喷涂导向管相对轮轨工作界面角度在45°～60°之间，高压静电放电头距离轮轨工作界面在25cm～35cm之间；静电发生板产生电压为80kV。

进一步的，减摩材料为：

20～30份粒径100～300目的聚四氟乙烯颗粒、20～30份粒径200～325目二硫化钼粉末、5～10份碳纤维粉末以及5～10份滑石粉末经高速混料机高速混合的复合材料，混合后的粉末荷质比不低于3×10

本发明的有益技术效果为：

本发明利用静电吸附原理，使得固体颗粒在经过静电发生板时带静电，再通过电场产生装置控制带电颗粒的飞行方向，使得用于摩擦调控的固体颗粒吸附在轮轨接触区域，可以有效提升固体颗粒的利用率，降低颗粒由于吸附性不强导致的损耗。

附图说明

图1为本发明采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控装置结构示意图。

图2为本发明静电发生装置示意图。

图3为本发明三维调整装置示意图。

图4为本发明电场产生装置示意图。

图5为本发明安装示意图。

图6为本发明所配比的摩擦调控剂在不同滑差及载荷作用下的黏着系数曲线图。

图中：1、采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控装置；2、电场产生装置；3、转向架齿轮箱；4、齿轮箱接地盒；5、转向架横梁；6、高压静电模块；7、粉末空气混合管；8、三维调整装置；9、静电发生装置；10、喷涂导向管；11、油水分离器；12、三向管；13、储料箱；2-1、电压控制器；2-2、电阻丝；2-3、金属卡扣；2-4、绝缘外壳；6-1、电缆；6-2、接地线；6-3、电刷；8-1、水平板；8-2、关节球；8-3、伸缩杆；8-4、螺栓压紧装置A；8-5、伸缩杆外壳；8-6、卡套；8-7、弹簧；8-8、斜楔块；8-9、螺栓压紧装置B；9-1、绝缘棒；9-2、静电发生棒；9-3、绝缘外壳；11-1、进气管A；11-2、单向阀；12-1、吸粉管；13-1、进料口；13-2、流化层；13-3、进气管B；13-4、卸压阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种采用静电喷涂减摩材料的轮轨界面摩擦调控装置如图1、图5所示，具体为：调控箱1安装在转向架横梁5上，在调控箱1内，喷涂导向管10的一端通过粉末空气混合管7连接三向管12，三向管12的另一端通过油水分离器11进气，三向管12的第三端通过吸粉管12-1接入储料箱13来吸粉。

喷涂导管10左端接静电发生装置9，其通过电缆6-1连接高压静电模块6(如图2所示)，高压静电模块6的接地线6-2一端接有石墨电刷6-3，电刷6-3与列车转向架齿轮箱3的接地盒4相连。

静电发生装置9为绝缘外壳9-3包裹的三个静电发生棒9-2和两个绝缘棒9-1组成，静电发生棒上产生静电场，当颗粒经过时在颗粒表面形成静电场，使颗粒成为带静电的驻电体；绝缘棒位于两静电发生棒之间避免两者静电干扰，增强静电发生棒所产生静电场强度。

喷涂导向管10通过三维调整装置8调整喷涂时减摩材料的方向与角度，电场产生装置2固定在转向架齿轮箱3箱体上，由列车电源供电，通过在喷涂导向管10管口与钢轨之间产生电场以控制带电的减摩材料颗粒的飞行方向，最终喷涂至轮轨工作界面形成减摩润滑层，最终实现对轮缘-轨侧或车轮踏面-轨顶的润滑与减摩调控。

进一步的，油水分离器11通过进气管A11-1与机车气源相连接，待将机车气源提供的压缩空气过滤尽水、油蒸气后，净化后的压缩空气通过单向阀11-2进入三向管12作为喷涂时的气源动力。

进一步的，储料箱13底部设置进气管B13-3，机车气源通过进气管B13-3进入储料箱13底部，通过震动流化板13-2使得储料箱13中的固体颗粒处于流化状态；既可以使吸粉管12-1吸出的减摩颗粒更均匀，又可防止固体颗粒固化。储料箱13顶部设置进料口13-1；储料箱13底部设置泄压阀13-4。

进一步的，如图3所示，三维调整装置8由四个球形关节结构构成，球形关节结构固定在水平板8-1上，球形关节结构中球形关节为一带有角度标注的关节球8-2，关节球8-2右侧通过弹簧8-7、斜楔块8-8与螺栓压紧结构B8-9相接触压紧；球形关节结构另一端为一带有垂直标注的伸缩杆8-3，伸缩杆8-3内接有一螺栓压紧装置A8-4，伸缩杆底部接有一卡套8-4与喷涂导向管10相连接。通过三维调整装置8可以实现喷涂导向管10在水平竖直距离和角度三个自由度的调整，以实现轮缘/轨侧润滑以及轮缘/轨顶摩擦调控。

进一步的，如图4所示，电场产生装置2内置有环型变压器2-1与七根铝管，铝管上缠绕有同一方向的电阻丝2-2，通过金属卡扣2-3将电阻丝扣紧在半椭圆形陶瓷壳体2-4上；电场产生装置2接收到列车电源产生的电压与电流时，通过环形变压器2-1将电压调整到所需值，此时电阻丝2-2产生电场。喷枪喷出的飞溅颗粒最大限度地飞向轮轨接触表面，提升减摩颗粒的利用率。

进一步的，喷涂导向管10相对轮轨工作界面角度在45°～60°之间，距离轮轨工作界面在25cm～35cm之间；静电发生棒9-2产生电压为80kV。静电发生装置9处电压可根据选用的固体颗粒得电难易程度选取，通过预喷涂的方法确定选用固体颗粒喷涂的最佳电压。

进一步的，减摩材料为：

20～30份粒径100～300目的聚四氟乙烯颗粒、20～30份粒径200～325目二硫化钼粉末、5～10份碳纤维粉末以及5～10份滑石粉末经高速混料机高速混合的复合材料，混合后的粉末荷质比不低于3×10

列车运行过程中通过静电喷涂装置将减摩材料喷涂至钢轨表面形成一层颗粒分布密度约为0.5g/cm