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高速列车润滑技术研究及其装置设计

选题的目的和意义

润滑是用具有特殊性质的材料(液体、气体、固体等) 将发生相对运动的摩擦表面分隔开来,避免两摩擦表面的直接接触,变干摩擦为润滑材料分子间的摩擦,达到降低磨损,延长设备使用寿命的技术。机械设备离不开润滑,润滑既可以降低摩擦,减少磨损,又可以冷却(散热) 、清洗、防锈、减震和降低噪声。据估计,全世界1/3 ～2/3 的能量消耗在摩擦上,约有近80% 的机械故障或零件破损是由摩损引起的。

随着城市化进程的加快和人民物质文化生活水平的提高，人际间的交流将更加频繁，同时社会节奏的加快，时间价值观念越来越强，旅客运输的高速化是我国经济及社会发展的必然结果。京沪、京广及哈大等高速铁路投入运营，中国高速铁路的快速发展和走向世界进入了一个辉煌的时代。为了保证高速列车稳定高效运行，列车系统的润滑装置是否合理可靠起到了关键性作用。高速列车的磨损与速度关系已不是线性而是平方或者立方的关系，技术故障的主要形式（35%以上）是工作零部件的过早磨损，因此研究高速列车的润滑问题，选择合适的润滑材料与润滑方式以降低摩擦、节约能源，减少磨损、延长部件寿命是一个至关重要的问题。

本论文对各种润滑方式的润滑机理及其优缺点进行了详细地分析研究，设计适应于高速列车使用的润滑系统及部分结构，为高速列车润滑技术研究提供一些有益的设计方案。

 

国内外研究现状及存在的问题

一、国内外研究现状

润滑技术是摩擦学三大支柱(摩擦、磨损、润滑)之一，是保证机械设备得以高效、正常、长期运转的基本手段，是机械运转的命脉。因此，世界各国都十分重视先进合理的润滑技术的开发与利用。同样的设备，国外能够运行6000h，而在国内只运行1500h就要进修理厂，其根本原因是润滑技术明显落后。现代化设备的发展促进了新一代润滑技术的发展，也使润滑技术成为现代科学技术中的一个重要组成部分。先进润滑技术的产业化发展，是促进国家经济长期稳定增长的重要技术手段之一，对社会经济的发展也具有巨大的推动作用。　

一般情况下，润滑可分为液体润滑、边界润滑、无润滑或干摩擦。液体润滑是在摩擦表面加入一定的液体润滑剂，以产生足够强度和厚度的液体油膜，运动时只在内部油层之间产生摩擦的一种状态。边界润滑是在摩擦表面间只存在着一层边界油膜，具有吸附性，运动时摩擦在上下两层吸附性油膜之间产生。无润滑或干摩擦是摩擦面之间润滑剂已经不存在润滑作用，表面存在的氧化膜及固体膜承受载荷的一种状态。

从润滑油方面来说，随着各种机械设备的技术进步日新月异，以及节能、环保的要求日益提高，润滑油的性能、质量要求日益严格，更新换代加快，技术含量也日益提高。首先是基础油的技术进步，我国研究开发了加氢和临氢异构降凝技术，使API(美国石油学会)I类常规精制基础油向API I , lI类基础油过渡，提高了基础油的质量，满足了高档润滑油低排放，低油耗、长周期等的使用要求。其次在添加剂方面，大量采用复合剂取代单剂，加剂量也呈下降趋势，但将会趋于缓和。就粘度指数改进剂而言，随着抗剪切要求的提高，以OCP为主的市场将会发生变化，苯乙烯异戊二烯及聚甲基丙烯酸醋等产品将会普遍使用，以提高油品的抗剪切性能。另外，纳米粒子作为润滑油添加剂的研究也取得了一定的进展，并且表现出优异的承载能力和减摩抗磨性能。在可 生 物 降解润滑油环保和节能产品的研究方面，我国也已做了大量的工作，并且已初见成效。开发了低磷发动机油、液化石油气(LPG)和压缩天然气(CNG)发动机油。

在润滑技术方面，从上个世纪80年代开始，人们的思维方式开始有重大转变，即认为润滑剂也是机器零件家族中的一员，使润滑剂与机器有了血肉亲情。这种思维方式的重大转变，带来了机械设计的创新。这种创新还包括在设备的研制阶段就进行系统的摩擦学设计而不是像以前一样，总是把摩擦学问题放到设计的后期处理。

随着现代机器设备向高速、高温及高压的方向发展，人们要求系统使用的润滑材料对摩擦副具有自动补偿，甚至具有自动修复的能力，并可对摩擦工况实施动态监控。这种要求推动并促进了摩擦材料向机敏化和智能化的方向发展。

    高速列车润滑技术与润滑装置的研究主要包括机车的齿轮润滑、车辆轮轴润滑、牵引系统润滑、电机轴承润滑与绝缘油的选择以及电气化接触网导线与轮轨润滑等等，这些部位的润滑直接关系到齿轮、轴承、导线、滑板与轮轨的寿命，关系到检修周期与检修费用，关系到能源节约与运输效益的发挥以及运输安全。

齿轮是动车通过牵引电机电枢轴传递动力使车轮转动的重要部位，世界各国高速列车牵引传动齿轮均以润滑油润滑。高速列车齿轮负荷很大，冲击负荷也很大，速度高，油温高，高速列车齿轮与汽车相比，不仅负荷高，而且钢轨与车轮间发生相互冲击力，不通过任何缓冲作用而直接传递至齿轮，冲击作用更大，工作条件比汽车更为苛刻，因而要求齿轮油有更好的抗氧化安定性与很高的极压抗磨抗擦伤性能。

高速列车轴承与牵引电机轴承均广泛采用滚动轴承，绝大多数都采用润滑脂润滑。润滑脂是由稠化剂、基础油与添加剂相复合的产品，高速列车轴承脂基础油粘度的选择十分重要，同时速度高冲击负荷也大，要求润滑脂具有较好的抗磨与极压性能，选择合适的复合极压抗磨剂至关重要。

关于轮轨润滑，国内外学者主要是研究将轮缘润滑器改装为钢轨润滑器以适应高速的需要，同时对润滑剂的极压、抗磨、粘附与低温性能以及不同类型润滑剂进行深入的研究。

关于接触网受电弓润滑，主要研究适应高速及严寒地区的特殊工况需要，以降低导线与滑板的电腐蚀磨损与机械磨损，延长其使用寿命。

 

二、存在的问题及发展趋势

    润滑技术也应受到足够的重视,并得到快速的发展,润滑领域的研究已由经典润滑理论发展到工程流体润滑理论和纳米薄膜润滑理论。随着航空航天和超导技术的不断进步,对润滑剂的耐高温和超低温性能要求势必越来越高,研究发展适用范围宽,可用于解决多种工况条件下摩擦问题的新型高温或超低温固体润滑技术和材料必将是一个热点。可以预见,随着科技的发展、社会的进步和生存价值观念的转变,人们对自身的安全、健康和全球环保意识的不断增强,对使用和研制安全、健康和环境友好的生态化润滑剂的呼声势必越来越高,为了生态环境的可持续发展,安全、健康和环保问题必将成为选用和发展润滑剂的重点考虑因素之一,研制安全、健康和对环境无害的生态润滑剂在21 世纪必将得到迅速发展。

现代信息化技术和纳米技术的发展,润滑技术智能化与纳米材料技术相结合也是必然趋势。深人研究纳米摩擦学,并与信息化技术相结合,使摩擦学研究进一步完善,从而更大限度地发挥该学科在国民经济中的巨大潜力。目前纳米技术不十分成熟,但是随着对纳米材料研究的不断深入,纳米材料起到不可估量的作用。数字化技术的发展,确保设备处于最佳状态和最长寿命是润滑技术所追求的目标, 也是智能化的标志。随着人们对微观摩擦的深入研究,“纳米润滑”“, 分子润滑”时代的必将到来。届时 ,必将会有很多奇特的润滑材料将会出现“, 超润滑”的“零”摩擦的新型润滑材料的出现完全可能,让我们共同期待微观润滑时代的到来。

现代高速列车润滑技术的研究关系到机车牵引能量消耗、行车安全、轮轨材料消耗及维修成本等，因此受到各国铁路部门重视。近10 年是我国铁路大发展的时期，高速列车润滑技术迅速推广应用的时期。随着列车速度的提高，润滑问题显得越来越突出。合理的润滑方式不仅仅可以减少设备的磨耗，而且机车运行的安全性和平稳性也会得到大大的提高。未来高速列车润滑装置以及润滑剂的发展，需要满足铁路高速、重载、安全运输的要求，共同为铁路运输的发展发挥了及其重要的作用。

 

主要研究内容

1.详细研究各种润滑方式的润滑机理及其优缺点。

2.了解、分析国内外高速列车润滑技术现状及发展趋势。

3.详细分析现有常见润滑装置的工作原理、结构及特点。

4.根据高速列车的工作环境特性，设计适于高速列车使用的润滑系统及部分结构。

5.撰写毕业设计说明书。 

 

研究方法、步骤和措施等

一、研究方法

（1）利用本校的图书馆文献资源进行文献检索；

（2）向老师求教及争取对相关工厂参观实习；

（3）理论与实践相结合，多动手，多思考。

二、研究步骤和措施

首先根据毕业设计课题明确设计任务，进行相关文献检索学习，了解润滑装置的原理、适应工况以及国内外发展现状，理清设计思路和确定方向，拟定初步设计方案，学习使用设计过程必备的绘图软件CAD。

其次根据设计要求要求研究高速列车润滑技术，深入分析高速列车各系统的润滑原理，对部分润滑装置进行设计。

三、完成日期及进度：

02.25～03.01: 根据毕业设计任务书，熟悉设计题目、要求与设计内荣。    

03.02～03.15: 相关资料检索、阅读、分析，方案论证，完成开题报告。

03.16～05.21: 分析、设计、绘图。

05.22～06.04: 编写设计说明书，整理、打印毕业设计资料。

06.05:        提交毕业设计全部资料。

06.08～06.11: 总结及小组答辩。

06.13：       大组答辩。

 

目   录

目   录 2

摘    要 4

Abstract 5

第一章 绪论 6

1.1 课题研究背景 6

1.2 课题的研究现状 6

1.3本课题的发展趋势 7

1.4本课题研究目的 9

第2章  常见润滑方式和润滑装置研究 10

2.1润滑分类 10

2.1.1边界润滑 11

2.1.2液体润滑 12

2.1.3混合润滑 12

2.2润滑装置 13

2.2.1手工润滑 13

2.2.2滴注润滑 13

2.2.3飞溅润滑 13

2.2.4油环与油链润滑 14

2.2.5油绳与油垫润滑 14

2.2.6自润滑 14

2.2.7油雾润滑 14

2.2.8集中润滑 15

2.2.9压力循环润滑 17

第三章 高速列车润滑技术的研究 18

3.1高速列车润滑研究的内容 18

3.2 轮缘润滑技术的研究 18

3.2.1轮缘润滑的现状 18

3.2.2 常见轮缘润滑方式及装置 20

第四章 轮缘润滑装置的设计 23

4.1 方案总体特点 23

4.2系统的组成部件 24

4.2.1油箱 24

4.2.２气动泵 24

4.2.3电磁阀 24

4.2.4油气混合块 24

４.２.５油气分配器 24

４.2. 6 喷嘴 25

４.2. 7 过滤器 25

４.2. 8 电控系统 25

第五章 结论 27

致 谢 28

参考文献 29

 

参考文献

1. 秦大同.现代机械设计手册.北京:化学工业出版社,2011

2．龙连春.数值模拟技术与分析软件.北京:科学出版社,2012

3. 吴晓铃.润滑设计手册.北京:化学工业出版社，2006

4. 黄平.润滑数值计算方法.北京：高等教育出版社，2012 

5．成大先.机械设计手册-常用设计资料(第5版).北京:化学工业出版社，2010

6．成大先.机械设计手册-润滑与密封(第5版).北京:化学工业出版社，2010

7．闻邦椿.机械设计手册-第3卷:机械零部件设计-轴系、支承与其他(第5版).北京:机械工业出版社，2010

8．沈爱红.组合机构设计与应用创新.北京:机械工业出版社，2008

9．李瑞琴.机构系统创新设计.北京:国防工业出版社，2008