减速顶对液压油的性能要求

高显振，杨超，李猛，蒲丽娜，朱江 ，刘中国

(1.中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116031；2.中国石油兰州润滑油厂，甘肃 兰州 730000)

0 引言

减速顶是一种不需外部能源、不需外部控制，在铁路编组站驼峰调速系统溜放车辆过程中起制动作用的一种调速设备，在铁路运输生产中发挥着十分重要的作用。在20世纪60年代末期，英国的道蒂(Dowty)公司参照其生产的飞机起落架上所用的液压减震器设计，开发了应用于铁路编组站调车作业中的自动调速装置“Dowty”。中国于1974年11月开始，以铁路局二调技术改造会战指挥部牵头，在哈尔滨工业大学和铁道科学研究院共同协作下，成功研制出我国第一代减速顶，并于1977年4月15日通过了铁道部技术鉴定，正式命名为TDJ“减速顶”(汉语拼音的意义：T—铁路；D—调车；J—减速)，并获得全国科学大会奖[1]。

TDJ减速顶在火车站驼峰调速系统全面使用后，使调车系统摆脱了人工铁鞋制动，减少了车辆途停、车辆超速连挂等调车事故发生，大幅度提高了调车效率[2]。对于铁路调速系统来说，翻开了一个新的篇章[3]。

针对减速顶的内部用润滑油液，国内外尚没有统一的标准和专用的液压油，其油品使用工况与车用减震器油[4-5]、摩托车减震器油均存在一定差异。目前国内减速顶大都使用10号航空液压油作为工作介质，其油品性能质量直接影响减速顶使用寿命以及现场维护工作的难度[6-7]。本文通过对减速顶结构组成及工况进行分析[8]，阐述了油品性能需求，同时对在用油出现的问题进行剖析[9]，希望为以后的选油用油提供指导借鉴。

1 减速顶

1.1 减速顶结构简介

减速顶是用于驼峰调速系统中溜放阶段，位于铁轨两端，不需要外部能源，无须外部控制，能根据溜放速度自身产生的动作，达到减速的效果[10]。见图1。

图1 驼峰调速系统

从减速顶的结构来看，它主要由壳体和吸能帽两大部分组成。壳体安装在钢轨的内侧或外侧，用螺栓固定在钢轨轨腰，其作用是作为吸能帽的支撑和导向吸能帽的上下滑行。吸能帽由一个滑动圆筒和一套活塞组件组成，并在圆筒内充入一定数量的油液和惰性气体(氮气)，其中的活塞组件是减速顶的心脏部分，它主要由速度阀板、安全阀和弹簧等组成。

当车辆溜放速度高于减速顶调定的临界速度时，滑动油缸被车轮压下的速度相对高，上腔产生的流量较大，其中通过速度阀环形缝隙流向下腔的流量能产生较大的压差，速度阀板所受的液压力足以克服支撑弹簧的力，迫使速度阀迅速关闭；滑动油缸继续下滑产生的全部流量迫使上腔氮气急剧压缩，使压力迅速升高，直至将压力阀打开，此时油液以一定压力通过压力阀流到下腔而消耗能量，因此减速顶对车辆起减速作用[2]。见图2。

图2 减速顶减速原理

1.2 减速顶工作工况

减速顶通常放置在驼峰调速系统溜放阶段的铁轨两侧，其外部环境温度范围为-40～40 ℃。根据其工作原理，工作时多节火车车厢从减速顶上依次压过，其最大载重可达40 t，对油品的极压、抗磨性能要求较高；液压油瞬间温度高达90 ℃以上，要求油品具有优异的黏温性能、低温性能和抗氧化性能[5-11]。

1.3 减速顶用液压油概况

针对减速顶的特殊工况，国内外尚无统一的用油标准和专用的液压油，目前国内减速顶大都使用低温液压油或10号航空液压油作为工作介质，但其低温性能、黏温性能[12]、抗磨性能及抗氧化性能稍有欠缺[8]。

2 某火车站在用液压油分析

某火车站现场多个减速顶均出现“硬顶”、“死顶”现象，在维修拆解现场减速顶的同时，收集了在用某品牌10号航空液压油，油样的基本情况见表1。

表1 油样基本信息

2.1 在用油基本理化分析

样品1呈胶泥状，无法进一步做理化分析；样品2经过静置分离出上层液体和胶泥后，分析其基本理化性能；样品3经过静置分离出上层清液做基本理化分析[13]，见表2。

表2 在用油品基本理化分析

由以上数据可以看出，油品在使用一段时间后，油品的基本理化性能变化明显，其黏度、凝点大幅度下降，酸值逐渐升高。

2.2 胶泥分析

取少量样品1，经过溶剂清洗、减压抽滤后[14]，得到一层黑色物质，使用扫描电镜(SEM)和能谱(EDAX)分析对该物质进行定性分析，如图3。

图3 经过处理后胶泥的表面形貌

使用扫描电镜可以看出该黑色胶泥物质经过处理后，表面为平滑的未知物质。选取不同区域做能谱(EDAX)分析，结果如图4。

图4 不同区域能谱分析结果(上图为区域1，下图为区域2)

主要元素含量见表3。

表3 主要元素含量 %

根据EDAX能谱分析结果可以看出，黑色胶泥中主要元素为C、O、Fe元素。其中C、O元素说明黑色胶泥中主要是油泥，Fe元素含量偏高则是磨损造成[15]。

2.3 油品元素分析

针对样品2上层清液、样品3和新油做元素分析，以研究在用油中油品品质有无根本变化，如表4。

表4 样品2和样品3元素分析 μg/g

由油品元素分析结果可以看出：

(1)油样2中有磨损后的金属元素；

(2)相对比新油而言，样品2和样品3中的锌、磷元素均有不同程度的下降，说明功能抗磨添加剂随着使用时间急剧消耗，在不足一年的时间内，已消耗殆尽。

3 结论

根据上述研究，目前使用的10号航空液压油出现胶泥、硬顶可能的原因是：(1)10号液压油中的抗氧化能力比较差、使用后生成的油泥量大。(2)目前使用的液压油润滑性能不足，在用油和胶泥中均有铁元素。(3)目前的润滑油不适用于减速顶的使用工况，功能添加剂随着过程急剧消耗，不足一年时间已消耗殆尽。因此，需要针对减速顶特定工况开发设计专用油品，才能够更好地满足相应工况要求，保障设备及火车安全。