Page 115 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 吴柄男, 等: 不同施用条件下轨顶摩擦调节剂的减摩性能研究 749

在第三部分的试验中研究了轨顶摩擦调节剂对 结果表明，水基FM和油基TOR的表观黏度均随剪切
轮轨磨损行为的影响，在25 000 r内，每当黏着系数恢 速率的增加而变小，表现出明显的剪切变稀非牛顿流体
复到0.3时就向接触入口区施加轨顶摩擦调节剂. 试验 特征，这可能是高转速使液体分散相中高分子有机物从
前后用超声波清洗仪和酒精清洗轮轨试样，并利用电 缠结态转变为有序态，从而使材料的表观黏度降低 .
[15]
子天平对清洗后的试样称重以计算25 000 r后轮轨试 图4所示为6 000 r内轮轨试样界面的黏着系数曲
样的磨损率. 用超景深显微镜(OM)对清洗前后的轮轨 线、表面粗糙度R 变化以及表面形貌的OM照片. 随着
a
试样表面进行分析，并统计在25 000 r内的施加次数 循环转数的增加，黏着系数先增大后下降然后趋于平
和平均最低黏着系数. 水基FM的施加量是20 μL/次， 稳，轮轨试样表面粗糙度整体上先增大后趋于平稳.

油基和脂基TOR的施加量分别是5和1 μL/次. 轮轨试样表面的粗糙度R 增大表明有更多不规则的
a
金属微凸体承担了法向载荷，具有高抗剪切强度的金
2 结果与讨论 属微凸体能承载更大的切向力，因此就会产生更高的

2.1 施加轨顶摩擦调节剂的轮轨润滑状态 黏着系数. 黏着系数减小的原因可能是在轮轨接触区
图3所示为轨顶摩擦调节剂的密度、表观黏度及 产生了轻微的共形接触，并且有一定数量的磨屑起到
其剪切流变曲线拟合结果. 所有材料中，密度最高的 轻微的润滑作用，因此摩擦系数会表现出先增大后降
3
是夏季FM和油基TOR，均为1.12 g/cm ，这是因为夏季 低的变化趋势.
FM和油基TOR中的固体颗粒含量最高(图1)，较高的固 通过试验得到的表面粗糙度参数及轨顶摩擦调

体颗粒含量使材料表现出更高的密度. 表观黏度测试 节剂的黏度参数列于表1中，其中脂基TOR的黏压系
Rotating rotor The driving shaft of C-class wheel Wheel roller

Torque sensor Wheel roller wheel roller
5 mm Φ60 mm

Manual
Top-of-rail dispenser 10 mm
friction modifiers

Rail roller The driving shaft of
rail roller U75V rail Rail roller
(a) Rotational viscometer (b) Contact position of wheel-rail rollers (c) Sampling positions of wheel-rail rollers
Fig. 2 Images of the rotational viscometer, schematic diagrams of the contact and sampling positions of wheel and rail rollers
图 2 旋转黏度计以及轮轨试样接触位置和取样位置实物(示意)图

1.2 1.12 1.12 1.11 800 Fitting curve of summer FM
0.989 1.02 700 Fitting curve of winter FM
1.0 600 Fitting curve of mixed FM
Fitting curve of oil-based TOR
Density, ρ/(g/cm 3 ) 0.8 Apparent viscosity, η/(Pa·s) 500 Winter FM
Summer FM
Mixed FM
Oil-based TOR
400
0.6
300
0.4
0.2 200
100
0.0 0
Summer FM Winter FM Mixed FM Oil-based TOR 0.25 1 Shear rate, γ/(r/min) 100
Grease-based TOR
10
(a) Density (b) Apparent viscosity and fitted shearing-viscosity curve
Fig. 3 Density, apparent viscosity and fitted shearing-viscosity curve of top-of-rail friction modifiers
图 3 轨顶摩擦调节剂的黏度和表观黏度及剪切流变拟合曲线