Page 116 - 摩擦学学报2025年第5期

750 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

0.6 1.5

0.5
1.2
Adhesion coefficient, μ 0.3 0.6 Roughness, R a /μm

2 mm 0.4 0.9 2 mm

0.2
Adhesion coefficient 0.3
0.1 The roughness of wheel sample
The roughness of rail sample
0.0 0.0
0 1 2 3 4 5 6
2 mm Number of cycle/10 3 2 mm

Fig. 4 The adhesion coefficient curve and surface roughness of wheel-rail rollers within 6 000 cycles
图 4 6 000转内轮轨试样界面的黏着系数曲线及表面粗糙度变化

表 1 表面粗糙度参数及轨顶摩擦调节剂的黏度参数表
Table 1 Surface roughness parameters and viscosity parameters of top-of-rail friction modifiers
Parameters Specifications
Surface roughness of rail rollers, σ 1 /μm 0.321, 0.578, 0.747, 0.972, 0.912, 0.971, 0.937, 0.713
Surface roughness of wheel rollers, σ 2 /μm 0.424, 0.474, 0.523, 0.723, 0.937, 1.080, 1.036, 1.049
Viscosities of top-of-rail friction modifiers at the linear Summer FM: 12.083; Winter FM: 5.734; Mixed FM: 8.252;
speed of 1.361 m/s, η /(Pa·s) Oil-based TOR: 1.915; Grease-based TOR: 14.500
0
−9 −9 −9
Summer FM: 6.60×10 ; Winter FM: 6.60×10 ; Mixed FM: 6.60×10 ;
Pressure-viscosity coefficient, α
−8
Oil-based TOR: 2.19×10 ; Grease-based TOR: 1.35×10 −8
数α来自文献[23]，水基FM的黏压系数为基体材料水 10 1
−10
的黏压系数(6.6×10 )，油基TOR的黏压系数为基体 10 0
−8
材料油的黏压系数(2.19×10 ). 在1.361 m/s的转速下， 10 −1
脂基TOR的黏度设为14.5 Pa·s，其余4种材料的计算黏 10 −2 −3

度是通过拟合流变曲线所得，如图3(b)所示. Load-carrying ratio of metal asperities, L/% 10 −4
10
将所有参数带入到式(2)进行计算得到表面金属 10 −5 Winter FM
Mixed FM
微凸体承载载荷比L，计算结果如图5所示. 施加水基FM 10 −6 Summer FM
Oil-based TOR
工况下，表面金属微凸体承载载荷比L随粗糙度的增 10 −7 Grease-based TOR
3
2
4
加呈现明显增加趋势. 当等效粗糙度 ¯ σ超过1.21 μm 0 1 Number of cycle/10 3 5 6
时，润滑状态从由水基FM润滑膜承载法向力的弹性
Fig. 5 Load carrying ratio of metal asperities between the
流体润滑状态转变为由水基FM润滑膜和金属微凸体 wheel-rail interface for top-of-rail friction modifiers under
共同承担的混合润滑状态. 当轮轨试样表面较为光滑 different surface roughness conditions
图 5 不同粗糙度条件下轨顶摩擦调节剂在轮轨界面间的
时(循环转数小于1 000 r)，施加水基FM产生的弹性流
表面金属微凸体承载载荷比
体润滑可能会产生轮轨低黏着(黏着系数小于0.1)，此
阶段为实施轨顶减摩技术的危险期. 对于黏度较高的 免应用时可能产生的弹性流体润滑状态和低黏着现
夏基FM，需要在更高的表面粗糙度条件下进行应用. 象，FM和TOR材料均需在高粗糙度和低施加量条件
油基TOR和脂基TOR具有较高的黏压系数或黏度，这 下进行应用. 因此，在第二、三部分的试验中，轮轨试
导致随着表面粗糙度的增加，二者产生的润滑膜中心 样在正式试验前均进行5 000 r的跑和试验以使接触界
膜厚仍高于金属微凸体的高度，轮轨接触界面一直处 面的表面等效粗糙度大于1.21 μm.

于弹性流体润滑状态. 因此，水基FM的施用条件是轮 2.2 施加轨顶摩擦调节剂对轮轨黏着行为的影响
轨接触界面的等效粗糙度 ¯ σ大于1.21 μm，然而为了避 图6所示为向施加轨顶摩擦调节剂得到的黏着系