Page 117 - 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 751

Grease-based TOR-1 μL
Oil-based TOR-5 μL Grease-based TOR-5 μL
0.5 Boundary lubrication 0.5 Oil-based TOR-10 μL 0.5 Grease-based TOR-10 μL
Oil-based TOR-20 μL Boundary
Grease-based TOR-20 μL
Applying FM 0.4 Applying lubrication 0.4 grease-based Boundary lubrication
Applying
Adhesion coefficient, μ 0.3 Mixed Winter FM Adhesion coefficient, μ 0.3 oil-based TOR Mixed Adhesion coefficient, μ 0.3 lubrication
0.4
TOR
0.2
0.2
0.2
Summer FM
Mixed
Mixed FM
0.1
0.0
0.0
0.0 lubrication 0.1 lubrication 0.1 Elasto-hydrodynamic lubrication
0 50 100 400 800 1 200 1 600 0 50 100 500 1 000 1 500 2 000 0 50 100 2 000 4 000 6 000 8 000
Number of cycle Number of cycle Number of cycle
(a) Adhesion coefficient curves of summer (b) Adhesion coefficient curves (c) Adhesion coefficient curves
FM, winter FM and mixed FM of oil-based TOR of grease-based TOR
0.15
The lowest adhesion coefficient Number of cycle 20 μL
1 μL 6 000
0.12 20 μL 20 μL 20 μL 10 μL 5 μL
Adhesion coefficient, μ 0.09 20 μL 10 μL 5 μL 4 500 Number of cycle
0.10
3 000
0.06
0.03

0.00 1 500
0
Summer FM Winter FM Mixed FM Oil-based TOR Grease-based TOR
(d) The lowest adhesion coefficients and retention durations
Fig. 6 The adhesion coefficient curves, lowest adhesion coefficients and retention duration of top-of-rail friction modifiers
图 6 施加轨顶摩擦调节剂后的黏着系数曲线、最低黏着系数以及各材料的保持能力

数曲线、最低黏着系数水平和保持能力. 在图6(a~c)的 冬季FM，这可能是因为冬季FM中加入了防冻添加
初始时刻施加轨顶摩擦调节剂发现，黏着系数先快速 剂，降低了冬季FM的黏度和密度(图2)，增加了冬季FM
下降，然后以较快的恢复速率恢复至0.3左右，再以较 的流动性，进而使冬季FM能以更快的速度附着更多
慢的恢复速率逐渐恢复至干态水平. 根据斯特里贝克 的轮轨试样表面，因此需要更多的转数去除冬季FM.
润滑曲线中混合润滑和边界润滑表现出不同的恢复 油基TOR和酯基TOR的安全施加量分别是5和1 μL/次，
速率判断可知，施加轨顶摩擦调节剂后轮轨界面先进 油基TOR和脂基TOR在安全施加量下，既能将黏着系
入混合润滑，然后在黏着系数为0.3左右时转变为边界 数调控至0.1以上，也能表现出极强的保持能力. 脂基
润滑，并最终变为干摩擦 . 过量施加脂基TOR条件 TOR在高施加量下产生的低黏着需要经历很长的时
[9]
下，黏着系数无法快速恢复，这可能是脂基TOR在接 间才表现出恢复趋势，并且很难恢复到干态水平. 水
[24]
触区入口堆积并产生了弹性流体润滑 . 基FM、油基TOR和脂基TOR对轮轨黏着行为的影响
在相同的施加量下(20 μL/次)，最低黏着系数从 与其基体材料单独应用时对轮轨界面黏着性能的影
[22]
高到低依次为夏季FM、混合FM、冬季FM、油基TOR 响规律十分相似 . 单独施加油(脂)介质时，油(脂)介
和酯基TOR，保持能力呈现出与其最低黏着系数完全 质在轮轨界面间的保持能力强，但极易使轮轨界面陷
相反的规律. 轨顶摩擦调节剂的减摩性能差异可能是 入低黏着状态；单独施加水介质时，水介质在轮轨界
由抗剪切强度造成的，抗剪切强度高的材料能够承受 面间的残留时间短，但其产生的最低黏着系数水平高
更高的切向力，因此产生的黏着系数就越高，同时被 于施加油(脂)介质产生的最低黏着系数.
去除速率就越快，保持能力就越差. 3种水基FM可以 图7所示为轨顶摩擦调节剂工况下的摩擦特性曲
在安全施加量下能避免轮轨低黏着(黏着系数＜0.1)， 线，干态情况下轮轨界面的黏着系数随着蠕滑率的增
并产生最多约180 r的有效调控时间，如图6(d)所示， 加表现出先增加后降低的趋势，即负摩擦特性. 施加
其差异主要体现在混合润滑阶段黏着系数的恢复速 轨顶摩擦调节剂能使轮轨界面的黏着系数随蠕滑率
度. 恢复速度从高到低依次是夏季FM、混合FM以及 的增加而增加，即正摩擦特性. 在相同的施加量下，正