Page 118 - 摩擦学学报2025年第5期
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752 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷
0.6
Negative friction
0.5 characteristic
Adhesion coefficient, μ 0.4 Positive friction
characteristic
Dry
0.3
Summer FM
Winter FM
Mixed FM
0.2
Oil-based TOR-60 μL
Oil-based TOR-10 μL
0.1 Grease-based TOR-60 μL
Grease-based TOR-5 μL
0.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Creepage/%
Fig. 7 The wheel-rail friction characteristic curves under applying top-of-rail friction modifiers conditions
图 7 轨顶摩擦调节剂工况下的轮轨摩擦特性曲线
摩擦特性曲线的黏着系数水平从高到低依次是夏季 图9所示为轮轨试样的磨损率和表面粗糙度，
FM、混合FM、冬季FM、油基TOR和脂基TOR. 降低油 轮轨试样在干态下运行25 000 r的磨损率分别为4.9
基和脂基TOR的施加量可以提高正摩擦特性曲线的 和 7.9 μg/r， 试 验 后 的 表 面 粗 糙 度 R 分 别 是 0.76和
a
[15]
斜率和黏着系数水平，通过改变轨顶摩擦调节剂的施 0.49 μm . 施加摩擦调节剂后，轮轨试样的磨损率明
加量，可以使处于牵引或制动运行状态的列车轮轨界 显下降且表面粗糙度R 未发生明显变化，且与干态相
a
面具备中等水平的正摩擦特性. 第一、二部分的试验 比，钢轨试样的磨损率和表面粗糙度高于车轮试样，
结果表明，轨顶摩擦调节剂在轮轨界面间的分布量和 这可能是轨顶摩擦调节剂的流体油楔效应造成的. 在
抗剪切强度是材料影响轮轨界面黏着行为的关键参 试样对滚过程中施加轨顶摩擦调节剂，由于钢轨试样
数. 增加轮轨表面粗糙度或减小材料的施加量可以间 所受切向力的方向与钢轨试样的滚动方向一致，导致
接或直接地增加金属表面微凸体承担的法向载荷，进 其初始萌生裂纹方向的开口方向和滚动方向一致，因
而可以避免轮轨低黏着现象. 此轨顶摩擦调节剂更易进入钢轨试样的表面裂纹并
2.3 施加轨顶摩擦调节剂对轮轨磨损行为的影响 发生油楔效应，进而导致钢轨试样的磨损率和表面粗
图8所示为清洗前后的轮轨试样表面的OM照片， 糙度高于车轮试样 [15, 25] ，减摩性能从高到低依次是油
施加摩擦调节剂后，轮轨界面的磨损形式主要以轻微 基TOR、冬季FM、混合FM、夏季FM以及脂基TOR.
的黏着磨损、疲劳磨损以及氧化磨损为主. 较高的接 不同基体轨顶摩擦调节剂对轮轨磨损的抑制效
触应力产生了轻微的黏着磨损，导致轮轨试样表面产 果差异可能与材料的减摩性能以及回流运动有关，在
生轻微的材料剥落坑，其损伤形式表现为轻微的点蚀. 减摩试验中得到的黏着系数下降次数、平均最低黏着
与文献[22]跑和10 000 r使轮轨试样表面有明显的滚 系数以及夏季FM黏着系数曲线如图10所示. 脂基TOR
动接触疲劳裂纹相比，仅跑和5 000 r且试样无产生明 的施加量最低，产生的黏着系数较高，并且伴随着比
显疲劳裂纹时应用轨顶摩擦调节剂，轮轨试样表面并 较严重的氧化磨损，因此在较高的切向力和氧化磨损
不会产生大面积的滚动接触疲劳裂纹. 由于轨顶摩擦 的作用下，施加脂基TOR后轮轨材料的磨损率和表面
调节剂中含有大量的有机物和金属元素添加剂，在摩 粗糙度比其他的材料高.
擦热的作用下，这些添加剂失效时释放的热量会进一 对于夏季FM，材料的回流运动可能是造成该材
步加剧轮轨材料的氧化磨损，尤其是脂基TOR. 因为 料减摩性能较低的原因. 对比观察减摩试验中清洗前
脂基TOR中含有大量的铝元素(图1)，当包覆有金属颗 后的轮轨试样表面(图8)后推测向轮轨试样界面施加
粒的基体材料在轮轨力的作用下破碎后，粘附在轮轨 轨顶摩擦调节剂后，大量的材料被挤出轮轨接触带，
表面的铝元素会和空气中的氧元素迅速发生放热的 少量材料残留在轮轨接触带中心和金属微凸体共同
氧化反应，其产生的热量会进一步加速轮轨材料失效. 承担轮轨法向力并最终被磨耗殆尽. 在这个过程中，
