Page 121 - 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 755

需以较低的初始施加量开始应用，并逐级提高施加量 整体来看，在高施加量(20 μL/次)下水基FM在轮轨
以达到其最优保持能力. 但是由于黏度、固体颗粒含 界面产生的黏着系数高、磨损率低且保持能力差. 3种
量和干燥时间等特性的差异，不同基体的轨顶摩擦调 水基FM中夏季FM的黏着系数降低性能、保持性能和
节剂对施加量变化的敏感度也不相同，因此有必要在 减摩性能最差，冬季FM的性能最好. 混合FM的性能指
实际应用前通过模拟试验初步掌握轨顶摩擦调节剂 标居于冬季FM和夏季FM之间，这表明2个特种FM具备
对施加量的响应关系和临界阈值，本研究中得到了双 良好的适配性，单纯的机械混合不会影响其减摩性能，
盘对滚试验机上水基FM、油基和脂基TOR以低频的 可以直接在冬夏之间的过渡期混合使用2种水基FM.

方式施加时的安全施加量，分别是20、5和1 μL/次. 虽然油基TOR和脂基TOR能在低施加量(5和1 μL/次)
轨顶摩擦调节剂本质上是1种由固体颗粒和液体 下能较高的保持能力调控黏着系数和降低轮轨磨损，
分散相均匀混和的固液混合物，其性能是固体颗粒和 然而在实际应用过程中，完成材料低施加量的涂敷任
液体分散相综合作用的结果 [9, 15] . TOR材料的润滑性 务要求配套的涂敷装置能够精准地控制整个喷涂过
能优于FM材料，这是因为油和脂的润滑性能远强于 程的关键技术参数，如施加量、施加位置、施加频率以及
水，因此在TOR材料中含有大量的金属元素(如Al、Si 材料堆积等，以求能够精准控制油基和脂基TOR实际
和Mg等)组成的固体颗粒以抑制油基和脂基元素过于 进入轮轨界面的作用量.

优异的润滑性能. 对于同种基体材料的轨顶摩擦调节
剂来说，可以通过改变固体颗粒或其他添加剂的含量 3 结论
改变材料的减摩性能以适应不同的环境条件，如冬季 a. 合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从
FM和夏季FM. 为了更直观地对比不同基体轨顶摩擦 干摩擦转变为混合润滑状态，产生中等水平的黏着系
调节剂的减摩性能，统计各轨顶摩擦调节剂在安全施 数和正摩擦特性. 轨顶摩擦调节剂在过高的施加量会
加量下的黏着系数调控性能、保持性能以及减摩性 产生轮轨低黏着现象，提高轨顶摩擦调节剂的施加频
能，结果如图11所示. 摩擦特性参数是各摩擦特性曲 率能够间接地增加施加量.
线0.6%蠕滑率后的平均黏着系数，保持能力包括单次 b. 轨顶摩擦调节剂在轮轨界面间的分布量和抗
施加轨顶减摩调控材料得到的保持能力[图6(d)]以及 剪切强度是材料影响轮轨界面黏着行为的关键参数.
磨损试验中每微升材料的有效调控转数(25 000转/总 增加轮轨表面粗糙度或减小材料的施加量可以增加
施加量)这2个参数. 金属表面微凸体承担的法向载荷进而避免轮轨低黏

The lowest Adhesion coefficient
adhesion coefficient controlling performance
(0.10~0.13)
The total surface roughness
Wear reducing R a of wheel and rail Friction characteristic-
performance average adhesion
rollers/μm (0.6~1.6)
coefficient (0.1~0.3)

The total wear rate The average minimum
of wheel and rail
adhesion coefficient
rollers/(μg/cycle) in the wear test (0.07~0.11)
(1.0~2.5)

The effective friction control Retention duration/
cycles permicroliter of material cycle (0~ 800)
in wear test/cycle (0~1 200) Retention
performance
Summer FM Winter FM Mixed FM Oil-based TOR Grease-based TOR
Fig. 11 Adhesion coefficient controlling performance, retention performance, and wear reducing
performance of top-of-rail friction modifiers
图 11 轨顶摩擦调节剂的减摩性能、保持性能以及减摩性能