201—235車客室車門潤滑問題的改進

摘要：由于深圳地鐵201-235車客室車門潤滑存在換油周期短、潤滑質量低等問題，大量占用了車新維修機制的庫內停車時間和人工成本，隨著客流增加，大小交路的推行，生產組織效率提高，改進車門潤滑的問題迫在眉睫。本文從改進車門潤滑效果，延長換油周期等問題著手，分析現場的影響因素并做對比試驗，提出改進的方案解決車門潤滑存在的問題，在保證車門維修質量和安全的同時，減少人工和列車庫內停車時間，提高檢修的效益。

關鍵詞：油脂潤滑;延長換油;改進;效益

1.前言

針對列車客室車門換油周期短，消耗了大量的人工成本，潤滑油脂出現變質等問題，本文從油脂的基本參數和現場的使用環境進行分析，確定適合201-235車客室車門系統潤滑脂的參數;對不同的油品的使用進行對比試驗，提出延長潤滑脂更換周期的方法，在保證潤滑質量的前提下，最大限度地減少人工的消耗。本文解決的目標有：延長油脂的更換周期，減少人工和列車庫內停時;根據現場的環境選用油脂，提高客室車門的潤滑效率。

2.背景

根據201-235車維修手冊規定，客室車門潤滑采用3號鋰基脂的更換周期為3個月，由于更換周期過短，消耗了大量的人工以及增加列車的庫內停時。

由于油脂質量的原因，潤滑油脂在車門現場的使用容易出現變黑，油脂脫落導致潤滑不到位的現象;使用過的油脂更換時難以進行清潔，產生現場的勞動強度增加的問題。

油脂的使用周期較短，新舊油混合使用導致新油變質速度加快，影響部件的潤滑質量，降低綜合效益，因此需對現用的油脂類型、潤滑周期進行分析改進。

3.原理分析

3.1客室車門系統工作原理

深圳地鐵201-235列車采用南京康尼公司的客室車門系統，其結構為對開式電動塞拉門，其機構運動簡圖如圖1所示1]。

圖1 機構運動簡圖

3.2客室車門系統潤滑部件說明

車門系統潤滑主要部件有長短導柱和直線軸承、絲桿螺母副、上下滑道以及鎖鉤組件。

3.2.1長短導柱和直線軸承

長導柱和直線軸承是對開式電動塞拉門門扇實現開關動作的主要承重部件，其結構由1根長導柱、2套直線軸承和3個短導柱組成。短導柱的主要是為對開式電動塞拉門提供橫向移動自由度及門扇、長導柱和直線軸承的承重部件，其結構由短導柱及套筒組成。

圖2 長導柱結構圖

圖3 短導柱結構圖

3.2.2絲桿螺母副

絲桿螺母副是門扇實現開關動作的傳動部件，由左右旋向的絲桿、2套螺母副和3個裝有滾針軸承的中間支撐組成。

圖4 絲桿螺母副結構圖

3.2.3其它潤滑部件

其它的潤滑部件包括上下滑道、電機連接裝置、端部軸承、絲桿的兩端的采用免維護式滾珠軸承。各部件的運動副類型及材料如表1所示。

表1 車門部件的運動副類型及材料

部件名稱

部件組成

部件材料

運動副類型

尺寸（mm）

長導柱和直線軸承

長導柱

渡鉻軸承鋼

移動副

40×1950

直線軸承

碳鉻鋼/GCr15

移動副

62×200

分油器

鋁

/

/

滑筒

鑄鐵

/

80×20

檔圈

Fe/Zn

/

62

注油杯

鋁

/

/

短導柱和直線軸承

掛架

Fe鑄鐵

/

78

短導柱

渡鉻軸承鋼

移動副

30×200

直線軸承

碳鉻鋼/GCr15

移動副

48×70

檔圈

Fe/Zn

/

30

絲桿螺母副

絲桿

45號調質鋼

螺旋副

20×1800

螺母組件

青銅/碳鉻鋼

螺旋副

70

分油器

丁腈橡膠

螺旋副

25

柱銷

40鉻鋼

螺旋副

8

上下滑道組件

上滑道

渡鋅鐵板

移動副

35×70

下滑道

45鋼板

移動副

69

導向輪

尼龍/軸承

轉動副

32

下擺臂組件

渡鋅鐵

轉動副

22

電機連接裝置

尼龍齒輪

尼龍

齒輪副

/

鋁質齒輪

鋁

齒輪副

/

3.3各部件潤滑說明

3.3.1部件潤滑加脂量和周期

直線軸承的加脂量按以下公式進行計算：

G = 0.005 DB

其中：G = 加脂重量，克;D = 軸承外徑，毫米;B = 軸承寬度，毫米。

絲桿螺母副的加脂量

由于絲桿螺母副部件沒有專用的加脂裝置，按絲桿表面形成油膜的最小用量估算：

G=0.001×10× ×1800/2=28.25

潤滑部件在正常轉速、負載和溫度下工作的加脂周期可按如下公式進行估算：

其中：tf = 加脂周期，小時;d" = 軸承內徑，毫米;n" = 轉速，轉/分鐘;K" = 系數，只與潤滑部件類型有關（K = 5" 絲桿）。

另外，當溫度超過70℃后，每上升15℃，潤滑脂的壽命就會減少一半。

3.3.2潤滑油脂的使用溫度

根據經驗計算辦法是由稠化劑的滴點溫度減40℃，鋰基脂的滴點是175℃，根據計算方法，鋰基脂的最高使用溫度為：175 – 40 = 135℃，車門系統的使用溫度遠低于滴點的溫度。

3.3.3油脂的速度值

在滾珠軸承使用下此數值相當重要，此數值系考慮基礎油與皂基組合后之內部摩擦力，通常此數值需大于（Dn Value）

軸承數值Dn Value：（軸承外徑+軸承內徑）/2×轉速rpm

3.3.4運動副的載荷

直線軸承是車門門扇和攜門架重量的承載部件，重量約為130kg，短導柱的承載重量約為160 kg，平均每個直線軸承承重65 kg，每個短導柱直線軸承承重54 kg，載荷按圓柱面積的一半計算。

絲桿螺母副的加脂周期為21000小時，此數值為參考值，具體的加脂周期的確定需結合油脂類型及使用環境。

4.油脂選型分析

延長油脂的更換周期有兩種方式，一是客室車門系統的運動部件的空間進行隔離，此方案不可行;二是更換更高級別油品，延長油脂的使用壽命，結合現場的情況，更換的油脂為首選的方案。

4.1潤滑油脂工作環境

油脂的使用環境有兩種，庫內停車的環境和正線運營的環境。庫內停車時間與正線運營時間的比例為9：15，每列車每月庫內停車天數與正線運行天數的比例為8：22，因此庫內停車時間與正線運營時間的比例為12：55。

表2 運動副參數

部件名稱

副類型

載荷（KN/m2）

加脂量（g）

加脂周期（h）

使用溫度（℃）

速度值

長導柱

移動副

6.68

/

/

17-30

/

直線軸承

移動副

3.34

62

/

17-30

/

短導柱

移動副

3.05

/

/

17-30

/

直線軸承

移動副

3.05

16.8

/

17-30

/

絲桿

螺旋副

/

28.25

21000

17-30

0.125

螺母組件

螺旋副

/

/

21000

17-30

0.125

分油器

螺旋副

/

/

/

17-30

/

柱銷

螺旋副

/

/

/

17-30

/

尼龍齒輪

齒輪副

/

/

/

17-30

/

鋁質齒輪

齒輪副

/

/

/

17-30

/

由于深圳地處南海之濱，屬亞熱帶季風氣候，長夏短冬，無酷暑嚴寒，雨量較多。由表4、表5中的數據可知，車輛庫內的環境溫度為17-30℃，濕度為60-85% rh;正線車輛運行的環境溫度為23-25℃，濕度57-63% rh。

表4 車輛庫內的環境平均溫濕度

7月

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

4月

5月

6月

溫度（℃）

30.5

29.5

28.5

24

21.5

17

17.2

18.4

21.4

23.5

27.2

29.6

濕度（%rh）

82

83

73

60

63

52

68

80

81

85

86

81

表5 車輛運行的環境平均溫濕度

7月

8月

9月

10月

11月

12月

1月

2月

3月

4月

5月

6月

溫度（℃）

24.5

24.3

24.1

23.7

23.4

23.3

23.2

23.2

23.4

23.8

24.1

24.5

濕度（%rh）

62

62

60

58

60

57

61

62

61

63

63

62

4.2影響油脂使用壽命的因素

4.2.1塵埃影響

客室內塵埃和其他細小顆粒進入潤滑脂會造成金屬表面受到磨損，其中塵埃中的纖維是影響潤滑脂壽命的最大因素，纖維進入潤滑脂將導致潤滑脂變干，潤滑油無法正常從皂基析出，導致潤滑失效。

4.2.2部件磨損雜質和水

車門潤滑部件磨損雜質和空氣中的水會造成潤滑脂流失而讓部件金屬表面無法受到應有的保護，由于車門系統是塞拉式車門，無運動部件外露，因此水氣對油脂的影響相對較小。

4.2.3潤滑過剩

由于檢修工藝造成潤滑過剩，過量的潤滑劑減小軸承等運動部件的空隙，加劇摩擦和增加運動溫度，過剩的潤滑脂像絕熱體一樣保持運動部件的高溫，影響潤滑脂的使用壽命，車門系統的工作部件為低速運動部件，正常工作時無局部高溫現象。另外，由于工藝清潔不到位導致油潤滑脂新舊混合使用，是油脂加速變質，影響潤滑脂使用壽命的主要原因之一。

4.2.4油脂質量原因

低品質油脂本身質量原因導致硬化和氧化，高品質的潤滑油除了基礎潤滑油的質量參數高外，還添加了特殊的添加劑，可有效提高油脂的抗氧化性等性能。

4.3油脂參數對比說明

以下對三種現場不同的油脂進行參數對比說明，其中RM-M型油脂為新車采用的油脂，因此列入對比。本試驗重點對3號鋰基脂和克魯伯LDS18的質量進行對比，油脂的質量指標如表3所示，質量指標參考蘭州化物所提供的分析報告2]。

表3 潤滑油脂對比說明

項目

質量指標

3號鋰基脂

克魯伯LDS18

RM-M

工作錐入度，0.1mm

220～250

242

272

滴點，℃不低于

260

300

204

腐蝕（鋼片、100℃，24h）

合格

合格

合格

鋼網分油（100℃，24h）%不大于

3

3.2

2.1

蒸發量（99℃，22h）%不大于

2

2

2

水淋流失量（38℃，1h）% 不大于

10

8

8

氧化安定性（99℃，100h，0.770mpa）

壓力降，MPa不大于

0.070

0.040

0.030

雜質，（顯微鏡法），個/cm3

75μm以上" 不大于

500

300

300

外觀（目測）

黃色膏狀

黃色膏狀

黑色膏狀

5.油脂使用實驗

5.1使用對比

通過對兩種不同油脂的使用情況進行跟蹤對比試驗，使用3號鋰基潤滑脂的列車為204車，使用克魯伯油LDS18的列車208車，試驗數據顯示，兩列車車門在前3個月的測量數據無明顯差異。由于潤滑油脂的引起的正線故障主有是車門開關緩慢、開關門異響和車門自動防夾，根據故障記錄，跟蹤車輛在試驗期間均無此類故障記錄。

表8 現場測量數據總結

油脂類型

時間（月）

對比項目

外觀（目測）

功能狀態

開關門力（N）

電機電流曲線分析

3號鋰基潤滑脂

4月

淺黃

正常

21.5

電流平滑

5月

黃色

正常

22

對比正常

6月

深黃

正常

23

對比正常

克魯伯油LDS18

4月

淺黃

正常

22.5

電流平滑

5月

黃色

正常

21.5

對比正常

6月

黃色

正常

22

對比正常

測量結果無電開門力均滿足康尼車門單門無電開門力（18-28N）的要求。觀察兩種油脂的變化，經過3個月正常使后，觀察兩種油脂的變化，油脂顏色出現了由淺黃到深黃的漸變，測量無電開關門力均在正常范圍內變化，均在要求的范圍內，無明顯的開關門阻力變化。

將使用3號鋰基脂的204車換油時間延長3個月，觀察在9月份3號鋰基脂的狀態并進行204車無電開關門力的測量，3號鋰基脂的顏色由黃色變為淺黑色，但出現少面積部件潤滑油脫落，潤滑部件油脂變干的現象，開關門力平均值為24N，車門開關門功能正常;測量克魯伯LDS18的208車，油脂顏色為黃色，油脂狀態無異常，開門力為22N。

由對比實驗的結果可知，3號鋰基脂在抗氧化性和抗外部雜質的性能上較克魯伯LDS18差，使用過的3號鋰基脂由于雜質增加，顏色由淺變深。

5.2現場分析

5.2.1部件潤滑的設計缺陷

在對比實驗的過程中，發現門系統的運動部件只有長導柱直線軸承設計有專門的注油裝置，絲桿螺母副裝置和短導柱直線軸承無專門的注油裝置，長導柱直線軸承的加油方式采用注油杯加注，絲桿螺母副和短導柱直線軸承采用人工涂抹的方式。因為人工涂抹的方式難以控制用量及涂抹均勻，所以容易造成涂抹不勻和油脂過量。

5.2.2工藝規程的分析

表6 部件檢修規程

檢修內容

檢修標準

均衡修

部件潤滑

用3#鋰基脂潤滑以下部件：

長導柱中間及兩端的非運動區域及短導柱表面（厚度不超過1mm）;

絲桿;

鎖鉤組件周邊;

上滑道拐角處。

均：2、5、8、11

長導柱直線軸承的注油孔注入適量潤滑脂（6-8克）

均：8

長導柱直線軸承的注油存在潤滑油脂新舊混合的弊端，為避免新舊油品混合使用的情況，注入直線軸承的油脂必需是使用壽命周期較長的油品，而規程直接規定的是3號鋰基脂。

表7 部件潤滑工藝卡

步驟

作業內容

11

用3#鋰基脂潤滑上滑道圓弧處，要求涂抹均勻，油脂不宜過多

12

用3#鋰基脂潤滑滾輪圓周面，要求涂抹均勻，油脂不宜過多

13

在絲桿表面均勻涂抹少量3#鋰基脂（約30g），加油方法：用手掌粘一次潤滑脂，握住絲桿左側部分，來回均勻涂抹潤滑脂，再次用手掌粘一次潤滑脂，握住絲桿的右側部分，來回均勻涂抹潤滑脂，油脂不宜過多

14

用3#鋰基脂潤滑長導柱非運動接觸區域，要求涂抹均勻，油脂不宜過多

15

用3#鋰基脂潤滑短導柱表面，要求涂抹均勻，油脂不宜過多

16

用手動注油槍通過長導柱直線軸承的注油孔注入適量新的3#鋰基脂，壓3-4下即可

部件潤滑的工藝作業內容3]，存在油脂過多的缺陷，由于過多的油脂吸塵后會增加螺母副運動的阻力，造成開門阻力增加，根據油脂的潤滑原理，油脂吸塵后，吸入灰塵中的纖維會吸收潤滑油，導致潤滑油在壓力的條件下析出，從而導致潤滑失效。因此，作業必需在保證有足夠的油膜厚度的情況下，盡量去除附在絲桿上的油脂。

5.2.3現場應用分析

目前深圳地鐵2號線車輛車門的潤滑脂的使用有兩種，有33列車采用克魯伯LDS18油脂，更換周期為12個月，2列車采用鋰基脂，更換周期3個月。綜合上述分析的環境因素和檢修工藝，主要有以下問題。

（1）新舊油脂混合使用，由于工藝的原因，舊油脂使用后沒有徹底清潔便添加新油脂，導致新舊油品混合使用，舊油變質的油脂劣化新油脂，影響新油脂的使用性能;

（2）清潔過程中使用抹布殘留的纖維雜質，蓋板內部或其它部件的灰塵未清潔飄落到潤滑部件上，導致油脂變質，潤滑失效;

（3）規程和工藝對潤滑部件的描述不合理，包括作業內容、手法，導致潤滑部件的不到位和潤滑脂的浪費;

（4）未結合現場使用情況選用油脂，造成油脂價格不合理、油品不適合，油脂更換周期過短增加人工和維護費用。

6.改進措施

6.1油脂參數選擇

客室的溫度和相對濕度對油脂的蒸發量影響極小，潤滑部件的材料在油脂潤滑的兼容性方面沒有特別要求，油脂的基礎油的性能直接影響了部件的潤滑性能，綜合分析油脂現場使用的各主要因素及部件的潤滑要求，車門使用潤滑油脂的參考指標如表9所示。

通過試驗，使用克魯伯LDS18等符合表9油脂參數基本要求的油脂，可將車門油脂的更換周期調整為一年以上，從而將原來的人工成本和列車庫內停車時間減少75%以上。

6.2工藝的管理

在規程的內容增加蓋板內的定期除塵作業內容，減少油脂工作環境的灰塵數量，是延長油脂工作壽命的重要因素。改進清潔作業，避免因清潔作業不到位導致新舊油脂混合使用、清潔作業過程產生的污染，影響新油脂的使用。

定期檢查部件的潤滑狀態，對潤滑不到位的部位進行清潔重新補油潤滑。制作油脂的采購和使用流程，減少新油脂的存放時間，使油脂的的使用更及時。

表9 油脂參數基本要求

質量指標

參數范圍

工作錐入度，0.1mm

240-280

滴點，℃不低于

180

腐蝕（鋼片、100℃，24h）

合格

有阻尼圈滑筒阻尼力/N

18-28N

鋼網分油（100℃，24h）%不大于

1.8-5.2

蒸發量（99℃，22h）%不大于

4

水淋流失量（38℃，1h）% 不大于

12

氧化安定性（99℃，100h，0.770mpa）

壓力降，MPa不大于

0.050

7.總結

根據現場的情況，油脂的使用需考慮油脂的抗氧化、抗周圍介質的性能指標，由油脂的質量指標對比可得，由于3號鋰基脂的氧化安定性及抗周圍介質的性能指標不及其它油脂，在現場的應用易產生氧化變質，在油脂部分產生氧化后容易從部件上分離脫出，導致部件由于未及時得到潤滑而產生銹蝕，產生開關門異響，影響車門的使用性能。選用較高抗氧化和抗外部雜質的油脂，可有效的延長潤滑油脂更換的周期，節約人工成本和庫內停車時間。

由表9油脂的基本參數要求和現場的應用分析，在預算的范圍內應盡量選用高抗氧化性、高耐磨性、抗周圍介質的油脂。而客室內部清潔和工藝的優化是延長油脂更換周期的考慮的主要因素，定期對潤滑部位狀態進行檢查，積累建立車門系統潤滑的數據庫并定期分析，更高效地對車門系統進行保養維護。

根據深圳地鐵2號線車門系統潤滑使用的油脂做以下比較，以35列車2100套門算。

表10 綜合效益比較

每列車上線產生的效益為4.6萬元，將產生455.4萬元的可用資源

使用克虜伯油33列車年增加成本：15.94 -12.40=2.46（萬元）;

使用克虜伯油33列車減少庫內列車停時：33 ×（4-1）=99（天）;

使用克虜伯油33列車減少人工消耗：33 × 15×（4-1）=1485（小時）;

由以上表格數據可知，3號鋰基脂的單價為最低，但消耗人工最大，列車庫內停車時間最長（4天），潤滑效果不及克魯伯LDS18，克魯伯LDS18的單價最高，列車庫內停車時間為3號鋰基脂停車時間的25%，消耗人工為3號鋰基脂的25%且潤滑效果較理想。

參考文獻：

[1]深圳市地鐵集團有限公司運營總部.維修手冊第6部分車門系統.2010：第5章2-10.

[2]南京康尼公司.蘭州化物所潤滑脂與克魯勃LDS18 對比報告.2011：2-4.

[3]深圳市地鐵集團有限公司運營總部.地鐵列車（201#-235#車）均衡修規程.2014：105-176.