自主创新 向世界铁路货车工业挑战

zhef84

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向世界铁路货车工业挑战

 

铁路货车工业的技术水平，可以三大指标为代表来衡量。一，高精度指标。它主要反映了货车运行的质量基础，是铁路货运效率的灵魂。二，高摩擦磨损性能指标。它主要反映的是货车的使用寿命基础，是延长货车维修周期的决定性因素。三，高效率，低消耗指标。它主要反映的是货车工业的经济效益基础，是节约人力，材料，电力资源，减少`环境污染,缩短生产周期的关键。

中国发展中的机械精密化涂层技术，正是这样，一项可以全面,跨越性地,提高三大指标的新技术；一项来自自主创新，有自主知识产权的新技术；一项获得美英MACHINE DESIGN，DESIGN ENGINEERING等国际知名杂志报道和推荐的新技术；一项曾通过中国铁道部鉴定批准,在蒸汽机车上推广应用，具有铁路具体实践经验，如今水平又有了进一步发展的,切实可行的新技术。一项紧跟中国国家科学发展规划，展望前途，无限光明的新技术。为了阐明这一论点，具体分析如下：

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[一]机械精密化涂层技术的特点。

机械精密化涂层技术不同于,传统机械修造技术的两大特点是：            

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1,采用现代复合材料作为摩擦副中一方的工作面，代替传统的金属~金属摩擦副。从而赋予制造，改造，修复后的零部件以优异的摩擦磨损性能。以DP系列高分子复合材料已经达到的水平为例，DP复合材料~钢摩擦副的磨损率可低到一般货车用巴氏耐磨合金的1/7。摩擦系数[代表减磨性] 为铁~钢摩擦副的1/10。不言而喻，使用寿命必然由此大幅度增长。更可贵的是，从此机械修造水平，不再是恢复机械当年制造时代的水平，不仅整旧胜新，而且是与时具进，和发展中的复合材料，纳米材料并驾齐驱。修一次好一次。复合材料还可以解决高温焊接无法解决的问题。

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2,采用一步到位的涂层模压成型工艺，代替传统的，一个工作面，一个工作面地粗加工，精加工，钳工镶配[修理时还要增加焊补，热处理，调直等工序]。大量精简修造工序，和工序间往返运输和等待时间，缩短周期。同时不需要昂贵的精密机床，热处理设备投资，高技术工种。可以成批生产，修理，其效率之高，成本之低是传统工艺无法比拟的。

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再者，由于各工作面的，涂层工序都是在在同一工装中，一次调整，同时完成的。各工作面的形状,尺寸,公差,粗糙度等标准由工装保证，全面达到互换要求。涂层操作时涂料尚接近于半流体状态，几乎可以按需要，随心所欲地，调整各个工作面间或工件间的相互组装位置，满足高水平要求。例如，同心度，接触面做到接近100%。其精度之高更非传统工艺所敢想象的。

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复合材料╋涂层模压成型工艺， 构成机械精密化涂层技术攀登21世纪高峰的两大武器,

 [二]机械精密化涂层技术对货车世界水平的影响

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为了验证，利用，发扬机械精密化涂技术的高水平，不妨以引进美国专利，中美联合设计，按传统工艺材料制造，号称世界水平的K4，K5型货车转向架，现有的三大指标为例。对比如下。   

一，精密度指标

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从机械工业整体分析。一台瑞士AMMANN生产的沥青搅拌机价格约14,500,000元而类似规格的国产搅拌机只要7,000.000元.相差1倍。其他工程机械情况大 致相同。主要原因之一，就在于我国工程机械的故障间隔时间和大修寿命分别为国外同类机械的1/3和1/5~1/20。指标之所以低，关键就低在精度上，特别是传统工艺难以达到的组装精度上。可见精度是客观最需要的，运用质量的基础，货车当然也不例外。                                        

例如，货车的重大精度指标之一轴距指标，也就是轴与轴间平行度和距离的最大许可偏差值。轴距偏差导致列车，在相对前进的方向上，有的轮对偏左转动，有的轮对偏右转动。一列货车有上百条轮对，不但由此产生的运行阻力大，消耗的牵引能量大，或速度提不上来。而且增加了钢轨，轮缘和转向架各摩擦副的磨损。货物列车速度愈高，载重量愈大，影响就愈突出。这一点设计人员都清楚。但是，轴距偏差是从摇枕心盘到轮对，一系列另部件加工和组装误差的积累。要靠传统工艺，即使一个一个工作面地精工细做，成本高，周期长，标准却仍然提高了不多少。为什么世界水平的K5转向架的轴距设计标准仍然保持 2毫米，和其他车型一样，可能就是这个道理。如果改用机械精密化涂层技术，发挥特点2的优势，把一系列的误差，最后从承载鞍涂层上全部借正。根据实践经验，轴距达到0.1~0.2mm是不成问题的。而且工艺简单，成本低。轴距精度标准提高10~20倍，对货车运行质量和钢轨，轮对，转向架寿命影响之大，可想而知。

二，摩擦磨损性能指标。

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机械物理性能试验表明，当前中国铁路系统发展的复合材料，在耐磨，减磨性能指标上已较K5转向架采用的金属材料高近7~10倍。更重要的是，不仅复合材料本身耐磨。它还可以保护其对磨件[一般是摩擦副中的重大或难以拆卸或加工修理的工件。例如，侧架和承载鞍摩擦副中的侧架]极少磨损。从而减少磨损修理的整体和主要工作量。较之传统的硬化处理，以牺牲对磨件部分寿命的条件来提高本身耐磨度的方法，当然更优越，而且更简单，成本更低。这一点已在机车高频表面硬化滑块，从报废改为用精密涂层修复的实践中证实。更受欢迎的是，同时还解决了月牙槽拉伤的惯性严重事故。

再者，根据 2004年铁路杂志发表的，关于货车故障，临修原因的统计分析，50%以上的故障临修来自精度低，摩擦磨损性能低，电焊高温应力和裂纹三大问题。复合材料涂层工艺，不存在高温问题。又能提高精度，和摩擦磨损性能。 因此，机械精密化涂层技术的推广，还可以降低提高货车运行故障临修50%。例如，心盘螺栓惯性切断，严重威胁行车安全。问题就在于心盘与底座面接触不良，连接孔错位在震动中导致松动。这些多年来传统技术难以解决的问题，对精密化涂层技术来说只是举手之劳。任何创新都存在风险，验证过程中，都需要采取安全措施。完全没有必要，被“铁路安全第一” ，老虎屁股摸不得的，守旧思想所吓倒。没有措施，畏首畏尾地空谈创新的重要性，是结不出好果子来的，更不用说什么技术跨越了。

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三，效率和消耗指标。

机械精密化涂层技术，大幅度简化修造工艺和充分利用,挖掘另部件的潜在寿命，是货车修造获得高效率,低消耗和经济效益的基础。例如货车关键另部件之一的承载鞍，由于加工面多焊修容易变形，一般加工到限后就报废。采用机械精密化涂技术不但很容易修复，而且费用只相当于新品的1/3，寿命，性能高于新品，又能保护相对的侧架面很少磨损。仅此一项。全路50万辆货车400万个承载鞍，年直接节约检修费用即以亿计。

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推行机械精密化技术除了铁路系统受益外，生产涂料的企业，也将是受益者之一。产量每吨估计利润在10~25万元。有工业，有机械的地方，就有机械精密化涂层技术用武之地，也就有更多的企业和机械工作者从中受益的可能。当然机械精密化涂技术的最大贡献，还在于提高运输效率所创造的社会效益。

可见，为了创造世界货车新水平，先进的货车设计原则和机械精密化涂层技术，二者相辅相成，不可缺一。在当前中国全面发展25吨轴重，120公里/小时的货车运行规范下，中国货车创新模式的理论基础之一是：

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K5,k6型货车结构的设计原则╋机械精密化涂层技术

挑战21世纪货车先进水平。

机械精密化涂层技术的推广,势在必行。

货车采用机械精密化涂层的技术创新，在中国工程师们的努力下，已接近运行验证阶段。但来自国营企业中，国家利益与个人利益之间的矛盾，创新与守旧思想之间的矛盾，阻力依然很大。究竟是稳稳当当地保持，现在落后的安全水平和个人利益，还是努力争取更高的安全水平和社会效益？是一个急待解决的问题。欢迎国内外铁路单位，企业和专家的支持和合作，共同为世界铁路事业做出贡献。

 

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联系人：   范哲             电话 ： 86-0562-6803200

           黄雅薇                   86-021-64865068

电子信箱：    zfan85@yahoo.com.cn

老鹰

楼主是机械工业的老前辈，在此表示敬意！以下是作者发给我的简历，贴出来请大家看看。８０多了还可以上网，真是可敬！ 1943年毕业于上海交通大学机械系。从桂林铁路工厂[已废弃]实习开始，到1985年退休，基本上都在铁路系统，从事机车修造技术工作。1956年在铁道部工厂总局工资改革时，被评定国家5级工程师，198 1年直接转为高级工程师。文革强迫劳动中，在车间职工暗地帮助下，进行高分子复合材料应用技术的试验。文革后期，趁铁路管理未上“正规”[就是说铁路系统的体制规章，对自主创新卡的还没有像现在这么死]的机会，上车验证，取得运行数据，和基层好评。最终获得铁道部鉴定批准，下令全路推广。退休后又在煤矿，橡胶等企业中应用试验，综合分析提高，逐步跨越了，局限于，在金属材料和焊接，机床加工，人工镶配工艺范围内兜圈子的，传统机械修造术，发展成今天的机械精密化技术。欢迎合作推广。

mhzyd

我一哥们儿在卖此类东东，美国货．

老鹰

啊？那么说，楼主所说的话并不确切？

mhzyd

不敢那样说．
- x0 \# r2 s: C/ {" \我建议我哥们儿放弃赚取撇油利润的想法，压低经营成本，降低利润，抢占市场．该建议已形成决策正在实施中，那是去年年初的事了．
可怜的楼主，不好意思了．

zhef84

对不起，快一年了我才发现有回复我的贴子。谢谢！
9 I+ ]( l) i+ a# [# A9 k/ G$ i您发现外国也有卖蛋炒饭的吗？其实这不奇怪。我认为卖扬州蛋炒饭的人并不可怜。可以大家比一比么。何况各有各的特色，主顾的需要和条件也不同。下列资料可供参考
1，“Composite Bondo repairs worn locomotive parts。”  
* z" }+ K- F7 m( _           [Design International ]  MACHINE  DESIGN Sept 1987   
. }4 J% P3 C3 p- K1 L: F7 t6 \2，“Low friction composite designed for repair of sliding   
  @; F. T: w" b4 F8 O- t! J2 k% E       machinery parts “。 DESIGN  ENGINEERING  Oct 1988。

nickboy3

可我觉得扬州炒饭很难吃啊！晕啊！

hua_102a

敬礼感谢你们对中国机械产品的贡献

zhef84

高分子再制造技术
' a4 ?' i) r" E, d( z) j$ `! V: i机车车辆自主创新的冲锋号

发展再制造【包括铁路机车车辆再制造】是21世纪，我国贯彻节能减排，实现低碳经济的核心措施。以国家发改委，科技部，工信部为主的中央十一个部委，高瞻远瞩，史无先例地联合组织，全力推动机电再制造事业，已获得可喜成效。但由于目前机电再制造主要依赖引进技术及其昂贵的装备，因而步履蹒跚, 就我国设备资产每年因磨损,腐蚀、报废造成逾千亿元的损失而言，还仅仅只是沧海一粟。远远满足不了国家要求。其实20年前，中国铁路系统的新技术高分子涂层【再制造技术中的一种，当时中国还没有再制造这个名称】就已经通过柳州，铜陵2个铁路工厂和从南到北6个铁路局中的, 5个科研所，7个机务段,组织了2年的运行试验，由铁道部鉴定批准，下令在全路蒸汽机车上全面推广。并被 MACHINE DESIGN, DESIGN ENGINEERING等美，英知名杂志作为世界级新产品，广泛报道推荐。今天，只需在这一基础上，紧跟现代新型表面技术，复合材料进一步升级改造，完全可以出奇制胜，在机械精密度，摩擦磨损润滑性能，经济效益，发展前景等4个方面超越其它再制造技术。为国家创造大量财富。
" H/ D, Q$ y2 B; U; N, }' n- F# v【一】，高分子涂层再制造的基本特点有二：
一，        在原材料上，主要以现代高分子，包括纳米等复合材料，取代机械，理化性能已经落后的传统金属材料。摩擦磨损润滑性能等因而大幅度提高。达到机械摩擦副中所罕见的水平。高分子复合材料不仅本身耐磨，其寿命保证期，可以高于原设计的新品。又因以柔克刚，避免硬碰硬，相互克制，从而保护其摩擦对方，极少磨损，寿命更长。同时还具备了优异的抗腐蚀，耐酸碱，抗震减震，降低噪音，抗咬合，拉伤，抗爬行等性能。其它如抗冲击，抗压，抗剪切，等强度均符合大量重载低速零部件的要求，而且跟随纳米的发展正在不断创新。
1 M- g0 u. |" F' N* W" J二，在成型工艺上，不再依仗各种类型的焊补设备，热处理设备，精密昂贵的组合机床，加工中心；也不再依仗劳民伤财，低效率的手工镶配，不需要当前的多阶段，多工位地进行补焊，消除内应力，反复切削，组装镶配等复杂冗长的成型技术，就能在工件原地，用同一工装，一次表面涂层，将磨损的机械全面恢复到原设计尺寸，精度，并将其同心度，中心距，接触密度等关键装配精度，提高到一般切削成型工艺，难以达到的水平，为缺少重型设备的工矿企业，自己进行再制造创造了条件。模压成型生产率比切削成型效率成倍增长，生产周期成倍压缩。由于基本上不需要设备投资，成本低，上马快。
     [二]高分子涂层在各种再制造技术中的位置
     在类似铁路DP型等高性能的高分子涂层的基础上，根据不同再制造对象的不同要求，紧追日新月异的复合材料新成果，不断升级改造，将是高分子涂层，争取机电再制造冠军的保证。冠军包括：
' l; s8 N3 P. |* j一，        机械精密度冠军。精密度是机械质量的灵魂。同一规格的进口机械，在寿命，安全服务周期，价格等方面往往成倍地高出国产品，其主要差距就在机械精密度，特别是装配精密度。多少年来，提高机械精度，主要靠的是压缩机械各个零件，每一个尺寸的加工误差。为此需要设计，投资昂贵的加工设备，牺牲生产效率和经济效益。高分子再制造技术则不然。其机械精度是当磨损零件清除污垢后，有关零部件在组装状态时，靠采用高分子涂料，模压形成的。当时涂料尚处于半流体状态，各零件相对位置可以自由调整。只要精密量具可以发现的误差 ，再制造涂层都可以全部加以纠正。可见，其精密度之高，任何其它再制造技术无法望其项背。例如：机车导轮转向架是由中心体，左、右矩型横梁，轴箱，等分别加工，用螺栓紧固成一体的。由于各部位加工偏差，组装后各镶嵌面，必然产生间隙。因此经过长年运行颠簸变形，经常发生结构松动，结合螺栓惯性折断事故。如用传统工艺修复，需要大面积补焊，而薄壁铸钢构架形状复杂，焊后变形大，调修困难，还需要大型龙门刨加工，且各孔堵焊后要重新平台画线、钻孔、铰孔、重配螺栓。误差的积累，仍所难免。而采用精密涂层技术时，只需将整形后的横梁涂上脱模剂，放入填有涂料的构架槽内，将轴箱按要求调整到位，清理掉挤出来多余的涂料，【不需要连接的工作面要予涂脱模剂】待涂层部位局部加温固化后，即可投入应用。调整中由于涂层尚在浆糊状态，组装精度几乎可以做到随心所欲地调整。 全部工作面一次同时完成，接触程度达到近100%。其精密度、工作效率、效益之高，远非传统修理技术所能比拟。再者，涂层薄膜在结合面间，还可以起到类似新一代客车转向架弹性定位器的作用，削弱冲击，震动，噪音等危害。避免了金属接触面锈死等问题。德国在用粘结剂代替压装车轮和轮轴的试验中，曾发现由于薄薄的一层粘结剂的弹性，轮缘磨损明显降低，由此更可以证明弹性结构的优越性。精密涂层修复后的转向架经过十万公里检修期的运用，状态不变，保证了继续运行。任何其它机械的重型机构，也都可以由此获得同样的效果
二， 摩擦磨损润滑性能冠军
DP型涂料与其他修理材料对比，在M2000型试验机上测定的性能数据如下：      
# q  K  Q% j( Q# D' c& u" v测定条件： 轴压 500 N，转速 400 rpm， 滴油润滑。
试块材料        试验时间
8 h) l; f3 R8 L# g  分钟        摩擦系数        磨痕宽度
/ N. `, {4 h6 }! `* A1 X  mm        温度
  0C        磨损率
/ J9 ?' E3 d3 J& z4 x" s! |2 gmm3/KM        状态
DP涂料        1440        0.008        3.3        40        0.005        良好
青铜        3        0.2        7.5        120                不正常
2 ~8 B- h+ N. X7 X% W铸铁        5        0.09                110                开始啃伤
货车用耐磨合金        25        0.008        5        35        0.036        良好

可见四种材料在测定的摩擦磨损性能上，耐磨合金，DP涂料要好的多。耐磨合金，DP涂料的减磨性能虽然相似，但在耐磨性能上，后者较前者要高7倍。在实际应用中，如橡胶厂的炼胶机的轧辊轴承，材质原设计为青铜。用多个稳钉固定在轴箱体上,以免在辊碾力下松动。工作轴压44吨，轴颈为  ￠250  × 200mm.。在采用精密涂层技术修理时,不用铜瓦，直接在轴箱体上涂层，也无需稳钉。经过四个月，双班运行后检查，几乎量不出磨损来。
DP型 涂料 不仅本身耐磨，还能保护其对磨件，极少磨损，并避免拉伤。例如，离心式给水泵平衡轮的材料是昂贵的特殊铸铜与铸铁体形成摩擦副，每分钟转数上千。由于在高速起动下承受很大的冲击力，一般寿命只半年，有的几天就啃伤，平衡轮报废。采用精密涂层技术不仅可以把啃伤的平衡轮修复使用，寿命还较新轮提高三倍。又如，同一台铁路机车，几个轴箱的滑动面分别与铸铁和涂层的游动钣形成摩擦副，运行时由于缺油。前者严重拉伤，而后者则全部光滑如初。
此外，涂层也解决了工作面生锈和酸碱腐蚀问题；解决了可焊性差或不能焊的铝,铜,高碳钢,陶瓷，合金等另部件的修复问题。例如3米多长的中碳钢机车摇杆，纵向载荷达40吨以上，在弯道运行时，侧面承受很大的压力和冲击，为了保证安全，检修规程中制定了，焊接前后严格的热处理要求，但是在磁粉探伤时往往仍然有轻微的裂纹显示，经常为此争论不休。精密涂层技术最后把问题解决了。
高安全率  高温焊接应力和裂纹，摩擦副咬合等原因导致的机械故障，特别是铁路机车，车辆临修，故障，占很高比例。精密涂层技术修复的机械另部件，以涂层粘结取代金属焊接，从此将彻底地消灭掉这些安全隐患。
目前，纳米复合材料的单价过高，在某些领域推广，尚需假以时日。
三， 经济效益冠军。  高分子涂料价格较之其它再制涂料要低得多。而其比重仅为其它金属再制造涂料的1/4，因此修复同样的磨损量，消耗的涂料要少得多。一般高分子涂料由于性能等差异，价格每公斤由500元到1,2千元不等。而DP型涂料工料成本每公斤不到200元。再加高分子涂层再制造，设备投资小，效率高。因此经济效益，在再制造中明显突出。例如铁路货车转向架实施高分子涂层后，摇枕侧架三大件等重大零部件，不再需要重型的电焊，热处理设备，专用组合机床加工，货车从此可由车辆段就地修复运用，不再进厂。为铁路节省巨额运输量和厂修费用。货车段修简化为换件修，质量高出现在的厂修。侧架单价3000元以上，再制造超越原设计水平，成本不到300元。
  u6 J- v$ V) ^; p1 A我国货车将近70万辆，是世界的铁路货运大国。一旦再制造试验推广，其环保意义，国际示范作用更不可估量，其价值，意义，远远超越一般修旧利废的节约范畴，
四, 发展前景冠军。
纳米复合材料的高机械强度，高硬度，极强的柔韧性，高导热性能等是举世无双的。例如：碳纳米管比同体积的钢强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7；硬度与金刚石相当。它的抗拉强度和韧性在目前所有的材料中是最高的，碳纳米管拥有良好的柔韧性，即使被压扁。一旦撤去压力，碳纳米管像弹簧一样立即恢复形状，表现出良好的韧性可以拉伸。在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料；有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会得到很大的改善；碳纳米管在酸、碱的长时间浸泡下，结构基本不发生破坏；碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高的。纳米复合材料最简单，最广泛的应用形式是高分子涂层。

   [三]高分子涂层技术在铁路货车上的应用
, p! Q, d3 c* a8 u4 Q: F2 t9 C一旦推广应用到铁路货车上，它的影响将是：
1，铁路安全运输更有保证。例如，中国铁路提速三年来，严重影响铁路安全的十大货车事故临修问题，年年发表，年年重复，一直没有解决。仅心盘螺栓折断一项，只哈尔滨一个铁路局，短短一周之内，就曾发生1600多起。一旦实施高分子涂层技术，装配精度大幅度提高，立即可以彻底解决全部问题50%以上。
3 F/ z4 o5 L: \5 C- |2，货车运行性能普遍提高，仅货车的关键轴距精度，就可以提高10倍。从而大幅度改善运行质量，降低机车牵引动力的消耗和钢轨，轮缘，转向架各摩擦副的磨损。再者，取消厂修后，货车厂修许可限度以及相应的合法质量偏差，不复存在。运行中的货车，几乎都成新造车，运行质量必然明显上升
) \& t. Z+ e  p; ^     3，货车修理技术大幅度简化，修理体制升级，几乎不需要设备投资，成本低，经济效益巨大，上马快。实施再制造后摇枕侧架三大件等重大零部件，不再需要重型的电焊，热处理设备，专用组合机床，可由铁路企业自己采用再制造技术，低成本批量供应【侧架单价3000元以上，再制造达到甚至超越设计水平，成本不到300元。】。整车从此可由企业就地修复运用。此后不再进厂。又为铁路节省巨额运输量和厂修费用
) D/ X# b9 d) a7 j! D8 j      4，我国货车将近70万辆，是世界绿色运输的铁路货运大国。一旦再制造试验推广，锦上添花，其环保意义，国际示范作用更不可估量。
   作为铁路高分子涂层技术的创始人之一，我今90高龄，心力衰竭，难以继续完成任务。期盼那位铁路自主创新的热心人，敢想，敢闯，挺身而出，把重担挑起来。为了减轻立项单位的顾虑和负担，我愿意无偿提供有关的工艺，历史资料和初步验证涂层可行性所需要的高分子涂料。一旦试验成功，一切成果悉归立项单位和参与创新者所有。