客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均探究

趙星星

(三環集團有限公司,湖北武漢 430000)

早在上世紀九十年代,盤式制動器的優越性就顯現出來,并被應用到客車上,而隨著技術逐漸成熟,到二十一世紀初才被引進中國,并配備到各大中小型汽車上,作為最佳的制動設備。不過,由于我國對盤式制動器了解較少,且發展較緩,外加上路況復雜、運載混亂,導致客車用盤式制動器的磨損率較高,大幅降低了盤式制動器的使用壽命,并影響使用效果。而且,這個問題成為客車發展史中重大技術問題,只有解決該問題,才能提高客車制動效能,改變損耗大、制動性差的現狀。

1 盤式制動器摩擦片前后磨損測量分析

由于我國制動器發展進程緩慢,諸多國內制動器生產線出現使用時效低、磨損率高的問題,完全不符合制動器標準規定的使用壽命。為了解決這一問題,我國相關車間開始成立技術小組,對制動器的摩擦效率以及磨損情況進行系統的研究,同時對主要數據進行分析,以期盡早解決前后磨損不均的問題[1]。

1.1 對試驗客車摩擦片進行測量分析

為了掌握精準的摩擦數據,該小組對一輛長12 M的混合動力客車進行制動試驗,所有車輛配備的設備均相同,且規格一致,符合試驗要求。通過一段磨損后,對客車前后摩擦片的厚度進行測量。測量結果為平均值,前左內磨損量為2.1mm,前左外為2.25mm,前右內為2.1mm,前右外為2.31mm,后左內為4.32mm,后左外為5.16mm,后右內3.51mm,后右外4.09mm。通過該組測量數據發現,后制動器的摩擦片比前制動器的摩擦片磨損率較高。

1.2 對客車前后橋進行壓力測試

通過對試驗車輛進行系統檢測,所有車輛的靜態氣壓以及制動氣室內行車制動氣壓均符合試驗要求。而在行車階段,制動氣壓大概在0.07到0.17MPa之間,并有小部分車輛的制動氣壓突破至0.2MPa。

通過對行駛的客車進行制動數據分析,并掌握相關數據情況。在試驗階段,對行駛客車進行制動的時候,前后橋氣壓明顯不一致,且后橋氣壓要高于前橋氣壓15%—20%之間,由此產生的氣壓差將成為制動器摩擦片磨損不均的重要依據。

1.3 對客車進行動態溫度數據分析

通過對前后橋制動盤進行溫度監測發現,在其他條件一致的情況下,后橋制動盤的溫度大致在200度左右,最高溫度達300度。而前橋制動盤的溫度明顯低于后橋,在100度左右,最高在125度左右。溫度差異過大也是造成制動器摩擦片前后磨損不均的原因之一。而通過客車前后橋的氣壓數據分析,由于前后橋氣壓失衡,且后橋氣壓狀況明顯高于前橋,導致前后橋在制動響應時間上存在差異,故而出現制動器摩擦片前后磨損不均的問題。

在客車實際運營中,由于受季節性和客流量的影響,客車前后橋的制動壓力和溫度存在明顯差別,特別是高峰期和夏季,由于需頻繁性的進行制動和超負荷運行,導致后橋制動的溫度要遠高于前橋,最高時可達348度,而由客車試驗表明,當溫度制動盤的溫度超過300度時,對摩擦片的損害效果將成倍增加,極大的縮減了制動器的使用壽命[2]。

綜上而言,影響客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均的主要因素有兩類：一類是由于前后橋形成的氣壓差導致制動響應時間不一致;另一類是受外界因素的影響和制動溫度差異特性,導致摩擦片的磨損速度加快,使用壽命急速下降,嚴重影響使用效果,增加客車的危險系數。因此,如需改變客車盤式制動器摩擦片磨損不均的現狀,需從這兩點進行著手,以此來改變客車制動器的現狀。

2 對盤式制動器摩擦片磨損不均的原因分析

按照理論設計和安全性考慮,客車的制動效果絕大部分由客車后輪來承擔,且響應時間要優于前輪,這樣才能確保客車制動效果的安全性,提高客車在運行中的安全系數。但也正因為制動設計的不平衡和時間的不協調,導致后橋摩擦片的磨損率要高于前橋。而從結構體系來看,由于盤式制動器在有效的時間內起到很好的制動效果,且制動間隙、時間、響應效果極為出色,故而被廣泛應用在客車上,但如果盤式制動器的制動時間出現不協調的問題,必將導致前后摩擦片的磨損效果出現差異。

按照現代客車制動設計,所有的制動技術均以A B S技術為主,準確的說是自動防抱死體系,該體系可幫助客車實現最佳的制動效果。但該技術存在明顯的缺陷,容易受長時間運行影響,導致制動力分配不均,影響制動效果。而在歐美國家,所有的客車均配備EBS電子控制設備,以此來提高制動力的分配,改善摩擦片的磨損現狀,減少磨損量,從而提高制動力,延長盤式制動器在客車上的使用壽命[3]。

3 盤式制動器摩擦片磨損不均改進方案

我國制動器技術發展與歐美國家發展存在差距,且發展經驗存在不足,故而發生客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均的問題出現,嚴重影響我國客車運行的安全性,增大客車運行的維護資本投入。為了解決該問題,緩和我國客車運行現狀,提出以下改進方案。

(1)制動器氣室存在氣壓差是影響前后摩擦片磨損不均的重要原因之一,因此,選用零壓差制動總閥,以此來改變制動現狀,降低制動器氣室氣壓差對摩擦片的影響;(2)由于外界因素干擾,導致前后摩擦片的溫度不一致,特別是后橋摩擦片,溫度明顯高于前橋。為了緩和這一現狀,提高制動效率,在摩擦片制作上,選用耐高溫摩擦材料,以此來減少高溫因素影響,從而解決高溫影響摩擦片磨損率的問題。(3)由于結構性問題,導致磨損率受動態溫度影響,影響制動響應時間和制動效率。而為了避免該問題對制動器造成更大的影響,應改進前橋氣室結構,將前制動器的制動間隙縮短,以此來縮短時間差,改善制動效果,降低制動器的磨損率[4]。(4)后盤式制動器對客車制動效果起主要作用,因此,為了改變這一現狀,應對前制動器的制動氣室進行改進,建立與后制動氣室相同的制動參數,以此來增加前制動器的制動效果。(5)為了進一步緩和前后氣室的壓力差,改善制動效果,應在客車上加裝壓力調節裝置,通過對數據設置實現對前后制動氣室壓力差的自動調節功能。(6)對制動閥相關零部件以及貯氣設備進行合理布局,通過改變氣路的距離,來加快相關制動閥在制動效果上的反應時間。

為了驗證改進措施的可靠性,依照上述內容對試驗車輛進行一一改裝。經過長時間試行后發現,客車前后的制動摩擦數據基本保持一致,而對摩擦片的實際監測數據進行分析,客車盤式制動器前后摩擦片磨損不均的問題基本解決,有效的改善制動效果差的狀況,為后續制動器的研發和改進積累寶貴的數據參數[5]。

4 結語

綜上所述,造成客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均的問題有多方面因素,其中最主要的是溫度、壓力、材質以及外部環境。而隨著對制動器研究的深入,盤式制動器在實際應用中所發揮的效果要明顯高于傳統鼓式制動器,而解決制動器前后摩擦片磨損不均的問題,是推進我國制動器研究的重要內容,也是縮短我國與歐美國家制動器技術差距的重要實踐依據。而經過一番研究后,通過縮短前橋制動距離、提高制動器摩擦片材料、縮短前后氣室氣壓差、縮短響應時間來實現前后制動平衡,從而徹底解決前后摩擦片磨損不均的問題。

[1] 王營,曹獻坤,姚安佑,等.盤式制動器摩擦片的溫度場研究[J].武漢理工大學學報,2001,23(7)：22-24.

[2] 韋韜,黃洪,李朝陽,等.客車制動系統過熱問題的試驗研究[J].客車技術與研究,2009,31(4)：51-53.

[3] 連錦程,崔建昆.感載比例閥對制動性能的改善[J].客車技術與研究,2011,33(6)：7-9.

[4] CB 12676-2014,商用車輛和掛車制動系統技術要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社,2014.

[5] 趙虎.HFC6850KY客車制動摩擦片異常磨損的原因分析及改進[C].安徽省“興皖之光”青年學術年會,2005.