淺談焊接式制動(dòng)盤(pán)的應(yīng)用前景

趙美鋼 曹善風(fēng)

摘 要：本文闡述了焊接式制動(dòng)盤(pán)較鑄造制動(dòng)盤(pán)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用驗(yàn)證，焊接式制動(dòng)盤(pán)在中低速動(dòng)車(chē)組應(yīng)用前景堪好。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車(chē)組；焊接式；鑄鋼；鑄鐵；制動(dòng)盤(pán)；臺(tái)架試驗(yàn)；摩擦系數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.046

1 制動(dòng)盤(pán)應(yīng)用現(xiàn)狀

盤(pán)形制動(dòng)是高速動(dòng)車(chē)組使用最為廣泛的摩擦制動(dòng)方式。它是在車(chē)軸或車(chē)輪輻板側(cè)面安裝制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)時(shí)用制動(dòng)夾鉗使兩個(gè)閘片緊壓制動(dòng)盤(pán)側(cè)面，通過(guò)摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，將列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能耗散于大氣。

我國(guó)CRH系列的動(dòng)車(chē)組主要采用鑄鐵、鑄鋼制動(dòng)盤(pán)，傳統(tǒng)的鑄鐵、鑄鋼制動(dòng)盤(pán)受限于材料及加工工藝等方面的限制，存在以下缺點(diǎn)：

（1）受鑄造加工的限制，制動(dòng)盤(pán)毛坯件的供應(yīng)商僅有局限的幾個(gè)選擇；（2）制動(dòng)盤(pán)鑄造完成后需要額外的熱處理工藝加工；（3）鑄造缺陷的質(zhì)量損耗：10% to 30% 廢品率；（4）對(duì)于不同大小、厚度的制動(dòng)盤(pán)，都需要在鑄造模型、工具等方面重復(fù)投入，沒(méi)有靈活性。

目前世界范圍內(nèi)正在積極探索新材料及新工藝制動(dòng)盤(pán)運(yùn)用于盤(pán)形制動(dòng)的可能性與經(jīng)濟(jì)性。焊接式制動(dòng)盤(pán)作為一種新工藝盤(pán)，近幾年已經(jīng)在200km/h的客車(chē)上陸續(xù)得到應(yīng)用，取得一定的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)及較好的運(yùn)用成果。

2 焊接式制動(dòng)盤(pán)

2.1 焊接式制動(dòng)盤(pán)介紹

焊接式制動(dòng)盤(pán)采用創(chuàng)新的方式將2套摩擦環(huán)、定位柱和連接柱焊接在一起組成完整的制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體。

制動(dòng)盤(pán)的制備不僅可以使用標(biāo)準(zhǔn)的鑄鐵或鑄鋼，而且可以使用厚鋼板制備合適尺寸的制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)盤(pán)使用 凸耳和螺栓通過(guò)焊接技術(shù)連接而成。

2.2 焊接式制動(dòng)盤(pán)優(yōu)點(diǎn)

焊接式制動(dòng)盤(pán)由于采用機(jī)加工摩擦環(huán)及焊接的工藝，相比較傳統(tǒng)的鑄鋼制動(dòng)盤(pán)優(yōu)點(diǎn)明顯：（1）摩擦環(huán)可以使用標(biāo)準(zhǔn)鋼材且這些材料在全世界范圍內(nèi)容易采購(gòu)； （2）摩擦環(huán)采用成型鋼板，有更好的材料質(zhì)量，不受鑄鋼的典型缺陷的影響，無(wú)非金屬夾雜物、鑄造工藝和模具的小裂縫等，成品率高；（3）毛坯件已經(jīng)是經(jīng)過(guò)熱處理并具有最終機(jī)械特性的材料，成品后不需要特殊的熱處理；（4）制動(dòng)盤(pán)的大小和材料等級(jí)可以根據(jù)我們的技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同項(xiàng)目的技術(shù)規(guī)范。焊接式制動(dòng)盤(pán)的直徑和厚度可以根據(jù)客戶(hù)要求進(jìn)行定制，可以根據(jù)客戶(hù)的要求進(jìn)行高經(jīng)濟(jì)性的制動(dòng)盤(pán)選材或高性能的制動(dòng)盤(pán)選材，例如為提高制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可采用金屬材料 440HV（結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)鑄鋼高出 10%-40%）；鋼材材料的自由選擇和磨損能力可以根據(jù)轉(zhuǎn)向架部件的壽命進(jìn)行調(diào)整，可采用更耐磨材料的制動(dòng)盤(pán)，與傳統(tǒng)的鑄鋼盤(pán)相比磨損將有效減少，增加制動(dòng)盤(pán)的使用里程；（5）同種規(guī)格的焊接制動(dòng)盤(pán)重量相較于鑄鋼制動(dòng)盤(pán)降低10%到21%的重量。

2.3 焊接式制動(dòng)盤(pán)驗(yàn)證及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

2.3.1 臺(tái)架試驗(yàn)情況

以法維萊為CRH1A定制的焊接式制動(dòng)盤(pán)為例進(jìn)行1比1動(dòng)力臺(tái)架試驗(yàn)，臺(tái)架試驗(yàn)參考UIC541-3，比對(duì)CRH1A的實(shí)際應(yīng)用工況，選取典型工況進(jìn)行研究，采用克諾爾918型號(hào)有機(jī)合成閘片作為對(duì)偶摩擦副，進(jìn)行1比1臺(tái)架試驗(yàn)。

磨合工況：初速度120km/h，夾緊力25kN，磨合次數(shù)50。

磨合試驗(yàn)結(jié)果顯示：新工藝制動(dòng)盤(pán)摩擦系數(shù)通過(guò)磨合試驗(yàn)可快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；新工藝制動(dòng)盤(pán)磨合后摩擦系數(shù)比較穩(wěn)定，具體參見(jiàn)圖2磨合工況摩擦系數(shù)。

1比1動(dòng)力臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果顯示：新工藝制動(dòng)盤(pán)各速度等級(jí)下的平均摩擦系數(shù)分布在0.38-0.50之間，呈現(xiàn)較好的摩擦穩(wěn)定性能，具體參見(jiàn)圖3不同制動(dòng)力下摩擦系數(shù)；新工藝制動(dòng)盤(pán)潮濕工況與干燥工況下平均摩擦系數(shù)接近，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)較好的干、濕態(tài)穩(wěn)定性能，具體參見(jiàn)圖4干濕態(tài)工況摩擦系數(shù)對(duì)比；臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，閘片未出現(xiàn)燒痕、隆起、變形、摩擦材料熔化、金屬鑲嵌、掉塊及其它缺陷；制動(dòng)盤(pán)表面未發(fā)現(xiàn)異常磨耗。

2.3.2 焊接式制動(dòng)盤(pán)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

經(jīng)過(guò)各國(guó)科研人員的不斷研究探索，焊接式制動(dòng)盤(pán)已經(jīng)基本結(jié)束試驗(yàn)驗(yàn)證階段，陸續(xù)在不同國(guó)家得到裝車(chē)驗(yàn)證，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)法維萊焊接式制動(dòng)盤(pán)已經(jīng)在瑞士速度等級(jí)200km/h 的IC2000客車(chē)上裝車(chē)，定制尺寸616 x110mm，16年三季度交付40多個(gè)制動(dòng)盤(pán)；法維萊焊接式制動(dòng)盤(pán)在愛(ài)爾蘭速度等級(jí)200km/h IC Ireland Mark客車(chē)上裝車(chē)，速度200km/h， 定制尺寸585 x110mm，16年三季度交付36個(gè)制動(dòng)盤(pán)，截至目前為止，運(yùn)用良好。

3 結(jié)語(yǔ)

焊接式制動(dòng)盤(pán)較傳統(tǒng)鑄鋼盤(pán)有較明顯的重量、成本、機(jī)械性能、客戶(hù)定制等方面的優(yōu)勢(shì)，定制化焊接制動(dòng)盤(pán)可根據(jù)不同的線(xiàn)路、環(huán)境、運(yùn)輸工況等實(shí)際條件選擇盤(pán)材質(zhì)，能更好的滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸?shù)囊螅哂懈鼮閺V闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]UIC_541_3_2010_，盤(pán)形制動(dòng)及其應(yīng)用.