淺談焊接式制動盤的應用前景

趙美鋼 曹善風

摘 要：本文闡述了焊接式制動盤較鑄造制動盤的優缺點及應用驗證，焊接式制動盤在中低速動車組應用前景堪好。

關鍵詞：高速動車組；焊接式；鑄鋼；鑄鐵；制動盤；臺架試驗；摩擦系數

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

1 制動盤應用現狀

盤形制動是高速動車組使用最為廣泛的摩擦制動方式。它是在車軸或車輪輻板側面安裝制動盤，制動時用制動夾鉗使兩個閘片緊壓制動盤側面，通過摩擦產生制動力，將列車動能轉變成熱能耗散于大氣。

我國CRH系列的動車組主要采用鑄鐵、鑄鋼制動盤，傳統的鑄鐵、鑄鋼制動盤受限于材料及加工工藝等方面的限制，存在以下缺點：

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

目前世界范圍內正在積極探索新材料及新工藝制動盤運用于盤形制動的可能性與經濟性。焊接式制動盤作為一種新工藝盤，近幾年已經在200km/h的客車上陸續得到應用，取得一定的運用經驗及較好的運用成果。

2 焊接式制動盤

2.1 焊接式制動盤介紹

焊接式制動盤采用創新的方式將2套摩擦環、定位柱和連接柱焊接在一起組成完整的制動盤盤體。

制動盤的制備不僅可以使用標準的鑄鐵或鑄鋼，而且可以使用厚鋼板制備合適尺寸的制動盤，制動盤使用 凸耳和螺栓通過焊接技術連接而成。

2.2 焊接式制動盤優點

焊接式制動盤由于采用機加工摩擦環及焊接的工藝，相比較傳統的鑄鋼制動盤優點明顯：（1）摩擦環可以使用標準鋼材且這些材料在全世界范圍內容易采購； （2）摩擦環采用成型鋼板，有更好的材料質量，不受鑄鋼的典型缺陷的影響，無非金屬夾雜物、鑄造工藝和模具的小裂縫等，成品率高；（3）毛坯件已經是經過熱處理并具有最終機械特性的材料，成品后不需要特殊的熱處理；（4）制動盤的大小和材料等級可以根據我們的技術要求進行調整，以適應不同項目的技術規范。焊接式制動盤的直徑和厚度可以根據客戶要求進行定制，可以根據客戶的要求進行高經濟性的制動盤選材或高性能的制動盤選材，例如為提高制動盤結構強度可采用金屬材料 440HV（結構強度比標準鑄鋼高出 10%-40%）；鋼材材料的自由選擇和磨損能力可以根據轉向架部件的壽命進行調整，可采用更耐磨材料的制動盤，與傳統的鑄鋼盤相比磨損將有效減少，增加制動盤的使用里程；（5）同種規格的焊接制動盤重量相較于鑄鋼制動盤降低10%到21%的重量。

2.3 焊接式制動盤驗證及應用經驗

2.3.1 臺架試驗情況

以法維萊為CRH1A定制的焊接式制動盤為例進行1比1動力臺架試驗，臺架試驗參考UIC541-3，比對CRH1A的實際應用工況，選取典型工況進行研究，采用克諾爾918型號有機合成閘片作為對偶摩擦副，進行1比1臺架試驗。

磨合工況：初速度120km/h，夾緊力25kN，磨合次數50。

磨合試驗結果顯示：新工藝制動盤摩擦系數通過磨合試驗可快速進入穩定狀態；新工藝制動盤磨合后摩擦系數比較穩定，具體參見圖2磨合工況摩擦系數。

1比1動力臺架試驗結果顯示：新工藝制動盤各速度等級下的平均摩擦系數分布在0.38-0.50之間，呈現較好的摩擦穩定性能，具體參見圖3不同制動力下摩擦系數；新工藝制動盤潮濕工況與干燥工況下平均摩擦系數接近，摩擦系數呈現較好的干、濕態穩定性能，具體參見圖4干濕態工況摩擦系數對比；臺架試驗過程中，閘片未出現燒痕、隆起、變形、摩擦材料熔化、金屬鑲嵌、掉塊及其它缺陷；制動盤表面未發現異常磨耗。

2.3.2 焊接式制動盤應用經驗

經過各國科研人員的不斷研究探索，焊接式制動盤已經基本結束試驗驗證階段，陸續在不同國家得到裝車驗證，據不完全統計法維萊焊接式制動盤已經在瑞士速度等級200km/h 的IC2000客車上裝車，定制尺寸616 x110mm，16年三季度交付40多個制動盤；法維萊焊接式制動盤在愛爾蘭速度等級200km/h IC Ireland Mark客車上裝車，速度200km/h， 定制尺寸585 x110mm，16年三季度交付36個制動盤，截至目前為止，運用良好。

3 結語

焊接式制動盤較傳統鑄鋼盤有較明顯的重量、成本、機械性能、客戶定制等方面的優勢，定制化焊接制動盤可根據不同的線路、環境、運輸工況等實際條件選擇盤材質，能更好的滿足鐵路運輸的要求，具有更為廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]UIC_541_3_2010_，盤形制動及其應用.