陳澍軍 劉政 梁建全

(唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品研發(fā)中心,河北唐山 063035)

CRH380BL動(dòng)車組制動(dòng)盤分析

陳澍軍1劉政 梁建全

(唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品研發(fā)中心,河北唐山 063035)

制動(dòng)盤是基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的重要部件,通過對(duì)CRH380BL動(dòng)車組制動(dòng)盤的分析,闡述了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、熱負(fù)荷能力以及相關(guān)的檢查與維護(hù)工作。

CRH380BL 動(dòng)車組 制動(dòng)盤 熱負(fù)荷

1 引言

高速動(dòng)車組均再生制動(dòng)和空氣制動(dòng)復(fù)合的制動(dòng)形式,并且在常用制動(dòng)時(shí)優(yōu)先使用再生制動(dòng)。由于高速動(dòng)車組制動(dòng)時(shí)能量巨大,因此空氣制動(dòng)的基礎(chǔ)制動(dòng)采用盤形制動(dòng)形式。制動(dòng)盤是基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的重要組成部件,其主要功能是將列車制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能通過摩擦轉(zhuǎn)換為熱能,并消耗于大氣中。在緊急情況或再生制動(dòng)失效時(shí),空氣摩擦制動(dòng)必須保證動(dòng)車組安全可靠的在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車,并在停車制動(dòng)過程中,基礎(chǔ)制動(dòng)摩擦副功能正常。因此盤形制動(dòng)是高速動(dòng)車組的最基本的基礎(chǔ)制動(dòng)方式,制動(dòng)盤的性能穩(wěn)定、安全可靠至關(guān)重要。

CRH380BL動(dòng)車組為16輛編組,采用8動(dòng)8拖的編制形式,基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用內(nèi)冷式盤形制動(dòng),在動(dòng)力軸上設(shè)兩個(gè)輪裝制動(dòng)盤,在非動(dòng)力軸上設(shè)三個(gè)軸裝制動(dòng)盤。輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤都采用特殊的鑄鋼制動(dòng)盤,制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足自然冷卻的要求,能夠快速的將制動(dòng)所產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去,甚至在制動(dòng)初速度為380km/h也能夠保證接觸和承受負(fù)荷均勻,性能穩(wěn)定。

2 結(jié)構(gòu)和性能

CRH380BL動(dòng)車組采用通風(fēng)式制動(dòng)盤,設(shè)有通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu),制動(dòng)盤由特種鑄鋼材料制成,分為輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤兩種。

圖1 輪裝制動(dòng)盤純空氣緊急制動(dòng)試驗(yàn)

圖2 軸裝制動(dòng)盤純空氣緊急制動(dòng)試驗(yàn)

(1)輪裝制動(dòng)盤。輪裝制動(dòng)盤由兩個(gè)盤體(摩擦片)、緊固件及附屬件等組成,盤體由一個(gè)具有相應(yīng)厚度的摩擦環(huán)和散熱筋片組成。兩個(gè)盤體通過緊固螺栓和定心槽進(jìn)行緊固和對(duì)中。定心槽安裝在摩擦面的背面,用于使摩擦片與輪軸對(duì)中,并保證其在受熱而膨脹時(shí)也能對(duì)中。

散熱筋除了散熱外,在盤體與車輪之間還起著支撐的作用。盤體的厚度以及散熱筋片的數(shù)量和幾何形狀的設(shè)計(jì),需要考慮以下兩方面:制動(dòng)時(shí)摩擦環(huán)對(duì)溫度變化的影響盡可能小,受熱均勻、散熱迅速;滿足車輛輕量化的要求,總重量盡可能小。輪裝制動(dòng)盤在制動(dòng)時(shí)由于與閘片摩擦而發(fā)熱,通過車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)引起的氣流可以使其冷卻?？諝鈴闹苿?dòng)盤與車輪輻板之間流過,通過徑向排布的散熱筋片將熱量排走。

(2)軸裝制動(dòng)盤。軸裝制動(dòng)盤由帶澆鑄散熱筋片的盤體、盤轂、緊固件及附屬件等組成。摩擦片厚度和散熱筋片大小的設(shè)計(jì)使得在制動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)摩擦片的同時(shí),還考慮了最小整體重量的因素。橫置的散熱筋片將熱量導(dǎo)出,并同時(shí)保證摩擦帶上熱量均衡。

與徑向葉片式散熱筋片相比,制動(dòng)盤體散熱通道中的橫置圓形散熱筋片所需的空氣流量較少,同時(shí)熱交換性能也更好,也就是說,流入空氣和流出空氣的溫差更大。

(3)制動(dòng)盤熱負(fù)荷性能分析。制動(dòng)盤的熱負(fù)荷能力是考核制動(dòng)盤性能的重要指標(biāo),決定了制動(dòng)盤性能的優(yōu)劣。制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤承受高溫載荷,制動(dòng)功率達(dá)到極限,會(huì)出現(xiàn)熱裂紋,閘片的磨損也會(huì)大大加劇。制動(dòng)盤和閘片所承受的制動(dòng)熱負(fù)荷的大小取決于列車的軸重和制動(dòng)初速。就停車制動(dòng)而言,不論列車實(shí)施緊急制動(dòng)還是常用制動(dòng),制動(dòng)功是相同的。但由于制動(dòng)時(shí)間不同,制動(dòng)盤和閘片的磨耗量和溫升是不同的。因此,制動(dòng)功并不能全面反映制動(dòng)負(fù)荷的強(qiáng)度。但是制動(dòng)功的累計(jì)影響著閘片和制動(dòng)盤的磨耗及制動(dòng)盤表面剝離或裂紋擴(kuò)展,即影響著制動(dòng)盤和閘片壽命。閘片和制動(dòng)盤磨耗的快慢,制動(dòng)盤形成裂紋與裂紋擴(kuò)展的速度都與閘片和制動(dòng)盤的溫升有關(guān)[1]。

CRH380BL動(dòng)車組設(shè)計(jì)時(shí)速380km/h,由于能量和速度的平方成正比,當(dāng)動(dòng)車組以如此高的初速度制動(dòng)時(shí),制動(dòng)的能量是相當(dāng)大的,高速階段使用空氣制動(dòng)不僅制動(dòng)盤的熱負(fù)荷大幅提高,而且也將加大制動(dòng)盤和閘片的磨耗。為此CRH380BL動(dòng)車組采用了分階段制動(dòng)的形式,其中動(dòng)車制動(dòng)缸壓力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為200km/h,拖車制動(dòng)缸壓力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為300km/h,高速段制動(dòng)缸采用低壓力,低速段制動(dòng)缸采用高壓力。為驗(yàn)證制動(dòng)盤是否滿足動(dòng)車設(shè)計(jì)時(shí)速的制動(dòng)要求,對(duì)CRH380BL動(dòng)車組的輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤分別進(jìn)行了1:1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)。

制動(dòng)盤1∶1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)按照動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)條件以及UIC 541-3等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[2],試驗(yàn)內(nèi)容包括磨合制動(dòng)、模擬緊急制動(dòng)(兩次連續(xù)純空氣緊急制動(dòng))、模擬常用制動(dòng)(包括切除單車制動(dòng)和模擬線路制動(dòng))、坡道制動(dòng)、停放制動(dòng)、干燥和潮濕工況下停車制動(dòng),以及

可靠性及疲勞試驗(yàn)等。圖1和圖2為輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤在1:1制動(dòng)動(dòng)力臺(tái)架上進(jìn)行兩次純空氣緊急制動(dòng)時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果顯示∶在兩次純空氣緊急制動(dòng)時(shí),輪裝制動(dòng)盤的最高溫度為583.7℃,軸裝制動(dòng)盤的最高溫度為621.0℃,均在制動(dòng)盤溫度允許范圍內(nèi)。此外在整個(gè)制動(dòng)盤1∶1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)過程中,制動(dòng)盤表現(xiàn)出了∶良好的機(jī)械性能,摩擦系數(shù)穩(wěn)定,受熱均勻,制動(dòng)盤表面未出現(xiàn)異常磨耗,也未發(fā)生緊固件松動(dòng)等失效現(xiàn)象;良好的耐熱疲勞性能,制動(dòng)盤表面未產(chǎn)生熱裂紋;良好的散熱性能,制動(dòng)盤摩擦面最高溫度值始終沒有超過制動(dòng)盤所允許的最高極限值,有利于提高制動(dòng)盤的使用壽命。因此CRH380BL動(dòng)車組的制動(dòng)盤符合高速列車對(duì)制動(dòng)盤的要求。

3 檢查與維護(hù)

制動(dòng)盤主要從緊固件、散熱筋、裂紋、磨耗等方面進(jìn)行檢查與維護(hù)。

(1)檢查散熱筋片是否臟污,必要時(shí)可用壓縮空氣清除。

(2)查看螺母松動(dòng)標(biāo)志,如果出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象,必須認(rèn)真檢查,同時(shí)用扭矩扳手給予緊固,并作庫(kù)檢紀(jì)錄存檔。檢查螺母是否有裂紋,若有,必須進(jìn)行更換。

(3)若有裂紋,根據(jù)制動(dòng)盤裂紋分類對(duì)制動(dòng)盤提出不同的檢修要求。

(4)根據(jù)制動(dòng)盤磨耗情況對(duì)制動(dòng)盤提出不同的檢修要求。(5)其他檢查還包括熱斑、溝槽劃痕等。

4 結(jié)語

本文介紹了CRH380BL動(dòng)車組結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能,分析了制動(dòng)盤的熱負(fù)荷狀況,通過試驗(yàn)及運(yùn)用證明制動(dòng)盤的熱負(fù)荷能力滿足動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)要求;介紹了制動(dòng)盤的相關(guān)檢查與維護(hù)工作,對(duì)高速動(dòng)車組制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)和維護(hù)具有指導(dǎo)意義。

[1]李和平,林祜亭.高速列車基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2003,24(2):8-13.

[2]國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC),UIC 541-3制動(dòng)-盤形制動(dòng)及其應(yīng)用-閘片批準(zhǔn)使用的一般規(guī)定[S].2004.

陳澍軍,男,工程師,從事軌道車輛制動(dòng)系統(tǒng)的研究。