陳炳偉 霍 偉 朱君華 梅卓民

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

隨著既有鐵路線路的提速和新建200 km/h 及以上速度客專線路的不斷增加，鐵路系統(tǒng)對軌道工程車輛的高速、高效和高可靠性要求更加迫切，160 km/h 內(nèi)燃交流傳動軌道車(以下簡稱快速軌道車) 應(yīng)運(yùn)而生[1]?？焖佘壍儡囍饕獞?yīng)用于高速鐵路維護(hù)期間的材料、人員運(yùn)輸，也可作為各種鐵路施工和檢測的設(shè)備裝載平臺[2]?；A(chǔ)制動裝置必須承擔(dān)快速軌道車提高運(yùn)行速度所增加的負(fù)荷，必須有一定的性能和可靠性來確保列車安全停車。

1 基礎(chǔ)制動裝置的設(shè)計參數(shù)及要求

工作環(huán)境溫度：-25 ℃～+40 ℃；靜態(tài)軸重:15.5 t；輪徑：915 mm；單機(jī)空走時間：2.5 s；制動閘片與制動盤平均摩擦因數(shù)：0.3；制動形式為輪盤制動，2套/軸；快速軌道車最高運(yùn)營速度160 km/h，緊急制動距離1 400 m；快速軌道車持續(xù)運(yùn)行速度120 km/h，緊急制動距離800 m；坡道駐車：20‰。

2 基礎(chǔ)制動裝置的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 輪裝制動盤的設(shè)計

快速軌道車制動時制動摩擦副承受的功率是相當(dāng)大的。因此輪裝制動盤采用徑向條狀散熱筋結(jié)構(gòu)(見圖1)，此種結(jié)構(gòu)有利于制動盤盤體的鑄造成型，同時增加了盤體通風(fēng)散熱的功能。盤體、車輪間的連接采用盤面中心孔連接結(jié)構(gòu)，大大降低了盤面受熱變形的可能性。同時，為了減少螺栓橫向受力而導(dǎo)致失效的危險，在制動盤與車輪輻板間采用了定位銷連接傳遞制動時產(chǎn)生的摩擦力矩，更好地適應(yīng)了制動盤受熱徑向膨脹，減少了盤面熱應(yīng)力。

圖1 輪裝制動盤結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)運(yùn)用工況對制動盤進(jìn)行溫度場的仿真分析，從快速軌道車進(jìn)行緊急制動過程中盤面和筋部節(jié)點溫度隨時間變化的曲線來看，盤面的最高溫度出現(xiàn)在制動后35 s左右，約為225 ℃(見圖2)，滿足制動盤使用溫度范圍。從制動盤摩擦面以及筋部等部分關(guān)鍵節(jié)點處的熱應(yīng)力分析曲線可以看出：盤面節(jié)點應(yīng)力從制動開始時急劇上升，盤面最大應(yīng)力出現(xiàn)在20 s左右，最大約為176 MPa(見圖3)，遠(yuǎn)低于材料的抗拉和屈服極限。

圖2 盤面和筋部節(jié)點隨時間變化曲線

圖3 制動盤應(yīng)力場變化曲線

因此該制動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計能使盤面具有良好的高溫摩擦性能；筋部節(jié)點應(yīng)力的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于盤面值，從而證明了制動盤設(shè)計結(jié)構(gòu)是合理的，可以在一定程度上降低出現(xiàn)熱裂紋的概率。

2.2 制動夾鉗單元的設(shè)計

根據(jù)制動夾鉗單元安裝調(diào)查分析、設(shè)計計算結(jié)果以及功能要求等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中單元制動缸和停放制動缸安裝在制動夾鉗兩杠桿之間，夾鉗另外一端安裝合成閘片，合成閘片分布在制動盤兩側(cè)。列車在行車過程中需要實施行車制動時，向單元制動缸體內(nèi)充入壓力氣體，單元制動缸伸長，推動制動夾鉗一側(cè)張開，另一側(cè)的閘片會壓緊制動盤，實施行車制動，將列車的動能轉(zhuǎn)換為熱能，并散發(fā)到大氣中去。停放制動缸除了可以實施行車制動外，還可以在軌道車停車后，利用停放彈簧的推力，實施駐車制動，保證軌道車在20‰的坡道上停車，不溜逸[3]。所設(shè)計的制動夾鉗單元性能參數(shù)如表1所示。

表1 制動夾鉗單元主要性能參數(shù)

根據(jù)制動夾鉗單元的性能參數(shù)，對制動夾鉗單元關(guān)鍵零部件進(jìn)行緊急工況1.5倍的安全余量校核，仿真分析結(jié)果如表2所示。由結(jié)果可知，該制動夾鉗單元結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

表2 制動夾鉗單元有限元分析校核數(shù)據(jù)表

3 型式試驗

根據(jù)試驗大綱要求對所設(shè)計的制動夾鉗單元進(jìn)行氣密性、一次最大調(diào)整量、累計調(diào)整量、強(qiáng)度、稱重、振動沖擊、疲勞等試驗驗證，試驗結(jié)果完全符合試驗大綱要求。

對制動盤和制動閘片進(jìn)行1∶1臺架性能試驗，試驗內(nèi)容為磨合試驗、一次停車制動試驗、常用制動試驗、坡道連續(xù)制動試驗和靜摩擦試驗等多次不同工況的試驗，試驗結(jié)果完全符合中國鐵路總公司發(fā)布的《重型軌道車技術(shù)規(guī)范書(范本)》的要求及《鐵路主要技術(shù)政策》的規(guī)定，160 km/h線路平直道緊急制動距離1 261.8 m，120 km/h線路平直道緊急制動距離641.9 m(見表3)，滿足設(shè)計要求。

表3 制動盤1∶1試驗數(shù)據(jù)

在1∶1臺架試驗滿足制動要求的情況下，整車的緊急制動距離試驗也達(dá)到了設(shè)計要求：160 km/h線路平直道制動距離1 318 m，120 km/h線路平直道制動距離758 m，同時整車在20‰的坡道上實現(xiàn)駐車，不溜逸。

4 裝車考核

自2010年11月至今，該基礎(chǔ)制動裝置主要運(yùn)用在GCD600型內(nèi)燃交流傳動快速軌道車上(見圖4)。自運(yùn)用考核以來，整套基礎(chǔ)制動裝置運(yùn)行狀況良好，制動過程平穩(wěn)，摩擦因數(shù)穩(wěn)定，產(chǎn)品性能可靠，為GCD600型內(nèi)燃交流傳動快速軌道車的安全運(yùn)行提供了保障。

圖4 基礎(chǔ)制動裝置安裝在GCD600型車上

5 結(jié)束語

該基礎(chǔ)制動裝置是適應(yīng)市場需求而開發(fā)的新產(chǎn)品，能夠從根本上解決踏面制動加速車輪磨損等問題。該基礎(chǔ)制動裝置通過變更接口，能夠滿足各類鐵路工程車輛的行車制動和駐車制動要求，大大縮短了制動距離，提高了制動效率，是今后鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動裝置的發(fā)展趨勢。

[1] 張向陽,趙國棟.160 km/h內(nèi)燃交流傳動快速軌道車[J].鐵道機(jī)車與動車，2014(3):31-35.

[2] 劉中彥.120 km/h重型軌道車轉(zhuǎn)向架的研制[J].內(nèi)燃機(jī)車，2010(10)：26-28.

[3] 謝春音.HXD3型機(jī)車基礎(chǔ)制動裝置的設(shè)計計算[J].內(nèi)燃機(jī)車，2008(12):22-26 .□