袁澤旺， 田 春， 張定權(quán)， 李羲宸， 牛連杰

(1. 同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院， 上海 201804; 2. 上海壬豐復(fù)合材料有限公司， 上海 200135)

城軌車輛用鋁合金制動(dòng)盤質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性能良好，能夠顯著降低車輛簧下質(zhì)量，降低摩擦副制動(dòng)時(shí)的溫升[1-2].SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤是鋁合金制動(dòng)盤的一種，由于采用了增強(qiáng)顆粒，其力學(xué)性能大大高于鋁合金基體[3-5].SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤在試驗(yàn)過程中，基本上沿用適用于鐵盤或鋼盤的閘片[6-10].SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤在材料和成型上，不同于傳統(tǒng)的鐵盤和鋼盤[11]，而且摩擦熱量在盤與片之間的分配因摩擦副之間材料參數(shù)不同而不同[12-13]，與鐵盤或鋼盤配合良好的閘片，是否能與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤相匹配需要研究探討和試驗(yàn)驗(yàn)證.

本文對(duì)新型材料SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤的對(duì)偶閘片進(jìn)行了MM-1000縮比試驗(yàn)、定速摩擦試驗(yàn)，反復(fù)改進(jìn)材料配方和成型工藝，開發(fā)了一種適用于SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤的微孔型合成閘片，并通過1∶1臺(tái)架試驗(yàn)，驗(yàn)證該閘片與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤匹配使用時(shí)的摩擦磨耗性能和制動(dòng)噪聲特性.

1 研制工藝

1.1 壓制工藝

合成閘片成型過程中需要將準(zhǔn)備好的原料進(jìn)行干燥處理、稱量分類后進(jìn)行混料，而后進(jìn)行壓制和熱處理.圖1是合成閘片成型的工藝流程，其中壓制方法分為傳統(tǒng)工藝和微孔工藝兩種.傳統(tǒng)工藝是將混料在高溫下加壓黏結(jié)，再經(jīng)過常溫固化而成型，微孔工藝是直接將混料在常溫或低溫下加壓固化而成型.壓制溫度的差異使閘片表現(xiàn)出不同的性能[14]，本文研究了傳統(tǒng)工藝和微孔工藝兩種成型閘片對(duì)SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤的適應(yīng)性.

圖1 合成閘片成型工藝流程Fig.1 Forming process of composite brake pad

1.2 微孔成型技術(shù)

為減少制動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪聲，在閘片開發(fā)過程中采用微孔成型技術(shù)，孔徑約為0.5～2.0 μm，孔隙率高達(dá)15%～20%，且為通孔.運(yùn)用改進(jìn)的纖維增強(qiáng)技術(shù)、增加交互貫通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的彈性體來增強(qiáng)基體強(qiáng)度和韌性，降低噪聲和磨耗.交互貫通的微孔結(jié)構(gòu)增加了對(duì)流散熱及散熱面積[15]，有效降低摩擦溫度，保護(hù)摩擦副.相關(guān)研究表明，閘片的磨粒質(zhì)量最多的顆粒尺寸分布在3～6 μm之間[16]，連通的微孔結(jié)構(gòu)不易被磨粒堵塞.由此可見，微孔型閘片不僅能夠有效降低摩擦噪聲，還能通過提高閘片的散熱能力來保證閘片在高溫條件下可靠工作.

在材料成分方面，開發(fā)了金屬系和陶瓷系兩個(gè)配方體系，其主要區(qū)別是一個(gè)含金屬填料，另一個(gè)少含甚至不含金屬填料，而相應(yīng)地增加特種陶瓷成分.特種陶瓷粉末用于控制摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)與對(duì)偶制動(dòng)盤的良好匹配，延緩或避免大顆粒陶瓷因疲勞磨損引起的失效.在成型工藝方面，分別采用傳統(tǒng)工藝和微孔工藝兩種方式來壓制閘片，成型過程中控制各組閘片的孔隙率大小.在充分了解SiC顆粒增強(qiáng)鋁基對(duì)偶材料性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定閘片研發(fā)的方向，篩選出8副閘片進(jìn)行試驗(yàn)研究和分析對(duì)比.表 1給出了8副閘片的型號(hào)及對(duì)應(yīng)的技術(shù)特點(diǎn)，其中微孔工藝閘片3副，傳統(tǒng)工藝閘片5副.圖2所示的7副閘片以及當(dāng)時(shí)正在臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)的閘片即為試驗(yàn)研究所用的8副閘片實(shí)物.

表1 閘片型號(hào)及技術(shù)特點(diǎn)Tab.1 Types and technical characteristics of pads

圖2 用于1∶1臺(tái)架試驗(yàn)的8副閘片 Fig.2 8 pairs of pads for rig test

2 試驗(yàn)及結(jié)果

2.1 MM1000試驗(yàn)

MM-1000試驗(yàn)是一種縮比的小樣慣性制動(dòng)試驗(yàn)，能夠模擬短時(shí)反復(fù)制動(dòng)工況，主要用于摩擦材料的開發(fā)過程.MM-1000試驗(yàn)是對(duì)1∶1臺(tái)架試驗(yàn)的模擬，依據(jù)摩擦面接觸比壓、摩擦面滑摩功以及摩擦半徑處的線速度和減速度相等作為模擬的相似準(zhǔn)則，其中縮比制動(dòng)盤轉(zhuǎn)速與實(shí)車運(yùn)行速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

式中：ns為縮比制動(dòng)盤轉(zhuǎn)速，r·min-1;v為實(shí)車運(yùn)行速度，km·h-1；R為車輪半徑，m；r為車輛制動(dòng)盤摩擦半徑，m；rs為縮比制動(dòng)盤摩擦半徑，m.

表2所列參數(shù)是以1∶1臺(tái)架試驗(yàn)參數(shù)為基礎(chǔ)，按相似性原理確定的MM-1000試驗(yàn)參數(shù).圖3為閘片材料開發(fā)過程中采用的MM-1000摩擦磨損試驗(yàn)臺(tái)，其工作原理是通過驅(qū)動(dòng)主軸及慣性飛輪一同加速到規(guī)定的制動(dòng)速度下，脫開驅(qū)動(dòng)電機(jī)，施加一定的制動(dòng)力使試樣壓向高速旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤產(chǎn)生摩擦制動(dòng).根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)，縮比試驗(yàn)采用的摩擦體試樣為長方體狀，外形尺寸為26 mm×20 mm×14 mm(長×寬×高)，摩擦面與實(shí)際閘片摩擦面一致，如圖4所示.

表2 MM-1000縮比試驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Subscale test parameters of MM-1000

圖3 MM1000摩擦磨損試驗(yàn)臺(tái) Fig.3 MM1000 friction test-bed

圖4 閘片試樣及尺寸 Fig.4 Pad sample and dimensions

表3是MM-1000試驗(yàn)臺(tái)上8副閘片的摩擦性能試驗(yàn)結(jié)果.

從表 3中可以看出J65-102h、J65-104h、J65-102c及J65-217c閘片的摩擦系數(shù)均高于合成閘片的平均摩擦系數(shù)0.350，金屬系閘片表現(xiàn)出較高的平均摩擦系數(shù).摩擦系數(shù)的平均穩(wěn)定系數(shù)(不同速度下制動(dòng)過程中平均摩擦系數(shù)與最大摩擦系數(shù)比值的平均值)基本上集中在90%左右，其中J65-217c閘片摩擦系數(shù)的平均穩(wěn)定系數(shù)最高，達(dá)到91%，即J65-217c閘片在MM-1000試驗(yàn)臺(tái)上具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù).整個(gè)試驗(yàn)過程中，除J65-218h以外，其余閘片的厚度磨耗均在0.1 mm以內(nèi)，J65-217h、J65-211h和J65-217c閘片的厚度磨耗量不超過0.05 mm.J65-217h、J65-218h和J65-211h閘片的質(zhì)量磨耗均低于0.1 g.同樣材料配方的閘片，傳統(tǒng)工藝閘片的質(zhì)量磨耗要低于微孔工藝閘片.

表3 MM1000縮比試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of MM1000 subscale test

2.2 定速摩擦試驗(yàn)

合成閘片對(duì)溫度比較敏感，為研究不同溫度條件下閘片的摩擦磨耗性能，采用定速摩擦試驗(yàn)臺(tái)對(duì)8副閘片試樣進(jìn)行試驗(yàn).圖5是閘片開發(fā)過程中使用的D-MS定速摩擦試驗(yàn)臺(tái).試驗(yàn)采取從100 ℃→150 ℃→200 ℃→150 ℃→100 ℃的溫度變化控制策略，每個(gè)階段持續(xù)10 min.試驗(yàn)過程的轉(zhuǎn)速為500r·min-1，制動(dòng)壓力為1 MPa.定速摩擦試驗(yàn)臺(tái)所用的制動(dòng)盤尺寸為φ170 mm×30 mm，相對(duì)MM-1000縮比試驗(yàn)所用制動(dòng)盤要大，摩擦溫度升降過程更接近實(shí)際制動(dòng)盤，因而更能反映溫度對(duì)摩擦磨耗性能的影響.

圖5 DMS定速摩擦試驗(yàn)臺(tái) Fig.5 DMS constant speed friction test-bed

圖6為定速試驗(yàn)臺(tái)上8副閘片摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果，可以看出，8副閘片的平均摩擦系數(shù)均在0.470以上.按摩擦系數(shù)均值高低水平依次排序，金屬系閘片J65-102c、J65-102h和J65-104h排在前3位，比陶瓷系高，與MM-1000試驗(yàn)結(jié)果相仿.同樣材料配方的閘片，傳統(tǒng)工藝閘片的摩擦系數(shù)總體上比微孔工藝閘片低.除J65-102c閘片以外，其余閘片在100～200 ℃之間的摩擦系數(shù)變化幅度小于0.04，即當(dāng)溫度變化時(shí)，閘片的摩擦系數(shù)能夠保持較好的穩(wěn)定性.

圖6 定速試驗(yàn)平均摩擦系數(shù) Fig.6 Average friction coefficient of constant speed test

圖7和圖8分別為定速試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)得8組閘片的質(zhì)量磨耗值和體積磨耗率.從圖7可以看出，在100～200 ℃范圍內(nèi)，陶瓷系閘片的磨耗值在0.05 g以下，而金屬系閘片的磨耗值普遍高于陶瓷系，這與金屬系高摩擦系數(shù)的特點(diǎn)是分不開的.

圖7 定速試驗(yàn)質(zhì)量磨耗值 Fig.7 Weight wear of constant speed test

圖8 定速試驗(yàn)體積磨耗率 Fig.8 Volume wear rate of constant speed test

從圖8可以看出，在100～200 ℃范圍內(nèi)，大部分閘片的體積磨耗率低于15%，J65-218h和J65-102c閘片的體積磨耗率甚至低于10%.綜合質(zhì)量磨耗值和體積磨耗率結(jié)果來看，同樣材料配方的閘片，傳統(tǒng)工藝閘片的磨耗要比微孔工藝閘片低，與MM-1000試驗(yàn)結(jié)果一致.

2.3 噪聲測(cè)試

為分辨出閘片在制動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪聲水平，評(píng)價(jià)其噪聲性能好壞，采用噪聲測(cè)試儀對(duì)閘片在1∶1臺(tái)架上對(duì)其制動(dòng)過程中的摩擦噪聲進(jìn)行測(cè)試.噪聲測(cè)試儀的型號(hào)為愛華AWA6228多功能聲級(jí)計(jì)，測(cè)試儀在試驗(yàn)臺(tái)上的布置如圖9所示.噪聲探測(cè)頭固定在試驗(yàn)倉內(nèi)，通過延長線與外部的顯示和控制裝置相連.根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的空間條件，探測(cè)頭距離制動(dòng)盤中心0.55 m，距離地面高度1.5 m，與人體聽覺高度一致.對(duì)于某一初速度下的單次停車制動(dòng)試驗(yàn)，先由牽引電機(jī)將試驗(yàn)臺(tái)牽引至設(shè)定的初速度，緊接著按照預(yù)定的減速度減速直至停車.噪聲測(cè)試儀從試驗(yàn)臺(tái)減速開始進(jìn)行啟動(dòng)，測(cè)試整個(gè)制動(dòng)過程中的噪聲A聲壓級(jí)平均值.由于在制動(dòng)減速的過程中，牽引電機(jī)不工作，背景噪聲僅僅來自試驗(yàn)臺(tái)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)噪聲，與牽引電機(jī)無關(guān).據(jù)此，針對(duì)相應(yīng)速度下的通風(fēng)過程，測(cè)試背景噪聲.測(cè)試過程中試驗(yàn)臺(tái)只通風(fēng)，不制動(dòng)，整個(gè)測(cè)試過程為30 s.測(cè)量結(jié)果視為相應(yīng)速度下的背景噪聲值，去除該背景噪聲值的制動(dòng)噪聲結(jié)果即為閘片實(shí)際產(chǎn)生的摩擦噪聲.

圖9 噪聲測(cè)試裝置及其布置 Fig.9 Test device for noise and its layout

2.4 1∶1臺(tái)架試驗(yàn)

在某種意義上，MM-1000試驗(yàn)和定速摩擦試驗(yàn)是一種近似試驗(yàn)，因此，1∶1臺(tái)架試驗(yàn)在驗(yàn)證閘片產(chǎn)品性能合格與否時(shí)是不可或缺的.1∶1制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)以完整的閘片和制動(dòng)盤為試驗(yàn)對(duì)象，以能量相等的原則，設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件與現(xiàn)車運(yùn)行條件一致，試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)速度與現(xiàn)車運(yùn)行速度相等進(jìn)行試驗(yàn)，因而試驗(yàn)結(jié)果能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映試驗(yàn)對(duì)象的實(shí)際性能.

1∶1臺(tái)架試驗(yàn)中一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)就是制動(dòng)過程中制動(dòng)盤的最高溫度.在制動(dòng)盤摩擦半徑所在圓環(huán)間隔90°均勻布置4個(gè)K型熱電偶，測(cè)量制動(dòng)盤表面溫度.熱電偶安裝孔為通孔，感溫頭距離摩擦表面2 mm，信號(hào)通過滑環(huán)引出，熱電偶在試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)盤上的布設(shè)見圖10.

圖10 臺(tái)架上制動(dòng)盤的溫度測(cè)試方法 Fig.10 Temperature measurement method for brake disc on test rig

考慮到1∶1臺(tái)架試驗(yàn)周期長，費(fèi)用高，8副閘片需按照一定的篩選流程進(jìn)行試驗(yàn)，最終選定一組性能最優(yōu)的閘片進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn).篩選試驗(yàn)包含磨合試驗(yàn)、緊急制動(dòng)試驗(yàn)和常用制動(dòng)試驗(yàn)3個(gè)階段，其中常用制動(dòng)試驗(yàn)分為60%常用制動(dòng)試驗(yàn)和最大常用制動(dòng)試驗(yàn).表 4是閘片在1∶1臺(tái)架上的典型試驗(yàn)工況及相應(yīng)的試驗(yàn)條件，緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)試驗(yàn)的初始速度最高為110 km·h-1，反映了閘片在實(shí)際運(yùn)營過程中的使用情況.在篩選試驗(yàn)過程中，以平均摩擦系數(shù)、磨耗量和制動(dòng)噪聲對(duì)8副閘片的性能進(jìn)行比較.表 5給出了城軌車輛關(guān)于閘片摩擦性能相關(guān)技術(shù)參數(shù)的建議指標(biāo)，包含了各制動(dòng)工況下的摩擦系數(shù)、整個(gè)制動(dòng)過程的磨耗量以及制動(dòng)盤溫度限值[17].

磨合的目的在于使閘片與制動(dòng)盤充分接觸，當(dāng)閘片與制動(dòng)盤的接觸面積達(dá)80%以上時(shí)，認(rèn)為磨合已經(jīng)充分.由于在磨合試驗(yàn)過程中，閘片與制動(dòng)盤表面尚未充分接觸，出現(xiàn)磨耗和噪聲大以及摩擦系數(shù)波動(dòng)幅度大的現(xiàn)象是正常的.磨合試驗(yàn)在篩選過程中的作用是剔除摩擦系數(shù)過高或過低的閘片.磨合試驗(yàn)中各組閘片的平均摩擦系數(shù)如圖11所示，其中J65-102h閘片的摩擦系數(shù)太低， 11～16閘次的磨合試驗(yàn)未完成.

表4 1∶1臺(tái)架典型試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)工況Tab.4 Typical items and its conditions for full-scale rig test

表5 城軌車輛合成閘片摩擦性能技術(shù)指標(biāo)Tab.5 Technical indexes of friction performance for composite brake pad of urban rail vehicle

從圖11中可以看出， J65-102c和J65-218c閘片摩擦系數(shù)過高，且穩(wěn)定性不好.由于8副閘片的材料配方大體上接近，試驗(yàn)過程中摩擦系數(shù)值理應(yīng)一致，過高或過低的摩擦系數(shù)都可以認(rèn)為偏離了設(shè)計(jì)目標(biāo)值.據(jù)此，將剩余5副閘片進(jìn)行后續(xù)的緊急制動(dòng)工況和常用制動(dòng)工況模擬.

圖12～14分別為剩余5副閘片在臺(tái)架上緊急制動(dòng)的平均摩擦系數(shù)、磨耗量和噪聲結(jié)果.從圖12中緊急制動(dòng)工況的平均摩擦系數(shù)可以看出，作為5副閘片中唯一副金屬系閘片，J65-104h的摩擦系數(shù)超過了規(guī)定的上限摩擦系數(shù).J65-217c閘片的摩擦系數(shù)隨速度提高而下降，與設(shè)定的上限摩擦系數(shù)變化趨勢(shì)一致，J65-217h閘片的摩擦系數(shù)隨速度波動(dòng)不大，而J65-211h和J65-218h閘片的摩擦系數(shù)隨速度提高而提高，與規(guī)定的上限摩擦系數(shù)變化趨勢(shì)相反.從圖13中緊急制動(dòng)工況的磨耗量可以看出，J65-217h、J65-218h和J65-217c閘片的磨耗量均在0.5 cm3·MJ-1以下，J65-104h閘片的磨耗量最大，達(dá)到0.67cm3·MJ-1，與試驗(yàn)過程中表現(xiàn)出的高摩擦系數(shù)結(jié)果相一致.從圖14中緊急制動(dòng)工況的噪聲結(jié)果來看，J65-217c閘片在不同速度下的噪聲值比較平穩(wěn)，在84.5～89.8 dB(A)之間，平均值在5副閘片中最低.J65-104h閘片的噪聲值最高，達(dá)到117.8 dB(A)，且隨著試驗(yàn)的進(jìn)行噪聲值越來越高.

圖11 磨合試驗(yàn)平均摩擦系數(shù) Fig.11 Average friction coefficient of running-in test

圖12 緊急制動(dòng)平均摩擦系數(shù) Fig.12 Average friction coefficient of emergency braking

圖13 緊急制動(dòng)磨耗量 Fig.13 Wear in emergency braking

圖14 緊急制動(dòng)噪聲 Fig.14 Nosie in emergency braking

綜合摩擦系數(shù)、磨耗量和噪聲結(jié)果來看，J65-104h閘片在5副閘片中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均處于劣勢(shì)，因此在后續(xù)的常用制動(dòng)工況模擬試驗(yàn)中，J65-104h閘片試驗(yàn)被取締.

將剩余4副閘片在臺(tái)架上進(jìn)行常用制動(dòng)工況模擬試驗(yàn)，得到平均摩擦系數(shù)結(jié)果如圖15所示，磨耗量如圖16所示，噪聲結(jié)果如圖17所示.剩余的4副閘片均為陶瓷系閘片，閘片中不含甚至少含金屬，與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤配合使用時(shí)常用制動(dòng)摩擦磨耗性能均能滿足表 5中的相應(yīng)規(guī)定.

圖15展示了4副閘片在臺(tái)架上的常用制動(dòng)平均摩擦系數(shù)結(jié)果，包括60%常用制動(dòng)和最大常用制動(dòng)及對(duì)應(yīng)的上下限值.從圖15中可以看出，4副閘片的最大常用制動(dòng)平均摩擦系數(shù)均在設(shè)定的范圍之內(nèi)，其中J65-217c閘片在兩種工況下摩擦系數(shù)均隨速度提高而降低，與設(shè)定的上限值變化趨勢(shì)一致，其余3副閘片與設(shè)定的摩擦系數(shù)上限值變化趨勢(shì)相反.

圖15 常用制動(dòng)平均摩擦系數(shù) Fig.15 Average friction coefficient of service braking

常用制動(dòng)工況下，4副閘片的磨耗量在0.27～0.35 cm3·MJ-1之間，如圖16所示，可見閘片在常用制動(dòng)工況下磨耗不大.4副閘片在兩種不同壓力常用制動(dòng)工況下的噪聲結(jié)果如圖17所示，可以看出，制動(dòng)力越大，制動(dòng)產(chǎn)生的噪聲越大.制動(dòng)初速度在40～110 km·h-1范圍內(nèi)，J65-217c閘片在60%常用制動(dòng)工況下的噪聲范圍為79.3～89.2 dB(A)，最大常用制動(dòng)工況下的噪聲范圍為85.2～93.4 dB(A)，且不同速度工況下的噪聲值波動(dòng)性較小.與J65-217c閘片相比，J65-211h和J65-218h閘片噪聲值明顯偏高，且各速度工況下的噪聲值波動(dòng)也較大.J65-217h閘片的噪聲值雖然波動(dòng)性較小，但不同制動(dòng)壓力下的噪聲值分別在100.2～116.1 dB(A)和107.5～117.1 dB(A)之間，為4副閘片中最大的.

圖16 常用制動(dòng)的磨耗量 Fig.16 Wear in service braking

圖17 常用制動(dòng)噪聲 Fig.17 Noise in service braking

就摩擦磨耗而言，參與篩選試驗(yàn)的金屬系閘片表現(xiàn)出來的性能均不如陶瓷系閘片，原因在于與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤配合使用時(shí)，閘片中的金屬填料會(huì)與制動(dòng)盤表面微觀上凹凸不平的SiC顆粒產(chǎn)生較大阻力，表現(xiàn)出高而不穩(wěn)定的摩擦系數(shù)和磨耗.高摩擦系數(shù)和磨耗量與縮比試驗(yàn)和定速試驗(yàn)得到的結(jié)果一致，臺(tái)架試驗(yàn)上采用真實(shí)尺寸的閘片，在制動(dòng)過程中相對(duì)較小試樣更不易變形，適應(yīng)微觀上凹凸不平的SiC顆粒表面相對(duì)困難，因而摩擦系數(shù)波動(dòng)幅度較大.

就制動(dòng)噪聲而言，唯獨(dú)J65-217c閘片的噪聲低而平穩(wěn)，其余閘片的噪聲高且不穩(wěn)定.充分磨合以后，在緊急制動(dòng)和常用制動(dòng)過程中，只有J65-217c閘片的摩擦系數(shù)隨速度增加而降低，說明摩擦系數(shù)-速度曲線的負(fù)斜率特性有利于降低制動(dòng)噪聲.在常用制動(dòng)工況中，J65-217c閘片是4副片中唯一一種采用微孔工藝壓制成型的閘片，保證了微孔型閘片中的孔隙率，這也是J65-217c閘片噪聲低的重要原因.

綜合各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)來看，J65-217c閘片噪聲性能優(yōu)異，磨耗量低，摩擦系數(shù)穩(wěn)定且在設(shè)定范圍之內(nèi)，與設(shè)定上限值的變化趨勢(shì)一致，隨速度變化的適應(yīng)性好.因此采用J65-217c閘片進(jìn)行完整的制動(dòng)試驗(yàn)程序，驗(yàn)證該閘片其他工況下的摩擦磨耗性能.

J65-217c閘片的靜摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖18所示，5次靜摩擦系數(shù)均大于0.32，滿足城軌車輛對(duì)合成閘片的要求.模擬線路運(yùn)營試驗(yàn)時(shí)，J65-217c閘片的平均摩擦系數(shù)和制動(dòng)過程中制動(dòng)盤的最高溫度如圖19所示.經(jīng)過7次制動(dòng)的適應(yīng)以后，摩擦系數(shù)開始穩(wěn)定在0.35～0.36之間，在40次停車制動(dòng)試驗(yàn)過程中，平均摩擦系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi).經(jīng)過7次制動(dòng)的適應(yīng)以后，制動(dòng)盤溫度保持在250 ℃左右，40次停車制動(dòng)試驗(yàn)過程中，制動(dòng)盤的最高溫度不超過400 ℃.從線路模擬試驗(yàn)的結(jié)果來看，J65-217c閘片滿足城軌車輛多站點(diǎn)頻繁啟停的運(yùn)用環(huán)境.整個(gè)制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)束以后，稱取閘片的質(zhì)量并計(jì)算總的磨耗量為0.58 cm3·MJ-1，低于表 5設(shè)定的磨耗上限.

圖18 J65217c閘片的靜摩擦系數(shù) Fig.18 Static friction coefficient of J65217c

圖19 J65217c閘片模擬線路試驗(yàn)的摩擦系數(shù)及制動(dòng) 盤最高溫度Fig.19 Friction coefficient of J65217c and maximum temperature of disc in track simulation test

3 結(jié)論

(1) 研制的J65-217c閘片與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤摩擦性能匹配良好，整個(gè)臺(tái)架試驗(yàn)過程中制動(dòng)盤溫度遠(yuǎn)低于400 ℃，滿足城軌車輛的技術(shù)要求.

(2) 研制的J65-217c閘片摩擦系數(shù)隨速度提高而降低，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的變化趨勢(shì)一致，適應(yīng)輪軌黏著系數(shù)的變化趨勢(shì).

(3) 研制的J65-217c閘片噪聲低而平穩(wěn)，摩擦系數(shù)-速度曲線的負(fù)斜率特性和微孔成型技術(shù)有利于降低閘片制動(dòng)噪聲，制動(dòng)力越大制動(dòng)噪聲越大.

(4) 材料中減少金屬成分，增加陶瓷成分能夠改善閘片與SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合制動(dòng)盤的摩擦匹配性，保證摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，降低磨耗及噪聲.

(5) 傳統(tǒng)工藝閘片較微孔工藝閘片磨耗略低.

(6) 縮比試樣比真實(shí)閘片更容易適應(yīng)SiC顆粒凹凸不平的表面，因而臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)較縮比試驗(yàn)和定速試驗(yàn)波動(dòng)大.