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        廣州地鐵二號線列車閘瓦金屬鑲嵌問題分析

        2019-08-05 01:45:46黎澍
        中國設(shè)備工程 2019年12期
        關(guān)鍵詞:二號線閘瓦狀物

        黎澍

        (廣州地鐵集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 510310)

        引言

        廣州地鐵二號線A5 型列車knorr 制動系統(tǒng)采用Cosid 804(C132945/011)合成閘瓦。在2017 年,車輛檢修中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)該型閘瓦摩擦體存在大小程度不一的金屬鑲嵌物。部分閘瓦金屬鑲嵌物已掉落運營線路,對行車安全產(chǎn)生一定影響。為了解決A5 車閘瓦金屬鑲嵌問題,本文在此探討該型閘瓦金屬鑲嵌規(guī)律及形成原因并提出解決措施。

        1 閘瓦金屬鑲嵌規(guī)律

        1.1 集中于A5 車Cosid 804 合成閘瓦

        二號線前17 列A5 一期車使用knorr 制動系統(tǒng)及配套Cosid 804(C132945/011)合成閘瓦,后11 列A5 二期車使用鐵科院EP08 制動系統(tǒng)及配套TKQ600BW05 合成閘瓦,對偶材質(zhì)均為ER9 輪對(硬度262-311HB)。在相同的線路運營及相同制動管理條件下,后者在現(xiàn)場運營期間無金屬鑲嵌問題。

        二號線A4 型車使用knorr 制動系統(tǒng)及配套Jurid 836(C53912)閘瓦,對偶材質(zhì)均為R8T 輪對(硬度255-285HB)?,F(xiàn)場試驗將2 對Cosid 804 閘瓦裝車于A4 車、將2 對Jurid 836 閘瓦裝車于A5 一期車以及將2 對Cosid 804 閘瓦裝車于A5 二期車。跟蹤1 個月后,發(fā)現(xiàn)A4 車及A5 二期車裝有Cosid 804 閘瓦發(fā)現(xiàn)金屬鑲嵌現(xiàn)象,其余無異常,如表1 及圖1 所示。從現(xiàn)場驗證可初步推斷,本次A5 車閘瓦金屬鑲嵌問題與輪對材質(zhì)及其硬度無關(guān),僅與所配套使用閘瓦材質(zhì)相關(guān)。

        表1 二號線合成閘瓦裝車運用

        圖1 A4 車裝車Cosid 804 閘瓦(2 個月)

        1.2 集中發(fā)生于A 車

        統(tǒng)計2017 年10 月~2018 年4 月,新增發(fā)現(xiàn)的90起金屬鑲嵌問題,A 車(即拖車)發(fā)現(xiàn)占68 起,占比例76%。此分析該現(xiàn)象與A5 車仍為BCU 管理電制動模式相關(guān),因其電制動仍由BCU 申請管理,存在列車網(wǎng)絡(luò)傳輸延時,故此在高速電空混合制動過程,一個區(qū)間范圍需進(jìn)行十幾秒的高速補(bǔ)氣,每次補(bǔ)氣制動壓力可達(dá)1.0bar 以上,如圖2 所示。A 車氣制動上氣時間相對動車較長,故此A 車金屬鑲嵌問題相對較為嚴(yán)重。

        圖2 A 車高速補(bǔ)氣現(xiàn)象

        2 金屬鑲嵌機(jī)理及原因分析

        2.1 金屬鑲嵌形成機(jī)理

        有關(guān)研究表明高摩合成閘瓦金屬鑲嵌的形成可概括為一個“三步聚集”模型,第一步聚集:高摩合成閘瓦的增摩組元對車輪踏面的犁溝作用產(chǎn)生鋼磨屑,鋼磨屑聚集形成金屬鑲嵌點狀物;第二步聚集:制動工況中外部變化引起鋼磨屑增加,鋼磨屑在移動路徑上粘連成片,成為宏觀上的金屬鑲嵌條狀物;第三步聚集:制動工況中外部持續(xù)變化引起金屬鑲嵌條狀物二次突變,形成金屬鑲嵌塊狀物,直接影響制動性能及行車安全。

        2.2 金屬鑲嵌原因分析

        從“三步聚集”模型可知,金屬鑲嵌點狀物來源于磨屑中的金屬顆粒。在相同閘瓦磨耗量下,如果閘瓦同樣含金屬,則勢必會增加摩擦面磨屑的金屬含量。但在摩擦面是無法進(jìn)行對閘瓦金屬磨屑進(jìn)行區(qū)分和篩選,阻止其參與金屬鑲嵌的形成。所以,來自閘瓦的金屬顆粒不可避免熔入金屬鑲嵌物,增加閘瓦金屬鑲嵌的可能性。

        表2 閘瓦斷面元素含量

        圖3 閘瓦斷面能譜

        2.2.1 尋找閘瓦中的金屬

        針對Cosid 804 閘瓦斷面、閘瓦摩擦面和金屬鑲嵌物進(jìn)行了EDS 分析,結(jié)果如下:

        (1)閘瓦斷面的EDS 分析

        從圖3 及表2 可看出,閘瓦斷面含較多金屬元素,除去常溫下較易氧化的鈉、鋇、鈣、鎂、鉀等活潑金屬元素之外,剩下的鋁、鐵元素可能性較大。

        (2)閘瓦摩擦面的EDS 分析

        從圖4 及表3 分析,在閘瓦摩擦面上的鐵元素含量迅速增加,整個摩擦面構(gòu)成光亮的類金屬感,說明閘瓦中含鐵單質(zhì)的可能性最大。

        圖4 閘瓦摩擦面能譜

        表3 閘瓦摩擦面元素含量

        (3)金屬鑲嵌物的EDS 分析

        從圖5 及表4 可看出,閘瓦鑲嵌物的成分主要是鐵,故進(jìn)一步對閘瓦中金屬的鐵元素進(jìn)行分析。

        圖5 金屬鑲嵌物能譜

        表4 金屬鑲嵌物表面元素分布

        2.2.2 閘瓦金屬單質(zhì)分離

        對Cosid 804 閘瓦進(jìn)行物理粉碎、淘洗分離、篩選及成分驗證,具體如下:

        (1)物理粉碎

        將閘瓦用銑刀慢速切割,粉碎成粉末。

        (2)淘洗分離

        將閘瓦粉料放入燒杯中,加水?dāng)嚢?,然后倒出上部液體。鐵的比重大,重復(fù)多次,分離出質(zhì)量較輕的組分并進(jìn)行烘干。

        (3)磁力篩選

        鐵單質(zhì)具有磁性,且閘瓦本身顯示出鐵磁性,故用強(qiáng)力磁鐵來吸附烘干的組分并不斷震蕩,倒掉無法吸附的組分,多次篩選后得到銀灰色短纖維。

        (4)成分驗證

        經(jīng)測試,篩選后物質(zhì)呈導(dǎo)電性,同時將物質(zhì)放入鹽酸中,可發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)與鹽酸能進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡。

        能導(dǎo)電物質(zhì)可是金屬或石墨等其他物質(zhì),常態(tài)下具有鐵磁性的物質(zhì)可是鐵合金/氧化物或鈷、鎳等,從EDS 能譜分析無鈷、鎳兩種元素,則推測物質(zhì)為鐵合金/氧化物。同時能與鹽酸反應(yīng)釋放氣體且具有磁性,則該物質(zhì)非弱酸鹽而是鐵單質(zhì)。

        從結(jié)合形態(tài)分析,Cosid 804 閘瓦中含有行業(yè)中常用的鋼棉纖維。根據(jù)原始粉末和最終分離出的鋼棉質(zhì)量,估算Cosid 804 閘瓦中鋼棉含量在15%左右。

        2.2.3 閘瓦硬度測試

        為確認(rèn)Cosid 804 閘瓦硬度情況,使用硬度計測試其洛氏硬度,因閘瓦硬度偏軟,無法測出該閘瓦本身HRR 硬度值。

        2.2.4 金相組織分析

        委托第三方根據(jù)《GB/T13298-2015 金屬顯微組織檢驗方法》對金屬鑲嵌物進(jìn)行檢驗,基體組織為索氏體,少量珠光體、鐵素體,未見馬氏體及貝氏體。

        2.3 問題原因

        通過對Cosid 804 閘瓦及金屬鑲嵌物的EDS 分析、閘瓦金屬單質(zhì)的來源分析以及閘瓦硬度測試,總結(jié)得出二號線A5 車閘瓦金屬鑲嵌問題的幾個可能原因:

        (1)Cosid 804 閘瓦含15%左右鋼棉,增加了鋼磨屑中金屬的含量,加劇金屬鑲嵌的形成。

        (2)Cosid 804 閘瓦硬度偏低,摩擦面的鋼磨屑容易被壓入摩擦面,無法及時排出,加劇閘瓦金屬鑲嵌的形成。

        (3)從金屬鑲嵌物的金相組織分析中未見高硬度的馬氏體、貝氏體,表面金屬鑲嵌階段仍處于條狀物,對車輪踏面暫無明顯影響。

        3 結(jié)語

        以上分析可以看出,Cosid 804(C132945/011)合成閘瓦材質(zhì)不良缺陷是A5 車閘瓦金屬鑲嵌問題的主要原因。為避免閘瓦金屬鑲嵌問題導(dǎo)致車輛制動性能失常及影響行車組織安全,在保證列車制動性能的前提下,選擇合適的合成閘瓦換型是直接有效的解決措施。

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