[關(guān)鍵詞]基礎(chǔ)制動裝置;制動夾鉗單元;制動盤;閘片
[中圖分類號]TP18 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487(2024)10–0138–03
基礎(chǔ)制動裝置是動車組制動的重要組成部分,用于傳遞、放大制動力,主要包括制動盤、閘片和制動夾鉗單元等[1],制動夾鉗單元中的制動缸將制動管路壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)化為活塞推力,經(jīng)過夾鉗臂的杠桿作用放大適當?shù)谋稊?shù)后,均勻的壓力作用到各制動閘片上,使閘片壓緊制動盤,閘片和制動盤摩擦,從而達到制動的目的。
CR200J型動車組按車體斷面形式,分直車體和鼓形車體兩個階段,包括動力車、控制車、拖車3種車型。動力車制動系統(tǒng)以既有和諧電力機車為基礎(chǔ),拖車制動系統(tǒng)以25T型客車為基礎(chǔ),基礎(chǔ)制動裝置均采用盤形制動形式[2],其中動力車采用輪盤制動,拖車采用軸盤制動。文章針對CR200J型動車組兩個階段的基礎(chǔ)制動裝置進行分析,由于拖車和控制車的基礎(chǔ)制動裝置相同,故下文所述拖車均包含控制車,不再單獨敘述。
1基礎(chǔ)制動裝置的結(jié)構(gòu)形式
1.1制動夾鉗單元
制動夾鉗單元是制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu),主要作用是利用杠桿原理將制動力放大和傳遞,使壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為閘片與制動盤之間的正壓力,通過制動盤和閘片的摩擦力形成制動力,從而實現(xiàn)制動功能[3]。制動夾鉗單元采用模塊化結(jié)構(gòu),主要由制動缸、吊座、閘片托、杠桿、閘片托吊等部件組成。根據(jù)停放制動功能的不同,可分為普通制動夾鉗單元、手制動夾鉗單元和停放制動夾鉗單元3種形式。普通制動夾鉗單元只具有空氣制動功能,通過制動缸內(nèi)的壓縮空氣推動活塞桿伸出,再通過制動杠桿的放大,使閘片壓在制動盤上。手制動夾鉗單元是在普通制動夾鉗單元后增加了手制動杠桿,通過手制動鋼纜拉動手制動杠桿,再撥動制動缸活塞桿伸出。停放制動夾鉗單元設有停放制動缸,通過彈簧壓力作用在內(nèi)部傳動機構(gòu)上,使制動缸活塞桿伸出。
CR200J型動車組直車體和鼓形車體階段的動力車基礎(chǔ)制動裝置沒有變化,有普通制動夾鉗單元和停放制動夾鉗單元兩種形式,直車體階段的拖車基礎(chǔ)制動裝置采用普通制動夾鉗單元和手制動夾鉗單元兩種形式,鼓形車體階段的拖車基礎(chǔ)制動裝置將手制動夾鉗單元改為停放制動夾鉗單元。
CR200J型動車組制動夾鉗單元采用3點吊掛方式,借助3點支承固定在車輛的轉(zhuǎn)向架上,通過關(guān)節(jié)軸承與構(gòu)架相連,能保證運動所需的靈活性。制動夾鉗單元內(nèi)部安裝有閘片間隙自動調(diào)整器,當閘片磨損時,可以保證閘片和制動盤的間隙穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。閘片間隙自動調(diào)整器還有足夠的調(diào)整量,可以在不拆卸其他部件的情況下,實現(xiàn)對閘片的更換。更換閘片時無需特殊的工具,通過常用工具就可快速、簡便地更換部件。
1.2制動盤
制動盤和閘片形成一對摩擦副,在制動時,將列車巨大的動能轉(zhuǎn)化為熱能,并消散到大氣之中,因此要求制動盤有較好的結(jié)構(gòu)強度和良好的散熱性能。動車組制動盤的常用材料為鐵系金屬材料,主要有鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼。鑄鐵制動盤具有摩擦性能好、耐磨、耐熱、抗熱裂、抗變形及可鑄性好等優(yōu)點,在25T型客車上有廣泛的應用。鑄鋼制動盤能夠大量吸收制動產(chǎn)生的熱量,具有較高的抗熱裂性,溫度穩(wěn)定性較高,熱裂紋傾向小,對潮濕環(huán)境的敏感性較低,髙溫時摩擦系數(shù)較均勻,在高速動車組中應用廣泛。鍛鋼制動盤材料具有優(yōu)良的塑性、強度與韌性,在300km/h速度級的高速列車制動服役過程中表現(xiàn)出了良好的綜合性能[4-5]。
制動盤按照安裝形式,可分為整體式制動盤和分體式制動盤;按照安裝位置,可分為輪裝制動盤和軸裝制動盤。CR200J型動車組的制動盤均為整體式,鑄鋼材料。
動力車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動裝置(圖1),采用輪裝制動盤,主要由兩個盤體、6個定位銷和18組緊固件等組成,盤體通過定位銷進行定位,通過緊固件安裝于車輪輻板兩側(cè)。
拖車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動裝置(圖2),采用軸裝制動盤,主要由盤體、盤轂、壓環(huán)和緊固件等組成,盤轂壓裝在車軸上,盤體通過壓環(huán)和緊固件固定在盤轂上。
1.3閘片
目前,主要的閘片材料有鑄鐵、復合材料和粉末冶金材料。鑄鐵閘片適用于100km/h左右的列車,復合材料適用于160km/h左右的列車,粉末冶金閘片摩擦性能穩(wěn)定,在高速動車組中應用廣泛。
粉末冶金閘片是以一種金屬或合金為主要成分,加入起摩擦、減磨或某些特殊作用的其他金屬、非金屬成分,具有明顯的金屬性、優(yōu)越的物理力學性能和摩擦磨損性能。
材料是影響粉末冶金閘片制動性能最核心的因素,目前粉末冶金閘片材料的研究方向主要有3種:鐵基、銅基和銅鐵基材料,應用最多的是銅基材料。
CR200J型動車組均采用粉末冶金閘片,采用UIC標準的燕尾接口形式,由鋼背、彈性元件、卡簧及摩擦塊等零件組成,閘片結(jié)構(gòu)如圖3所示。閘片安裝在制動夾鉗單元的閘片托上,與制動盤構(gòu)成摩擦副,通過制動夾鉗單元作用,閘片摩擦材料與制動盤接觸,通過摩擦作用,轉(zhuǎn)移動車組動能。閘片上下對稱,分成兩半,便于在閘片與制動盤空間很小的情況下拆卸閘片。閘片摩擦塊之間存在間隙,可增加摩擦面的貼合性,也便于排除摩擦時產(chǎn)生的閘片碎屑及消散熱量。
2基礎(chǔ)制動裝置熱容量分析
CR200J型動車組站間距更短,制動更頻繁,對制動能力提出了更高的要求。為驗證基礎(chǔ)制動裝置能否滿足運營要求,需對基礎(chǔ)制動裝置進行熱容量分析。
2.1動力車基礎(chǔ)制動裝置
動力車沿用原和諧電力機車的基礎(chǔ)制動形式,運行良好,文獻[6]指出,動力車基礎(chǔ)制動裝置滿足動力車在200km/h速度等級時的制動要求。
2.2拖車基礎(chǔ)制動裝置
CR200J型動車組拖車以25T型客車為基礎(chǔ),并對基礎(chǔ)制動裝置進行了優(yōu)化升級。25T型客車基礎(chǔ)制動裝置摩擦副采用鑄鐵制動盤(灰鐵或蠕鐵)和合成閘片,隨著運營里程的增加及運營工況的改變,在站間距較短或制動頻繁的線路上,在25T型客車上,出現(xiàn)了制動盤熱裂紋現(xiàn)象。
CR200J型動車組相比25T型客車制動更加頻繁,因此采用了每軸兩套鑄鋼盤和粉末冶金閘片。為了能同時得到制動盤溫度和應力在制動過程中隨時間的變化規(guī)律,考核制動盤是否滿足溫度和應力的要求,考核其材料是否滿足使用要求,取初速度160km/h連續(xù)施加兩次緊急制動為計算工況,采用熱–機械耦合方法來計算制動盤的熱負荷。計算中采用4節(jié)點熱耦合四面體單元。摩擦產(chǎn)生的熱量以熱流密度的形式施加于摩擦面上,且考慮車輛運行過程中制動盤與空氣的熱交換;約束的施加與實際的約束情況相同。
拖車軸裝制動盤溫度隨時間變化的曲線如圖4所示,從圖4中可以看出,連續(xù)施加兩次緊急制動,第1次制動過程中,盤體最高溫度為249℃,第2次制動過程中,盤體最高溫度為345℃。熱容量均能滿足時速160km動力集中動車組的運用要求,并有較大安全余量。
3結(jié)束語
文章介紹了CR200J型動車組基礎(chǔ)制動裝置的結(jié)構(gòu)特點,即CR200J型動車組采用3點吊裝的制動夾鉗單元,動力車每軸采用兩套輪裝制動盤,拖車采用兩套軸裝制動盤,均配置了粉末冶金閘片。通過實際運營效果來看,基礎(chǔ)制動裝置運營良好,未發(fā)現(xiàn)制動盤熱裂紋等故障。