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        CR200J型動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置分析

        2024-12-28 00:00:00梁建全張麗麗王琳袁泉顏秀珍
        今日自動(dòng)化 2024年10期
        關(guān)鍵詞:閘片

        [關(guān)鍵詞]基礎(chǔ)制動(dòng)裝置;制動(dòng)夾鉗單元;制動(dòng)盤;閘片

        [中圖分類號]TP18 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487(2024)10–0138–03

        基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是動(dòng)車組制動(dòng)的重要組成部分,用于傳遞、放大制動(dòng)力,主要包括制動(dòng)盤、閘片和制動(dòng)夾鉗單元等[1],制動(dòng)夾鉗單元中的制動(dòng)缸將制動(dòng)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(dāng)?shù)谋稊?shù)后,均勻的壓力作用到各制動(dòng)閘片上,使閘片壓緊制動(dòng)盤,閘片和制動(dòng)盤摩擦,從而達(dá)到制動(dòng)的目的。

        CR200J型動(dòng)車組按車體斷面形式,分直車體和鼓形車體兩個(gè)階段,包括動(dòng)力車、控制車、拖車3種車型。動(dòng)力車制動(dòng)系統(tǒng)以既有和諧電力機(jī)車為基礎(chǔ),拖車制動(dòng)系統(tǒng)以25T型客車為基礎(chǔ),基礎(chǔ)制動(dòng)裝置均采用盤形制動(dòng)形式[2],其中動(dòng)力車采用輪盤制動(dòng),拖車采用軸盤制動(dòng)。文章針對CR200J型動(dòng)車組兩個(gè)階段的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行分析,由于拖車和控制車的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置相同,故下文所述拖車均包含控制車,不再單獨(dú)敘述。

        1基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式

        1.1制動(dòng)夾鉗單元

        制動(dòng)夾鉗單元是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),主要作用是利用杠桿原理將制動(dòng)力放大和傳遞,使壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為閘片與制動(dòng)盤之間的正壓力,通過制動(dòng)盤和閘片的摩擦力形成制動(dòng)力,從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能[3]。制動(dòng)夾鉗單元采用模塊化結(jié)構(gòu),主要由制動(dòng)缸、吊座、閘片托、杠桿、閘片托吊等部件組成。根據(jù)停放制動(dòng)功能的不同,可分為普通制動(dòng)夾鉗單元、手制動(dòng)夾鉗單元和停放制動(dòng)夾鉗單元3種形式。普通制動(dòng)夾鉗單元只具有空氣制動(dòng)功能,通過制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣推動(dòng)活塞桿伸出,再通過制動(dòng)杠桿的放大,使閘片壓在制動(dòng)盤上。手制動(dòng)夾鉗單元是在普通制動(dòng)夾鉗單元后增加了手制動(dòng)杠桿,通過手制動(dòng)鋼纜拉動(dòng)手制動(dòng)杠桿,再撥動(dòng)制動(dòng)缸活塞桿伸出。停放制動(dòng)夾鉗單元設(shè)有停放制動(dòng)缸,通過彈簧壓力作用在內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上,使制動(dòng)缸活塞桿伸出。

        CR200J型動(dòng)車組直車體和鼓形車體階段的動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置沒有變化,有普通制動(dòng)夾鉗單元和停放制動(dòng)夾鉗單元兩種形式,直車體階段的拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用普通制動(dòng)夾鉗單元和手制動(dòng)夾鉗單元兩種形式,鼓形車體階段的拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置將手制動(dòng)夾鉗單元改為停放制動(dòng)夾鉗單元。

        CR200J型動(dòng)車組制動(dòng)夾鉗單元采用3點(diǎn)吊掛方式,借助3點(diǎn)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(yùn)動(dòng)所需的靈活性。制動(dòng)夾鉗單元內(nèi)部安裝有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整器,當(dāng)閘片磨損時(shí),可以保證閘片和制動(dòng)盤的間隙穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。閘片間隙自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對閘片的更換。更換閘片時(shí)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(dòng)盤

        制動(dòng)盤和閘片形成一對摩擦副,在制動(dòng)時(shí),將列車巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能,并消散到大氣之中,因此要求制動(dòng)盤有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和良好的散熱性能。動(dòng)車組制動(dòng)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(dòng)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(diǎn),在25T型客車上有廣泛的應(yīng)用。鑄鋼制動(dòng)盤能夠大量吸收制動(dòng)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(shí)摩擦系數(shù)較均勻,在高速動(dòng)車組中應(yīng)用廣泛。鍛鋼制動(dòng)盤材料具有優(yōu)良的塑性、強(qiáng)度與韌性,在300km/h速度級的高速列車制動(dòng)服役過程中表現(xiàn)出了良好的綜合性能[4-5]。

        制動(dòng)盤按照安裝形式,可分為整體式制動(dòng)盤和分體式制動(dòng)盤;按照安裝位置,可分為輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤。CR200J型動(dòng)車組的制動(dòng)盤均為整體式,鑄鋼材料。

        動(dòng)力車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置(圖1),采用輪裝制動(dòng)盤,主要由兩個(gè)盤體、6個(gè)定位銷和18組緊固件等組成,盤體通過定位銷進(jìn)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(dòng)裝置(圖2),采用軸裝制動(dòng)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(fù)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(fù)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(dòng)車組中應(yīng)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(xué)性能和摩擦磨損性能。

        材料是影響粉末冶金閘片制動(dòng)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(yīng)用最多的是銅基材料。

        CR200J型動(dòng)車組均采用粉末冶金閘片,采用UIC標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)夾鉗單元的閘片托上,與制動(dòng)盤構(gòu)成摩擦副,通過制動(dòng)夾鉗單元作用,閘片摩擦材料與制動(dòng)盤接觸,通過摩擦作用,轉(zhuǎn)移動(dòng)車組動(dòng)能。閘片上下對稱,分成兩半,便于在閘片與制動(dòng)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?xí)r產(chǎn)生的閘片碎屑及消散熱量。

        2基礎(chǔ)制動(dòng)裝置熱容量分析

        CR200J型動(dòng)車組站間距更短,制動(dòng)更頻繁,對制動(dòng)能力提出了更高的要求。為驗(yàn)證基礎(chǔ)制動(dòng)裝置能否滿足運(yùn)營要求,需對基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行熱容量分析。

        2.1動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

        動(dòng)力車沿用原和諧電力機(jī)車的基礎(chǔ)制動(dòng)形式,運(yùn)行良好,文獻(xiàn)[6]指出,動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置滿足動(dòng)力車在200km/h速度等級時(shí)的制動(dòng)要求。

        2.2拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

        CR200J型動(dòng)車組拖車以25T型客車為基礎(chǔ),并對基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化升級。25T型客車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置摩擦副采用鑄鐵制動(dòng)盤(灰鐵或蠕鐵)和合成閘片,隨著運(yùn)營里程的增加及運(yùn)營工況的改變,在站間距較短或制動(dòng)頻繁的線路上,在25T型客車上,出現(xiàn)了制動(dòng)盤熱裂紋現(xiàn)象。

        CR200J型動(dòng)車組相比25T型客車制動(dòng)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(shí)得到制動(dòng)盤溫度和應(yīng)力在制動(dòng)過程中隨時(shí)間的變化規(guī)律,考核制動(dòng)盤是否滿足溫度和應(yīng)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(dòng)為計(jì)算工況,采用熱–機(jī)械耦合方法來計(jì)算制動(dòng)盤的熱負(fù)荷。計(jì)算中采用4節(jié)點(diǎn)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(yùn)行過程中制動(dòng)盤與空氣的熱交換;約束的施加與實(shí)際的約束情況相同。

        拖車軸裝制動(dòng)盤溫度隨時(shí)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(dòng),第1次制動(dòng)過程中,盤體最高溫度為249℃,第2次制動(dòng)過程中,盤體最高溫度為345℃。熱容量均能滿足時(shí)速160km動(dòng)力集中動(dòng)車組的運(yùn)用要求,并有較大安全余量。

        3結(jié)束語

        文章介紹了CR200J型動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),即CR200J型動(dòng)車組采用3點(diǎn)吊裝的制動(dòng)夾鉗單元,動(dòng)力車每軸采用兩套輪裝制動(dòng)盤,拖車采用兩套軸裝制動(dòng)盤,均配置了粉末冶金閘片。通過實(shí)際運(yùn)營效果來看,基礎(chǔ)制動(dòng)裝置運(yùn)營良好,未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤熱裂紋等故障。

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