地铁制动闸片异常磨耗原因分析及解决措施

刘永科

摘 要：本文对国内某线地铁闸片异常磨耗进行调查分析，结合车辆制动特点，从车辆自身以及车辆与供电系统配合的角度探讨造成车辆制动闸片异常磨耗的根源所在，并提出相应的解决对策，经过实践验证，改善效果明显，对延长闸片的使用周期，降低维修成本具有十分重要的意义。

关键词：闸片;异常磨耗;根源;解决对策

0 前言

地铁列车制动分为电制动和空气制动，由于电制动节能环保且没有机械磨耗，一直被优先使用，在电制动不足的情况下才通过空气制动进行补充。空气制动的执行部分—基础制动又分为踏面制动和盘形制动，由于受到热容量限制，对于最高运营速度不低于100公里/小时的地铁列车主要配置盘形制动，闸片作为盘形制动的消耗材料，价格也较为昂贵，如果闸片使用寿命过短，势必增加列车运营成本。

1 项目背景及问题提出

某新线地铁车辆采用8辆编组，6辆动车加上2辆拖车，最高运营速度为100公里/小时，交流1500伏受电弓受流，基础制动装置采用轮盘制动。闸片全部厚度为24mm，可磨耗厚度为19mm。电制动的形式采用再生制动，即将车辆动能转化为电能反馈到供电电网。

列車制动采用电制动与空气制动实时协调配合，电制动优先，空气制动延时投入的混合制动方式，同时从更换闸片方便性角度上考虑，采用了全列车等磨耗的空气制动力管理方式，此方式主要有如下优点：

可以将摩擦制动平均分配给每一轴的制动夹钳，避免不均匀施加，提高整列车整体的热复合性能;

在某车故障情况下，全列车范围内其余可用车仍然可以平均分担故障车损失的制动力，避免制动力的损失;

等磨耗分配原则相较原先的分配方法可以减小TC车的磨耗，延长整车的检修和制动盘更换周期。

为了保证电制动利用率最大化，从而最大限度减少空气制动的投入，在车辆设计之初就将节能环保，降低运营成本作为重要研究方向，使其电制动发挥到极限，其能力可以达到：

AW0 最大常用制动（电空混合）工况：总制动力336KN，电制动可发挥的最大能力：336KN。空气制动需要补充的制动力为0。

AW2 最大常用制动（电空混合）工况：总制动力460KN，电制动可发挥的最大能力：370KN。空气制动需要补充的制动力仅为90 KN。

AW3 最大常用制动（电空混合）工况：总制动力496KN，电制动可发挥的最大能力：370KN。空气制动需要补充的制动力为仅126 KN，制动缸压力仅需要0.5bar。

车辆实际运营期间，均采用ATO自动驾驶，使用最大常用制动几率很小，也就意味着空气制动投入将更少。根据用户反馈，在闸片寿命期间车辆仅能走行13万公里，时间约为1年，而全部更换一次闸片的费用约1000多万，用户对此无法接受。

2 原因分析

按照理论推算，空气制动需要投入很小，就可以满足车辆制动性能要求。

为了找出问题的原因，首先对闸片的耐磨性再次确认，并将其排出。通过车辆自身的数据记录仪，随机下载第29组和33组车在某段时间的运行数据，并对数据分析发现，车辆普遍存在车辆高速区段，电制动不能完全投入的异常现象，并具有以下特点：

电制动退出时车辆运行速度较高，基本都是大于65甚至达到90以上，也就意味着空气制动需要投入较长时间，加快了闸片的磨耗;

每次电制动异常退出的车辆数量从1到6辆车不等，退出的时间在车辆运营高峰和平常时段均有发生;

电制动退出的现象十分频繁，以第29组车为例，此列车在21：52到次日10：14区间，共运营41站，其中发生不同程度的电制动异常退出现象共计19起，占该车整体运行情况的46.3%）。

在所有电制动异常退出的瞬间，网压值均在1760-1780伏之间，考虑网络采集电压与逆变器真实电感电压的误差，实际电制动退出值在1800伏左右，而正是由于在此网压数值下，地面吸收电阻仍然没有动作，最终触发逆变器内部保护进而切除电制动，导致空气制动过多的投入。

在对磨耗到限的闸片进行测量时，又发现约有15%的闸片存在左右偏磨现象，即闸片左右两侧磨耗的厚度差超过5mm，导致闸片一侧达到磨耗极限，整个闸片不得不被替换。经过分析，造成偏磨原因为固定闸片的制动夹钳的安装臂在生产过程中发生部分批量安装角度倾斜，造成闸片左右两侧不能平行与制动盘接触，进而产生偏磨现象。

3 解决措施及改善效果验证

针对于电制动异常退出的问题，通过优化地面网压的吸收装置设定值，使其在触发车辆逆变器内部保护前动作，同时保证其在网压正常波动范围内不能启动。

对于闸片偏磨的问题，通过在生产过程中增加夹钳臂安装角度质量控制项点改善，对现有车辆通过调整夹钳臂安装角度来彻底解决。

通过实施以上两项改进方案，闸片平均磨耗量减少到0.5mm/万公里，每副闸片可以使用约38万公里，改善效果极为显著，获得用户的认可。

4 结束语

闸片的磨耗涉及众多因素，不仅与闸片的耐磨性、空气制动运用情况、制动力的分配管理、电制动潜在能力等车辆自身的因素有关，还与地面吸收装置运用情况、电制动实际发挥水平、站间距、车辆实际载荷载运状态、信号系统的控车方式等因素息息相关，因此要想使闸片的磨耗达到满意的效果，还需要在各个设计环节进行控制，深入和全面地系统考虑。

参考文献：

[1]巫红波.广州地铁4号线车辆制动盘异常磨耗调查分析及解决对策[J].铁道机车车辆，2013（10）：90.

[2]克诺尔.制动计算报告[M].制动计算报告，2013（08）：1.