CRH380BL动车组制动盘分析

2014-12-10陈澍军刘政梁建全

中国科技纵横 2014年12期

关键词：闸片动车组裂纹

陈澍军刘政梁建全

(唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心,河北唐山 063035)

CRH380BL动车组制动盘分析

陈澍军1刘政梁建全

(唐山轨道客车有限责任公司产品研发中心,河北唐山 063035)

制动盘是基础制动装置的重要部件,通过对CRH380BL动车组制动盘的分析,阐述了其结构特点、热负荷能力以及相关的检查与维护工作。

CRH380BL 动车组制动盘热负荷

1 引言

高速动车组均再生制动和空气制动复合的制动形式,并且在常用制动时优先使用再生制动。由于高速动车组制动时能量巨大,因此空气制动的基础制动采用盘形制动形式。制动盘是基础制动装置的重要组成部件,其主要功能是将列车制动时的动能通过摩擦转换为热能,并消耗于大气中。在紧急情况或再生制动失效时,空气摩擦制动必须保证动车组安全可靠的在规定的制动距离内停车,并在停车制动过程中,基础制动摩擦副功能正常。因此盘形制动是高速动车组的最基本的基础制动方式,制动盘的性能稳定、安全可靠至关重要。

CRH380BL动车组为16辆编组,采用8动8拖的编制形式,基础制动装置采用内冷式盘形制动,在动力轴上设两个轮装制动盘,在非动力轴上设三个轴装制动盘。轮装制动盘和轴装制动盘都采用特殊的铸钢制动盘,制动盘的结构应满足自然冷却的要求,能够快速的将制动所产生的热量散发出去,甚至在制动初速度为380km/h也能够保证接触和承受负荷均匀,性能稳定。

2 结构和性能

CRH380BL动车组采用通风式制动盘,设有通风散热结构,制动盘由特种铸钢材料制成,分为轮装制动盘和轴装制动盘两种。

图1 轮装制动盘纯空气紧急制动试验

图2 轴装制动盘纯空气紧急制动试验

(1)轮装制动盘。轮装制动盘由两个盘体(摩擦片)、紧固件及附属件等组成,盘体由一个具有相应厚度的摩擦环和散热筋片组成。两个盘体通过紧固螺栓和定心槽进行紧固和对中。定心槽安装在摩擦面的背面,用于使摩擦片与轮轴对中,并保证其在受热而膨胀时也能对中。

散热筋除了散热外,在盘体与车轮之间还起着支撑的作用。盘体的厚度以及散热筋片的数量和几何形状的设计,需要考虑以下两方面:制动时摩擦环对温度变化的影响尽可能小,受热均匀、散热迅速;满足车辆轻量化的要求,总重量尽可能小。轮装制动盘在制动时由于与闸片摩擦而发热,通过车轮转动时引起的气流可以使其冷却。空气从制动盘与车轮辐板之间流过,通过径向排布的散热筋片将热量排走。

(2)轴装制动盘。轴装制动盘由带浇铸散热筋片的盘体、盘毂、紧固件及附属件等组成。摩擦片厚度和散热筋片大小的设计使得在制动时不会出现过热现象。在设计摩擦片的同时,还考虑了最小整体重量的因素。横置的散热筋片将热量导出,并同时保证摩擦带上热量均衡。

与径向叶片式散热筋片相比,制动盘体散热通道中的横置圆形散热筋片所需的空气流量较少,同时热交换性能也更好,也就是说,流入空气和流出空气的温差更大。

(3)制动盘热负荷性能分析。制动盘的热负荷能力是考核制动盘性能的重要指标,决定了制动盘性能的优劣。制动时制动盘承受高温载荷,制动功率达到极限,会出现热裂纹,闸片的磨损也会大大加剧。制动盘和闸片所承受的制动热负荷的大小取决于列车的轴重和制动初速。就停车制动而言,不论列车实施紧急制动还是常用制动,制动功是相同的。但由于制动时间不同,制动盘和闸片的磨耗量和温升是不同的。因此,制动功并不能全面反映制动负荷的强度。但是制动功的累计影响着闸片和制动盘的磨耗及制动盘表面剥离或裂纹扩展,即影响着制动盘和闸片寿命。闸片和制动盘磨耗的快慢,制动盘形成裂纹与裂纹扩展的速度都与闸片和制动盘的温升有关[1]。

CRH380BL动车组设计时速380km/h,由于能量和速度的平方成正比,当动车组以如此高的初速度制动时,制动的能量是相当大的,高速阶段使用空气制动不仅制动盘的热负荷大幅提高,而且也将加大制动盘和闸片的磨耗。为此CRH380BL动车组采用了分阶段制动的形式,其中动车制动缸压力的转折点为200km/h,拖车制动缸压力的转折点为300km/h,高速段制动缸采用低压力,低速段制动缸采用高压力。为验证制动盘是否满足动车设计时速的制动要求,对CRH380BL动车组的轮装制动盘和轴装制动盘分别进行了1:1制动动力试验。

制动盘1∶1制动动力试验按照动车组制动系统技术条件以及UIC 541-3等标准执行[2],试验内容包括磨合制动、模拟紧急制动(两次连续纯空气紧急制动)、模拟常用制动(包括切除单车制动和模拟线路制动)、坡道制动、停放制动、干燥和潮湿工况下停车制动,以及

可靠性及疲劳试验等。图1和图2为轮装制动盘和轴装制动盘在1:1制动动力台架上进行两次纯空气紧急制动时的试验结果。

试验结果显示∶在两次纯空气紧急制动时,轮装制动盘的最高温度为583.7℃,轴装制动盘的最高温度为621.0℃,均在制动盘温度允许范围内。此外在整个制动盘1∶1制动动力试验过程中,制动盘表现出了∶良好的机械性能,摩擦系数稳定,受热均匀,制动盘表面未出现异常磨耗,也未发生紧固件松动等失效现象;良好的耐热疲劳性能,制动盘表面未产生热裂纹;良好的散热性能,制动盘摩擦面最高温度值始终没有超过制动盘所允许的最高极限值,有利于提高制动盘的使用寿命。因此CRH380BL动车组的制动盘符合高速列车对制动盘的要求。