新一代高速动车组基础制动系统研究

史鹏　司丽　方培嫘　魏润龙

摘要：基础制动系统是动车组制动系统的重要组成部分。文章通过对新一代高速动车组基础制动系统的分析，阐述了其结构特点、功能机理以及相关的检查与维护工作。

关键词：高速动车组；基础制动系统；夹钳单元；制动盘；闸片 文献标识码：A

中图分类号：U279 文章编号：1009-2374（2015）17-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.008

1 概述

基础制动系统是制动系统的重要组成部分，为使铁道车辆安全运营，可靠性高的制动装置是必不可少的。高速列车的制动系统与普通列车制动系统一样，必须满足安全可靠的基本要求，尽管高速列车的动力制动发挥着越来越大的作用力，但各国铁路仍然规定，当动力制动失效时，机械制动必须保证高速列车能在规定的制动距离内停车，以确保行车安全。

新一代高速动车组是我国在引进消化吸收的国外动车组核心技术的基础上，研制的具有完全自主知识产权的高速动车组。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，能够快速地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。空气紧急制动的摩擦系数满足制动距离的设计要求，制动夹钳单元具有闸片间隙自动调整功能，闸片的结构能保证与制动盘表面均匀接触。

2 部件结构及功能

新一代高速动车组的基础制动系统主要由制动盘、制动夹钳单元（包括制动缸、制动杠杆、闸片托等）以及制动管路等组成。

2.1 制动盘

制动盘是基础制动装置的重要组件，制动盘的主要功能是将动能通过摩擦转换为热能，并消耗于大气中。新一代高速动车组的制动盘分为轮装制动盘和轴装制动盘两种。

2.1.1 轮装制动盘。轮装制动盘由两个盘体（摩擦片）组成，这种摩擦片由一个具有相应厚度的摩擦环和散热肋片组成。散热肋片除了散热外，还在摩擦片与车轮之间起着支撑的作用。

轮装制动盘在制动时由于与制动闸片摩擦而发热，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隔片之间流过，通过径向排布的散热肋片将热量排走。

2.1.2 轴装制动盘。轴装制动盘由带浇铸散热肋片的摩擦片和轮毂组成。摩擦片厚度和散热肋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。横置的散热肋片将热量导出，并同时保证摩擦带上热量均衡。

与传统的径向叶片式散热肋片相比，摩擦环散热通道中的横置圆形散热肋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。

2.1.3 制动盘热负荷要求。作为最可靠的制动手段，盘形制动是高速列车最基本的基础制动方式，其制动能力的发挥主要取决于制动盘和闸片承受制动热负荷的能力。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。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。经过模拟计算以及线路型式试验验证，新一代高速动车组的制动盘表现出了以下优点：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。因此新一代高速动车组的制动盘符合高速列车对制动盘的要求。

2.2 制动夹钳单元

制动夹钳单元是制动系统的执行部件，通过与制动盘产生的摩擦力实现制动。新一代高速动车组共有4种夹钳单元，即：动力轴有两种夹钳单元（二者除进气口位置不同，其余均相同），非动力轴有一种不带停放制动的夹钳单元和一种带停放制动的夹钳单元。

制动夹钳单元的结构和功能，主要考虑了以下设计理念：（1）不同磨耗下上闸时间一致——间隙调整装置；（2）车辆需要长期停放——停放制动；（3）车辆无风压——手缓解装置；（4）闸片快速更换——丝杠复位机构。

制动夹钳单元的主要组成部件有制动缸、制动杠杆和闸片托，制动夹钳单元借助三点支承固定在车辆的转向架上。

制动时，制动缸充风，将制动闸片托连同制动闸片压在制动盘上，由此形成制动力。缓解时，制动缸排风，制动缸中的复位弹簧驱使制动夹钳杠杆进入缓解

位置。

间隙调整装置通过离合器的切换配合充分发挥了丝杠的特点，即：离合器闭合时候传递力，打开时候传递运动。通过丝杠直线运动和螺母旋转的相互转化进行间隙调整。

制动缸的单动间隙调节器在工作时不受因制动力而异的制动杆弹性延伸量的影响。在制动过程中，间隙调节器可快速自动地修正通过磨损而增大的制动盘和闸片之间的间隙。这样在整个调节范围内，制动盘和闸片的间隙不会扩大，使得在制动缓解时，正常运行所必需的间隙几乎保持恒定。

2.3 停放制动夹钳单元

停放制动夹钳单元与不带停放的制动夹钳单元的显著区别就是停放制动夹钳单元有一个弹簧储能缸，在执行停放制动时，弹簧储能器排风，闸瓦借储能弹簧的力压在制动盘上。弹簧储能器充风（制动缓解压力），停放制动器缓解。储能弹簧张紧时，制动杆被推入缓解

位置。

如果没有缓解压力，则可以借助机械紧急缓解装置手动将弹簧储能制动器缓解。手动缓解后，将丧失停放功能，除非再次充入总风压力。

2.4 闸片

闸片摩擦块的形状、数量和排列方式的设计宗旨是确保制动盘温度分布均匀。

新一代高速动车组的闸片由多个摩擦块构成，这些摩擦块通过静态的力分布使制动盘上的表面压力达到均衡，故称为ISOBAR闸片。

ISOBAR闸片相对于标准烧结材料制动闸片来说，表面承压加以改善，可减小制动盘出现裂纹的情况。以此使得盘式制动器的能量和功效显著提高。ISOBAR闸片可以减少制动盘和螺栓25%的负荷。

3 检查与维护

制动盘主要从紧固件、散热筋、裂纹、磨耗等方面进行检查与维护，如：（1）检查散热肋片是否脏污，必要时可用压缩空气清除；（2）查看螺母松动标志，如果出现松动现象，必须认真检查，同时用扭矩扳手给予紧固，并做库检纪录存档。检查螺母是否有裂纹，若有，必须进行更换；（3）若有裂纹，根据制动盘裂纹分类对制动盘提出不同的检修要求；（4）根据制动盘磨耗情况对制动盘提出不同的检修要求；（5）其他检查还包括热斑、沟槽划痕等。

对于夹钳单元，主要是检查排风口是否畅通以及可运动部件的功能等。对闸片要重点检查其磨耗情况，是否偏磨、裂纹；检查闸片与制动盘的间隙，要在最小间隙处测量；检查闸片卡簧磨损情况，是否有断裂、脱落。如果闸片的缺陷无法修复，则需更换闸片。

4 结语

本文介绍了新一代高速动车组基础制动系统的结构和功能，分析了制动盘的结构和热负荷状况，不带停放制动夹钳单元和带停放制动夹钳单元的工作机理，介绍了新一代高速动车组闸片的特点以及基础制动装置的相关检查与维护工作，对了解新一代高速动车组基础制动原理与维护具有重要意义。

参考文献

[1] 李和平，林祜亭.高速列车基础制动系统的设计研究[J].中国铁道科学，2003，24（2）.

作者简介：史鹏（1981-），男，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：轨道车辆的检修维护。

（责任编辑：周 琼）