动车组制动盘不规则磨耗原因分析及建议

陈伟果， 倪平涛

(中车广东轨道交通车辆有限公司， 广东江门 529000)

2017年6月配属某动车所(下文称动车所1)的动车组在库检时发现制动盘摩擦面存在异常磨耗情况。经普查发现，动车所最先配备的4组动车组的轮装制动盘摩擦面均存在异常磨耗现象，如图1所示，而轴装制动盘均无该异常磨耗现象，如图2所示。

图1 轮装制动盘摩擦面异常磨耗图

图2 轴装制动盘摩擦面情况图

为保障列车安全运行，制动盘摩擦面偏磨量大于1.0 mm时，须对其进行旋削处理，以保证其摩擦面的平整度及制动盘结构的可靠性。制动盘偏磨值指制动盘面最高磨耗面与最低磨耗面轴向尺寸的差值。现各动车运用所均无制动盘摩擦面不落轮旋设备，若须对制动盘摩擦面进行旋削处理，则须将对应轮对由动车组上拆卸下来返回主机厂或动车段检修基地。由于该型动车组采用的是整体式轴箱体，须将转向架由车辆中分离出来后方能将轮对从转向架中分离出来，导致制动盘摩擦面旋削而进行的拆解及恢复工作量较大，严重影响了运营单位对动车组的正常维护工作，也大大增加了运营维护成本。

1 现场调查情况

1.1 制动盘磨耗调查

2017年7月经现场察看，发现轴装制动盘磨耗规则，盘面光滑，而大部分轮装制动盘摩擦面均存在异常磨耗，盘面出现明显的波纹状凹凸，轮装制动盘及轴装制动盘摩擦面均无蓝斑及龟裂等现象，可判定动车组无异常制动而导致制动盘灼伤现象。

用专用电子测量仪器对该4组动车组制动盘偏磨量进行测量，偏磨较为严重的共计有3处，其偏磨量大于1 mm，按标准须进行旋盘处理，如图3所示，处于0.8～1 mm的则有5处，偏磨量大于0.8 mm的车组及制动盘分布位置统计如下表1所示。

表1 动车所1动车组制动盘偏磨表

图3 动车所1偏磨量较大的轮盘

对另一动车所(下文称动车所2)同时配备的4组该型号动车组的制动盘进行测量，发现其制动盘摩擦面磨耗较为均衡，盘面相对平整光滑，无明显凹凸状，仅在制动盘内侧有一较小的缺磨环，其轮装制动盘及轴装制动盘整体偏磨量均小于0.5 mm(如图4所示)，满足列车运营维护标准。

动车所1及动车所2均于2016年4月初开通，两动车所同时各配备4组200 km/h动车组。

图4 动车所2偏磨量较大的轮盘

1.2 闸片磨耗调查

对动车所1内磨耗到限拆卸更换现存的66块制动闸片进行逐一查看，发现闸片表面磨耗形式有2种：一种是闸片整体磨耗较为均衡；另一种是闸片中间磨耗相对较多，呈中间低两边略高，分别如图5、图6所示。

图5 磨耗相对均衡

闸片剩余磨耗值为运用检修项点，磨耗到限后会对其进行更换，存放于库中，累积至一定数量后，将其返厂更新摩擦块，故暂无法对闸片磨耗情况作一个系统统计。

图6 中间低两边略高

2 原因分析

2.1 制动盘和闸片的批次

经查证确认，该8组动车组所用的制动盘及制动闸片均为同一批次。根据两动车所制动盘磨耗情况，可确定制动盘的不规则磨耗与产品批次无关。另外，更高速度等级的动车组也有使用该型号的制动盘及闸片，经调查确认，其从未出现制动盘偏磨量大于0.8 mm的情况。这进一步说明了该次制动盘不规则磨耗与产品本身性能没有关联性。

2.2 制动控制情况

该型动车组正常运营情况下由列车自动驾驶系统ATO控制，列车的运营速度及制动情况等均由ATO系统决定。两动车所的动车组信号系统的安装情况如表2所示。

表2 各动车组所安装的信号系统表

动车所1的4组动车组均发生轮装制动盘偏磨较重，其3组动车组安装B公司信号系统，1组动车组安装A公司信号系统。而动车所2的4组动车组制动盘偏磨均较为轻微，其2组动车组安装B公司信号系统。由此可判定制动盘的偏磨与动车组所安装的信号系统无关。

2.3 结构原因分析

轴装制动盘为整体形式，制动盘通过螺栓紧固于盘毂上，轴盘表面为一完整平面，如图7所示。正是由于这个完整平面，致使轴盘不易出现偏磨。

图7 轴装制动盘

轮装制动盘为内外2块形式，通过螺栓将2块紧固于车轮辐板上，轮盘表面中间均布12个φ28 mm的圆柱孔，端部均有倒角，如图8所示。

图8 轮盘结构图

制动盘中心上的12个φ28 mm的圆柱孔容易积聚粉尘及碎石，在列车高速运行时，圆孔处产生的回旋风会将个别碎石扫出来。若正好此时夹钳动作，则会使制动盘产生初步擦伤。

制动闸片采用浮动式摩擦块结构，每个闸片上分布18块摩擦块，见图9。摩擦块之间存在间隙，容易使碎石等异物夹杂在摩擦块缝隙间，从而对制动盘造成初步划伤。制动闸片中间6块摩擦块正好对准轮盘上的12个φ28 mm的倒角孔，当摩擦块被磨耗后的厚度小于一定值后，其刚性不足，制动时经过φ28 mm倒角孔时，由于中心处夹紧力的作用，形成中间变形大，两端变形小，当经过孔边缘时，易被边缘“切削”，造成闸片中间磨耗大。由于作用力与反作用力的关系，造成闸片和轮盘在这12个孔附近均易磨耗较大。这也可能是新闸片不易出现偏磨、并且可使偏磨减小的原因。

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图9 闸片结构图

2.4 载客量原因分析

根据随车机械师和添乘人员反映，发现动车所1配备的4列动车组运营时载客较少，一般情况下每节车厢乘客仅为5～8人，即使是周末也只有10人左右。而动车所2配备的动车组运营时载客量相对较大，尤其是周末车厢可达满载。

随着载客量的变化，由于一系钢弹簧的作用，构架会相对轮对发生升降，如图10所示，具体升降变化量如表3所示。制动夹钳通过4个M24的螺栓紧固于构架上，闸片则锁紧于夹钳的闸片托上，故闸片相对制动盘的升降量与构架相对轮对的升降量一致。

图10 闸片与制动盘位置示意图

表3 构架相对轮对的升降量

其中WA0为空车质量，WA1为额定载客时质量，WA2为超员载客质量；

H1为额定载客时相对空车时构架下降量，H2为超员载客时相对空车时构架下降量；

H1、H2的计算公式为：

由于车辆长期载客量较少，致使其长期处于接近空载的整备质量下运营，从而使制动闸片相对制动盘的位置相对较为固定。当闸片与制动盘发生初始偏磨后，其无法通过载客量的变化使闸片相对制动盘的位置发生变化，来消除初始偏磨。

由于车辆长期没有达到额定载荷和二系空气弹簧及其他悬挂部件等的非线性作用，致使近似整备重量的车辆构架上下振幅可能小于额定载荷的振幅，轮盘的最内侧的边缘处没有磨耗，图11所示。而测量是以整个盘面为基础的，致使所测的偏磨量增大。

图11 轮盘表面部分磨耗不到

动车所2的动车组载客量与动车所1的动车组相比更均衡，故其偏磨量优于动车所1的动车组。动车所2的动车组制动盘偏磨量均小于0.5 mm。

3 结论与建议

(1)动车所1的动车组轮盘不规则与产品批次无关；

(2)动车所1的动车组轮盘不规则与车载信号系统无关；

(3)由于动车所1配备的动车组载客量较少，闸片相对制动盘的振幅较小，长期没有达到额定载客量而造成制动盘不规则磨耗,特别是轮盘内外边缘磨耗较小；

(4)由于轮盘结构中间12个φ28 mm孔的原因，与动车组长期载客量较少联合作用，使轮盘产生不规则磨耗；

(5)列车载客量不足，即浪费能耗又易造成制动盘的异常磨耗。建议可根据实际客流量，开行短编组列车。

(6)建议轮装制动盘采用紧固螺栓布置于径向内侧的结构，保障摩擦面为完整平面。

(7)加强日常检查，定期测量记录制动盘偏磨量。制动盘的偏磨是一个积累的过程，当制动盘偏磨量逐渐加大时，建议及时对闸片进行更换。