广州地铁三号线制动闸片断裂问题分析及优化

2021-10-15黄硕徐丹

机电信息 2021年25期

黄硕　徐丹

摘要：广州地铁三号线为国内首条时速达120 km/h的线路，三号线B1型车于列车大修期进行制动闸片批量换型，换型闸片装车运行一年后，陆续开始出现燕尾变形以及闸片断裂情况，对正线设备安全造成不利影响。现对换型闸片结构及运用状况进行分析，探讨闸片断裂的原因，并提出优化改造方案，以提升闸片运用的可靠性。

关键词：地铁车辆;闸片;断裂;优化

1 列车闸片运用情况

广州地铁三号线B1型车采用盘式制动[1]，列车自2006年上线运营，于2015年开始进行列车大修，其间列车闸片运用状态良好，未出现批量故障问题。B1型车在大修期间对制动闸片进行更新换型，并于2017年完成所有列车闸片更换，换型后的制动闸片在运用过程中陆续出现闸片断裂问题，具体故障统计情况如图1所示。

2 闸片断裂原因分析

2.1 闸片物理参数

为研究闸片断裂原因，依据《城市轨道交通车辆制动系统第9部分：合成闸片技术规范》（T/CAMET 04004.9—2018）[2]中的参数要求及测试方法，对断裂闸片残体及闸片新件的材料力学性能进行检测。通过测试，闸片的物理及力学性能满足规范要求，闸片残体物理性能与新件相当。测试结果如表1所示。

2.2 闸片受损情况

通过对断裂闸片残体样本进行分析，发现所有断裂闸片均有以下特征：（1）闸片断裂位置均在闸片端部;（2）断裂闸片燕尾均存在异常磨损及变形情况。

闸片摩擦体断口：闸片摩擦体断裂发生在闸片尖端无燕尾（钢背）部分，摩擦体断口与燕尾端部齐平，断裂裂纹从闸片摩擦面向燕尾一侧扩展（图2）。

闸片燕尾：闸片燕尾与端口齐平位置存在卷边现象，变形燕尾表面存在与闸片托磨损、撞击痕迹（图3）。

2.3 原因分析

2.3.1 燕尾变形原因

地铁列车牵引制动工况转换频繁，会导致闸片燕尾与闸片托产生频繁撞击，闸片燕尾端面完全承受撞击过程中所产生的冲击力。燕尾端部部分摩擦体在冲击下逐渐磨损后，冲击力将转移至燕尾本体，最终造成燕尾端部与闸片托接触处出现燕尾形变。

2.3.2 摩擦体断裂原因

根据闸片断裂情况，主要从闸片材质及闸片受力两个方面对闸片断裂原因进行分析：

（1）闸片材质：根据闸片残体送检结果，闸片残体物理性能与出厂状态基本一致，闸片材质无缺陷，闸片参数符合规范标准。

（2）闸片受力：分析闸片摩擦体断口，闸片断裂方向从闸片摩擦面指向燕尾面，并且闸片卷边燕尾表面存在磨损痕迹。上述情况表明燕尾出现卷边后，卷边部分与闸片托贴合紧密，导致燕尾其余部分与闸片托之间存在空隙。在列车制动过程中，闸片托向闸片施加一个垂直于闸片方向的力，此时燕尾卷边部分凸出于燕尾表面，将形成一个支点并产生杠杆作用，导致闸片端部摩擦体与闸片托贴合不紧密，闸片整体受力不均（图4）。随着制动次数的增加，闸片端部摩擦体逐渐产生弯曲疲劳，最终出现摩擦体断裂。

综上，闸片出现断裂的原因：闸片燕尾在制动过程中受到频繁冲击造成燕尾受损发生形变，闸片整体在以燕尾形变位置为支点的情况下产生杠杆作用，导致闸片端部摩擦体长期受力不均，产生疲劳断裂。

3 解决措施

根据上述分析，为解决闸片端部断裂问题，需强化燕尾强度，避免出现形变，可从以下几个方面对闸片燕尾结构进行优化。

3.1 增加燕尾端面面積

将原闸片燕尾U型槽结构改为梯形结构，增加端面碰撞面积;同时在燕尾端面增加加强筋，提升燕尾抗冲击能力（图5）。

3.2 优化燕尾连接方式

在燕尾背板增加翻边结构，提升燕尾与摩擦体的连接强度，分散燕尾端部受力（图6）。

上述两条措施可以有效强化闸片燕尾端面的抗冲击能力。

4 优化效果

经过结构优化后的闸片已于2019年10月进行装车验证，经过为期18个月29万km的运行跟踪，闸片整体制动性能及磨耗状态良好，闸片摩擦体及燕尾未出现形变、磨损、断裂情况，结构优化后的闸片抗冲击性能提升明显，运用效果符合预期。

5 结语

本文对广州地铁三号线列车制动闸片断裂原因进行了分析，提出了闸片结构的优化方案，并对改进型闸片进行了运用验证，解决了闸片燕尾磨损变形导致闸片受力不均而出现断裂的问题，提升了制动闸片的抗冲击能力及运用可靠性。