磁悬浮列车制动闸片磨损行为及其剩余寿命预测研究

李朋

（北京市地铁运营有限公司运营二分公司，北京 100043）

1 前言

列车的制动闸片是其制动系统的主要元件之一，其磨损情况对列车行驶的安全性影响显著，近年来，许多专家学者针对制动闸片的磨损行为开展了相关研究。

刘东杰等人以某地铁为研究对象，基于动力分配原则，对影响闸片磨损的因素进行研究，结果表明，闸片磨损行为与其制动盘有关。张俊峰等人开展室内试验，分析制动速度对制动闸片磨损性能的影响，结果表明，当制动速度大于8r/s时，制动闸片的磨损量较大。朱旭光等人以高速列车为研究对象，开展磨损试验，分析高度制动情况下列车制动闸片的磨损情况，结果表明，当制动速度较大时，制动闸片的磨损量较大。王磊等人开展摩擦试验，分析影响制动闸片磨损量的因素，结果表明，当制动压力较大时，制动闸片的磨损量较大。

本研究以北京S1线列车的制动闸片为研究对象，分析其在役期间的磨损情况，采用线性回归分析法，对其剩余寿命进行预测。

2 工程概况

本研究以北京S1线为研究背景，北京S1线是北京市第一条磁悬浮列车，西起门头沟区石门营石厂站，东至石景山区苹果站，全程10.2km，设站8座，全部为高架站。该磁悬浮列车的拖车每根轴有3对制动盘/闸片摩擦副，动车每根轴有2对制动盘/闸片摩擦副。制动臂与闸片通过螺钉连接，选取3个闸片试样进行测试，该闸片的力学性能及其常规物理性能，如表1所示。

表1 闸片的力学性能及其常规物理性能

3 试验方案

本研究以北京S1线列车的闸片为研究对象，分析其在役期间的磨损情况，并对其剩余寿命进行预测。为分析闸片的磨损情况，定期将列车闸片进行拆卸，并采用测量工具对其厚度进行测量，以此来判断闸片的磨损程度。以列车的动车与拖车闸片为研究对象，选取其左盘左面（LL）闸片及左盘右面（LR）闸片进行分析，每幅闸片选择6个磨损跟踪测量位置进行分析，其测量位置如图1所示。

图1 测量位置

4 试验结果分析

分析动车左盘左面（LL）闸片及左盘右面（LR）闸片的磨损情况，左盘左面（LL）闸片里程-磨损量曲线如图2所示。由图可知，不同磨损测量位置的闸片里程-磨损量曲线的变化趋势具有一致性，动车制动闸片的磨损量与其行驶里程间呈正相关关系，随着行驶里程的增大，闸片的磨损量逐渐增大；在列车行驶里程较小时，其闸片的磨损量增长趋势较为平缓，随着行使里程的增大，其磨损量增长量逐渐增大，说明随着行驶里程的增大，制动闸片的磨损情况逐渐加剧。在同一行驶里程下，不同磨损测量位置的磨损量具有一定的差异性，其中，测点3与测点6的磨损量较大，测点2的磨损量较小；当列车的行驶里程较小时，不同磨损测量位置的磨损量差距较小，随着行驶里程的增大，其间的磨损量差距逐渐增大，且测点3与测点6的磨损量远大于其余磨损测量位置，说明LL制动闸片的磨损主要以测点3与测点6为主。

图2 左盘左面（LL）闸片里程-磨损量曲线

左盘右面（LR）闸片里程-磨损量曲线如图3所示。由图可知，LR闸片与LL闸片的曲线变化趋势具有一致性，随着行驶里程的增大，其制动闸片的磨损量逐渐增大；在行驶的前期，制动闸片的磨损量增长速度较慢，随着行驶里程的增大，其里程-磨损量曲线增长趋势显著。相较LL闸片，不同磨损测量位置间的磨损量差距较小，其里程-磨损量曲线较为集中，说明不同磨损测量位置的磨损情况差异较小，其中，在同一里程下，测点4的磨损量最大，测点2的磨损量最小。对比同一里程下LL闸片与LR闸片的磨损量可得，LL闸片的磨损量总体大于LR闸片的磨损量，说明在列车动车行驶过程中，不同位置的闸片磨损情况具有一定的差异性，且左盘左面（LL）闸片的磨损情况较为严重。

图3 左盘右面（LR）闸片里程-磨损量曲线

分析列车拖车左盘左面（LL）闸片及左盘右面（LR）闸片的磨损情况，左盘左面（LL）闸片里程-磨损量曲线如图4所示。由图可知，拖车制动闸片的磨损量与行驶里程间呈正相关关系，其制动闸片磨损情况与动车制动闸片类似，在同一里程下，磨损测量位置3、6的磨损量最大，其余磨损测量位置的磨损量较为集中，这是由于，测点3与测点6位于制动闸片的前部，列车发生制动时，制动闸片的前部受到的摩擦阻力较大，所以以上两个测点的磨损量较大。对比动车与拖车的制动闸片磨损量可得，当里程为80×104km时，二者的制动闸片磨损值均有最大值，动车、拖车LL闸片的最大磨损量分别为10.4mm、8.3mm，说明动车与拖车的制动闸片磨损情况具有一定的差异性，动车闸片的磨损量较大，其磨损情况较为严重。

图4 左盘左面（LL）闸片里程-磨损量曲线

左盘右面（LR）闸片里程-磨损量曲线如图5所示。由图可知，除测点6外，其余磨损测量位置的磨损量与其里程间均呈正相关关系，当里程为30km时，测点3的磨损量突降，随后逐渐增长。不同测点的磨损情况具有一定的差异性，当里程为60km时，测点3的磨损量最大，测点2的磨损量最小，说明LR闸片前部的磨损情况较为严重。对比LL闸片与LR闸片的磨损量可得，在同一里程下，LL闸片的最大磨损量大于LR闸片的最大磨损量，说明拖车制动闸片的磨损以其左部为主，其右侧的磨损量较小。

为分析动车与拖车制动闸片的磨损行为，并对其后续磨损量进行预测，选取列车动车、拖车的LL闸片的测点3为研究对象，对其磨损量进行拟合，其里程-磨损量曲线如图6所示。由图可知，动车与拖车制动闸片的拟合曲线的变化趋势具有一致性，其磨损量与行驶里程间呈正相关关系，动车、拖车的拟合公式分别如式（1）、（2）所示。根据前人研究可得，列车制动闸片的失效磨损量为16mm，根据拟合公式对动车、拖车的寿命进行计算预测可得，二者的行驶寿命分别为111km，126km，说明动车的磨损较为严重，其行驶寿命较短。

图6 里程-磨损量拟合曲线

5 结语

本研究以北京S1线列车的制动闸片为研究对象，分析其在役期间的磨损情况，采用线性回归分析法，对其剩余寿命进行预测，得出以下结论：

（1）不同磨损测量位置的闸片里程-磨损量曲线的变化趋势具有一致性，动车制动闸片的磨损量与其行驶里程间呈正相关关系，随着行驶里程的增大，闸片的磨损量逐渐增大；在列车行驶里程较小时，其闸片的磨损量增长趋势较为平缓，随着行驶里程的增大，其磨损量增长量逐渐增大。

（2）对比同一里程下LL闸片与LR闸片的磨损量可得，LL闸片的磨损量总体大于LR闸片的磨损量，说明在列车行驶过程中，不同位置的闸片磨损情况具有一定的差异性，且左盘左面（LL）闸片的磨损情况较为严重。

（3）在同一里程下，磨损测量位置3、6的磨损量最大，其余磨损测量位置的磨损量较为集中，这是由于测点3与测点6位于制动闸片的前部，列车发生制动时，制动闸片的前部受到的摩擦阻力较大，所以以上两个测点的磨损量较大。