［關(guān)鍵詞］基礎(chǔ)制動(dòng)裝置；制動(dòng)夾鉗單元；制動(dòng)盤(pán)；閘片

［中圖分類號(hào)］TP18 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0138–03

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是動(dòng)車組制動(dòng)的重要組成部分，用于傳遞、放大制動(dòng)力，主要包括制動(dòng)盤(pán)、閘片和制動(dòng)夾鉗單元等[1]，制動(dòng)夾鉗單元中的制動(dòng)缸將制動(dòng)管路壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)化為活塞推力，經(jīng)過(guò)夾鉗臂的杠桿作用放大適當(dāng)?shù)谋稊?shù)后，均勻的壓力作用到各制動(dòng)閘片上，使閘片壓緊制動(dòng)盤(pán)，閘片和制動(dòng)盤(pán)摩擦，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。

CR200J型動(dòng)車組按車體斷面形式，分直車體和鼓形車體兩個(gè)階段，包括動(dòng)力車、控制車、拖車3種車型。動(dòng)力車制動(dòng)系統(tǒng)以既有和諧電力機(jī)車為基礎(chǔ)，拖車制動(dòng)系統(tǒng)以25T型客車為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置均采用盤(pán)形制動(dòng)形式[2]，其中動(dòng)力車采用輪盤(pán)制動(dòng)，拖車采用軸盤(pán)制動(dòng)。文章針對(duì)CR200J型動(dòng)車組兩個(gè)階段的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行分析，由于拖車和控制車的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置相同，故下文所述拖車均包含控制車，不再單獨(dú)敘述。

1基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)形式

1.1制動(dòng)夾鉗單元

制動(dòng)夾鉗單元是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要作用是利用杠桿原理將制動(dòng)力放大和傳遞，使壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)化為閘片與制動(dòng)盤(pán)之間的正壓力，通過(guò)制動(dòng)盤(pán)和閘片的摩擦力形成制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能[3]。制動(dòng)夾鉗單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由制動(dòng)缸、吊座、閘片托、杠桿、閘片托吊等部件組成。根據(jù)停放制動(dòng)功能的不同，可分為普通制動(dòng)夾鉗單元、手制動(dòng)夾鉗單元和停放制動(dòng)夾鉗單元3種形式。普通制動(dòng)夾鉗單元只具有空氣制動(dòng)功能，通過(guò)制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣推動(dòng)活塞桿伸出，再通過(guò)制動(dòng)杠桿的放大，使閘片壓在制動(dòng)盤(pán)上。手制動(dòng)夾鉗單元是在普通制動(dòng)夾鉗單元后增加了手制動(dòng)杠桿，通過(guò)手制動(dòng)鋼纜拉動(dòng)手制動(dòng)杠桿，再撥動(dòng)制動(dòng)缸活塞桿伸出。停放制動(dòng)夾鉗單元設(shè)有停放制動(dòng)缸，通過(guò)彈簧壓力作用在內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，使制動(dòng)缸活塞桿伸出。

CR200J型動(dòng)車組直車體和鼓形車體階段的動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置沒(méi)有變化，有普通制動(dòng)夾鉗單元和停放制動(dòng)夾鉗單元兩種形式，直車體階段的拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用普通制動(dòng)夾鉗單元和手制動(dòng)夾鉗單元兩種形式，鼓形車體階段的拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置將手制動(dòng)夾鉗單元改為停放制動(dòng)夾鉗單元。

CR200J型動(dòng)車組制動(dòng)夾鉗單元采用3點(diǎn)吊掛方式，借助3點(diǎn)支承固定在車輛的轉(zhuǎn)向架上，通過(guò)關(guān)節(jié)軸承與構(gòu)架相連，能保證運(yùn)動(dòng)所需的靈活性。制動(dòng)夾鉗單元內(nèi)部安裝有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整器，當(dāng)閘片磨損時(shí)，可以保證閘片和制動(dòng)盤(pán)的間隙穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。閘片間隙自動(dòng)調(diào)整器還有足夠的調(diào)整量，可以在不拆卸其他部件的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘片的更換。更換閘片時(shí)無(wú)需特殊的工具，通過(guò)常用工具就可快速、簡(jiǎn)便地更換部件。

1.2制動(dòng)盤(pán)

制動(dòng)盤(pán)和閘片形成一對(duì)摩擦副，在制動(dòng)時(shí)，將列車巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，并消散到大氣之中，因此要求制動(dòng)盤(pán)有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和良好的散熱性能。動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)的常用材料為鐵系金屬材料，主要有鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼。鑄鐵制動(dòng)盤(pán)具有摩擦性能好、耐磨、耐熱、抗熱裂、抗變形及可鑄性好等優(yōu)點(diǎn)，在25T型客車上有廣泛的應(yīng)用。鑄鋼制動(dòng)盤(pán)能夠大量吸收制動(dòng)產(chǎn)生的熱量，具有較高的抗熱裂性，溫度穩(wěn)定性較高，熱裂紋傾向小，對(duì)潮濕環(huán)境的敏感性較低，髙溫時(shí)摩擦系數(shù)較均勻，在高速動(dòng)車組中應(yīng)用廣泛。鍛鋼制動(dòng)盤(pán)材料具有優(yōu)良的塑性、強(qiáng)度與韌性，在300km/h速度級(jí)的高速列車制動(dòng)服役過(guò)程中表現(xiàn)出了良好的綜合性能[4-5]。

制動(dòng)盤(pán)按照安裝形式，可分為整體式制動(dòng)盤(pán)和分體式制動(dòng)盤(pán)；按照安裝位置，可分為輪裝制動(dòng)盤(pán)和軸裝制動(dòng)盤(pán)。CR200J型動(dòng)車組的制動(dòng)盤(pán)均為整體式，鑄鋼材料。

動(dòng)力車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（圖1），采用輪裝制動(dòng)盤(pán)，主要由兩個(gè)盤(pán)體、6個(gè)定位銷和18組緊固件等組成，盤(pán)體通過(guò)定位銷進(jìn)行定位，通過(guò)緊固件安裝于車輪輻板兩側(cè)。

拖車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（圖2），采用軸裝制動(dòng)盤(pán)，主要由盤(pán)體、盤(pán)轂、壓環(huán)和緊固件等組成，盤(pán)轂壓裝在車軸上，盤(pán)體通過(guò)壓環(huán)和緊固件固定在盤(pán)轂上。

1.3閘片

目前，主要的閘片材料有鑄鐵、復(fù)合材料和粉末冶金材料。鑄鐵閘片適用于100km/h左右的列車，復(fù)合材料適用于160km/h左右的列車，粉末冶金閘片摩擦性能穩(wěn)定，在高速動(dòng)車組中應(yīng)用廣泛。

粉末冶金閘片是以一種金屬或合金為主要成分，加入起摩擦、減磨或某些特殊作用的其他金屬、非金屬成分，具有明顯的金屬性、優(yōu)越的物理力學(xué)性能和摩擦磨損性能。

材料是影響粉末冶金閘片制動(dòng)性能最核心的因素，目前粉末冶金閘片材料的研究方向主要有3種：鐵基、銅基和銅鐵基材料，應(yīng)用最多的是銅基材料。

CR200J型動(dòng)車組均采用粉末冶金閘片，采用UIC標(biāo)準(zhǔn)的燕尾接口形式，由鋼背、彈性元件、卡簧及摩擦塊等零件組成，閘片結(jié)構(gòu)如圖3所示。閘片安裝在制動(dòng)夾鉗單元的閘片托上，與制動(dòng)盤(pán)構(gòu)成摩擦副，通過(guò)制動(dòng)夾鉗單元作用，閘片摩擦材料與制動(dòng)盤(pán)接觸，通過(guò)摩擦作用，轉(zhuǎn)移動(dòng)車組動(dòng)能。閘片上下對(duì)稱，分成兩半，便于在閘片與制動(dòng)盤(pán)空間很小的情況下拆卸閘片。閘片摩擦塊之間存在間隙，可增加摩擦面的貼合性，也便于排除摩擦?xí)r產(chǎn)生的閘片碎屑及消散熱量。

2基礎(chǔ)制動(dòng)裝置熱容量分析

CR200J型動(dòng)車組站間距更短，制動(dòng)更頻繁，對(duì)制動(dòng)能力提出了更高的要求。為驗(yàn)證基礎(chǔ)制動(dòng)裝置能否滿足運(yùn)營(yíng)要求，需對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行熱容量分析。

2.1動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

動(dòng)力車沿用原和諧電力機(jī)車的基礎(chǔ)制動(dòng)形式，運(yùn)行良好，文獻(xiàn)[6]指出，動(dòng)力車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置滿足動(dòng)力車在200km/h速度等級(jí)時(shí)的制動(dòng)要求。

2.2拖車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

CR200J型動(dòng)車組拖車以25T型客車為基礎(chǔ)，并對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。25T型客車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置摩擦副采用鑄鐵制動(dòng)盤(pán)（灰鐵或蠕鐵）和合成閘片，隨著運(yùn)營(yíng)里程的增加及運(yùn)營(yíng)工況的改變，在站間距較短或制動(dòng)頻繁的線路上，在25T型客車上，出現(xiàn)了制動(dòng)盤(pán)熱裂紋現(xiàn)象。

CR200J型動(dòng)車組相比25T型客車制動(dòng)更加頻繁，因此采用了每軸兩套鑄鋼盤(pán)和粉末冶金閘片。為了能同時(shí)得到制動(dòng)盤(pán)溫度和應(yīng)力在制動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)間的變化規(guī)律，考核制動(dòng)盤(pán)是否滿足溫度和應(yīng)力的要求，考核其材料是否滿足使用要求，取初速度160km/h連續(xù)施加兩次緊急制動(dòng)為計(jì)算工況，采用熱–機(jī)械耦合方法來(lái)計(jì)算制動(dòng)盤(pán)的熱負(fù)荷。計(jì)算中采用4節(jié)點(diǎn)熱耦合四面體單元。摩擦產(chǎn)生的熱量以熱流密度的形式施加于摩擦面上，且考慮車輛運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)盤(pán)與空氣的熱交換；約束的施加與實(shí)際的約束情況相同。

拖車軸裝制動(dòng)盤(pán)溫度隨時(shí)間變化的曲線如圖4所示，從圖4中可以看出，連續(xù)施加兩次緊急制動(dòng)，第1次制動(dòng)過(guò)程中，盤(pán)體最高溫度為249℃，第2次制動(dòng)過(guò)程中，盤(pán)體最高溫度為345℃。熱容量均能滿足時(shí)速160km動(dòng)力集中動(dòng)車組的運(yùn)用要求，并有較大安全余量。

3結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了CR200J型動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即CR200J型動(dòng)車組采用3點(diǎn)吊裝的制動(dòng)夾鉗單元，動(dòng)力車每軸采用兩套輪裝制動(dòng)盤(pán)，拖車采用兩套軸裝制動(dòng)盤(pán)，均配置了粉末冶金閘片。通過(guò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果來(lái)看，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置運(yùn)營(yíng)良好，未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)熱裂紋等故障。