城軌車輛用踏面清掃瓦的研制

白亮亮，鄒 攀，段明民，孫廣合，焦標強

（1 重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶130062；2 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

速度80km／h以上的城市軌道交通車輛多使用盤形制動裝置，采用盤形制動后踏面不參與摩擦制動過程，加之線路曲線段地面涂油器噴油時經常將潤滑油脂噴涂在踏面上，此時車輪與鋼軌的黏著條件較差且在黏著系數下降后不能迅速恢復，這導致車輪擦傷機會大大增加。因此，部分采用盤形制動系統的城軌車輛使用了踏面清掃器來清掃車輪踏面，以使踏面恢復正常黏著條件［1］。

清掃瓦是踏面清掃器的重要組成部分，它能為軌道交通車輛提供一種在雨、雪、沙塵、油污等惡劣天氣下，徹底清除車輪踏面上雜物的安全保障。

1 城軌車輛踏面清掃瓦的特點

我國大鐵路車輛踏面清掃瓦多使用高磷鑄鐵閘瓦，鑄鐵閘瓦價格低廉，但在使用過程中容易出現火花、噪聲等不良現象，另外鑄鐵閘瓦自身的磨耗量也比較大。

城市軌道交通車輛由于城市空間的限制，大多運行于地下隧道，隧道沿線鋪設有大量的電纜等通訊設施，如果使用鑄鐵閘瓦則有可能因為制動火花導致隧道內發生火災隱患。另外，鑄鐵閘瓦使用過程中發出的噪聲也會降低城軌車輛的乘坐舒適度。

基于以上分析，本文所研制的城軌車輛踏面清掃瓦采用有機合成材料制成，有機合成閘瓦可有效控制產生制動火花，且制動噪聲小。城軌車輛踏面清掃瓦主要性能指標符合低摩有機合成閘瓦（TB／T 2404－1999）的相關要求，同時適當降低材料硬度和強度，同時控制清掃瓦摩擦系數在合理范圍以避免影響列車總體制動力。

采用踏面清掃瓦不僅能夠保證車輪踏面的清潔，而且達到改善黏著系數的目的，從而減少車輪的滑行和擦傷。

2 試驗

踏面清掃瓦的清掃效果、磨損率大小、抗熱衰退性能、制動噪聲以及在油、水條件下的清掃穩定性等，與清掃外原料的種類和用量密切相關。

制造清掃瓦的原料包括酚醛樹脂、丁腈橡膠、芳綸纖維、石墨／炭黑、鐵粉、鋁粉、長石、硫酸鋇等。制造過程是首先將各種原料混合均勻，再經過成型和加熱固化。酚醛樹脂、丁腈橡膠、芳綸纖維形成耐高溫的骨架材料。石墨是調節摩擦系數的材料，有利于提高導熱系數，但對輪軌黏著有一定的影響，而且含量多了之后，又影響閘瓦耐水性能、機械強度及耐磨性能。硫酸鋇在高溫時能保證一定的機械強度，其含量對摩擦系數有影響。鐵粉有利于降低溫度，減小熱衰退，它還影響踏面清掃瓦的增黏性能。長石粉可調節摩擦系數的高低。減摩劑可調節摩擦系數。

用HBRV－187.5型硬度計測試材料布氏硬度HB，按照相關標準測試材料的吸水率和吸油率。在MM1000II摩擦磨損試驗機上測試材料的摩擦磨損性能，試驗機的慣量按照車輛軸重14t，輪徑840mm換算。測試過程如下：

（1）磨合試驗

在制動初速80km／h時，按照15kN的閘瓦壓力連續磨合，使車輪踏面與閘瓦的接觸面積達70%以上，測量每閘試驗的瞬時摩擦系數及踏面表面最高溫度。

（2）摩擦試驗

閘瓦壓力為280N，每閘持續試驗時間40s，每閘間隔120s。進行下列速度序列試驗：20，40，60，80，100，110，100，80，60，40，20km／h。記錄瞬時及平均摩擦系數、制動時間、踏面和閘瓦溫度。

（3）潮濕工況下試驗

灑水量14dm3／h，閘瓦壓力為280N，每閘持續試驗時間40s，每閘間隔120s。進行下列速度序列試驗：20，40，60，80，100，110，100，80，60，40，20km／h。記錄瞬時及平均摩擦系數、制動時間、踏面和閘瓦溫度。

（4）檢查

試驗中觀察制動過程是否有火花，踏面有無熱紅帶以及噪聲和煙塵情況，觀察閘瓦摩擦表面有無裂紋、剝離凹陷、粘結劑滲出等缺陷。試驗結束后，檢查車輪踏面和閘瓦的表面狀態。

3 試驗結果

將清掃瓦切成標準試塊，按照TB／T 2404－1999標準要求測試了其各項物理指標，包括密度、布氏硬度、吸水率、吸油率，匯總在表1中。表中的各項物理性能指標能夠達到相關標準對有機合成閘瓦的要求。

表1 清掃瓦的物理性能

按照上面的測試方法對清掃瓦的摩擦性能進行了測試，不同制動初速度下的平均摩擦系數、摩擦塊最高溫度以及踏面最高溫度列于表2中。

表2 清掃瓦的摩擦性能

從表2可以看出，在所有制動測試過程中，摩擦塊的最高溫度較低，不超過145℃。在各個制動初速度下，平均摩擦系數基本穩定在0.20左右。圖1是制動初速度為100km／h下的摩擦系數曲線，可以看出清掃瓦以100km／h初速度施加清掃動作時，閘瓦瞬時摩擦系數平穩。

圖1 制動初速度為100km／h下的摩擦系數曲線

所有模擬制動過程無噪聲、無火花。踏面表面平整光滑，沒有出現溝狀劃痕、熱斑、裂紋等現象；閘瓦沒有裂紋、金屬鑲嵌現象。

4 應用介紹

重慶軌道交通6號線是重慶軌道交通建設規劃中的一條重要線路，其車輛采用4動兩拖的編組方式，最高運行速度達100km／h，拖車制動系統采用盤形制動方式。由于重慶市是中國著名的“山城”，特殊的地理環境導致重慶軌道交通6號線線路條件相對比較復雜，線路長大坡道較多、且氣候潮濕。

潮濕環境往往會降低車輛輪軌的黏著系數，線路坡道區段較多也使得車輛運行過程中需要更加頻繁的進行制動動作，這些客觀因素的疊加大大增加了城軌車輛制動過程中產生滑行的風險，基于上述客觀原因，在車輛設計時專門為拖車的每個車輪增設了踏面清掃裝置，以降低滑行造成車輪擦傷的危險。

為驗證重慶地鐵6號線踏面清掃裝置的踏面增黏效果，試驗人員在重慶地鐵6號線實際線路進行了踏面清掃效果對比測試試驗。測試中首先在切斷踏面清掃裝置的條件下以特定工況使車輛在制動過程中發生車輪打滑，然后打開踏面清掃裝置再在相同的線路條件及測試工況下重復試驗過程。

圖2為切斷踏面清掃裝置時的制動測試數據曲線，從圖中可以看出，在特定工況下列車速度降至30km／h左右時車輪開始出現打滑現象，而圖3為踏面清掃裝置投入使用時的制動測試數據曲線，從圖中可以看出，在相同線路區段、相同制動工況下，當踏面清掃裝置投入后制動過程中沒有出現車輪打滑現象。

5 結論

（1）采用有機合成材料制造清掃瓦，其各項物理性能指標達到相關標準對合成閘瓦的要求；

（2）按照地鐵運行條件，制動測試過程中清掃瓦摩擦系數穩定在0.2左右，溫升較低不會對車輪造成不良影響；

（3）實際線路測試證明盤形制動系統采用踏面清掃裝置可迅速提高輪軌黏著系數，有效改善車輪踏面的黏著條件，降低車輪踏面擦傷的風險。

圖2 AW3載荷，初速度60km／h緊急制動試驗曲線（沒有踏面清掃）

圖3 AW3載荷，初速度60km／h緊急制動試驗曲線（制動過程中施加踏面清掃）

［1］王 瑩，盧連生.SZP7型踏面清掃器的研制［J］.鐵道機車車輛，2009，29（4）：83－84.

［2］孫福祥，楊偉君.50年來我國鐵路車輛閘瓦（閘片）的發展［J］.鐵道機車車輛，2007，27（1）：1－4.