CRH380BL動車組制動盤分析

陳澍軍 劉政 梁建全

(唐山軌道客車有限責任公司產品研發中心,河北唐山 063035)

CRH380BL動車組制動盤分析

陳澍軍1劉政 梁建全

(唐山軌道客車有限責任公司產品研發中心,河北唐山 063035)

制動盤是基礎制動裝置的重要部件,通過對CRH380BL動車組制動盤的分析,闡述了其結構特點、熱負荷能力以及相關的檢查與維護工作。

CRH380BL 動車組 制動盤 熱負荷

1 引言

高速動車組均再生制動和空氣制動復合的制動形式,并且在常用制動時優先使用再生制動。由于高速動車組制動時能量巨大,因此空氣制動的基礎制動采用盤形制動形式。制動盤是基礎制動裝置的重要組成部件,其主要功能是將列車制動時的動能通過摩擦轉換為熱能,并消耗于大氣中。在緊急情況或再生制動失效時,空氣摩擦制動必須保證動車組安全可靠的在規定的制動距離內停車,并在停車制動過程中,基礎制動摩擦副功能正常。因此盤形制動是高速動車組的最基本的基礎制動方式,制動盤的性能穩定、安全可靠至關重要。

CRH380BL動車組為16輛編組,采用8動8拖的編制形式,基礎制動裝置采用內冷式盤形制動,在動力軸上設兩個輪裝制動盤,在非動力軸上設三個軸裝制動盤。輪裝制動盤和軸裝制動盤都采用特殊的鑄鋼制動盤,制動盤的結構應滿足自然冷卻的要求,能夠快速的將制動所產生的熱量散發出去,甚至在制動初速度為380km/h也能夠保證接觸和承受負荷均勻,性能穩定。

2 結構和性能

CRH380BL動車組采用通風式制動盤,設有通風散熱結構,制動盤由特種鑄鋼材料制成,分為輪裝制動盤和軸裝制動盤兩種。

圖1 輪裝制動盤純空氣緊急制動試驗

圖2 軸裝制動盤純空氣緊急制動試驗

(1)輪裝制動盤。輪裝制動盤由兩個盤體(摩擦片)、緊固件及附屬件等組成,盤體由一個具有相應厚度的摩擦環和散熱筋片組成。兩個盤體通過緊固螺栓和定心槽進行緊固和對中。定心槽安裝在摩擦面的背面,用于使摩擦片與輪軸對中,并保證其在受熱而膨脹時也能對中。

散熱筋除了散熱外,在盤體與車輪之間還起著支撐的作用。盤體的厚度以及散熱筋片的數量和幾何形狀的設計,需要考慮以下兩方面:制動時摩擦環對溫度變化的影響盡可能小,受熱均勻、散熱迅速;滿足車輛輕量化的要求,總重量盡可能小。輪裝制動盤在制動時由于與閘片摩擦而發熱,通過車輪轉動時引起的氣流可以使其冷卻。空氣從制動盤與車輪輻板之間流過,通過徑向排布的散熱筋片將熱量排走。

(2)軸裝制動盤。軸裝制動盤由帶澆鑄散熱筋片的盤體、盤轂、緊固件及附屬件等組成。摩擦片厚度和散熱筋片大小的設計使得在制動時不會出現過熱現象。在設計摩擦片的同時,還考慮了最小整體重量的因素。橫置的散熱筋片將熱量導出,并同時保證摩擦帶上熱量均衡。

與徑向葉片式散熱筋片相比,制動盤體散熱通道中的橫置圓形散熱筋片所需的空氣流量較少,同時熱交換性能也更好,也就是說,流入空氣和流出空氣的溫差更大。

(3)制動盤熱負荷性能分析。制動盤的熱負荷能力是考核制動盤性能的重要指標,決定了制動盤性能的優劣。制動時制動盤承受高溫載荷,制動功率達到極限,會出現熱裂紋,閘片的磨損也會大大加劇。制動盤和閘片所承受的制動熱負荷的大小取決于列車的軸重和制動初速。就停車制動而言,不論列車實施緊急制動還是常用制動,制動功是相同的。但由于制動時間不同,制動盤和閘片的磨耗量和溫升是不同的。因此,制動功并不能全面反映制動負荷的強度。但是制動功的累計影響著閘片和制動盤的磨耗及制動盤表面剝離或裂紋擴展,即影響著制動盤和閘片壽命。閘片和制動盤磨耗的快慢,制動盤形成裂紋與裂紋擴展的速度都與閘片和制動盤的溫升有關[1]。

CRH380BL動車組設計時速380km/h,由于能量和速度的平方成正比,當動車組以如此高的初速度制動時,制動的能量是相當大的,高速階段使用空氣制動不僅制動盤的熱負荷大幅提高,而且也將加大制動盤和閘片的磨耗。為此CRH380BL動車組采用了分階段制動的形式,其中動車制動缸壓力的轉折點為200km/h,拖車制動缸壓力的轉折點為300km/h,高速段制動缸采用低壓力,低速段制動缸采用高壓力。為驗證制動盤是否滿足動車設計時速的制動要求,對CRH380BL動車組的輪裝制動盤和軸裝制動盤分別進行了1:1制動動力試驗。

制動盤1∶1制動動力試驗按照動車組制動系統技術條件以及UIC 541-3等標準執行[2],試驗內容包括磨合制動、模擬緊急制動(兩次連續純空氣緊急制動)、模擬常用制動(包括切除單車制動和模擬線路制動)、坡道制動、停放制動、干燥和潮濕工況下停車制動,以及

可靠性及疲勞試驗等。圖1和圖2為輪裝制動盤和軸裝制動盤在1:1制動動力臺架上進行兩次純空氣緊急制動時的試驗結果。

試驗結果顯示∶在兩次純空氣緊急制動時,輪裝制動盤的最高溫度為583.7℃,軸裝制動盤的最高溫度為621.0℃,均在制動盤溫度允許范圍內。此外在整個制動盤1∶1制動動力試驗過程中,制動盤表現出了∶良好的機械性能,摩擦系數穩定,受熱均勻,制動盤表面未出現異常磨耗,也未發生緊固件松動等失效現象;良好的耐熱疲勞性能,制動盤表面未產生熱裂紋;良好的散熱性能,制動盤摩擦面最高溫度值始終沒有超過制動盤所允許的最高極限值,有利于提高制動盤的使用壽命。因此CRH380BL動車組的制動盤符合高速列車對制動盤的要求。

3 檢查與維護

制動盤主要從緊固件、散熱筋、裂紋、磨耗等方面進行檢查與維護。

(1)檢查散熱筋片是否臟污,必要時可用壓縮空氣清除。

(2)查看螺母松動標志,如果出現松動現象,必須認真檢查,同時用扭矩扳手給予緊固,并作庫檢紀錄存檔。檢查螺母是否有裂紋,若有,必須進行更換。

(3)若有裂紋,根據制動盤裂紋分類對制動盤提出不同的檢修要求。

(4)根據制動盤磨耗情況對制動盤提出不同的檢修要求。(5)其他檢查還包括熱斑、溝槽劃痕等。

4 結語

本文介紹了CRH380BL動車組結構的結構和性能,分析了制動盤的熱負荷狀況,通過試驗及運用證明制動盤的熱負荷能力滿足動車組運營要求;介紹了制動盤的相關檢查與維護工作,對高速動車組制動盤的設計和維護具有指導意義。

[1]李和平,林祜亭.高速列車基礎制動系統的設計研究[J].中國鐵道科學,2003,24(2):8-13.

[2]國際鐵路聯盟(UIC),UIC 541-3制動-盤形制動及其應用-閘片批準使用的一般規定[S].2004.

陳澍軍,男,工程師,從事軌道車輛制動系統的研究。