新一代高速動車組基礎(chǔ)制動系統(tǒng)研究

史鵬　司麗　方培嫘　魏潤龍

摘要：基礎(chǔ)制動系統(tǒng)是動車組制動系統(tǒng)的重要組成部分。文章通過對新一代高速動車組基礎(chǔ)制動系統(tǒng)的分析，闡述了其結(jié)構(gòu)特點、功能機理以及相關(guān)的檢查與維護工作。

關(guān)鍵詞：高速動車組；基礎(chǔ)制動系統(tǒng)；夾鉗單元；制動盤；閘片 文獻標識碼：A

中圖分類號：U279 文章編號：1009-2374（2015）17-0017-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.008

1 概述

基礎(chǔ)制動系統(tǒng)是制動系統(tǒng)的重要組成部分，為使鐵道車輛安全運營，可靠性高的制動裝置是必不可少的。高速列車的制動系統(tǒng)與普通列車制動系統(tǒng)一樣，必須滿足安全可靠的基本要求，盡管高速列車的動力制動發(fā)揮著越來越大的作用力，但各國鐵路仍然規(guī)定，當(dāng)動力制動失效時，機械制動必須保證高速列車能在規(guī)定的制動距離內(nèi)停車，以確保行車安全。

新一代高速動車組是我國在引進消化吸收的國外動車組核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高速動車組?；A(chǔ)制動裝置采用內(nèi)冷式盤形制動，在動力軸上設(shè)兩個輪裝制動盤，在非動力軸上設(shè)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(jié)構(gòu)應(yīng)滿足自然冷卻的要求，能夠快速地將制動所產(chǎn)生的熱量散發(fā)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(wěn)定?？諝饩o急制動的摩擦系數(shù)滿足制動距離的設(shè)計要求，制動夾鉗單元具有閘片間隙自動調(diào)整功能，閘片的結(jié)構(gòu)能保證與制動盤表面均勻接觸。

2 部件結(jié)構(gòu)及功能

新一代高速動車組的基礎(chǔ)制動系統(tǒng)主要由制動盤、制動夾鉗單元（包括制動缸、制動杠桿、閘片托等）以及制動管路等組成。

2.1 制動盤

制動盤是基礎(chǔ)制動裝置的重要組件，制動盤的主要功能是將動能通過摩擦轉(zhuǎn)換為熱能，并消耗于大氣中。新一代高速動車組的制動盤分為輪裝制動盤和軸裝制動盤兩種。

2.1.1 輪裝制動盤。輪裝制動盤由兩個盤體（摩擦片）組成，這種摩擦片由一個具有相應(yīng)厚度的摩擦環(huán)和散熱肋片組成。散熱肋片除了散熱外，還在摩擦片與車輪之間起著支撐的作用。

輪裝制動盤在制動時由于與制動閘片摩擦而發(fā)熱，通過車輪轉(zhuǎn)動時引起的氣流可以使其冷卻?？諝鈴闹苿颖P與車輪隔片之間流過，通過徑向排布的散熱肋片將熱量排走。

2.1.2 軸裝制動盤。軸裝制動盤由帶澆鑄散熱肋片的摩擦片和輪轂組成。摩擦片厚度和散熱肋片大小的設(shè)計使得在制動時不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。在設(shè)計摩擦片的同時，還考慮了最小整體重量的因素。橫置的散熱肋片將熱量導(dǎo)出，并同時保證摩擦帶上熱量均衡。

與傳統(tǒng)的徑向葉片式散熱肋片相比，摩擦環(huán)散熱通道中的橫置圓形散熱肋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。

2.1.3 制動盤熱負荷要求。作為最可靠的制動手段，盤形制動是高速列車最基本的基礎(chǔ)制動方式，其制動能力的發(fā)揮主要取決于制動盤和閘片承受制動熱負荷的能力。制動時制動盤承受高溫載荷，制動功率達到極限，會出現(xiàn)熱裂紋，閘片的磨損也會大大加劇。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(guān)。經(jīng)過模擬計算以及線路型式試驗驗證，新一代高速動車組的制動盤表現(xiàn)出了以下優(yōu)點：良好的機械性能，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，受熱均勻，制動盤表面未出現(xiàn)異常磨耗，也未發(fā)生緊固件松動等失效現(xiàn)象；良好的耐熱疲勞性能，制動盤表面未產(chǎn)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。因此新一代高速動車組的制動盤符合高速列車對制動盤的要求。

2.2 制動夾鉗單元

制動夾鉗單元是制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，通過與制動盤產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)制動。新一代高速動車組共有4種夾鉗單元，即：動力軸有兩種夾鉗單元（二者除進氣口位置不同，其余均相同），非動力軸有一種不帶停放制動的夾鉗單元和一種帶停放制動的夾鉗單元。

制動夾鉗單元的結(jié)構(gòu)和功能，主要考慮了以下設(shè)計理念：（1）不同磨耗下上閘時間一致——間隙調(diào)整裝置；（2）車輛需要長期停放——停放制動；（3）車輛無風(fēng)壓——手緩解裝置；（4）閘片快速更換——絲杠復(fù)位機構(gòu)。

制動夾鉗單元的主要組成部件有制動缸、制動杠桿和閘片托，制動夾鉗單元借助三點支承固定在車輛的轉(zhuǎn)向架上。

制動時，制動缸充風(fēng)，將制動閘片托連同制動閘片壓在制動盤上，由此形成制動力。緩解時，制動缸排風(fēng)，制動缸中的復(fù)位彈簧驅(qū)使制動夾鉗杠桿進入緩解

位置。

間隙調(diào)整裝置通過離合器的切換配合充分發(fā)揮了絲杠的特點，即：離合器閉合時候傳遞力，打開時候傳遞運動。通過絲杠直線運動和螺母旋轉(zhuǎn)的相互轉(zhuǎn)化進行間隙調(diào)整。

制動缸的單動間隙調(diào)節(jié)器在工作時不受因制動力而異的制動桿彈性延伸量的影響。在制動過程中，間隙調(diào)節(jié)器可快速自動地修正通過磨損而增大的制動盤和閘片之間的間隙。這樣在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，制動盤和閘片的間隙不會擴大，使得在制動緩解時，正常運行所必需的間隙幾乎保持恒定。

2.3 停放制動夾鉗單元

停放制動夾鉗單元與不帶停放的制動夾鉗單元的顯著區(qū)別就是停放制動夾鉗單元有一個彈簧儲能缸，在執(zhí)行停放制動時，彈簧儲能器排風(fēng)，閘瓦借儲能彈簧的力壓在制動盤上。彈簧儲能器充風(fēng)（制動緩解壓力），停放制動器緩解。儲能彈簧張緊時，制動桿被推入緩解

位置。

如果沒有緩解壓力，則可以借助機械緊急緩解裝置手動將彈簧儲能制動器緩解。手動緩解后，將喪失停放功能，除非再次充入總風(fēng)壓力。

2.4 閘片

閘片摩擦塊的形狀、數(shù)量和排列方式的設(shè)計宗旨是確保制動盤溫度分布均勻。

新一代高速動車組的閘片由多個摩擦塊構(gòu)成，這些摩擦塊通過靜態(tài)的力分布使制動盤上的表面壓力達到均衡，故稱為ISOBAR閘片。

ISOBAR閘片相對于標準燒結(jié)材料制動閘片來說，表面承壓加以改善，可減小制動盤出現(xiàn)裂紋的情況。以此使得盤式制動器的能量和功效顯著提高。ISOBAR閘片可以減少制動盤和螺栓25%的負荷。

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，如：（1）檢查散熱肋片是否臟污，必要時可用壓縮空氣清除；（2）查看螺母松動標志，如果出現(xiàn)松動現(xiàn)象，必須認真檢查，同時用扭矩扳手給予緊固，并做庫檢紀錄存檔。檢查螺母是否有裂紋，若有，必須進行更換；（3）若有裂紋，根據(jù)制動盤裂紋分類對制動盤提出不同的檢修要求；（4）根據(jù)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。

對于夾鉗單元，主要是檢查排風(fēng)口是否暢通以及可運動部件的功能等。對閘片要重點檢查其磨耗情況，是否偏磨、裂紋；檢查閘片與制動盤的間隙，要在最小間隙處測量；檢查閘片卡簧磨損情況，是否有斷裂、脫落。如果閘片的缺陷無法修復(fù)，則需更換閘片。

4 結(jié)語

本文介紹了新一代高速動車組基礎(chǔ)制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，分析了制動盤的結(jié)構(gòu)和熱負荷狀況，不帶停放制動夾鉗單元和帶停放制動夾鉗單元的工作機理，介紹了新一代高速動車組閘片的特點以及基礎(chǔ)制動裝置的相關(guān)檢查與維護工作，對了解新一代高速動車組基礎(chǔ)制動原理與維護具有重要意義。

參考文獻

[1] 李和平，林祜亭.高速列車基礎(chǔ)制動系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].中國鐵道科學(xué)，2003，24（2）.

作者簡介：史鵬（1981-），男，唐山軌道客車有限責(zé)任公司工程師，研究方向：軌道車輛的檢修維護。

（責(zé)任編輯：周 瓊）