廣州地鐵三號線制動閘片斷裂問題分析及優化

黃碩　徐丹

摘要：廣州地鐵三號線為國內首條時速達120 km/h的線路，三號線B1型車于列車大修期進行制動閘片批量換型，換型閘片裝車運行一年后，陸續開始出現燕尾變形以及閘片斷裂情況，對正線設備安全造成不利影響。現對換型閘片結構及運用狀況進行分析，探討閘片斷裂的原因，并提出優化改造方案，以提升閘片運用的可靠性。

關鍵詞：地鐵車輛;閘片;斷裂;優化

1 列車閘片運用情況

廣州地鐵三號線B1型車采用盤式制動[1]，列車自2006年上線運營，于2015年開始進行列車大修，其間列車閘片運用狀態良好，未出現批量故障問題。B1型車在大修期間對制動閘片進行更新換型，并于2017年完成所有列車閘片更換，換型后的制動閘片在運用過程中陸續出現閘片斷裂問題，具體故障統計情況如圖1所示。

2 閘片斷裂原因分析

2.1 ? ?閘片物理參數

為研究閘片斷裂原因，依據《城市軌道交通車輛制動系統 第9部分：合成閘片技術規范》（T/CAMET 04004.9—2018）[2]中的參數要求及測試方法，對斷裂閘片殘體及閘片新件的材料力學性能進行檢測。通過測試，閘片的物理及力學性能滿足規范要求，閘片殘體物理性能與新件相當。測試結果如表1所示。

2.2 ? ?閘片受損情況

通過對斷裂閘片殘體樣本進行分析，發現所有斷裂閘片均有以下特征：（1）閘片斷裂位置均在閘片端部;（2）斷裂閘片燕尾均存在異常磨損及變形情況。

閘片摩擦體斷口：閘片摩擦體斷裂發生在閘片尖端無燕尾（鋼背）部分，摩擦體斷口與燕尾端部齊平，斷裂裂紋從閘片摩擦面向燕尾一側擴展（圖2）。

閘片燕尾：閘片燕尾與端口齊平位置存在卷邊現象，變形燕尾表面存在與閘片托磨損、撞擊痕跡（圖3）。

2.3 ? ?原因分析

2.3.1 ? ?燕尾變形原因

地鐵列車牽引制動工況轉換頻繁，會導致閘片燕尾與閘片托產生頻繁撞擊，閘片燕尾端面完全承受撞擊過程中所產生的沖擊力。燕尾端部部分摩擦體在沖擊下逐漸磨損后，沖擊力將轉移至燕尾本體，最終造成燕尾端部與閘片托接觸處出現燕尾形變。

2.3.2 ? ?摩擦體斷裂原因

根據閘片斷裂情況，主要從閘片材質及閘片受力兩個方面對閘片斷裂原因進行分析：

（1）閘片材質：根據閘片殘體送檢結果，閘片殘體物理性能與出廠狀態基本一致，閘片材質無缺陷，閘片參數符合規范標準。

（2）閘片受力：分析閘片摩擦體斷口，閘片斷裂方向從閘片摩擦面指向燕尾面，并且閘片卷邊燕尾表面存在磨損痕跡。上述情況表明燕尾出現卷邊后，卷邊部分與閘片托貼合緊密，導致燕尾其余部分與閘片托之間存在空隙。在列車制動過程中，閘片托向閘片施加一個垂直于閘片方向的力，此時燕尾卷邊部分凸出于燕尾表面，將形成一個支點并產生杠桿作用，導致閘片端部摩擦體與閘片托貼合不緊密，閘片整體受力不均（圖4）。隨著制動次數的增加，閘片端部摩擦體逐漸產生彎曲疲勞，最終出現摩擦體斷裂。

綜上，閘片出現斷裂的原因：閘片燕尾在制動過程中受到頻繁沖擊造成燕尾受損發生形變，閘片整體在以燕尾形變位置為支點的情況下產生杠桿作用，導致閘片端部摩擦體長期受力不均，產生疲勞斷裂。

3 解決措施

根據上述分析，為解決閘片端部斷裂問題，需強化燕尾強度，避免出現形變，可從以下幾個方面對閘片燕尾結構進行優化。

3.1 ? ?增加燕尾端面面積

將原閘片燕尾U型槽結構改為梯形結構，增加端面碰撞面積;同時在燕尾端面增加加強筋，提升燕尾抗沖擊能力（圖5）。

3.2 ? ?優化燕尾連接方式

在燕尾背板增加翻邊結構，提升燕尾與摩擦體的連接強度，分散燕尾端部受力（圖6）。

上述兩條措施可以有效強化閘片燕尾端面的抗沖擊能力。

4 優化效果

經過結構優化后的閘片已于2019年10月進行裝車驗證，經過為期18個月29萬km的運行跟蹤，閘片整體制動性能及磨耗狀態良好，閘片摩擦體及燕尾未出現形變、磨損、斷裂情況，結構優化后的閘片抗沖擊性能提升明顯，運用效果符合預期。

5 結語

本文對廣州地鐵三號線列車制動閘片斷裂原因進行了分析，提出了閘片結構的優化方案，并對改進型閘片進行了運用驗證，解決了閘片燕尾磨損變形導致閘片受力不均而出現斷裂的問題，提升了制動閘片的抗沖擊能力及運用可靠性。

[參考文獻]

[1] 南車株洲電力機車有限公司.MM0417_制動鉗單元[Z]，2006.

[2] 城市軌道交通車輛制動系統 第9部分：合成閘片技術規范：T/CAMET 04004.9—2018[S].

收稿日期：2021-07-21

作者簡介：黃碩（1993—），男，湖北十堰人，城市軌道交通機車車輛助理工程師，從事城軌車輛牽引制動技術研究工作。