磁懸浮列車制動閘片磨損行為及其剩余壽命預測研究

李朋

（北京市地鐵運營有限公司運營二分公司，北京 100043）

1 前言

列車的制動閘片是其制動系統的主要元件之一，其磨損情況對列車行駛的安全性影響顯著，近年來，許多專家學者針對制動閘片的磨損行為開展了相關研究。

劉東杰等人以某地鐵為研究對象，基于動力分配原則，對影響閘片磨損的因素進行研究，結果表明，閘片磨損行為與其制動盤有關。張俊峰等人開展室內試驗，分析制動速度對制動閘片磨損性能的影響，結果表明，當制動速度大于8r/s時，制動閘片的磨損量較大。朱旭光等人以高速列車為研究對象，開展磨損試驗，分析高度制動情況下列車制動閘片的磨損情況，結果表明，當制動速度較大時，制動閘片的磨損量較大。王磊等人開展摩擦試驗，分析影響制動閘片磨損量的因素，結果表明，當制動壓力較大時，制動閘片的磨損量較大。

本研究以北京S1線列車的制動閘片為研究對象，分析其在役期間的磨損情況，采用線性回歸分析法，對其剩余壽命進行預測。

2 工程概況

本研究以北京S1線為研究背景，北京S1線是北京市第一條磁懸浮列車，西起門頭溝區石門營石廠站，東至石景山區蘋果站，全程10.2km，設站8座，全部為高架站。該磁懸浮列車的拖車每根軸有3對制動盤/閘片摩擦副，動車每根軸有2對制動盤/閘片摩擦副。制動臂與閘片通過螺釘連接，選取3個閘片試樣進行測試，該閘片的力學性能及其常規物理性能，如表1所示。

表1 閘片的力學性能及其常規物理性能

3 試驗方案

本研究以北京S1線列車的閘片為研究對象，分析其在役期間的磨損情況，并對其剩余壽命進行預測。為分析閘片的磨損情況，定期將列車閘片進行拆卸，并采用測量工具對其厚度進行測量，以此來判斷閘片的磨損程度。以列車的動車與拖車閘片為研究對象，選取其左盤左面（LL）閘片及左盤右面（LR）閘片進行分析，每幅閘片選擇6個磨損跟蹤測量位置進行分析，其測量位置如圖1所示。

圖1 測量位置

4 試驗結果分析

分析動車左盤左面（LL）閘片及左盤右面（LR）閘片的磨損情況，左盤左面（LL）閘片里程-磨損量曲線如圖2所示。由圖可知，不同磨損測量位置的閘片里程-磨損量曲線的變化趨勢具有一致性，動車制動閘片的磨損量與其行駛里程間呈正相關關系，隨著行駛里程的增大，閘片的磨損量逐漸增大；在列車行駛里程較小時，其閘片的磨損量增長趨勢較為平緩，隨著行使里程的增大，其磨損量增長量逐漸增大，說明隨著行駛里程的增大，制動閘片的磨損情況逐漸加劇。在同一行駛里程下，不同磨損測量位置的磨損量具有一定的差異性，其中，測點3與測點6的磨損量較大，測點2的磨損量較小；當列車的行駛里程較小時，不同磨損測量位置的磨損量差距較小，隨著行駛里程的增大，其間的磨損量差距逐漸增大，且測點3與測點6的磨損量遠大于其余磨損測量位置，說明LL制動閘片的磨損主要以測點3與測點6為主。

圖2 左盤左面（LL）閘片里程-磨損量曲線

左盤右面（LR）閘片里程-磨損量曲線如圖3所示。由圖可知，LR閘片與LL閘片的曲線變化趨勢具有一致性，隨著行駛里程的增大，其制動閘片的磨損量逐漸增大；在行駛的前期，制動閘片的磨損量增長速度較慢，隨著行駛里程的增大，其里程-磨損量曲線增長趨勢顯著。相較LL閘片，不同磨損測量位置間的磨損量差距較小，其里程-磨損量曲線較為集中，說明不同磨損測量位置的磨損情況差異較小，其中，在同一里程下，測點4的磨損量最大，測點2的磨損量最小。對比同一里程下LL閘片與LR閘片的磨損量可得，LL閘片的磨損量總體大于LR閘片的磨損量，說明在列車動車行駛過程中，不同位置的閘片磨損情況具有一定的差異性，且左盤左面（LL）閘片的磨損情況較為嚴重。

圖3 左盤右面（LR）閘片里程-磨損量曲線

分析列車拖車左盤左面（LL）閘片及左盤右面（LR）閘片的磨損情況，左盤左面（LL）閘片里程-磨損量曲線如圖4所示。由圖可知，拖車制動閘片的磨損量與行駛里程間呈正相關關系，其制動閘片磨損情況與動車制動閘片類似，在同一里程下，磨損測量位置3、6的磨損量最大，其余磨損測量位置的磨損量較為集中，這是由于，測點3與測點6位于制動閘片的前部，列車發生制動時，制動閘片的前部受到的摩擦阻力較大，所以以上兩個測點的磨損量較大。對比動車與拖車的制動閘片磨損量可得，當里程為80×104km時，二者的制動閘片磨損值均有最大值，動車、拖車LL閘片的最大磨損量分別為10.4mm、8.3mm，說明動車與拖車的制動閘片磨損情況具有一定的差異性，動車閘片的磨損量較大，其磨損情況較為嚴重。

圖4 左盤左面（LL）閘片里程-磨損量曲線

左盤右面（LR）閘片里程-磨損量曲線如圖5所示。由圖可知，除測點6外，其余磨損測量位置的磨損量與其里程間均呈正相關關系，當里程為30km時，測點3的磨損量突降，隨后逐漸增長。不同測點的磨損情況具有一定的差異性，當里程為60km時，測點3的磨損量最大，測點2的磨損量最小，說明LR閘片前部的磨損情況較為嚴重。對比LL閘片與LR閘片的磨損量可得，在同一里程下，LL閘片的最大磨損量大于LR閘片的最大磨損量，說明拖車制動閘片的磨損以其左部為主，其右側的磨損量較小。

為分析動車與拖車制動閘片的磨損行為，并對其后續磨損量進行預測，選取列車動車、拖車的LL閘片的測點3為研究對象，對其磨損量進行擬合，其里程-磨損量曲線如圖6所示。由圖可知，動車與拖車制動閘片的擬合曲線的變化趨勢具有一致性，其磨損量與行駛里程間呈正相關關系，動車、拖車的擬合公式分別如式（1）、（2）所示。根據前人研究可得，列車制動閘片的失效磨損量為16mm，根據擬合公式對動車、拖車的壽命進行計算預測可得，二者的行駛壽命分別為111km，126km，說明動車的磨損較為嚴重，其行駛壽命較短。

圖6 里程-磨損量擬合曲線

5 結語

本研究以北京S1線列車的制動閘片為研究對象，分析其在役期間的磨損情況，采用線性回歸分析法，對其剩余壽命進行預測，得出以下結論：

（1）不同磨損測量位置的閘片里程-磨損量曲線的變化趨勢具有一致性，動車制動閘片的磨損量與其行駛里程間呈正相關關系，隨著行駛里程的增大，閘片的磨損量逐漸增大；在列車行駛里程較小時，其閘片的磨損量增長趨勢較為平緩，隨著行駛里程的增大，其磨損量增長量逐漸增大。

（2）對比同一里程下LL閘片與LR閘片的磨損量可得，LL閘片的磨損量總體大于LR閘片的磨損量，說明在列車行駛過程中，不同位置的閘片磨損情況具有一定的差異性，且左盤左面（LL）閘片的磨損情況較為嚴重。

（3）在同一里程下，磨損測量位置3、6的磨損量最大，其余磨損測量位置的磨損量較為集中，這是由于測點3與測點6位于制動閘片的前部，列車發生制動時，制動閘片的前部受到的摩擦阻力較大，所以以上兩個測點的磨損量較大。