CR200J型動車組基礎制動裝置分析

［關鍵詞］基礎制動裝置；制動夾鉗單元；制動盤；閘片

［中圖分類號］TP18 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0138–03

基礎制動裝置是動車組制動的重要組成部分，用于傳遞、放大制動力，主要包括制動盤、閘片和制動夾鉗單元等[1]，制動夾鉗單元中的制動缸將制動管路壓縮空氣壓力轉化為活塞推力，經過夾鉗臂的杠桿作用放大適當的倍數后，均勻的壓力作用到各制動閘片上，使閘片壓緊制動盤，閘片和制動盤摩擦，從而達到制動的目的。

CR200J型動車組按車體斷面形式，分直車體和鼓形車體兩個階段，包括動力車、控制車、拖車3種車型。動力車制動系統以既有和諧電力機車為基礎，拖車制動系統以25T型客車為基礎，基礎制動裝置均采用盤形制動形式[2]，其中動力車采用輪盤制動，拖車采用軸盤制動。文章針對CR200J型動車組兩個階段的基礎制動裝置進行分析，由于拖車和控制車的基礎制動裝置相同，故下文所述拖車均包含控制車，不再單獨敘述。

1基礎制動裝置的結構形式

1.1制動夾鉗單元

制動夾鉗單元是制動系統的執行機構，主要作用是利用杠桿原理將制動力放大和傳遞，使壓縮空氣的壓力轉化為閘片與制動盤之間的正壓力，通過制動盤和閘片的摩擦力形成制動力，從而實現制動功能[3]。制動夾鉗單元采用模塊化結構，主要由制動缸、吊座、閘片托、杠桿、閘片托吊等部件組成。根據停放制動功能的不同，可分為普通制動夾鉗單元、手制動夾鉗單元和停放制動夾鉗單元3種形式。普通制動夾鉗單元只具有空氣制動功能，通過制動缸內的壓縮空氣推動活塞桿伸出，再通過制動杠桿的放大，使閘片壓在制動盤上。手制動夾鉗單元是在普通制動夾鉗單元后增加了手制動杠桿，通過手制動鋼纜拉動手制動杠桿，再撥動制動缸活塞桿伸出。停放制動夾鉗單元設有停放制動缸，通過彈簧壓力作用在內部傳動機構上，使制動缸活塞桿伸出。

CR200J型動車組直車體和鼓形車體階段的動力車基礎制動裝置沒有變化，有普通制動夾鉗單元和停放制動夾鉗單元兩種形式，直車體階段的拖車基礎制動裝置采用普通制動夾鉗單元和手制動夾鉗單元兩種形式，鼓形車體階段的拖車基礎制動裝置將手制動夾鉗單元改為停放制動夾鉗單元。

CR200J型動車組制動夾鉗單元采用3點吊掛方式，借助3點支承固定在車輛的轉向架上，通過關節軸承與構架相連，能保證運動所需的靈活性。制動夾鉗單元內部安裝有閘片間隙自動調整器，當閘片磨損時，可以保證閘片和制動盤的間隙穩定在要求的范圍內。閘片間隙自動調整器還有足夠的調整量，可以在不拆卸其他部件的情況下，實現對閘片的更換。更換閘片時無需特殊的工具，通過常用工具就可快速、簡便地更換部件。

1.2制動盤

制動盤和閘片形成一對摩擦副，在制動時，將列車巨大的動能轉化為熱能，并消散到大氣之中，因此要求制動盤有較好的結構強度和良好的散熱性能。動車組制動盤的常用材料為鐵系金屬材料，主要有鑄鐵、鑄鋼和鍛鋼。鑄鐵制動盤具有摩擦性能好、耐磨、耐熱、抗熱裂、抗變形及可鑄性好等優點，在25T型客車上有廣泛的應用。鑄鋼制動盤能夠大量吸收制動產生的熱量，具有較高的抗熱裂性，溫度穩定性較高，熱裂紋傾向小，對潮濕環境的敏感性較低，髙溫時摩擦系數較均勻，在高速動車組中應用廣泛。鍛鋼制動盤材料具有優良的塑性、強度與韌性，在300km/h速度級的高速列車制動服役過程中表現出了良好的綜合性能[4-5]。

制動盤按照安裝形式，可分為整體式制動盤和分體式制動盤；按照安裝位置，可分為輪裝制動盤和軸裝制動盤。CR200J型動車組的制動盤均為整體式，鑄鋼材料。

動力車每根軸安裝有兩套基礎制動裝置（圖1），采用輪裝制動盤，主要由兩個盤體、6個定位銷和18組緊固件等組成，盤體通過定位銷進行定位，通過緊固件安裝于車輪輻板兩側。

拖車每根軸安裝有兩套基礎制動裝置（圖2），采用軸裝制動盤，主要由盤體、盤轂、壓環和緊固件等組成，盤轂壓裝在車軸上，盤體通過壓環和緊固件固定在盤轂上。

1.3閘片

目前，主要的閘片材料有鑄鐵、復合材料和粉末冶金材料。鑄鐵閘片適用于100km/h左右的列車，復合材料適用于160km/h左右的列車，粉末冶金閘片摩擦性能穩定，在高速動車組中應用廣泛。

粉末冶金閘片是以一種金屬或合金為主要成分，加入起摩擦、減磨或某些特殊作用的其他金屬、非金屬成分，具有明顯的金屬性、優越的物理力學性能和摩擦磨損性能。

材料是影響粉末冶金閘片制動性能最核心的因素，目前粉末冶金閘片材料的研究方向主要有3種：鐵基、銅基和銅鐵基材料，應用最多的是銅基材料。

CR200J型動車組均采用粉末冶金閘片，采用UIC標準的燕尾接口形式，由鋼背、彈性元件、卡簧及摩擦塊等零件組成，閘片結構如圖3所示。閘片安裝在制動夾鉗單元的閘片托上，與制動盤構成摩擦副，通過制動夾鉗單元作用，閘片摩擦材料與制動盤接觸，通過摩擦作用，轉移動車組動能。閘片上下對稱，分成兩半，便于在閘片與制動盤空間很小的情況下拆卸閘片。閘片摩擦塊之間存在間隙，可增加摩擦面的貼合性，也便于排除摩擦時產生的閘片碎屑及消散熱量。

2基礎制動裝置熱容量分析

CR200J型動車組站間距更短，制動更頻繁，對制動能力提出了更高的要求。為驗證基礎制動裝置能否滿足運營要求，需對基礎制動裝置進行熱容量分析。

2.1動力車基礎制動裝置

動力車沿用原和諧電力機車的基礎制動形式，運行良好，文獻[6]指出，動力車基礎制動裝置滿足動力車在200km/h速度等級時的制動要求。

2.2拖車基礎制動裝置

CR200J型動車組拖車以25T型客車為基礎，并對基礎制動裝置進行了優化升級。25T型客車基礎制動裝置摩擦副采用鑄鐵制動盤（灰鐵或蠕鐵）和合成閘片，隨著運營里程的增加及運營工況的改變，在站間距較短或制動頻繁的線路上，在25T型客車上，出現了制動盤熱裂紋現象。

CR200J型動車組相比25T型客車制動更加頻繁，因此采用了每軸兩套鑄鋼盤和粉末冶金閘片。為了能同時得到制動盤溫度和應力在制動過程中隨時間的變化規律，考核制動盤是否滿足溫度和應力的要求，考核其材料是否滿足使用要求，取初速度160km/h連續施加兩次緊急制動為計算工況，采用熱–機械耦合方法來計算制動盤的熱負荷。計算中采用4節點熱耦合四面體單元。摩擦產生的熱量以熱流密度的形式施加于摩擦面上，且考慮車輛運行過程中制動盤與空氣的熱交換；約束的施加與實際的約束情況相同。

拖車軸裝制動盤溫度隨時間變化的曲線如圖4所示，從圖4中可以看出，連續施加兩次緊急制動，第1次制動過程中，盤體最高溫度為249℃，第2次制動過程中，盤體最高溫度為345℃。熱容量均能滿足時速160km動力集中動車組的運用要求，并有較大安全余量。

3結束語

文章介紹了CR200J型動車組基礎制動裝置的結構特點，即CR200J型動車組采用3點吊裝的制動夾鉗單元，動力車每軸采用兩套輪裝制動盤，拖車采用兩套軸裝制動盤，均配置了粉末冶金閘片。通過實際運營效果來看，基礎制動裝置運營良好，未發現制動盤熱裂紋等故障。