新一代高速動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)研究

史鵬　司麗　方培嫘　魏潤龍

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

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組；基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)；夾鉗單元；制動(dòng)盤；閘片 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U279 文章編號(hào)：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(dòng)系統(tǒng)是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，為使鐵道車輛安全運(yùn)營，可靠性高的制動(dòng)裝置是必不可少的。高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)與普通列車制動(dòng)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(dòng)力制動(dòng)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(dòng)力制動(dòng)失效時(shí)，機(jī)械制動(dòng)必須保證高速列車能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車，以確保行車安全。

新一代高速動(dòng)車組是我國在引進(jìn)消化吸收的國外動(dòng)車組核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速動(dòng)車組?；A(chǔ)制動(dòng)裝置采用內(nèi)冷式盤形制動(dòng)，在動(dòng)力軸上設(shè)兩個(gè)輪裝制動(dòng)盤，在非動(dòng)力軸上設(shè)三個(gè)軸裝制動(dòng)盤。輪裝制動(dòng)盤和軸裝制動(dòng)盤都采用特殊的鑄鋼制動(dòng)盤，制動(dòng)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(dòng)所產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，甚至在制動(dòng)初速度為380km/h也能夠保證接觸和承受負(fù)荷均勻、性能穩(wěn)定?？諝饩o急制動(dòng)的摩擦系數(shù)滿足制動(dòng)距離的設(shè)計(jì)要求，制動(dòng)夾鉗單元具有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整功能，閘片的結(jié)構(gòu)能保證與制動(dòng)盤表面均勻接觸。

2 部件結(jié)構(gòu)及功能

新一代高速動(dòng)車組的基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)盤、制動(dòng)夾鉗單元（包括制動(dòng)缸、制動(dòng)杠桿、閘片托等）以及制動(dòng)管路等組成。

2.1 制動(dòng)盤

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

2.1.1 輪裝制動(dòng)盤。輪裝制動(dòng)盤由兩個(gè)盤體（摩擦片）組成，這種摩擦片由一個(gè)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(dòng)盤在制動(dòng)時(shí)由于與制動(dòng)閘片摩擦而發(fā)熱，通過車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)引起的氣流可以使其冷卻?？諝鈴闹苿?dòng)盤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(dòng)盤。軸裝制動(dòng)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(jì)使得在制動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)摩擦片的同時(shí)，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(shí)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(shí)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(dòng)盤熱負(fù)荷要求。作為最可靠的制動(dòng)手段，盤形制動(dòng)是高速列車最基本的基礎(chǔ)制動(dòng)方式，其制動(dòng)能力的發(fā)揮主要取決于制動(dòng)盤和閘片承受制動(dòng)熱負(fù)荷的能力。制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤承受高溫載荷，制動(dòng)功率達(dá)到極限，會(huì)出現(xiàn)熱裂紋，閘片的磨損也會(huì)大大加劇。閘片和制動(dòng)盤磨耗的快慢，制動(dòng)盤形成裂紋與裂紋擴(kuò)展的速度都與閘片和制動(dòng)盤的溫升有關(guān)。經(jīng)過模擬計(jì)算以及線路型式試驗(yàn)驗(yàn)證，新一代高速動(dòng)車組的制動(dòng)盤表現(xiàn)出了以下優(yōu)點(diǎn)：良好的機(jī)械性能，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，受熱均勻，制動(dòng)盤表面未出現(xiàn)異常磨耗，也未發(fā)生緊固件松動(dòng)等失效現(xiàn)象；良好的耐熱疲勞性能，制動(dòng)盤表面未產(chǎn)生熱裂紋；良好的散熱性能，制動(dòng)盤摩擦面最高溫度值始終沒有超過制動(dòng)盤所允許的最高極限值，有利于提高制動(dòng)盤的使用壽命。因此新一代高速動(dòng)車組的制動(dòng)盤符合高速列車對(duì)制動(dòng)盤的要求。

2.2 制動(dòng)夾鉗單元

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

制動(dòng)夾鉗單元的結(jié)構(gòu)和功能，主要考慮了以下設(shè)計(jì)理念：（1）不同磨耗下上閘時(shí)間一致——間隙調(diào)整裝置；（2）車輛需要長期停放——停放制動(dòng)；（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(jī)構(gòu)。

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

制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸充風(fēng)，將制動(dòng)閘片托連同制動(dòng)閘片壓在制動(dòng)盤上，由此形成制動(dòng)力。緩解時(shí)，制動(dòng)缸排風(fēng)，制動(dòng)缸中的復(fù)位彈簧驅(qū)使制動(dòng)夾鉗杠桿進(jìn)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(diǎn)，即：離合器閉合時(shí)候傳遞力，打開時(shí)候傳遞運(yùn)動(dòng)。通過絲杠直線運(yùn)動(dòng)和螺母旋轉(zhuǎn)的相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行間隙調(diào)整。

制動(dòng)缸的單動(dòng)間隙調(diào)節(jié)器在工作時(shí)不受因制動(dòng)力而異的制動(dòng)桿彈性延伸量的影響。在制動(dòng)過程中，間隙調(diào)節(jié)器可快速自動(dòng)地修正通過磨損而增大的制動(dòng)盤和閘片之間的間隙。這樣在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，制動(dòng)盤和閘片的間隙不會(huì)擴(kuò)大，使得在制動(dòng)緩解時(shí)，正常運(yùn)行所必需的間隙幾乎保持恒定。

2.3 停放制動(dòng)夾鉗單元

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

位置。

如果沒有緩解壓力，則可以借助機(jī)械緊急緩解裝置手動(dòng)將彈簧儲(chǔ)能制動(dòng)器緩解。手動(dòng)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(jì)宗旨是確保制動(dòng)盤溫度分布均勻。

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

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

3 檢查與維護(hù)

制動(dòng)盤主要從緊固件、散熱筋、裂紋、磨耗等方面進(jìn)行檢查與維護(hù)，如：（1）檢查散熱肋片是否臟污，必要時(shí)可用壓縮空氣清除；（2）查看螺母松動(dòng)標(biāo)志，如果出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，必須認(rèn)真檢查，同時(shí)用扭矩扳手給予緊固，并做庫檢紀(jì)錄存檔。檢查螺母是否有裂紋，若有，必須進(jìn)行更換；（3）若有裂紋，根據(jù)制動(dòng)盤裂紋分類對(duì)制動(dòng)盤提出不同的檢修要求；（4）根據(jù)制動(dòng)盤磨耗情況對(duì)制動(dòng)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(duì)于夾鉗單元，主要是檢查排風(fēng)口是否暢通以及可運(yùn)動(dòng)部件的功能等。對(duì)閘片要重點(diǎn)檢查其磨耗情況，是否偏磨、裂紋；檢查閘片與制動(dòng)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(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，分析了制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)和熱負(fù)荷狀況，不帶停放制動(dòng)夾鉗單元和帶停放制動(dòng)夾鉗單元的工作機(jī)理，介紹了新一代高速動(dòng)車組閘片的特點(diǎn)以及基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的相關(guān)檢查與維護(hù)工作，對(duì)了解新一代高速動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)原理與維護(hù)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李和平，林祜亭.高速列車基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(hù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）