談?shì)喲b盤(pán)形制動(dòng)裝置在南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛上的應(yīng)用

盧昌虎

摘 要：隨著城市不斷擴(kuò)大需要提高軌道交通車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)速度增加運(yùn)能，由于踏面制動(dòng)的局限性不能滿(mǎn)足制動(dòng)要求，盤(pán)形制動(dòng)在城市軌道車(chē)輛的應(yīng)用將成為趨勢(shì)，文章基于南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛采用的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是輪裝盤(pán)形制動(dòng)，簡(jiǎn)要介紹了輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)特征、工作原理，主要零部件的常見(jiàn)故障現(xiàn)象與維護(hù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道車(chē)輛；基礎(chǔ)制動(dòng)裝置；盤(pán)形制動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U279.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0043-02

1 概 述

1.1 踏面閘瓦制動(dòng)

城市軌道車(chē)輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的形式常見(jiàn)的有兩種：踏面閘瓦制動(dòng)和盤(pán)形制動(dòng)，踏面閘瓦制動(dòng)采用閘瓦壓緊車(chē)輪踏面從而產(chǎn)生制動(dòng)力，其特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)緊湊，制動(dòng)效率高，作用靈敏，同時(shí)帶有自動(dòng)調(diào)閘裝置，能使閘瓦間隙始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行人工調(diào)整。但其制動(dòng)功率不宜過(guò)大，因?yàn)檫^(guò)大的制動(dòng)功率會(huì)導(dǎo)致閘瓦制動(dòng)摩擦副的損傷，輪對(duì)踏面熱疲勞或剝離，這些將影響到行車(chē)的安全，因此閘瓦制動(dòng)有一個(gè)功率極限存在，只能使用在中低速軌道車(chē)輛上。

1.2 盤(pán)形制動(dòng)裝置

相比之下，盤(pán)形制動(dòng)裝置克服了閘瓦制動(dòng)的缺點(diǎn)，用制動(dòng)盤(pán)代替閘瓦對(duì)車(chē)輪踏面的摩擦，從而減少了車(chē)輪的磨耗。盤(pán)形制動(dòng)的散熱性能比較好，且摩擦系數(shù)穩(wěn)定，制動(dòng)力恒定，同時(shí)其熱容量允許其具有較高的制動(dòng)功率。還可通過(guò)選擇制動(dòng)盤(pán)和閘片材料，使摩擦副具有最佳的制動(dòng)參數(shù)，獲得較高的摩擦系數(shù)，進(jìn)而可以減小閘片壓力，最后達(dá)到制動(dòng)裝置輕量化的目的。盤(pán)形制動(dòng)裝置根據(jù)制動(dòng)盤(pán)的安裝方式，可分為軸盤(pán)式制動(dòng)和輪盤(pán)式制動(dòng)兩大類(lèi)。軸盤(pán)式制動(dòng)裝置把制動(dòng)盤(pán)安裝在輪軸上，通過(guò)某種形式與輪軸固定，使制動(dòng)盤(pán)與輪對(duì)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。輪盤(pán)式制動(dòng)裝置的制動(dòng)盤(pán)夾裝在車(chē)輪兩側(cè)。南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛為B型地鐵車(chē)輛，6輛編組，最高運(yùn)營(yíng)速度為100 km/h，采用輪裝盤(pán)形制動(dòng)。

2 輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置的主要組成

輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置主要包括帶（或不帶）停放功能的制動(dòng)缸，制動(dòng)夾鉗，制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)閘片。安裝在制動(dòng)夾鉗上的閘片與制動(dòng)盤(pán)組成一對(duì)摩擦副，通過(guò)摩擦制動(dòng)盤(pán)表面將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。

2.1 制動(dòng)盤(pán)

南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛制動(dòng)盤(pán)選用的材料為灰鑄鐵，是有徑向排布散熱肋片的環(huán)形鑄鐵件，其外徑為640 mm，內(nèi)徑為350 mm，制動(dòng)盤(pán)外側(cè)為摩擦面，內(nèi)側(cè)設(shè)有徑向且均勻分布的散熱肋片，散熱肋片之間可以形成徑向氣流通道，有利于散熱。制動(dòng)盤(pán)的兩個(gè)摩擦盤(pán)安裝在車(chē)輪兩側(cè)，通過(guò)6個(gè)定位銷(xiāo)對(duì)中定位和傳遞制動(dòng)力矩，兩個(gè)摩擦盤(pán)用12個(gè)螺栓連接，用防松螺母鎖緊，制動(dòng)盤(pán)的摩擦表面與輪緣為表面齊平，如圖1所示。

2.2 制動(dòng)夾鉗

南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛采用傳統(tǒng)緊湊型輪裝夾鉗。一根軸安裝1套常用制動(dòng)夾鉗和1套帶停放功能的制動(dòng)夾鉗，在轉(zhuǎn)向架上斜對(duì)角布置，制動(dòng)夾鉗固定在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁上，如圖2和圖3所示。

輪裝制動(dòng)夾鉗的設(shè)計(jì)特征有以下幾點(diǎn)：①模塊化設(shè)計(jì)，包括獨(dú)立的制動(dòng)氣缸，閘瓦間隙調(diào)整裝置等；②對(duì)稱(chēng)杠桿的可浮動(dòng)的制動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)；③制動(dòng)缸連接的高可靠性；④耐久性和耐震性；⑤緊湊，輕量化設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)向架占用空間??；⑥低磨損和維護(hù)便捷。

2.3 制動(dòng)閘片

南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛的制動(dòng)閘片外形按照UIC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，圓弓形，由上下兩半對(duì)稱(chēng)組成，制動(dòng)閘片上的溝槽除了用于減少摩擦副上水分的影響，還具有排污功能，制動(dòng)過(guò)程中摩擦副產(chǎn)生的脫落物可通過(guò)溝槽快速排出，使摩擦副的制動(dòng)性能保持穩(wěn)定。南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛制動(dòng)閘片的溝槽為十字交叉型，上下兩半的溝槽也是對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)。另外，制動(dòng)閘片的選擇需滿(mǎn)足規(guī)定的性能和環(huán)保要求，并且減少因制動(dòng)磨光以及空氣濕度的影響導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)與閘片之間的摩擦系數(shù)的衰減，故選用了有機(jī)材料制成，規(guī)格型號(hào)為UIC400SOZS24的閘片，如圖4所示。

3 輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置工作原理

南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)采用的基礎(chǔ)制動(dòng)為輪盤(pán)制動(dòng)單元，一種帶停放制動(dòng)功能，一種不帶停放制動(dòng)功能。常用制動(dòng)施加時(shí)，壓縮空氣從接口（a）給制動(dòng)缸（b）充風(fēng)，挺桿（c）動(dòng)作，推動(dòng)制動(dòng)夾鉗，使閘片壓在制動(dòng)盤(pán)上，產(chǎn)生制動(dòng)力。常用制動(dòng)器緩解時(shí)，制動(dòng)缸排風(fēng)，制動(dòng)缸中的復(fù)位彈簧（d）驅(qū)使制動(dòng)夾鉗挺桿進(jìn)入緩解位置，如圖5所示。

當(dāng)壓縮空氣從接口（b）給彈簧儲(chǔ)能器（a）排風(fēng)，停放制動(dòng)器掛上，閘片借儲(chǔ)能彈簧（e）的力靠在制動(dòng)盤(pán)上，產(chǎn)生制動(dòng)力，即停放制動(dòng)施加，可以保證列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)無(wú)壓縮空氣或氣壓低時(shí)能停放是坡道上而不會(huì)出現(xiàn)溜車(chē)。當(dāng)彈簧儲(chǔ)能器充風(fēng)，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(méi)有緩解壓力，則可以用機(jī)械式緊急緩解裝置（d）手動(dòng)緩解掛上的停放制動(dòng)器。手動(dòng)拉環(huán)緩解后，停放制動(dòng)不能再次施加，需要進(jìn)行充風(fēng)復(fù)位后才能再次施加，如圖6所示。

4 主要零部件的常見(jiàn)故障現(xiàn)象與維護(hù)

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，為了保證列車(chē)安全運(yùn)營(yíng)，需要維護(hù)人員定期檢查裝置的外部狀態(tài)、磨損程度、裂紋和損壞情況，對(duì)于輪裝盤(pán)形制動(dòng)，需定期重點(diǎn)檢查制動(dòng)盤(pán)和閘片的外觀，發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)維護(hù)

4.1 制動(dòng)盤(pán)的常見(jiàn)故障現(xiàn)象

4.1.1 裂 紋

①絲狀裂紋：指使用過(guò)程中在摩擦面上出現(xiàn)的很淺的散射狀細(xì)微裂紋。這些裂紋出現(xiàn)在摩擦片上的任意位置，對(duì)使用沒(méi)有什么影響，如圖7所示。

②典型裂紋：指尚未從摩擦片的內(nèi)徑到達(dá)外徑的裂紋。有兩種不同類(lèi)型的裂紋，如圖8所示。對(duì)a<80 mm，b<60 mm的初始裂紋是允許存在的，摩擦面可能有多個(gè)隨機(jī)排布的裂縫；對(duì)80 mm≤a≤100 mm，60 mm≤b≤80 mm的裂紋，在一定條件下允許存在。與下一個(gè)同類(lèi)型裂紋的最短間距必須有50 mm。對(duì)有這類(lèi)裂紋的制動(dòng)盤(pán)可以繼續(xù)使用到下次檢查，須根據(jù)制動(dòng)盤(pán)的狀況縮短檢查周期。對(duì)a>100 mm，b>80 mm的裂紋，必須及時(shí)更換制動(dòng)盤(pán)。

③貫穿裂紋： 指摩擦片內(nèi)徑貫穿到摩擦片外徑的裂紋或者從摩擦片邊緣起且使摩擦帶貫穿到散熱片的裂紋，有此類(lèi)裂紋的制動(dòng)盤(pán)必須立刻更換，如圖9所示。

4.1.2 磨 損

由于制動(dòng)閘片未完全覆蓋制動(dòng)盤(pán)，隨著繼續(xù)磨損而在制動(dòng)盤(pán)上產(chǎn)生的磨損量，即在靠近邊緣的地方磨損較少，在摩擦面中心區(qū)磨損較多，如圖10所示。

對(duì)于有機(jī)材料的閘片： 磨損量最大2 mm；斜向磨損量最大2 mm；磨損極限最大5 mm。

維護(hù)說(shuō)明： ①兩側(cè)的磨損差異超過(guò)2 mm， 須進(jìn)行摩擦片的端面車(chē)削，以避免不同的熱作用。②超過(guò)H和S限值的制動(dòng)盤(pán)，必須進(jìn)行端面車(chē)削，以避免損失。③只要一個(gè)摩擦片上的磨損量最嚴(yán)重處達(dá)到了磨損極限“T”，則立即更換制動(dòng)盤(pán)?！癏”和“S”限值同樣適用。

4.1.3 燒 灼

制動(dòng)盤(pán)燒灼是指有灼燒痕跡、燒焊和材料脫層現(xiàn)象。若沒(méi)有穿透裂紋或較大的裂縫，則帶灼燒痕跡的車(chē)輪制動(dòng)盤(pán)可以繼續(xù)使用，繼續(xù)使用過(guò)程中，必須定期對(duì)車(chē)輪制動(dòng)盤(pán)再進(jìn)行一次目檢。

4.2 閘片的維護(hù)

對(duì)閘片的維護(hù)有如下建議：①對(duì)制動(dòng)閘片的磨損狀態(tài)進(jìn)行定期目檢，并測(cè)量閘片剩余厚度，必須在閘片最薄處測(cè)量從制動(dòng)閘片背面至摩擦表面的距離，斜向磨損的極限為5 mm；②閘片摩擦面上由于短時(shí)過(guò)熱造成的碎片一共最多允許為10 cm2；③閘片摩擦面上允許有龜裂，但不允許有明顯的，影響強(qiáng)度的裂紋。

5 結(jié) 語(yǔ)

南京機(jī)場(chǎng)線(xiàn)車(chē)輛的輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置在運(yùn)營(yíng)過(guò)程能滿(mǎn)足其制動(dòng)要求，且穩(wěn)定、安全、可靠。隨著城市不斷擴(kuò)大，城市軌道交通車(chē)輛速度的提高，輪裝盤(pán)形制動(dòng)裝置將在未來(lái)軌道交通車(chē)輛更為普遍的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 解翠英.盤(pán)式制動(dòng)器在電機(jī)車(chē)上的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2004，（2）.