廣州地鐵三號(hào)線制動(dòng)閘片斷裂問(wèn)題分析及優(yōu)化

黃碩　徐丹

摘要：廣州地鐵三號(hào)線為國(guó)內(nèi)首條時(shí)速達(dá)120 km/h的線路，三號(hào)線B1型車(chē)于列車(chē)大修期進(jìn)行制動(dòng)閘片批量換型，換型閘片裝車(chē)運(yùn)行一年后，陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)燕尾變形以及閘片斷裂情況，對(duì)正線設(shè)備安全造成不利影響。現(xiàn)對(duì)換型閘片結(jié)構(gòu)及運(yùn)用狀況進(jìn)行分析，探討閘片斷裂的原因，并提出優(yōu)化改造方案，以提升閘片運(yùn)用的可靠性。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛;閘片;斷裂;優(yōu)化

1 列車(chē)閘片運(yùn)用情況

廣州地鐵三號(hào)線B1型車(chē)采用盤(pán)式制動(dòng)[1]，列車(chē)自2006年上線運(yùn)營(yíng)，于2015年開(kāi)始進(jìn)行列車(chē)大修，其間列車(chē)閘片運(yùn)用狀態(tài)良好，未出現(xiàn)批量故障問(wèn)題。B1型車(chē)在大修期間對(duì)制動(dòng)閘片進(jìn)行更新?lián)Q型，并于2017年完成所有列車(chē)閘片更換，換型后的制動(dòng)閘片在運(yùn)用過(guò)程中陸續(xù)出現(xiàn)閘片斷裂問(wèn)題，具體故障統(tǒng)計(jì)情況如圖1所示。

2 閘片斷裂原因分析

2.1 ? ?閘片物理參數(shù)

為研究閘片斷裂原因，依據(jù)《城市軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng) 第9部分：合成閘片技術(shù)規(guī)范》（T/CAMET 04004.9—2018）[2]中的參數(shù)要求及測(cè)試方法，對(duì)斷裂閘片殘?bào)w及閘片新件的材料力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)測(cè)試，閘片的物理及力學(xué)性能滿足規(guī)范要求，閘片殘?bào)w物理性能與新件相當(dāng)。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

2.2 ? ?閘片受損情況

通過(guò)對(duì)斷裂閘片殘?bào)w樣本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)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(fā)生在閘片尖端無(wú)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(cè)擴(kuò)展（圖2）。

閘片燕尾：閘片燕尾與端口齊平位置存在卷邊現(xiàn)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(chē)牽引制動(dòng)工況轉(zhuǎn)換頻繁，會(huì)導(dǎo)致閘片燕尾與閘片托產(chǎn)生頻繁撞擊，閘片燕尾端面完全承受撞擊過(guò)程中所產(chǎn)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(zhuǎn)移至燕尾本體，最終造成燕尾端部與閘片托接觸處出現(xiàn)燕尾形變。

2.3.2 ? ?摩擦體斷裂原因

根據(jù)閘片斷裂情況，主要從閘片材質(zhì)及閘片受力兩個(gè)方面對(duì)閘片斷裂原因進(jìn)行分析：

（1）閘片材質(zhì)：根據(jù)閘片殘?bào)w送檢結(jié)果，閘片殘?bào)w物理性能與出廠狀態(tài)基本一致，閘片材質(zhì)無(wú)缺陷，閘片參數(shù)符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

（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(xiàn)卷邊后，卷邊部分與閘片托貼合緊密，導(dǎo)致燕尾其余部分與閘片托之間存在空隙。在列車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，閘片托向閘片施加一個(gè)垂直于閘片方向的力，此時(shí)燕尾卷邊部分凸出于燕尾表面，將形成一個(gè)支點(diǎn)并產(chǎn)生杠桿作用，導(dǎo)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(dòng)次數(shù)的增加，閘片端部摩擦體逐漸產(chǎn)生彎曲疲勞，最終出現(xiàn)摩擦體斷裂。

綜上，閘片出現(xiàn)斷裂的原因：閘片燕尾在制動(dòng)過(guò)程中受到頻繁沖擊造成燕尾受損發(fā)生形變，閘片整體在以燕尾形變位置為支點(diǎn)的情況下產(chǎn)生杠桿作用，導(dǎo)致閘片端部摩擦體長(zhǎng)期受力不均，產(chǎn)生疲勞斷裂。

3 解決措施

根據(jù)上述分析，為解決閘片端部斷裂問(wèn)題，需強(qiáng)化燕尾強(qiáng)度，避免出現(xiàn)形變，可從以下幾個(gè)方面對(duì)閘片燕尾結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 ? ?增加燕尾端面面積

將原閘片燕尾U型槽結(jié)構(gòu)改為梯形結(jié)構(gòu)，增加端面碰撞面積;同時(shí)在燕尾端面增加加強(qiáng)筋，提升燕尾抗沖擊能力（圖5）。

3.2 ? ?優(yōu)化燕尾連接方式

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

上述兩條措施可以有效強(qiáng)化閘片燕尾端面的抗沖擊能力。

4 優(yōu)化效果

經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的閘片已于2019年10月進(jìn)行裝車(chē)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)為期18個(gè)月29萬(wàn)km的運(yùn)行跟蹤，閘片整體制動(dòng)性能及磨耗狀態(tài)良好，閘片摩擦體及燕尾未出現(xiàn)形變、磨損、斷裂情況，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的閘片抗沖擊性能提升明顯，運(yùn)用效果符合預(yù)期。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)廣州地鐵三號(hào)線列車(chē)制動(dòng)閘片斷裂原因進(jìn)行了分析，提出了閘片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，并對(duì)改進(jìn)型閘片進(jìn)行了運(yùn)用驗(yàn)證，解決了閘片燕尾磨損變形導(dǎo)致閘片受力不均而出現(xiàn)斷裂的問(wèn)題，提升了制動(dòng)閘片的抗沖擊能力及運(yùn)用可靠性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司.MM0417_制動(dòng)鉗單元[Z]，2006.

[2] 城市軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng) 第9部分：合成閘片技術(shù)規(guī)范：T/CAMET 04004.9—2018[S].

收稿日期：2021-07-21

作者簡(jiǎn)介：黃碩（1993—），男，湖北十堰人，城市軌道交通機(jī)車(chē)車(chē)輛助理工程師，從事城軌車(chē)輛牽引制動(dòng)技術(shù)研究工作。