CR200J型動車組基礎(chǔ)制動裝置分析

［關(guān)鍵詞］基礎(chǔ)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(chǔ)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(zhuǎn)化為活塞推力，經(jīng)過夾鉗臂的杠桿作用放大適當?shù)谋稊?shù)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(tǒng)以既有和諧電力機車為基礎(chǔ)，拖車制動系統(tǒng)以25T型客車為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)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(chǔ)制動裝置進行分析，由于拖車和控制車的基礎(chǔ)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(chǔ)制動裝置的結(jié)構(gòu)形式

1.1制動夾鉗單元

制動夾鉗單元是制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，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(zhuǎn)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(xiàn)制動功能[3]。制動夾鉗單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由制動缸、吊座、閘片托、杠桿、閘片托吊等部件組成。根據(jù)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(nèi)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(shè)有停放制動缸，通過彈簧壓力作用在內(nèi)部傳動機構(gòu)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(zhuǎn)向架上，通過關(guān)節(jié)軸承與構(gòu)架相連，能保證運動所需的靈活性。制動夾鉗單元內(nèi)部安裝有閘片間隙自動調(diào)整器，當閘片磨損時，可以保證閘片和制動盤的間隙穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。閘片間隙自動調(diào)整器還有足夠的調(diào)整量，可以在不拆卸其他部件的情況下，實現(xiàn)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(zhuǎn)化為熱能，并消散到大氣之中，因此要求制動盤有較好的結(jié)構(gòu)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(yōu)點，在25T型客車上有廣泛的應(yīng)用。鑄鋼制動盤能夠大量吸收制動產(chǎn)生的熱量，具有較高的抗熱裂性，溫度穩(wěn)定性較高，熱裂紋傾向小，對潮濕環(huán)境的敏感性較低，髙溫時摩擦系數(shù)較均勻，在高速動車組中應(yīng)用廣泛。鍛鋼制動盤材料具有優(yōu)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(xiàn)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(chǔ)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(cè)。

拖車每根軸安裝有兩套基礎(chǔ)制動裝置（圖2），采用軸裝制動盤，主要由盤體、盤轂、壓環(huán)和緊固件等組成，盤轂壓裝在車軸上，盤體通過壓環(huán)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(fù)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(fù)合材料適用于160km/h左右的列車，粉末冶金閘片摩擦性能穩(wěn)定，在高速動車組中應(yīng)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(yōu)越的物理力學(xué)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)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?xí)r產(chǎn)生的閘片碎屑及消散熱量。

2基礎(chǔ)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(chǔ)制動裝置能否滿足運營要求，需對基礎(chǔ)制動裝置進行熱容量分析。

2.1動力車基礎(chǔ)制動裝置

動力車沿用原和諧電力機車的基礎(chǔ)制動形式，運行良好，文獻[6]指出，動力車基礎(chǔ)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(chǔ)制動裝置

CR200J型動車組拖車以25T型客車為基礎(chǔ)，并對基礎(chǔ)制動裝置進行了優(yōu)化升級。25T型客車基礎(chǔ)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(xiàn)了制動盤熱裂紋現(xiàn)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(yīng)力在制動過程中隨時間的變化規(guī)律，考核制動盤是否滿足溫度和應(yīng)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(xù)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(jié)點熱耦合四面體單元。摩擦產(chǎn)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(xù)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(jié)束語

文章介紹了CR200J型動車組基礎(chǔ)制動裝置的結(jié)構(gòu)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(chǔ)制動裝置運營良好，未發(fā)現(xiàn)制動盤熱裂紋等故障。