高速列车闸片材料制动试验机的研制

摘 要 ： 对 我 国 即 将 建 造 的 时 速 大 于 ２ ０ ｍ／ 针 ０ ｋ ｈ的 铁 路 线 路 ， 制 既 安 全 又 耐 用 的 制 动 闸 研
片 已成 为 当务 之 急 。为 了在模 拟 车 辆 的 工作 条 件 下 ， 对粉 末 冶金 复 合 材料 闸片 的性 能进 行 研
究 ， 制 了一 台 高速 列 车 闸片 材料 试 验 机 ， 机操 作 简单 、 全 ， 能 可 靠 ， 用 于对 闸 片材 料 研 该 安 性 可 配方 和 工 艺的 筛选研 究 ， 为进 一 步进 行 １： １试 验提 供 性 能较 佳 的 闸 片材料 。
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石 家 庄 铁 道 学 院 学 报
第 １ ６卷
为 了尽 可能 接 近 高速 列 车 实 际制 动 的 工况 条 件 ， 用 高 速列 车 制 动盘 一制 动 闸片 摩 擦 副 的接 触 形 式 采
和制 动初 速 度 。 动盘 采 用 ４ 制 ５钢 经调 质 处理 ＨＲ ２ 为 了增 加 转动 惯 量加 工 成 尺寸 为 ６６ ０ ０ Ｃ３ ， ９ ４ ×４ ｍｍ 的制
１ ２的 油泵 １ 提 供 一定 的压力 传 递 到油 缸 １ １ ４中 ，
在 油压 的作 用 下 推 动 活 塞 １ ３运 动 ， 过 活动 铰 通
１电机 ：２主动皮 带轮 ：３塔轮 ：４离合器 ；５试验 盘中轴 ； ． ． ． ． ．
接 ９１ 、 ５将试 件 以一 定 的压 力 压 紧 在制 动 盘 表 面 ６实验盘 ；７转速 表 ：８闸片试 件：９铰链 ；１ ．Ｉ ． ． ． ． ０力】 载钳 ； 上实 现 制动 。 速仪 还 可 以测 量从 开 始 制动 到 制 １． 泵 ； １ ． 压 表 ： １． 塞 ： １ ． 缸 ： １ ． 链 转 油 １ ２油 ３ 活 ４油 ５铰 动 盘 静 止 的转 数 。将 离 合 器 、 速 仪 和油 泵 实现 转 联 动， 即制 动 盘 达 到一 定 的 转 速 后 ， 离 合 器 脱 在 开 的同 时油 泵启 动加压 并 同时记 录 制 动转 数 ， 以保 证 试验 结 果 的准 确 性 。该试 验 机 还安 装有 红 外 测温 仪 ，
力 范 围 为 ０ １５ ０ 试 件 为 ６４ ×２ ｍｍ， 面 积 为 １２ ６ ～ ７ Ｎ。 ９０ ５ 截 ５ ｍｍ。故 本试 验 机 可选 择 的 制动 压力 范 围为 ０ ， ～
１ ２ ＭＰ ， 满 足模 拟列 车 实 际制 动 压力 的要求 。 ．５ ａ能
３ 试 验 结 果
试 验 机结 构 如 图 １ 示 。 功 率 电 动机 １带 所 大
动 主动 轮 ２通 过皮 带 传 动 带动 被 动 塔轮 ３转 动 ，
塔 轮 与 制 动 盘 ６之 间 由 摩 擦 离 合 器 ４通 过 制 动 盘 中轴 ５将 运 动 由塔 轮 传 递 到制 动 盘 ， 制 动盘 使
以预 定 的速 度 转 动 ， 速 由转 速 仪 ７测 量 。制动 转 盘 达 到 一 定 的转 速 后 ， 合 器 脱 开 并 由 加 载 钳 离 １ ０使 试件 ８压 紧 制 动 盘 。加 载 是通 过 带 压 力 表
动盘 ， 大 功 率 电 动机 带 动 塔轮 轴 转 动 ， 轮轴 通 过 离 合 器 与制 动 盘 中轴 联 结 ， 用 塔 以实 现 在 制 动盘 达 到 预 定 的转 速后 离 合 器脱 开 并 开始 制 动 。 轮 设 计有 三个 不 同直 径 的皮 带 轮 ， 塔 以实现 制 动盘 转 速 的调 节 。 片材 闸 料试 件 尺 寸 为 ６４ ×２ ｍｍ， 端 面 与制 动盘 表 面压 紧 ， 动半 径 为 ２ ０ ９０ ５ 其 制 ５ ｍｍ。为 了 研 究 不 同试 件 的 制动 性
１ 高速 列 车 制 动 闸片 的性 能 要 求
由于 高速 列 车 制 动盘 与 制 动 闸 片之 间 的摩 擦 制 动 初 速度 很 高 （ 车 行 驶 速 度 ２ ０ ｍ／ 列 ５ ｋ ｈ时 ， 动 初 速 制 度 ３ ． ｍ／ ） 其 摩擦 制 动 能量 几 乎 全 部 生成 摩 擦 热 ， ７９ ｓ， 使摩 擦 副 的温度 迅 速 升 高 ， 高 温度 可 达 ６ ０Ｃ。因 最 ０ 此 ， 片材 料应 具 有较 高 的强 度 ， 别 是 高 温强 度 ， 闸 特 以保证 于 ６ ０ ０ Ｃ的短 时 高 温 时 ， 在制 动压 力 和摩 擦 力 的
ｈ和 ３ ０ ｍ／ ０ ｋ ｈ。
２ ２ ２ 制 动压 力 的调 整 ．．
在 实 际运 营 中 ， 高速 列 车 紧急 制 动时 的 制动 力 为 １ ． ｋ 闸片 与 制动 盘接 触 面积 为 ２ ２ ｍｍ。即 制 ３ ２ Ｎ， ５１ ０ ，
动压 力 为 ０ ５ ＭＰ ； 用 制动 时 制动 力 为 ６ ６ Ｎ， ．３ ａ常 ． ｋ 制动 压力 为 ０ ２ ＭＰ 。 ． ６ ａ
２ 制 动 试 验 机 结 构 与原 理
２ １ 设 计 思 想 ．
收 稿 日期 ： ０ ２ １ － ２ ２ ０ — １２ 作 者 简 介 ： 田 臣 男 １ ６ 年 ６月 出 生 副 教 授 赵 ９３ 基 金 项 目 ： 道部 科 技 资 助 项 目 （０ ０ ０ ８ 铁 ２０Ｊ２ ）
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将 被动 轮设 计 加 工成 具 有三 个 不 同直 径 的塔 轮 ， 可带 动 制动 盘 实现 三 种速 度 的变 化 。 当制 动盘 转速 分 别 为
１１ ０ ／ ｎ １４ ０ ／ ｎ和 １７ ０ ／ ｎ， ６ ｒ ｍｉ 、 ５ ｒ ｍｉ ４ ｒ ｍｉ 试件 制 动 直径 ５ ０ ０ ｍｍ 时 ， 相 当于 行车 速 度 的 ２ ０ ｍ／ 、 ５ ｋ ／ 约 ０ｋ ｈ ２０ ｉ ｎ
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第１卷 第４ ６ 期
２０ 年 １ 月 ０３ ２
石 家 庄 铁 道 学 院 学 报．
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｊ Ｚ Ｕ Ａ Ｌ Ｙ ＩＳ Ｉ Ｕ Ｅ Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ｉ Ａ Ｈ Ａ Ｇ Ｒ ＩＷＡ ＴＴ Ｔ Ｉ Ｎ
关 键 词 ：高速 列 车 ；粉 末 冶金 ；闸 片 ；试验 机 中图分 类 号 ： 文 献 标识 码 ： 文 章 编号 ：０ ６ ３ ２ （ ０ ３ ０ — ０ ３０ ＴＦ１ Ａ １ ０ — ２ ６ ２ ０ ） ４０ ２ — ３
轮轨 式 车辆 制 动方 式 中摩擦 制 动 应 用最 为 广泛 。摩 擦 制 动 中 的制 动 闸片 是列 车 制动 系 统 的关 键元 件 之 一 。 目前 国 内材 料摩 擦 磨损 试 验 机在 摩擦 副 的接触 形 式 和试 验 速度 上 ， 尚不能 满 足 高速 列 车盘 式 制动 闸 片材 料 试验 所要 求 的条件 ， 了模拟 高 速列 车 制 动盘 一闸 片摩擦 副 的工况 ， 制 了一 台高 速列 车 闸 片材 为 研 料 制 动性 能 研 究 的专 用试 验 机 ， 以筛 选 材 料 的配 方 和制 造 工 艺 ， 进 一步 进 行 １：１试 验 和 装 机 试验 提 供 为 性 能较 佳 的 闸片 材料 。
为 了满 足 以上 要求 ， 统 的半 金 属无 石 棉树 脂 基 闸 片材 料 ， 传 由于其 耐 高温 性 能差 已不 能用 于制 造 高速
列 车 制动 闸片 。 而粉 末 冶金 金 属基 （ 基 或铁 基 ） 合材 料 具 有较 好 的 耐高 温性 能 ， 果采 用 合 理 的材 料 配 铜 复 如
方 和 先进 的制 造 工 艺 ， 能够 具 有较 好 的摩 擦 磨损 性 能 ， 国外 已成功 将 粉末 冶金 制 动 闸片 用 于高 速列 车 运 营
中＿ 。本 试验 机 通过 对 闸 片材 料 的制 动距 离 和 耐磨 性 等性 能 的对 比试 验 ， 选 材料 的配 方 和制 造 工艺 。 ２ ］ 筛
作用下 ， 闸片 材料 不 开 裂 、 掉块 、 不 不龟 裂 ； 具 有 较 高且 较 平稳 的摩 擦 系数 ， 应 由于 制 动过 程 中摩 擦 速 度 变
化 很 快 ， 使 摩擦 系数 发生 较 大 的变 化 ， 一 般对 紧急 制 动距 离 提 出要 求 ， 当制 动 力 １ ． ＫＮ， 车 速 度 致 故 即 ３２ 行 为 ２ ０ ｍ／ ０ ｋ ｈ时 ， 动距 离 小 于２０ ０ 行 车速 度 为 ２ ０ ｍ／ 制 ０ ｍ， ５ ｋ ｈ时 小 于 ２７ ０ ； 具 有 较好 的 耐磨 性 ， ０ ｍ。 应 要求 小 于 １ ５ ｍ。ＭＪ 以保 证 闸 片具 有 较 高的使 用 寿命 。 ．ｃ ／ ，
由加载 钳 的 结构 设计 可 知 ， 塞工 作 时作 用 力 的方 向 与试件 对 制 动 盘作 用力 的方 向平 行 ， 活动 铰 接 活 且 到 活塞 杆 的距 离 与 到试 件 中心 的距 离 相等 ， 以活塞 杆 的推 力 与试 件 对 制动 盘 的制 动 力相 等 。 活塞 杆 截 所 设 面 直径 为 ２ ｒｍ ， ０ ａ 油泵 提 供 的 油压 为 ０ ５ ａ 则 活 塞 的推 力 范 围为 ０ １５ ０ 即试 件 对 制 动盘 的制 动 ～ ＭＰ ， ～ ７ Ｎ，
虽 然 制动 盘 从 开 始 制动 到 停 止转 动 是 由制动 摩 擦力 和试 验 机 系统 阻 力 共 同作 用 的结 果 ， 系统 阻 力 但 与 制动 摩擦 力 相 比很 小 ， 忽 略不 计 。可 以认 为 ， 动 盘 的转 动能 量 全部 被 制动 盘 与试 件 之 间 的摩擦 所 消 可 制 耗 。 闸 片材料 的筛选 试 验 中 ， 在 只要 试 验条 件 相 同 ， 过 测量 制 动 盘 的制 动转 数 和 闸片试 件 的失 重 ， 通 即可 比 较 闸 片材料 的制 动性 能 和使 用 寿命 。
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第 ４期
赵 田 臣等 ： 高速 列 车 闸 片材 料制 动试 验 机 的研 制
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用 粉末 冶金 法 制备 了不 同成 分 的 闸片 材料 ， 制 作 成 闸片试 件 和 实 际尺 寸 的制 动 闸片 ， 别 在该 试 验 并 分 机和 美 国 １：１ 辆试 验 台上进 行 了试 验 ， 果 如表 １ 示 。 车 结 所 由试 验 结果 可 知 ， 本试 验 机 的试 验 结果 与 美 国 １： １车辆 试 验 台 的试 验 结 果 的趋 势 是 一 致 的 ， 即对 于 不 同配 方 材 料 的 制 动距 离 和 磨 损 失 重 ， 者 大 的后 前 者也 大 ， 者小 的 后者 也 小 。但 本试 验 机在 制 动转 数 （ 当于制 动距 离 ） 前 相 的变 化率 （ 件 １与试 件 ２的转 数 试 之 差 除 以试 件 １的＿ 数 ） 转 和磨 损 失 重 的变 化 率 （ 件 １与试 件 ２的磨 损 除 以试 件 １的磨 损 ） 试 分别 为 ０ １ ６ ． ０
以测 量 闸 片材 料表 面 的摩 擦 温度 。 ２ ２ １ 制 动盘 转 速 的调 整 ．．
图 １ 试 验 机 结构 示 意 图
摩擦 制 动 的 制动 初 速度 与 高速 列 车 的运行 速 度 有关 。 以拖 车 为例 ， 轮踏 面 直径 为 ９ ５ 车 １ ｍｍ， 擦 制 动 摩
直径 为 ５ ０ ０ ｍｍ ， 当行 车速 度 为 ２ ０ ２ ０和 ３ ０ ｍ／ ０ 、５ ０ ｋ ｈ时 ， 动初 速度 分 别 为 ３ ． 、 ７ ９和 ４ ． ｍ／ 。为此 ， 制 ０ ４３ ． ５５ ｓ
Ｖ ＯＩ １６ Ｎ Ｏ． ． ４
Ｄｅ ． ０ ｃ ２０ ３
高 速 列 车 闸 片材 料 制 动 试 验 机 的研 制
赵 田 臣 孟 凡 爱 樊 云 昌 ， ，
（．石 家庄 铁 道 学 院 材 料 科 学 与 工 程 系 ， 北 石 家庄 １ 河 ０ ０ ４ ；２ ５ ０ ３ ．石 家 庄 博 深 工 具 公 司 ，河 北 石 家 庄 ００３ ） ５ ０ ５
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
能 ， 在 相 同 的制 动压 力 和 相 同 的制 动 初 速度 下 ， 量 由开始 制 动 到 制动 盘 停 止 转 动 时制 动 盘 的转 数 ， 应 测 以
比较 不 同试 件 的 制动 距 离 ， 过 测 量试 件 的磨 损 失重 以 比较 不 同试 件 的耐磨 性 。 通
２ ２ 结 构 与 工 作 原 理 ．