浅谈焊接式制动盘的应用前景

2023.04.23

赵美钢曹善风

摘要：本文阐述了焊接式制动盘较铸造制动盘的优缺点及应用验证，焊接式制动盘在中低速动车组应用前景堪好。

关键词：高速动车组；焊接式；铸钢；铸铁；制动盘；台架试验；摩擦系数

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.046

1 制动盘应用现状

盘形制动是高速动车组使用最为广泛的摩擦制动方式。它是在车轴或车轮辐板侧面安装制动盘，制动时用制动夹钳使两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，将列车动能转变成热能耗散于大气。

我国CRH系列的动车组主要采用铸铁、铸钢制动盘，传统的铸铁、铸钢制动盘受限于材料及加工工艺等方面的限制，存在以下缺点：

（1）受铸造加工的限制，制动盘毛坯件的供应商仅有局限的几个选择；（2）制动盘铸造完成后需要额外的热处理工艺加工；（3）铸造缺陷的质量损耗：10% to 30% 废品率；（4）对于不同大小、厚度的制动盘，都需要在铸造模型、工具等方面重复投入，没有灵活性。

目前世界范围内正在积极探索新材料及新工艺制动盘运用于盘形制动的可能性与经济性。焊接式制动盘作为一种新工艺盘，近几年已经在200km/h的客车上陆续得到应用，取得一定的运用经验及较好的运用成果。

2 焊接式制动盘

2.1 焊接式制动盘介绍

焊接式制动盘采用创新的方式将2套摩擦环、定位柱和连接柱焊接在一起组成完整的制动盘盘体。

制动盘的制备不仅可以使用标准的铸铁或铸钢，而且可以使用厚钢板制备合适尺寸的制动盘，制动盘使用凸耳和螺栓通过焊接技术连接而成。

2.2 焊接式制动盘优点

焊接式制动盘由于采用机加工摩擦环及焊接的工艺，相比较传统的铸钢制动盘优点明显：（1）摩擦环可以使用标准钢材且这些材料在全世界范围内容易采购；（2）摩擦环采用成型钢板，有更好的材料质量，不受铸钢的典型缺陷的影响，无非金属夹杂物、铸造工艺和模具的小裂缝等，成品率高；（3）毛坯件已经是经过热处理并具有最终机械特性的材料，成品后不需要特殊的热处理；（4）制动盘的大小和材料等级可以根据我们的技术要求进行调整，以适应不同项目的技术规范。焊接式制动盘的直径和厚度可以根据客户要求进行定制，可以根据客户的要求进行高经济性的制动盘选材或高性能的制动盘选材，例如为提高制动盘结构强度可采用金属材料 440HV（结构强度比标准铸钢高出 10%-40%）；钢材材料的自由选择和磨损能力可以根据转向架部件的寿命进行调整，可采用更耐磨材料的制动盘，与传统的铸钢盘相比磨损将有效减少，增加制动盘的使用里程；（5）同种规格的焊接制动盘重量相较于铸钢制动盘降低10%到21%的重量。

2.3 焊接式制动盘验证及应用经验

2.3.1 台架试验情况

以法维莱为CRH1A定制的焊接式制动盘为例进行1比1动力台架试验，台架试验参考UIC541-3，比对CRH1A的实际应用工况，选取典型工况进行研究，采用克诺尔918型号有机合成闸片作为对偶摩擦副，进行1比1台架试验。

磨合工况：初速度120km/h，夹紧力25kN，磨合次数50。

磨合试验结果显示：新工艺制动盘摩擦系数通过磨合试验可快速进入稳定状态；新工艺制动盘磨合后摩擦系数比较稳定，具体参见图2磨合工况摩擦系数。

1比1动力台架试验结果显示：新工艺制动盘各速度等级下的平均摩擦系数分布在0.38-0.50之间，呈现较好的摩擦稳定性能，具体参见图3不同制动力下摩擦系数；新工艺制动盘潮湿工况与干燥工况下平均摩擦系数接近，摩擦系数呈现较好的干、湿态稳定性能，具体参见图4干湿态工况摩擦系数对比；台架试验过程中，闸片未出现烧痕、隆起、变形、摩擦材料熔化、金属镶嵌、掉块及其它缺陷；制动盘表面未发现异常磨耗。

2.3.2 焊接式制动盘应用经验

经过各国科研人员的不断研究探索，焊接式制动盘已经基本结束试验验证阶段，陆续在不同国家得到装车验证，据不完全统计法维莱焊接式制动盘已经在瑞士速度等级200km/h 的IC2000客车上装车，定制尺寸616 x110mm，16年三季度交付40多个制动盘；法维莱焊接式制动盘在爱尔兰速度等级200km/h IC Ireland Mark客车上装车，速度200km/h，定制尺寸585 x110mm，16年三季度交付36个制动盘，截至目前为止，运用良好。

3 结语

焊接式制动盘较传统铸钢盘有较明显的重量、成本、机械性能、客户定制等方面的优势，定制化焊接制动盘可根据不同的線路、环境、运输工况等实际条件选择盘材质，能更好的满足铁路运输的要求，具有更为广阔的应用前景。

参考文献：

[1]UIC_541_3_2010_，盘形制动及其应用.