于海航　魏宏图

摘要：对于高速动力车来说，其制动盘的设计具有非常重要的作用，作为高速动车最重要的组成部分之一，其设计材料的选择对列车的正常制动性能具有直接的影响。在当前我国的高速動力车制动盘设计中，对制动盘的材料选择具有非常严格的要求，从而提高列车运行过程中的安全性。在本文中，对当前高速动力车的制动盘设计进行了简单分析，并对制动盘的未来发展材料选择等进行了简单的分析。

关键词：制动盘；制动闸片；材料

随着高速动力车的性能逐渐提高，其在人们日常生活中的应用也在逐渐增多，而为了保证高速列车的制动安全，国际铁路对高速动力车的制动性能进行了严格的规定，其必须要在制动失效的情况下能够通过有效的机械摩擦来实现高速列车在规定的制动距离内通过有效的摩擦实现停车，这样才能保证高速动力车运行的安全性。为此，如何提高高速动力车的制动性能是当前国内外铁路建设单位需要重点解决的问题。在本文中，对当前高速动力车中的制动盘设计进行了简单的分析，同时提出了其在动力车应用中的重要作用。

1基础制动装置的组成内容及其结构设计

对于高速动力车，其基础的制动系统主要有制动盘和制动盘闸片等构成，这些组成结构的综合作用使得其能够保证高速动车的制动效果。在高速动车运行的过程中，由于其会受到转向架下部空间结构限制，因此，在进行制动的过程中需要空气制动缸和停车用的储能制动缸等各部分之间协作一致才能实现高速动车的制动效果。对于制动缸，大部分是安装在制定横梁的下部，然后将制动杠杆安装在驱动制动横梁上，这样能够保证制动盘和制动闸片等保持正确的运行情况。

在制动装置的外空心轴位置上，其还存在着两个不通风的耐热合金锻钢制动盘，这一制动盘采用的是粉末冶金闸片制作而成，其能够应对当前的大部分恶劣环境，且由于其导热性能较好，能够将高速动力车制动过程中产生的大量热量进行快速的传递，从而保证高速动力车的正常运行。此外，为了保证摩擦制动过程中不会出现脱轨等问题，需要通过微机处理系统对列车进行防滑保护。对于整个基础制动装置，其是高速动力车驱动控制系统的重要组成部分，为了减少高速动力车的驱动系统重量，需要通过改变基础制动系统的重量来降低转向架的重量，这对运行速度非常快的高速动力车来说具有非常重要的意义，能够减少高速动力车在运行过程中的摩擦力。

2制动盘材料和结构的设计

对于高速动力车，其在进行高速制动时，产生的能量是非常大的，若不能通过将这些能量进行快速的转移，往往会使得制动盘受到较大的能量冲击，从而造成制动盘的损伤，影响制动盘的使用寿命。一般情况下，对于重量在60t左右的高速动力车，其运行速度达到270km/h时，若将所有制动产生的能量全部承接在-制动盘上，制动盘承受的能量大约为1.7×10焦耳能量，这些能量能够对制动盘的性能产生严重的影响。

为了保证制动盘的正常运行，一般情况下需要将这些能量进行快速传递，保证制动盘使用性能，降低高速动力车的制动盘维护费用。

随着高速动力车制动盘技术的发展，其单纯的盘形结构设计已经不再能够满足其使用需求，为了能够更好地保证高速动力车运行过程中的制动效果，当前各国正在研究使用复合制动模式，这种制动方法是将微机处理系统添加到制动系统中，通过计算机对制动盘以及电气动力制动等进行控制，通过多种制动结果的协作工作来实现高速动力车的制动性能，在这一制动模式中，最主要的是电气动力制动系统，其起着主导作用。

随着高速动力车的性能逐渐提高，制动盘的应用也在逐渐增加，而制动盘的材料设计一直是制动盘发展的关键性技术，像日本的高速动力车，其制动盘的材料更新速度非常快，其制动性能不断提升。像在东海道新干线中，其制动盘采用的是Ni Cr-Mo合金材料制成，这种材料具有非常好的抗热裂性能在使用的过程中能够很好地避免因制动盘能量传递速度较快而导致制动盘能量累积而产生的高热情况，保证制动盘的使用性能，这一材料设计是将一些合金元素添加到正常使用的普通制动盘中。通过大量的实践得知，这种新型的制动盘材料在使用时能够降低制动过程中造成的磨损，但其使用寿命一直是影响这一新型制动盘使用的主要问题，为了能够解决这一问题，如何降低材料成本是主要的研究内容，但由于并没有找到新型的耐热材料。这一问题一直没有得到有效解决。而伴随着高速动力车的速度不断提升，改善制动盘的使用性能是当前各国高速动力车发展中需要重点解决的问题。在当前，一些发达国家正在研究将一些碳纤维等融入到制动盘中，以提高制动盘的使用性能，像美国F1飞机中的制动盘材料，其选择的材料是具有质量轻和耐热性能较好等特点，具有较好的发展前景。而在最近，德国已经研制出了具有高性能的陶瓷铝合金制动盘，这一材料的应用大大减少了制动盘本身的重量，增加了制动盘的使用寿命，这是由于该种材料中含有一些陶瓷颗粒，其在使用的过程中能够很好地预防由于铝材热稳定性不足造成制动盘使用性能问题，从而提高制动盘的弹性极限等。此外，陶瓷本身在硬度和耐磨性等方面具有较好的效果，目前，这种材料已经被广泛应用在德国的各种高速动力车中，并取得了非常好的效果。通过实践研究得知，这一材料的应用使得高速动力车在运行过程中的制动盘能够承载更多的机械负荷和热能负荷，保证高速动力车的正常制动功能。

随着世界各国对高速列车的制动盘研究不断深入，都逐渐从传统的制动盘材料中脱离出来，各种新型材料的研发和应用使得高速动力车的制动性能不断提升，制动盘的使用寿命以及稳定性也在逐渐提高。在我国的高速动力车制动盘设计中，其借鉴德国高速动力车制动盘的材料性能等研究出了耐热合金锻钢，而为了保证制动盘使用过程中不会出现温度过高问题，在制动盘内还添加了一条冷却风道，这样能够有效地减少制动过程中的热量积累。对于我国当前的高速动力车制动系统设计，其采用的是640mm直径的制动盘，在高速动力车运行的过程中，其能够对产生的热量进行全部吸收，然后通过冷却风道等将其中的44%的热量消散掉，摩擦面中存储的热量仅有13.4%，对于这种制动模式，其在高速动力车的速度达到250km/h时，冷却风道的作用却会受到较大的影响，为了降低这些损失，发达国家研究出了应对的整体锻钢制动盘，其重量大幅度减小，而我国首次应用在高速动力车上的却是不通风的合金锻钢制动盘，

3制动闸片材料和结构设计

对于制动闸片，其主要分为三种，即铸铁闸片和合成闸片等，各种闸片的使用时间和性能等之间存在着较大的差异，像铸铁制动闸片，其具有耐用和成本低等优点，但其在高速动力车中的使用性能大大降低，像摩擦系数下降和磨损严重等。而合成闸片是由多种材料的粘合制成，这种材料的使用性能相对较高，且其在使用的过程中还能够通过调整不同材料之间的配比实现性能的改善，提高制动闸片的使用寿命。对于当前各国的制动闸片材料，其大部分采用的是粉末冶金闸片，这种闸片是通过压力将金属粉末进行压缩，然后通过高温煅烧使其成为一个整体，这种煅烧工艺能够增强材料的耐热裂性能，从而保证制动闸片的摩擦和耐磨性能。

4结语

综上所述，随着高速动力车的发展，其制动盘作为重要的组成部分，对高速动力车的正常运行具有非常重要的影响，特别是制动盘的热传导性能以及抗磨损等能力的提升，能够大幅度增强制动盘的使用寿命，保证高速动力车的正常运行。