160 km/h快速轨道车基础制动装置的研制

2016-03-09陈炳伟朱君华梅卓民

轨道交通装备与技术 2016年3期

陈炳伟霍伟朱君华梅卓民

(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州 213011)

随着既有铁路线路的提速和新建200 km/h 及以上速度客专线路的不断增加，铁路系统对轨道工程车辆的高速、高效和高可靠性要求更加迫切，160 km/h 内燃交流传动轨道车(以下简称快速轨道车) 应运而生[1]。快速轨道车主要应用于高速铁路维护期间的材料、人员运输，也可作为各种铁路施工和检测的设备装载平台[2]。基础制动装置必须承担快速轨道车提高运行速度所增加的负荷，必须有一定的性能和可靠性来确保列车安全停车。

1 基础制动装置的设计参数及要求

工作环境温度：-25 ℃～+40 ℃；静态轴重:15.5 t；轮径：915 mm；单机空走时间：2.5 s；制动闸片与制动盘平均摩擦因数：0.3；制动形式为轮盘制动，2套/轴；快速轨道车最高运营速度160 km/h，紧急制动距离1 400 m；快速轨道车持续运行速度120 km/h，紧急制动距离800 m；坡道驻车：20‰。

2 基础制动装置的关键技术

2.1 轮装制动盘的设计

快速轨道车制动时制动摩擦副承受的功率是相当大的。因此轮装制动盘采用径向条状散热筋结构(见图1)，此种结构有利于制动盘盘体的铸造成型，同时增加了盘体通风散热的功能。盘体、车轮间的连接采用盘面中心孔连接结构，大大降低了盘面受热变形的可能性。同时，为了减少螺栓横向受力而导致失效的危险，在制动盘与车轮辐板间采用了定位销连接传递制动时产生的摩擦力矩，更好地适应了制动盘受热径向膨胀，减少了盘面热应力。

图1 轮装制动盘结构图

根据运用工况对制动盘进行温度场的仿真分析，从快速轨道车进行紧急制动过程中盘面和筋部节点温度随时间变化的曲线来看，盘面的最高温度出现在制动后35 s左右，约为225 ℃(见图2)，满足制动盘使用温度范围。从制动盘摩擦面以及筋部等部分关键节点处的热应力分析曲线可以看出：盘面节点应力从制动开始时急剧上升，盘面最大应力出现在20 s左右，最大约为176 MPa(见图3)，远低于材料的抗拉和屈服极限。

图2 盘面和筋部节点随时间变化曲线

图3 制动盘应力场变化曲线

因此该制动盘的结构设计能使盘面具有良好的高温摩擦性能；筋部节点应力的最大值远远小于盘面值，从而证明了制动盘设计结构是合理的，可以在一定程度上降低出现热裂纹的概率。

2.2 制动夹钳单元的设计

根据制动夹钳单元安装调查分析、设计计算结果以及功能要求等进行结构设计。其中单元制动缸和停放制动缸安装在制动夹钳两杠杆之间，夹钳另外一端安装合成闸片，合成闸片分布在制动盘两侧。列车在行车过程中需要实施行车制动时，向单元制动缸体内充入压力气体，单元制动缸伸长，推动制动夹钳一侧张开，另一侧的闸片会压紧制动盘，实施行车制动，将列车的动能转换为热能，并散发到大气中去。停放制动缸除了可以实施行车制动外，还可以在轨道车停车后，利用停放弹簧的推力，实施驻车制动，保证轨道车在20‰的坡道上停车，不溜逸[3]。所设计的制动夹钳单元性能参数如表1所示。

表1 制动夹钳单元主要性能参数

根据制动夹钳单元的性能参数，对制动夹钳单元关键零部件进行紧急工况1.5倍的安全余量校核，仿真分析结果如表2所示。由结果可知，该制动夹钳单元结构设计合理。

表2 制动夹钳单元有限元分析校核数据表

3 型式试验

根据试验大纲要求对所设计的制动夹钳单元进行气密性、一次最大调整量、累计调整量、强度、称重、振动冲击、疲劳等试验验证，试验结果完全符合试验大纲要求。

对制动盘和制动闸片进行1∶1台架性能试验，试验内容为磨合试验、一次停车制动试验、常用制动试验、坡道连续制动试验和静摩擦试验等多次不同工况的试验，试验结果完全符合中国铁路总公司发布的《重型轨道车技术规范书(范本)》的要求及《铁路主要技术政策》的规定，160 km/h线路平直道紧急制动距离1 261.8 m，120 km/h线路平直道紧急制动距离641.9 m(见表3)，满足设计要求。