250kmh高速客车锻钢制动盘和粉末冶金闸片的研究.docx
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250kmh高速客车锻钢制动盘和粉末冶金闸片的研究
250kmh高速客车锻钢制动盘和粉末冶金闸片的研究
钱坤才 孙 颢 何正禄
(
摘 要 1∶1摩擦制动性能的分析和研究,250kmh高速
1 前言
高速旅客列车基础制动均采用盘形制动。
某些国家在高速重载货物列车上也开始采用盘形制动装置。
制动盘种类多种多样,最常见的有铸铁制动盘、铸钢制动盘、锻钢制动盘、铝陶瓷制动盘、复合材料制动盘等。
对于200kmh以上的高速列车,国际上常用的是锻钢制动盘与粉末冶金闸片配对的制动装置。
最近几年来,我国对高速列车制动盘和闸片进行了很多的探索和研究,取得了较大的成绩。
1∶1制动试验结果证明,锻钢制动盘无论与半金属基合成闸片,还是与粉末冶金闸片配对,其摩擦制动性能均能满足250kmh高速列车的使用要求,但从摩擦副角度来考虑,锻钢制动盘和粉末冶金闸片配对的摩擦副最为合理。
2 高强度合金锻钢制动盘
211 材质
制动盘材质是盘形制动中最关键的技术。
高速制动时,巨大的制动热负荷使制动盘产生很大的温度梯度,引起极高的热应力。
所以,制动盘的耐热裂性能比耐磨性更为重要。
对锻钢制动盘而言,由于锻造工艺的局限性,一般均采用非通风式结构。
因此,锻钢制动盘选材研究就变得十分重要。
制动盘体的材质必须具有好的抗热裂性、耐磨性、导热性和摩擦制动性能。
高强度合金锻钢常温和高温机械性能好,韧性好,抗热裂性能高,并且锻造作者简介:
钱坤才,1984年毕业于大连铁道学院铸造专业,现主要从事铸造工艺工作,高级工程师。
工艺性能好,是较理想的制动盘材料。
高强度合金锻钢的主要机械性能和物理性能如表1、表2所示。
表1 高强度合金锻钢的主要机械性能
抗拉强度Ρb
MPa
延伸率∆
%
布氏硬度
HB
高温(500℃
抗拉强度ΡbMPa≥1000≥13320~380≥750
表2 高强度合金锻钢的物理性能
温度
℃
导热系数
(m・℃-1
比热容
(kg・℃-1
线膨胀系数10-6(℃-1(110046.05-12.8
20043.96582.113.4
30041.87607.214.6
40039.7767014.6
50037.68723.314.7
60036.68-14.7
70033.06-14.7
80029.06--
90025.96--
注:
(1为一温度范围内即从20℃到表中所列温度的线膨胀系数。
212 结构
制动盘是盘形制动装置中最关键的部件。
它必须通过与闸片的摩擦将巨大的列车动能转化为热能,并将热量散逸到周围环境中。
它的结构既要有良好的摩擦性能,又要有良好的耐热裂性,还要有良好的耐磨性。
高强度合金锻钢制动盘结构如图1所示。
盘体采用高强度合金锻钢,可以有效地利用锻钢的优良韧性、良好的抗热裂性和耐磨性。
与粉末冶金闸片配合,可以得到最为理想的摩擦性能,并可得到较理想的摩擦面状态,延长制动盘和闸片的使用寿命。
高速制动时制动盘受热膨胀,使盘体与盘毂之
8机 车 车 辆 工 艺 2000年2月
图1 高强度合金锻钢制动盘结构1-螺栓;2-盘毂;3-盘体;4-键;5-压板;6-弹性销;7-防松螺母;8-防松垫片。
间产生相对位移,因此必须允许制动盘自由伸缩。
采用“浮动”联接方式可以改善盘体应力状态,保证了制动盘的自由
体和毂压板通过弹性销联接在一起,用高强度螺栓配以弹性防松螺母和防松垫片紧固,完全解决了螺
栓松动的问题,大大提高了制动盘的安全可靠性。
3 粉末冶金闸片
制动盘和闸片这对摩擦副的摩擦制动性能主要取决于闸片的材质性能。
闸片应具有足够高而且稳定的摩擦因数,较好的高温性能和抗热衰退性,好的耐磨性,并且对制动盘面无任何异常磨损。
200kmh以上的高速列车制动时,闸片表面温度很高(700℃左右,合成闸片一般均难以承受。
因此,国外200kmh以上的高速列车均采用粉末冶金闸片,如法国、日本、意大利等。
为满足高速列车制动性能的要求,在设计摩擦材料的组织结构时,主要研究了金属基体,能阻止产生粘结源的、晶格为层状结构的组元以及能够提高摩擦因数的固体添加剂,并对三者的加入量、粒度进行了研究。
选择熔点高的铁作为金属基体,在基体中加入起固体润滑作用的物质如石墨、硫化物、易熔金属和提高摩擦因数的物质如氧化物、碳化物、硅化物、金属陶瓷,还加入了强化基体的元素钼、镍等。
经过1a多的研制,配制了数十种配方并设计多种工艺方案,烧结制成摩擦试环和试块,分别在MM-1000摩擦试验机和1∶4制动动力试验台上进行摩擦、磨损性能试验。
采用正交设计方法进行配方的筛选,选择摩擦性能较好的配方,制成闸片先后在1∶1制动动力试验台上进行了数次制动性能试验,终于研制成各项性能指标均能达到高速客车盘形制动要求的粉末冶金闸片。
3.1 主要组元的粒度
粒度是配方中的一个重要参数。
对配方中的主要组元作了多种粒度的试验,选出合适的粒度,使配方中主要组元达到合适的体积比。
3.2、烧结
选用,、密度(孔,,测定其烧结密度、硬度及金相组织,优选出最佳的压制和烧结工艺参数。
3.3 生产工艺流程
研制的粉末冶金闸片摩擦因数高而且稳定,抗热衰退性好,耐磨性好,对制动盘面无任何异常磨损,并且工艺性能较好,与锻钢制动盘组成一对较理想的摩擦副。
粉末冶金闸片生产工艺流程见图2
。
图2 粉末冶金闸片生产工艺流程
3.4 金相组织及物理性能
粉末冶金闸片的金相组织为铁素体+珠光体+少量渗碳体,硬度为35~70HRC,压制密度为418gcm3。
烧结密度为5.0~5.2gcm3。
高强度合金锻钢制动盘与粉末冶金闸片配对,可以得到较好的摩擦性能,并使摩擦面保持较光洁,有利于盘面和闸片的密贴,使制动盘和闸片充分发挥各自的作用,消除制动盘和闸片局部高温形成热斑的问题,使制动盘摩擦面得到比较均匀的温度场分布,减小制动盘温度梯度,从而降低制动盘的热应力。
1∶1制动试验结果也证实了这一点。
4 1∶1制动动力试验台试验
高强度合金锻钢制动盘和粉末冶金闸片的摩擦制动性能,能否满足高速列车的制动要求,必须通过1∶1制动动力试验台的验证试验。
在做1∶1制动试验之前,制动盘在高速齿轮箱试验台上进行了高速旋转试验,制动盘在300kmh9
第1期 250kmh高速客车锻钢制动盘和粉末冶金闸片的研究
图3 1∶1制动摩擦因数
的高速下持续旋转60min,然后惰行至停止,累积用时180min。
试验后对制动盘的盘体,盘毂和联接部件进行检查,未发现任何异常现象,证明制动盘高速旋转时安全可靠性好。
1∶1制动试验在南京摩擦材料总厂的1∶1制动试验台上进行,分别进行了磨合试验,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,试验结果见表3、表4。
表3 一次停车制动试验结果
制动初速-1
实制动距离
平均摩
擦因数
100310.1.160959.60.1802001528.70.3023052201905.80.294359250
2252.6
0.304
400
注:
列车质量为60.4t,闸片压力为15.78×2N。
表4 常用制动试验结果制动初速-1
实制动距离
平均摩
擦因数
盘面最高温度
100646.90.357931601795.20.3111552002656.40.3491952203491.00.322197250
4259.1
0.327
230
注:
列车质量为60.4t,闸片压力为7.84×2N。
坡道制动摩擦因数不低于0.235,静摩擦因
数为0.528,一次停车制动的总磨耗量为0.7gMJ。
摩擦因数曲线见图3。
《铁路主要技术政策》及我国高速列车技术条件规定:
200kmh速度紧急制动距离小于1600m,250kmh紧急制动距离小于2300m。
从1∶1制动试验结果可以看出,高强度合金锻钢制动盘和粉末冶金闸片这一对摩擦副完全满足上述要求,且摩擦因数较稳定。
5 结论
(1高强度合金锻钢常温和高温强度高,韧性
好,抗热裂性能强,耐磨性好,是较理想的制动盘材
料。
(2高强度合金锻钢制动盘结构较合理,高速制动时盘体能自由膨胀,高速运行时功率损耗小,制动盘自重较小,有利于减轻高速转向架的簧下质量。
(3高强度合金锻钢制动盘和粉末冶金闸片相
匹配完全满足我国高速列车制动技术条件及《铁路主要技术政策》的规定,制动盘面最高温度不大于400℃,盘面光洁无任何损伤和裂纹。
(4高强度合金锻钢制动盘在300kmh高速下连续运行60min完全正常,从300kmh惰行至停止累积用时120min,无任何异常现象。
(5高强度合金锻钢制动盘和粉末冶金闸片这对摩擦副不仅结构合理,摩擦制动性能良好,而且安全可靠性较高,能满足200~250kmh高速列车的运行要求,可以在200~250kmh高速列车上装车试运行。
(收稿日期:
1999210225
01机 车 车 辆 工 艺 2000年2月
AbstractsandKeyWords
Thepresentstudiesontheservicelifeofshot-blasterblades
XiaoLimin,QinXiaofeng (QiqiharRollingStockGroupCo,ltd
LiuShicheng,DaiYakang (DalianRailwayInstitute
Abstract Thisarticlegivesageneraldescriptionofthepresentstudiesonhowtoimprovethebladeperformanceandextenditsservicelife,intermsofthechemicalcomposition,structure,melting,castingandheattreatment,etc.ofhigh2chromiumcast
Keywords shotblaster blade high2chromiumcastironlife
Researchoftheforged-steelbrakepadsfor250kmh
vehicles
QianKuncai,SunLoco.&RollingStockTechnologyResearchInstitute
Abstract Thispandstudiesthechemicalandphysicalpropertiesofthematerialsused,thestructuresofforgedbrakediscandsinteredbrakepadsaswellasthefrictionbrakingcharacteristics.Itconcludesthatthedevelopedforged2steelbrakediscandsinteredbrakepadsmeettherequirementsfor250kmhhigh2speedpassengervehicles.
Keywords highspeedpassengercar forgedsteel brakedisc powdermetallurgy sinteredbrakepadsresearch
AnalysisofthemicrostructureofLD11materialforpistonskirt
ZhangJihong,YangChuan,GaoGuoqing (SouthwestJiaotongUniversity
Abstract Thisarticleanalysesthemicrostructureofthematerialfordieselenginepistonskirtbyusingopticalmicroscope,fieldemissionelectronscanningmicroscopeandtransmissionelectronmicroscope,andconcludesthemicrostructureoftheAlskirtofpistonis:
Alalloybase+Siphase+Mg2Si+GPsection.Keywords LD11Alalloy pistonAlskirt microstructure pistonskirt
Aninvestigationonthecurveofthepress-mountingforceforfreightcarrollingbearingvsdisplacementasthejudgementforpressmountingquality
HuHongwei (TonglingRollingStockWorks
Abstract Throughtheoreticalanalysisandmathematicalinferenceofthepressmountingforceoftherollingbearingforfreightcar,thearticleconcludesthefunctionalrelationbetweenthebearingpress2mountingforceanddisplacement,andprovidestheoreticalbasisforjudgingthequalityofbearingpressmountingbythepress2mountingforce—displacementcurve.Useofthefunctionalrelationshipwillgreatlyimprovethepressmountingqualityofrollingbearing.
Keywords rollingbearing pressmounting press2mountingforce displacement
TheexperimentalresearchoncombinedhardeningtechnologyforwaterglasssandZhangGuorong,SunHao (QishuyanLoco.&RollingStockTechnologyResearchInstituteAbstract Thistechnicalpaperdescribestheexperimentsofvariouswaterglasssandhardeningprocesses.ThetestsprovethatblowingCO2forashorttimebeforehothardeningcanbringthewaterglassbondingefficiencyintoefficientplay,andachieveidealinitialstrengthandfinalstrength,thusapracticalhardeningprocess.Theanalysispointsoutthatthesuccessfulwaterglasssandhardeningtechniqueshallinvolvelessreactionfirstandforceddehydrationthen.
Keywords waterglasssand hardeningprocess moulding research
64机 车 车 辆 工 艺 2000年2月
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