谈轮装盘形制动装置在南京机场线车辆上的应用

卢昌虎

摘 要：随着城市不断扩大需要提高轨道交通车辆的运营速度增加运能，由于踏面制动的局限性不能满足制动要求，盘形制动在城市轨道车辆的应用将成为趋势，文章基于南京机场线车辆采用的基础制动装置是轮装盘形制动，简要介绍了轮装盘形制动装置的结构特征、工作原理，主要零部件的常见故障现象与维护。

关键词：城市轨道车辆；基础制动装置；盘形制动

中图分类号：U279.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0043-02

1 概 述

1.1 踏面闸瓦制动

城市轨道车辆基础制动装置的形式常见的有两种：踏面闸瓦制动和盘形制动，踏面闸瓦制动采用闸瓦压紧车轮踏面从而产生制动力，其特点为：结构紧凑，制动效率高，作用灵敏，同时带有自动调闸装置，能使闸瓦间隙始终保持在规定的范围内，不需要进行人工调整。但其制动功率不宜过大，因为过大的制动功率会导致闸瓦制动摩擦副的损伤，轮对踏面热疲劳或剥离，这些将影响到行车的安全，因此闸瓦制动有一个功率极限存在，只能使用在中低速轨道车辆上。

1.2 盘形制动装置

相比之下，盘形制动装置克服了闸瓦制动的缺点，用制动盘代替闸瓦对车轮踏面的摩擦，从而减少了车轮的磨耗。盘形制动的散热性能比较好，且摩擦系数稳定，制动力恒定，同时其热容量允许其具有较高的制动功率。还可通过选择制动盘和闸片材料，使摩擦副具有最佳的制动参数，获得较高的摩擦系数，进而可以减小闸片压力，最后达到制动装置轻量化的目的。盘形制动装置根据制动盘的安装方式，可分为轴盘式制动和轮盘式制动两大类。轴盘式制动装置把制动盘安装在轮轴上，通过某种形式与轮轴固定，使制动盘与轮对同时转动。轮盘式制动装置的制动盘夹装在车轮两侧。南京机场线车辆为B型地铁车辆，6辆编组，最高运营速度为100 km/h，采用轮装盘形制动。

2 轮装盘形制动装置的主要组成

轮装盘形制动装置主要包括带（或不带）停放功能的制动缸，制动夹钳，制动盘，制动闸片。安装在制动夹钳上的闸片与制动盘组成一对摩擦副，通过摩擦制动盘表面将动能转化为热能。

2.1 制动盘

南京机场线车辆制动盘选用的材料为灰铸铁，是有径向排布散热肋片的环形铸铁件，其外径为640 mm，内径为350 mm，制动盘外侧为摩擦面，内侧设有径向且均匀分布的散热肋片，散热肋片之间可以形成径向气流通道，有利于散热。制动盘的两个摩擦盘安装在车轮两侧，通过6个定位销对中定位和传递制动力矩，两个摩擦盘用12个螺栓连接，用防松螺母锁紧，制动盘的摩擦表面与轮缘为表面齐平，如图1所示。

2.2 制动夹钳

南京机场线车辆采用传统紧凑型轮装夹钳。一根轴安装1套常用制动夹钳和1套带停放功能的制动夹钳，在转向架上斜对角布置，制动夹钳固定在转向架构架侧梁上，如图2和图3所示。

轮装制动夹钳的设计特征有以下几点：①模块化设计，包括独立的制动气缸，闸瓦间隙调整装置等；②对称杠杆的可浮动的制动夹钳设计；③制动缸连接的高可靠性；④耐久性和耐震性；⑤紧凑，轻量化设计，在转向架占用空间小；⑥低磨损和维护便捷。

2.3 制动闸片

南京机场线车辆的制动闸片外形按照UIC标准设计，圆弓形，由上下两半对称组成，制动闸片上的沟槽除了用于减少摩擦副上水分的影响，还具有排污功能，制动过程中摩擦副产生的脱落物可通过沟槽快速排出，使摩擦副的制动性能保持稳定。南京机场线车辆制动闸片的沟槽为十字交叉型，上下两半的沟槽也是对称设计。另外，制动闸片的选择需满足规定的性能和环保要求，并且减少因制动磨光以及空气湿度的影响导致制动盘与闸片之间的摩擦系数的衰减，故选用了有机材料制成，规格型号为UIC400SOZS24的闸片，如图4所示。

3 轮装盘形制动装置工作原理

南京机场线采用的基础制动为轮盘制动单元，一种带停放制动功能，一种不带停放制动功能。常用制动施加时，压缩空气从接口（a）给制动缸（b）充风，挺杆（c）动作，推动制动夹钳，使闸片压在制动盘上，产生制动力。常用制动器缓解时，制动缸排风，制动缸中的复位弹簧（d）驱使制动夹钳挺杆进入缓解位置，如图5所示。

当压缩空气从接口（b）给弹簧储能器（a）排风，停放制动器挂上，闸片借储能弹簧（e）的力靠在制动盘上，产生制动力，即停放制动施加，可以保证列车制动系统无压缩空气或气压低时能停放是坡道上而不会出现溜车。当弹簧储能器充风，停放制动器缓解，储能弹簧张紧时，制动杆被推入缓解位置。如果没有缓解压力，则可以用机械式紧急缓解装置（d）手动缓解挂上的停放制动器。手动拉环缓解后，停放制动不能再次施加，需要进行充风复位后才能再次施加，如图6所示。

4 主要零部件的常见故障现象与维护

基础制动装置是列车制动系统的重要组成部分，为了保证列车安全运营，需要维护人员定期检查装置的外部状态、磨损程度、裂纹和损坏情况，对于轮装盘形制动，需定期重点检查制动盘和闸片的外观，发现故障，及时维护

4.1 制动盘的常见故障现象

4.1.1 裂 纹

①丝状裂纹：指使用过程中在摩擦面上出现的很浅的散射状细微裂纹。这些裂纹出现在摩擦片上的任意位置，对使用没有什么影响，如图7所示。

②典型裂纹：指尚未从摩擦片的内径到达外径的裂纹。有两种不同类型的裂纹，如图8所示。对a<80 mm，b<60 mm的初始裂纹是允许存在的，摩擦面可能有多个随机排布的裂缝；对80 mm≤a≤100 mm，60 mm≤b≤80 mm的裂纹，在一定条件下允许存在。与下一个同类型裂纹的最短间距必须有50 mm。对有这类裂纹的制动盘可以继续使用到下次检查，须根据制动盘的状况缩短检查周期。对a>100 mm，b>80 mm的裂纹，必须及时更换制动盘。

③贯穿裂纹： 指摩擦片内径贯穿到摩擦片外径的裂纹或者从摩擦片边缘起且使摩擦带贯穿到散热片的裂纹，有此类裂纹的制动盘必须立刻更换，如图9所示。

4.1.2 磨 损

由于制动闸片未完全覆盖制动盘，随着继续磨损而在制动盘上产生的磨损量，即在靠近边缘的地方磨损较少，在摩擦面中心区磨损较多，如图10所示。

对于有机材料的闸片： 磨损量最大2 mm；斜向磨损量最大2 mm；磨损极限最大5 mm。

维护说明： ①两侧的磨损差异超过2 mm， 须进行摩擦片的端面车削，以避免不同的热作用。②超过H和S限值的制动盘，必须进行端面车削，以避免损失。③只要一个摩擦片上的磨损量最严重处达到了磨损极限“T”，则立即更换制动盘。“H”和“S”限值同样适用。

4.1.3 烧 灼

制动盘烧灼是指有灼烧痕迹、烧焊和材料脱层现象。若没有穿透裂纹或较大的裂缝，则带灼烧痕迹的车轮制动盘可以继续使用，继续使用过程中，必须定期对车轮制动盘再进行一次目检。

4.2 闸片的维护

对闸片的维护有如下建议：①对制动闸片的磨损状态进行定期目检，并测量闸片剩余厚度，必须在闸片最薄处测量从制动闸片背面至摩擦表面的距离，斜向磨损的极限为5 mm；②闸片摩擦面上由于短时过热造成的碎片一共最多允许为10 cm2；③闸片摩擦面上允许有龟裂，但不允许有明显的，影响强度的裂纹。

5 结 语

南京机场线车辆的轮装盘形制动装置在运营过程能满足其制动要求，且稳定、安全、可靠。随着城市不断扩大，城市轨道交通車辆速度的提高，轮装盘形制动装置将在未来轨道交通车辆更为普遍的应用。

参考文献：

[1] 解翠英.盘式制动器在电机车上的应用[J].机械研究与应用，2004，（2）.