跨坐式单轨车基础制动用闸片磨耗过快原因分析

宋跃超，吴 晶，许和平，焦标强，李继山，韩晓辉，武青海

（1 北京纵横机电技术开发公司，北京100094；2 重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆401120）

跨坐式单轨车基础制动用闸片磨耗过快原因分析

宋跃超1，吴 晶2，许和平2，焦标强1，李继山1，韩晓辉1，武青海1

（1 北京纵横机电技术开发公司，北京100094；2 重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆401120）

在跨坐式单轨车辆运用过程中，车辆运营考虑很多重要影响因素，比如安全可靠性、零部件使用寿命、舒适度等，其中车辆运营的经济性指标也是重点考虑的因素。前期重庆2号线延长线使用国产闸片存在磨耗过快的问题，闸片使用寿命为9万km，这不仅增加运营成本，同时还增加了维修和人力成本。针对进口闸片和国产闸片进行磨耗分析，利用1∶1制动动力试验和运营制动曲线综合分析，发现国产闸片和国产电制动性能略差，是影响闸片寿命的主要原因。建议改善车辆电制动状况，提升闸片自身性能，降低车辆运营成本。

跨坐式；闸片磨耗；单轨车

跨坐式单轨列车以其爬坡能力强、占地面积小、运量适中、建设速度快等优点，受到了山地城市、中小城市、海滨城市的青睐［1］。据统计，到2020年我国跨坐式单轨车辆线路规划里程约300 km，远景总规模约900 km。目前国内跨坐式单轨列车运营线路共计90 km，使用车辆532辆，共计1 064组摩擦副部件。摩擦副包含制动盘和闸片，它们属于制动系统执行机构。

由于跨坐式单轨列车运行线路一般都具有坡度大且坡道多的特点，线路特点决定了单轨列车正常运行过程中需要施加更多的制动动作，其制动摩擦副所承受的热负荷也会大于其他类型轨道交通车辆，如果单轨列车摩擦副选配不当、电制动发挥欠佳、控制策略不合理，则容易导致闸片出现异常磨耗的情况。例如2014年重庆2号线延长线部分车辆使用的单轨闸片就出现了磨耗过快的问题，使用寿命约9万km，远小于2号线单轨列车闸片约30万km的正常使用寿命。

为分析重庆2号线延长线跨坐式单轨列车闸片磨耗过快的原因，本文从跨坐式单轨列车闸片摩擦—磨耗特性、列车电空混合制动特性等方面对单轨车闸片磨耗过快原因进行探讨。

1　重庆2号线单轨列车闸片磨耗情况说明及闸片介绍

重庆2号线车辆基本配置及闸片使用寿命统计数据见表1所示。此数据包括牵引、制动控制、基础制动、客流量等信息。

表1　车辆配置及闸片寿命统计情况

2号线采用4辆编组+A牵引+a控制，基础制动中分别使用进口和国产闸片，根据统计数据分析，以引进车辆数据作为基础，进口闸片寿命要比国产闸片寿命约高18%。

2号线延长线采用6辆编组+B牵引+b控制+国产闸片所构成的车辆，该车辆闸片使用寿命为9万km，仅为引进车辆使用闸片寿命的1/4。

2号线跨坐式单轨车使用的闸片总成包括：摩擦体、钢背、燕尾、铆钉4个零件，如图1所示。

重庆2号线车辆共使用两种制动闸片，分属两个不同的生产厂家，但两种闸片接口尺寸完全一致，测得两种闸片的质量及摩擦体密度值见表2所示。

图1　三维爆炸视图

表2　闸片摩擦体密度

从表2数据对比看，两种闸片的摩擦体在质量、密度存在差别。在体积一定的情况下，进口闸片摩擦体质量要多出4.6%。

2　闸片摩擦-磨耗特性分析

为了更深一层了解单轨闸片磨耗特性，使用1∶1制动动力试验台进行闸片磨耗特性分析。分别使用进口闸片和国产闸片，采用原车空气转液压制动夹钳单元，采用相同的法兰连接制动盘，采用相同的制动次序、制动压力、制动速度。单轨闸片在试验台安装情况见图2。

图2　闸片在制动试验台安装后示意图

试验程序按照UIC 541相关规定进行编制，试验程序涵盖磨合制动、单次紧急、潮湿制动、静摩擦试验、连续两次紧急、模拟运营、坡道制动。试验最高速度为85 km/h，最低速度20 km/h，试验惯量380.0 kg·m2［2］。

按照试验大纲，在1∶1制动动力试验台上进行摩擦—磨耗特性试验，试验过程中记录每次制动试验的瞬时摩擦系数曲线及平均摩擦系数值，记录每阶段试验后的闸片剩余质量。

2.1闸片摩擦系数特性分析

摩擦系数是影响闸片使用寿命因素之一。按照摩擦学理论，列车制动过程摩擦副的摩擦系数高，会导致制动功率急剧增加，制动时间缩短，单位时间内闸片承受热量增加，进而加剧闸片磨耗。

从摩擦系数角度进行分析，在1∶1制动动力试验台上，对两种单轨闸片进行摩擦特性试验。闸片采用相同的试验程序进行对比，并对平均摩擦系数、制动摩擦曲线进行分析。平均摩擦系数值按制动初速度分布见图3，瞬时摩擦曲线见图4、图5。

图3　不同制动初速度下的平均摩擦系数

从图3平均摩擦系数分布分析，进口闸片平均摩擦系数比国产闸片偏低。相同闸片正压力相同的情况下，平均摩擦系数较高者产生的制动力更大，因此单位时间内吸收能量较多，其制动过程摩擦副的温升也会偏高，一般情况下闸片磨耗会随使用温度的提高而增加。因此，在同一列车上安装不同摩擦系数的闸片时，摩擦系数较高者会因其承受更多的制动能量，其磨耗量也会偏大。

图4　速度40 km/h制动瞬时摩擦系数曲线

图5　速度60 km/h制动瞬时摩擦系数曲线

从图4和图5的制动曲线中，可以看出国产闸片摩擦系数整体偏高，摩擦系数较高者会因其承受更多的制动能量，其磨耗量也会偏大。

2.2闸片磨耗量特性分析

1∶1制动动力试验完成后，对试验过程中的闸片质量进行统计，闸片剩余质量跟踪详情见表3所示。

按照表3试验数据进行分析，国产闸片磨耗量明显大于进口闸片，磨耗量约高16%；根据试验台所得出的磨耗量结果，按照磨耗到限为止，按两者闸片磨耗体积相同，分析得出进口闸片使用寿命比国产闸片使用寿命约高16%。

表3　单轨的闸片试验过程阶段剩余质量情况

3　车辆参数分析

按照第2节对闸片摩擦磨耗特性分析对比结果，单轨车使用的两种闸片寿命与表1统计数据相差很大。

在两种闸片寿命差异的统计中，2号线延长线使用的车辆电空混合制动特性属于不同配置。经过现场跟踪和电空混合制动特性分析，对运营制动数据进行采集（见图6、图7）。

图6　单轨车辆232号车运营制动曲线

图7　单轨车辆234号车运营制动曲线

从图6和图7中分析，制动过程开始时，电制动力响应时间延后，造成车辆电制动力不足，此时需要补加空气制动，增加闸片磨耗。图中还可以看出，电制动力发挥不稳，当电制动力低，需补加空气制动，增加闸片磨耗。

4　结论与建议

综合1∶1制动动力试验、闸片运营寿命数据、电空混合特性曲线等对比分析，总结得出关于闸片寿命的结论：

（1）单轨闸片方面

①国产闸片比进口闸片磨耗量约高16%～18%。说明在磨耗体积相同情况下，进口闸片比国产闸片使用寿命约高16%～18%；

②国产闸片制动摩擦系数偏高，制动时间缩短，在相同制动条件下，单位时间内承担制动能量变大，使闸片寿命降低。

（2）牵引和制动方面

①电制动力响应时间延后，造成车辆高速制动时补加空气制动，使闸片寿命降低；

②电制动力不稳，造成间歇补加空气制动，使闸片寿命降低。

根据上述结论，给出建议如下：

①从电制动力角度出发，应对产生电制动力结构和响应时间进行深入研究，使充分发挥电制动力，这样能保证有较大的车辆运营经济性；

②闸片自身性能提升，对进口闸片材料成分、压制工艺、摩擦磨耗等方面进行深入研究，提高国产闸片品质，降低车辆运营和维护成本。

［1］ 夏 帅，谭寿云，余接任.重庆单轨3号线车辆制动力分配浅析［D］.国际单轨交通（重庆）高峰论坛论文集. 2013，（1）：214-219.

［2］ 李 科，蒋三青，蒋朝平，等.跨坐式单轨交通车辆用基础制动装置国产制动盘热特性分析［J］.重庆理工大学学报2010，24（4）：17-25.

Cause Analysis of Fast Abrasion of M onorail Vehicle Foundation Brake Pad

S O N G Yuechao1，W U Jing2，X U H eping2，JIA O Biaoqiang1，LI Jishan1，H A N Xiaohui1，W U Qinghai1
（1 Beijing Zongheng Electro-M echanical Technology Develop ment Co.，Beijing 100094，China；2 Chongqing Rolling Stock Co.，Ltd.，Chongqing 401120 Sichuan，China）

During the m onorail vehicle application process，the vehicle operation should consider a nu m ber ofim portant factors，such as security and reliability，co m ponent life，co mfort，etc.，in w hich the vehicle operator is also a key indicator of econo mic considerations. Pre Chongqing Line 2 extension cord use of do mestic excessive brake pad wear problems exist，brake pad life of 90，000 km，w hich not only increases operational costs，but also increased the maintenance and labor costs.Performed for im port and do mestic brake pads brake pad wear analysis using a 1：1 brake dynamic test and operate the brake curve co m prehensive analysis，found that do mestic electric brake pad and brake slightly worse performance，mainly due to the im pact of the brake pad life.It＇s reco m mended to im prove vehicle electric braking conditions and brake pad performances，and to reduce vehicle operating costs.

straddle；brake pad wear；m onorail vehicles

U239.5

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.22

1008-7842（2015）05-0096-04

宋跃超（1982—）男，工程师（2015-04-03）