上海工程技术大学 城市轨道交通车辆维修工艺与设备瓶颈问题
《城市轨道交通车辆维修工艺与设备》
课程报告
报 告 题 目 基础制动装置维修瓶颈问题研究 课 题 组 别 第13组 组 长 姓 名 邓书华 组 员 姓 名 周琦、郑智文 、郁贞峰 班 级/专 业 1011111 城市轨道交通车辆工程 指 导 教 师 方宇、廖爱华 完 成 时 间 2014年6月1日
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目录
0概述 1闸瓦制动 1.1闸瓦制动的组成 1.2维修现状存在的问题 1.3分析原因及优化方法 2盘形制动 2.1盘形制动的介绍 2.2维修现状存在的问题 2.3分析原因及优化方法 3基础制动装置维修作业指导书
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报告题目：基础制定装置维修问题分析
1 概述
随着我国城市化进程的发展，城市吸引力不断扩大，人口集聚力不断增强，大、中城市人口数量屡创新高。为了更好的缓解城市交通拥堵的问题，许多城市选择了建设轨道交通来改善交通状况。地铁车辆的运行速度也由最初的60km/h，逐渐提高到80 km/h、100 km/h，甚至更高。车辆在高速运行中必须依赖制动系统调节列车运行速度和及时准确地在预定地在预定地点停车，保证列车安全正点地运行。
制动系统是地铁车辆安全可靠运行的基本保障，通常包括空气制动机、基础制动装置、手制动机。基础制动装置是确保地铁车辆行车安全的最重要的措施之一，它最基本的功能是吸收制动动能并将之转化为热能散发到空气中。基础制动装置分为两类：一类是由踏面和闸瓦组成摩擦副的踏面制动；一类是由制动盘和闸片组成摩擦副的盘形制动。
地铁车辆制动的特点：（1）制动频繁：地铁车站之间距离较近，平均在1 公里左右，这必然带来车辆须频繁启动、制动，以满足乘客上、下车的需要。而铁路运输两个车站之间的距离通长在几十公里以上。（2）制动减速度大：地铁站间距短，要提高乘客旅行速度只有增加启动加速度和制动减速度。因此地铁车辆紧急制动平均减速度一般要求大于等于1.2m/s2, 而铁路机车车辆和动车组的紧急制动平均减速度一般为0.7 － 1.2 m/s2。（3）制动精度高：地铁车站站台上均安装有屏蔽门系统，因此车辆定点停车的精度要求比铁路机车车辆和动车组高，一般在±300mm左右。这些特点要求地铁车辆制动系统须有稳定的摩擦副和良好的控制精度能力以及承受频繁制动热负荷的性能。
因此研究基础制动装置制动形式选择与搭配将对城市轨道交通列车运行的性能改善和安全保障具有重要意义。
闸瓦制动的研究
随着列车的提速及铁路货运重载化,对制动装置及制动材料也提出了更高的要求。列车的基础制动方式有摩擦制动、电阻制动、线性涡流制动、轨道电磁制动和再生制动等,摩擦制动又可分为闸瓦制动与盘形制动,其中闸瓦制动的应用最为广泛，由于闸瓦制动要求闸瓦为摩擦力高、耐磨性能优良的制动摩擦材料，并且闸瓦是消耗量极大的磨损元件,其摩擦耗损不仅提高了运输成本,还会因闸瓦频繁更换, 列车停运维修次数增加,大大降低了铁路营运能力。为提高闸瓦使用寿命, 有必
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要对制动闸瓦的磨损与制动材料的选用进行分析研究。 一、闸瓦制动的组成
闸瓦是指制动时，压紧在车轮踏面上以产生制动作用的制动块。车轮使用的闸瓦可分为铸铁闸瓦和合成闸瓦。 1.铸铁闸瓦
高磷铸铁闸瓦与中磷铸铁闸瓦相比较，主要是提高了含磷量。中磷铸铁闸瓦的含磷量为0.7%-1.0%，高磷铸铁闸瓦的含磷量为10%以上。高磷铸铁闸瓦的耐磨性比中磷铸铁闸瓦高1倍左右。
运用实践表明，高磷闸瓦的使用寿命约为中磷闸瓦的2.5倍以上。高磷闸瓦还有一个特点就是制动时火花少。铸铁闸瓦的摩擦系数是随含磷量的增大而增大，故高磷闸瓦的摩擦系数大于中磷闸瓦。但含磷量过高将会增加闸瓦的脆性，当含磷量超过1.0%时，闸瓦如不加钢被，便有裂损的可能，所以高磷闸瓦闸瓦需采用钢背补强。 2.合成闸瓦
合成闸瓦是采用黏合剂将增强材料和填料(三元体)黏结在一起,各自发挥在制动时的作用,直接与对偶件相互作用产生摩擦力。黏合剂主要包括酚醛树脂及改性物、天然及其人工合成橡胶。增强材料主要有石棉、钢纤维、铸铁纤维、人工合成纤维、天然纤维等。大部分无机化合物都能作为填料使用,发挥改善摩擦系数、温度、速度、曲线形状和稳定摩擦系数的作用,保证行车安全。 二、维修现状存在的问题
目前，铁路机车车辆采用的制动方式最普遍的是闸瓦制动。用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块，在制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动。在这一过程中，由于闸瓦摩擦面积小，大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高，制动时车轮的热负荷也越大。特别是紧急制动时,闸瓦表面高速摩擦产生的大量热量无法及时散发而聚积在表层上,使表层温度急剧升高,过高的温升很容易使闸瓦材料性质发生质的变化,从而引起其摩擦磨损性能的突变，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，既影响使用寿命也影响行车安全。
由于间断刹车,闸瓦摩擦面上的正应力和切应力均具有明显的疲劳交变载荷的特征。此外,因剧烈摩擦,闸瓦表面温度瞬间可高达900℃左右, 并有热循环冲击特点。
闸瓦磨损失效的基本特点有：
① 制动材料内部薄弱界面处（如铁组织中的石墨与基体间界面）和缺陷位置（如粉末冶金材
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料中的孔隙）应力集中诱发裂纹，引起闸瓦摩擦面块状剥落；
② 制动材料内部脆性组织被压碎裂并引发周边基体萌生裂纹，造成闸瓦摩擦面块状剥落； ③ 闸瓦表面摩擦而升高温度,摩擦面表层产生氧化物,在正应力、切应力作用下易碎裂并脱离基体而成为磨粒,诱发磨粒磨损；
④ 闸瓦摩擦面与车轮踏面在摩擦高温及正应力的作用下发生粘着,因闸瓦材料强度较低,其摩擦面已存在疲劳微裂纹,在粘着处闸瓦表面一侧将被撕裂, 产生粘着磨损闸瓦。 三、分析原因及优化方法
为满足列车制动需要,防止闸瓦早期失效，对闸瓦材料的要求是：合适且稳定的高摩擦系数,耐磨、热裂性能优良,制动火花少。目前用于闸瓦的制动材料可归类为铸铁闸瓦、合成闸瓦、粉末冶金闸瓦和复合材料闸瓦等4种。 1.铸铁材料
铸铁闸瓦在铁道车辆上使用已有百年以上的历史。铸铁制动材料的主要优点是： ① 擦系数受环境影响小而较为稳定,具有“全天候”运行特征； ② 导热性较好,对车轮热损害小；
③ 可使车轮踏面粗化,从而获得较大的粘着力,减小车轮的机械擦伤； ④ 坚固耐用、价格低廉。
但普通灰铸铁（片状石墨）闸瓦的摩擦系数较小,且随摩擦速度的提升, 摩擦系数迅速下降,在列车高速运行时尤为明显,故普通铸铁闸瓦一般多用于低速运行的客货列车。对高速列车闸瓦,可从提高铸铁的含磷量和加人少量合金元素两方面来改进其性能。实际上, 现在使用的多种铸铁闸瓦,即是中高磷铸铁、含磷蠕墨铸铁、合金铸铁等长寿命的特殊铸铁闸瓦。铸铁的含磷量增加,组织中析出大量磷共晶,使闸瓦的摩擦系数提高、耐磨性改善,列车的制动距离也将缩短。如将含磷量从0.5%提高到3.0%（质量分数）左右,闸瓦的摩擦系数提高了20%,闸瓦的耐磨性也成比例地提高,制动距离可缩短30%一45%。但磷增加了铸铁闸瓦的脆性,使用中不可避免地产生裂纹,故需采用闸瓦背来补强。即便如此,高磷铸铁闸瓦的耐热裂性仍较差,其摩擦系数随列车运行速度的提升而急剧下降的缺点未得到改善 2.合成材料
由于铸铁闸瓦的摩擦系数在高速时迅速下降,故高速车辆制动闸瓦可采用合成材料。它是由有机树脂粘结剂（如酚醛树脂）、金属或化合物粉末（如铁、铜、铅与氧化铁、氧化铝等）和摩擦润滑调节剂等经充分混炼后成型加工、焙烧而成,它将材料与制品工序合二为一。改变合成材料的配
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