制动器用摩擦材料_H_Bauer

SNCF 公司打算在 2005 年前, 将 V- BKS 基闸瓦配备
到所有正在运行的货车上。
表 2 BECORIT 公司的闸瓦概况
闸瓦类型
摩擦 因素/ L
牌号
使 用范 围
LL
0. 1~
0. 17
L 173-
17
货车, 替代灰 铸铁
设计或成批生产
DBAG、NSB、 SBB、SNCF
K
0. 22~ 0. 3 920- 1 新车辆
( 600) e
制动效果是按散发的和吸收的能量来评估的, 该能量用焦耳来度量。若 90 年代前制动技术领域 的专家们认为最高成就是保证一个制动盘上吸收的 制动能为 11 MJ( 第一代的 TGV- PSE) , 则目前达到
高于 15MJ 值( TGV- A 列车) 已经没有问题; 接近实
# 42 #
L) 摩擦因素; v ) 速度; 1- 单位 压紧 力为 20N / cm2 的灰 铸铁 闸 瓦; 2- 复合材料 V- BKS 的 K 型闸瓦; 3- 复合材料 V-BKS 的 LL 型闸瓦; 4- 单位压紧力为 120N / cm2 的灰铸铁闸瓦
图 1 灰铸铁和复合材料闸瓦的摩擦因素与速度的关系曲线 1. 2 复合材料
盘式制动器摩擦材料的要求简述如下: 制动开始速度 ) 达 300 km/ h;
近 郊 联 运, 由 铸 铁 摩擦 片 的 磨 损 不 大 速 度达 140 km/ h, 单
( 灰 铸 铁 或 球 墨 铸 且均 匀, 制 动盘的 磨 位压 力达 80 N / cm2,
铁) 制的制动盘
损不明显, 无噪声 最高温度 400 e
在发 热 时 效 率 下 降 不显 著, 在 高速时 无 烧伤 斑点, 阻尼性 能 好
速 度达 300 km/ h, 单 位压 力达 50 N / cm2, 最高温度 900 e
高速 列车; 由 合金钢 制的 制动盘, 由金属 陶瓷制的摩擦片
摩擦 因素高, 噪声 级
小, 传 热 好, 价 格 质
量比 佳, 对 温度的 敏 感性低
的金属陶瓷
- A 列车
BM 41 0. 38
耐磨性显著提高的
金属陶瓷
SBB
因此, 只有在用相应的均匀传热结构来改变现 有非均匀传热结构等措施的条件下, 才能进一步优 化。这些措施可以是: a) 制动盘: 对称紧固在轮毂上, 在径向可自由扩展; b) 制动片: 使摩擦表面进一步弧形化以便将其更好 的贴合在制动盘上, 采用弹性紧固件和单个扇形块 或成组扇形块。
最高温度 400 e 不降低 L 值
K
0. 22~ 0. 3( 高) 所有新货车
国际铁路 联盟 管辖范 围( 22. 5~ 25 t )
100~ 120
在较高 温度 时其 中 包括 小压 紧 力时 安 全, 在 34 min 内及更 长时功 耗达 45 kW 时温度稳定
K, hoch
0. 3~
0. 35( 很高)
由于这个原因, 人们正在采取措施, 旨在创造出 适合于 各种使用 条件和范 围的摩擦 材料, 而用 VBKS 材料替代灰铸铁不用改变制动器的结构, 当然, 也就不会降低安全水平和增加运行费用。
各种闸瓦摩擦材料的性能和应用范围列于表 1 中。
LL 型和 K 型闸瓦式制动器可满足现有货车和新 货车的要求。这时, 对摩擦材料的要求很高, 因为在 研制制动器时应考虑到在阿尔卑斯山区线路的运行 特点。在表 2 中列出了 BECORIT 公司专门为这组制 动器研制的摩擦材料及在市场上已有的摩擦材料。
50% ~ 83% ; 在运行时形成的车轮不圆度明显减小; 在潮湿环境条件下的摩擦性能与灰铸铁相同。 随着生态要求的日趋严格, 灰铸铁闸瓦还表现
出另外 1 个缺点。即: ( 研究表明) 在采用灰铸铁闸 瓦时所形成的多角形车轮不圆度, 在车辆运行时会 引起噪声级别的提高, 因此只有用复合材料 V- BKS 替代灰铸铁, 才能降低通过列车的噪声级 10db( A) , 即降低至 50% 。
1. 1 灰铸铁
灰铸铁在数十年的时间里曾是唯一的 摩擦材 料, 它的价格不贵, 工艺性好, 不伤害车轮的踏面。 它的最大缺点是摩擦因素与制动开始时的速度及压 紧力( 制动力等于压紧力乘以摩擦因素) 的关 系甚 大。但是, 这个缺点可通过优化控制制动过程( 见图 1) 来补偿。
与此同时, 随着运行速度和轴重的提高, 愈来愈 明显地表现出灰铸铁的其他缺点, 因此, 在一定情况 下, 复合材料可作为灰铸铁的替代品。
特殊运行条件用新货车
不用于阿 尔卑 斯山区 线路上( 25~ 30 t)
100
采用于 Pusherbrake 型单 闸瓦 结构, 其中 包括在较大压紧力时
国际铁路联盟的工作组制订了国际范围的采用
V-BKS 复合材料的技术条件。这种材料投入使用,
可让车辆制造商立即用这种闸瓦来装备国际联运用
的其他 种类 的机 车车 辆, DBAG 公 司、SBB 公司 和
L
0. 15~ 0. 22( 低) 客车, 辅助制动机
使用范围( 轴重)
国际铁路 联盟 管辖范 围( 22. 5 t ) 区域, 部 分 国 际 联 运 ( 18 t)
最高速度 km/ h 120 160
要
求
在湿度高时安全( L值同铸铁) , 在 34 min 内及更长时功耗达 45 kW 时温度稳定
耐磨 性好, 摩 擦 因 素稳定性好
国际铁路联盟允许
984
0. 35
为高速滑行专门
研制
DBAG , ICE
926
0. 35~ 0. 38 耐磨性好
按国 际铁 路联 盟的 决定
946
0. 40
高摩擦因素的通用 速度达 140 km/ h 的
摩擦片
近郊列车
930- K 0. 35
对湿度敏感性低的 专用摩擦片
因是因为对它们的要求越来越高。由此, 出现了新 的专用材料, 包括适用于具体应用范围的摩擦材料。
作为这些有明确目的的研制例子是铁基、青铜
基或铜基金属陶瓷摩擦材料。表 3 中列出了盘式制 动器用的种种摩擦片的性能和使用范围。类似用途
的 BECORIT 公司的材料列于表 4 中。
表 3 盘式制动器用摩擦片的性能和使用范围
速 度达 350 km/ h, 单 位压 力达 90 N / cm2, 最高温度 900 e
国际 和 远 郊 联 运 用 的大 功率制 动器; 由 合金钢制的制动盘
耐热 性好, 在发热 时 效率 下降不 明显, 耐 磨性高, 传热好
速 度达 200 km/ h, 单 位压 力达 60 N / cm2, 最 高 温 度 550
复合材料或合成 材料( V-BKS) 是粘结 材料( 树
脂或橡胶) 与纤维以及不同种类和百分比含量的矿 物和有机 填料的 结合 物( 以前 用作填 料的石 棉从 1989 年起已禁止使用) 。
V- BKS 材料和灰铸铁的性能比较表明: V- BKS 的 摩擦因 素相 当稳 定, 其 值在 0. 12~ 0135 范围内变动, 视材料性能而定; 复合材料 的磨 损较 均匀, 磨 损量 较 灰铸 铁低
DBAG、SNCF
K , hoch
0. 3~
0. 35
541, k301
地铁列 车, 调 度 机车
新加 坡( 城轨 交 通)
注: DBAG ) 德国 铁路 公司; NSB ) 挪威 铁路 公司; SBB) 瑞 士联 邦铁路公司; SN CF) 法国国家铁路公司
摩擦因素 ) 0. 32~ 0. 44; 制动盘材料 ) 铸铁( 灰铸铁或球墨铸铁) , 铸钢; 压紧时的单位压力 ) 20~ 150 N/ cm2。 不断改进铁路机车车辆制动器用摩擦材料的原
国外机车车辆工艺
2005 年 5 月
现供 22MJ 用 的系 统, 在 材 料试 验 台 上正 在 试 验 28MJ 制动能, 并正在研制 40MJ 及更大的新制动器。
制动盘 ) 摩擦片系统的极限应力取决于: # 在制动盘内由热变形引起的拉应力; # 摩擦片材料的允许最高温度。 这时必须注意到, 由于摩擦片和制动盘接触表 面的变形, 能量的传导是不均匀的。在过热区( 烧伤 斑点) , 温度和由此引起制动器的盘内应力将超过允 许值。这意味着, 例如在制动盘和摩擦片的烧伤斑 点区内的计算温度最高为 600 e 时, 实际温 度将达 到 800 e ~ 1 000 e 。由此, 制动系统必须按 明显高 得多的温度值来设计。
国际 铁 路 联 盟 权 限 部门; 由 铸 铁 ( 灰 铸 铁或球墨 铸铁) 制的 制动盘
在高 速 时 摩 擦 因 素 稳 定, 无 烧 伤 斑 点, 对温 度 敏 感 性 不 明 显
速 度达 200 km/ h, 单
位压 力达 80 N / cm2, 最高温度 400 e
高 速 列 车; 由 铸 铁 (灰 铸 铁或 球 墨铸 铁) 制的制动盘
车轮制造商们用新的思路来对待制动时产生的 发热问题。例如, 已研制出了新的几何形状的车轮 圆盘, 它可使产生的热应力降低到安全值。这里所 说的是已使用在铁路上的带弓形盘的车轮。
第3期
制动器用摩擦材料
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表 1 闸瓦的摩擦材料
闸瓦类型
摩擦因素/ L
LL
0. 1~ 0. 7( 很低) 货车
车辆
车
辆
要 求 /性能
使用 范围
电车, 地 铁, 城 轨 交 耐 磨 性, 无 噪 声, 紧 速 度达 100 km/ h, 单
通; 由 灰铸铁 或铸钢 急制 动 时 在 绕 组 轴 位 压力 达 200 N / cm2
制的制动盘
上的耐热性高
最高温度 400 e
2 盘式制动器用的摩擦片材料
随着列车速度和质量的提高, 简单而经济的闸 瓦式制动系统已不能保证所需的制动效果, 因为在 车轮上的热负荷增大到不允许的值。因此, 首先在 城间高速客车和近郊列车车辆上, 开始广泛使用作 为闸瓦制动机替代物的盘式制动器。