高摩擦系数合成闸瓦的研制
耐候高摩合成闸瓦的研制及应用

耐候高摩合成闸瓦的研制及应用王春志(兰州铁路局兰州车辆修配段,兰州 730000)摘要:综述了耐候高摩合成闸瓦摩擦磨损机理、重点解决的技术难题、材料组成、生产工艺及试验数据,介绍了青藏铁路工程试验车安装使用的实际效果。
关键词:耐候、闸瓦、研制、应用1、前言:根据铁道部科技发展规划,高速重载将是我国铁路发展的主要方向,闸瓦是机车、车辆制动系统中不可缺少的一个部件,目前我国铁路车辆使用的闸瓦可分为金属和合成两大类。
由于铁路运输特点,造成闸瓦工作条件极为复杂,它承受着高温、静载荷和动载荷的作用,这些因素影响到车轮与闸瓦这对摩擦副的工作性能。
如何研制出抵御高寒、抗紫外线适合于气候恶劣的雪域高原使用的耐候高摩合成闸瓦(以下简称耐候闸瓦)是一个很重要的课题。
只有科学而合理地选择材料,预测闸瓦在不同工作条件下的使用情况,并对摩擦接触过程中发生的问题进行深入的研究,才能完成这个任务。
2、研制耐候闸瓦应达到的目标耐候闸瓦是在HGM-B快速高摩合成闸瓦的基础上研制和提高的,它具有快速高摩闸瓦的一系列优点,又具有弹性模量低、冲击强度高、压缩强度高、密度低等特点,是快速高摩合成闸瓦的系列产品。
研制时应满足以下要求:1)应具有稳定的摩擦因数,并在铁标规定的范围内;2)抗热裂性和耐磨性好,延长使用寿命;3)对车轮踏面不致造成裂纹、金属镶嵌等异常损伤;4)制动火花小,以防发生列车火灾事故;5)耐高寒、抗紫外线适于青藏铁路线专用。
3、摩擦磨损机理的探讨:耐候闸瓦是由摩擦材料与钢背压制而成。
摩擦材料的摩擦表面层结构通常分为五层:第一层是由分解和部分碳化且含有微裂纹的树脂组成;第二层是由降解的树脂组成;第三、四、五层分别为裂纹形成及碎化层、应变层和基体。
摩擦力由两部分组成,即剪断固相“焊”接点的粘附分量和硬质微凸体在对偶表面的犁沟分量。
按照摩擦学的有关知识,依据闸瓦与车轮制动遵从的“粘附一犁沟”理论,我们克服了一般配方设计中采用粘附型或犁沟型的极端配方设计,采用橡塑共混制成的中间弹性体作为粘合剂,通过耐候闸瓦的大量试验,发现采用这种配方设计效果极较为理想,达到了预期目的。
通用货车提速采用高摩擦系数合成闸瓦研究

通用货车提速采用高摩擦系数合成闸瓦研究吕换小;温铁宏;卜华娜;孙新海【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2001(022)002【摘要】目前全国通用货车数量约有54万辆以上,这些车辆一直使用铸铁闸瓦,已远远不能适应货车提速、重载的发展。
在通用货车上改造制动系统推广高摩擦系数合成闸瓦,必须以最少的改造费,才能使高摩擦系数合成闸瓦得以顺利推广。
该课题组经过长期大量研究,采用变比阀技术(即在制动缸管中加入一套变更空气压力的比例阀),成功地解决了这一难题,并将这一技术和KZW-4G空重车自动调整装置结合在一起。
由于高摩擦系数合成闸瓦的特性,可以使货车运行速度提高到90km*h-1~100km*h-1时,制动距离为800m或1100m;重车制动缸压力为260kPa或360kPa时,空车制动缸压力仍是相同的115kPa,从而降低车辆日常维护费用及劳动强度。
如果在通用货车上全部使用高摩擦系数合成闸瓦,仅仅闸瓦消耗一项,可节约费用约3亿元人民币,而利用这些费用则可实现通用货车制动系统的改造,具有非常显著的经济效益及社会效益。
【总页数】7页(P61-67)【作者】吕换小;温铁宏;卜华娜;孙新海【作者单位】铁道部科学研究院机辆所,北京100081;铁道部科学研究院机辆所,北京100081;铁道部科学研究院机辆所,北京100081;铁道部科学研究院机辆所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U260.351【相关文献】1.铁道货车高摩擦系数合成闸瓦产品质量控制措施探讨 [J], 李艳涛2.新型货车用无石棉高摩擦系数合成闸瓦的研制 [J], 鞠传珍;田家椿;张富生;武连增3.新型高摩擦系数合成闸瓦配方及工艺的研究 [J], 裴顶峰;张国文;党佳;贺春江4.SM-1型高摩擦系数合成闸瓦的研究 [J], 苏景云;吕海臣5.我国高摩擦系数合成闸瓦的性能研究 [J], 裴顶峰;张国文;党佳;贺春汪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
新型高摩擦系数合成闸瓦配方及工艺的研究

新 型 高摩 擦 系数 合成 闸瓦 配方 及 工 艺 的研 究
裴 顶峰 , 张 国文 ,党 佳 ,贺 春 江
( 中国铁 道科学研究 院 金 属及化学研究 所 ,北京
摘
10 8 ) 00 1
要 :研 究 了配 方 及 工 艺 对 新 型 高 摩 擦 系数 合 成 瓦 性 能 的 影 响 。研 究 结 果 表 明 ,当 配 方 中 的 粘 合 剂 含 1 ,树 脂 与 橡 胶 比例 为 1: ~ 2:l 6 1 、纤 维 含 量 为 2 ~ 3 、填 料 中石 墨 和 钾 长石 比例 为 4 5 O O 5: 5
中 图 分 类 号 :U20 3 1 7 . 5 文 献 标 识 码 :A
针 对部 分高 摩 擦 系数 合 成 闸瓦 出 现 的 “ 渣 、 掉
速 度 l mm ・mi ,样 品 2 n× 1 n 0 mi 0 mm × 1 0
m m 。
掉块 ” 以及 “ 属镶嵌 ”等 问题 ,本 文在研 制高 摩 金 擦 系数 合成 闸片成 功经 验基础 上 ,结合 国外 发达 国
1 1 2 闸 瓦加 工 工 艺 . .
k ・ 条件 下 ,研 究 了粘合 剂含 量对 磨耗 量 及摩 m h
擦系数 的影 响 ,结 果见 表 l 。
表 1 粘 合 剂 对 磨 耗 量 及 摩 擦 系数 的 影 响
粘合剂含量/ 磨 耗 量 / g・(o次 ) ) ( 1
1 . 5 2 6 1 . 7 1 4 5 2l .
13 . 5
摩 擦 系 数
将 各种 原材 料经 干燥 、称量 、混 合 、热压 等工 序制成 橡胶 改性 树脂基 的 高摩擦 系数 合成 闸瓦 。 12 新型 高摩擦 系数 合成 闸 瓦材料 力学 性能测 试 .
HGM—B型高摩擦系数合成闸瓦成型工艺研究

2 . 2 . 1 成 型 压 力 的影 响
1 性 能测试
1 . 1 仪 器 设 备
铁科研 1: 3制动动力试验 台 ;无锡 X K 一 4 0 0双辊炼胶机 ; 承德 3 9 2 3冲击试验台 ; 2 0 0 t 四柱液压机 ; 西安 C S S 一 1 1 1 0 C万能 试验机 ; XH R 一 1 5 0洛氏硬度计 ; 南京 T G 2 7 9 e型电光分析天平 。
9 5 k r r g h 7 5 k m/ h 5 5 k m/ h 、 3 5 k m/ h 3 5k m/ h 5 5 k m/ h 、 7 5 k m/ h 9 5k m/ h
新 型高摩擦 系数 合成 闸瓦是 目前货 车制动 的重要 配件 , 从 2 0 0 2年开始推广到今 天已经有 1 0多年的时间 ,大量应 用的有 H G M— A和 I - I G M— B两个配方体 系。通 过几年的生产实践 发现 , 压制合成 闸瓦的过程 中容 易 出现摩擦 体表面 的起 泡和裂纹 、 钢 背梅花孔不饱满等现象 , 影响合成 闸瓦的外 观及其使用性能 。 本 文利用差热扫描量热仪 、 万能材料试验 机和 1: 3制动动力试验 台等分析和测试手段 , 系统研究 了 HG M — B型高摩擦系数合成 闸 瓦成型工艺 对其 物理力学性能和摩擦磨损性能 的影 响。
钾长石粉 : 大于 1 0 0目, 氧化钾含量不小 于 7 %; 热塑性酚醛 树脂 ( 2 1 2 3 ) : 京柳 恒业 ; 石墨 ( L 一 1 8 5 ) : 山西南 风 ; 铝 矾土 : 大于 1 5 0目, 氧化铝含量 大于 7 0 %, 山西灵丘 ; 丁腈橡胶 ( 2 6 ) : 兰州化 工; 沉淀硫 酸钡 : 1 0 0目, 河北辛 集 ; 海泡石 : 河北 明阳公 司 A型 等。 1 . 3 综 合 测 试 压 缩 强 度 :样 品 2 0 X 1 0 X 1 0 m m, 速 度 1 m m / mi n
摩擦特性优异的铸铁合成闸瓦的开发

摩擦特性优异的铸铁合成闸瓦的开发
彭惠民;唐源
【摘要】@@ 合金铸铁闸瓦对车轮的冲击性小(指车轮温升低,踏面损伤小),可以获得稳定的轮轨间的粘着力.但是为应对今后列车进一步提速的情况,还需研究提高高速区域中摩擦力的课题.
【期刊名称】《轨道交通装备与技术》
【年(卷),期】2011(000)006
【总页数】1页(P32-32)
【作者】彭惠民;唐源
【作者单位】
【正文语种】中文
合金铸铁闸瓦对车轮的冲击性小(指车轮温升低,踏面损伤小),可以获得稳定的轮轨间的粘着力。
但是为应对今后列车进一步提速的情况,还需研究提高高速区域中摩擦力的课题。
根据以往经验,可以明确以下两点:如果对闸瓦与车轮的摩擦界面提供碳化硅陶瓷(SiC)颗粒,可以提高摩擦力;也可以将SiC制过滤器浇注入铸铁闸瓦中,这个在加工及成本方面都较有优势。
不过,由于SiC硬度远高于车轮钢,可能会导致车轮踏面的磨损加大,车轮踏面频繁地产生热裂纹。
因此,利用实物尺寸的制动器,实施制动试验,选取了合适的SiC制过滤器的数量及在摩擦面上的最佳位置,并以
此开发出新的铸铁合成闸瓦,如图1所示。
该闸瓦一方面可抑制对车轮踏面的冲击,另一方面提高了摩擦力,只需对传统闸瓦的制造工艺稍加改进,即可实现批量生产。
开发出的新闸瓦已装备于1辆车上进行现车试验,确认了有缩短制动距离的效果。
新型货车用无石棉高摩擦系数合成闸瓦的研制

新型货车用无石棉高摩擦系数合成闸瓦的研制
鞠传珍;田家椿;张富生;武连增
【期刊名称】《铁道技术监督》
【年(卷),期】2003(000)007
【摘要】介绍了适用于120km/h货车用无石棉高摩擦系数合成闸瓦的研制成果.论述总结了国内外高摩擦系数合成闸瓦概况,提出了研制技术关键,进行了粘合剂、纤维增强剂及具有独特性能填料的选择、改性和配方、工艺试验,完成了产品定型及生产试制工艺.
【总页数】4页(P10-13)
【作者】鞠传珍;田家椿;张富生;武连增
【作者单位】铁科院金化所;济南铁路局车辆处;齐齐哈尔机车车辆配件厂;济南铁路聊城闸瓦制造厂
【正文语种】中文
【中图分类】U2
【相关文献】
1.HGM-B型高摩擦系数合成闸瓦表面自动喷漆设备的设计与应用 [J], 焦纪鹏
2.新型高摩擦系数合成闸瓦配方及工艺的研究 [J], 裴顶峰;张国文;党佳;贺春江
3.无石棉高摩擦系数合成闸片的研究 [J], 鞠传珍
4.高摩擦系数合成闸瓦的研制 [J], 裴顶峰;党佳;陈国生;汪志洋;张思勇;魏儒东;杜津生
5.高摩擦系数合成或金属闸瓦技术规范AAR M-926标准 [J], 吉媛;裴顶峰
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期我们测得其摩擦体密度由原来的2.49/e=3下降到1.99/cm3.而其摩擦性能却较以前优异
许多。
我国也于1958年开始研制高摩合成闸瓦。在1958年~1967年,研制了一系列高摩擦
系数闸瓦配方,比较有代表性豹有6148、6148NR,6143、45号、60号等一系列高摩擦系数
摩擦性能节剂和补强填料等。
2.1.2 摩擦材料的成型工艺
将以上主要成分经配料、混料工艺及热压成型制成橡胶改性树脂基的复合材料.
2.2 摩擦材料力学性能的测试
压缩强度:按GB/T1041进行测试:压缩弹性模量:按强度值的和20%段取值测定其弹性
模量;冲击强度:按GB/T1043标准测试;布氏硬度:HG2—168塑料布氏硬度试验方法测试;
JURID的“JURID”、英国FERODO的“FERODO”等,从有限的资料和我们能接触到国外高摩
擦系数合成闸瓦的情况来看,其发展己形成了系列化产品.型号发展非常快,主要围绕含
混杂纤维增强的无石棉、半金属、无金属型摩擦材料(在欧洲无石棉无金属摩擦材料的初
步定义为:石棉含量为零,金属含量为o ̄1 096)开展工作。以高摩擦系数合成闸瓦为例,近
温度,但根据干法工艺的特殊性,为提高效率降低成本,在压制压力和时间上进行了调整,
结果显示,效果良好。
3.3.2后处理工艺
传统的合成闸瓦的后处理工艺,基本采用阶梯式温升,最高处理温度为压制温度·目前, 南京和张家港的后处理温度也基本如此,最高疆度为压制温度,根据西蓝树脂的固化机理,
·114·
在180‘C阻上时,还要发生进一步反应,同时根据我国汽车摩擦材料行业的成功经验,本文
高摩擦系数合成闸瓦的配方中,硬软质点不同配比(表1)的制动性能数据如表2所列。
表1 不同配方的硬软质点配比
表2
捌动性托数据
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将后处理温度进一步提高,结果表明,压缩强度得到提高,由33.5MPa提高到37.3MPa,说
明确实有化学反应进行。但弹性模量却也提高,由0.7GPa提高到0.9GPa,说明材料固化
度也在提高。但其摩擦性能却变化非常大
从图中可以看出,经过高温后处理后,同样的一块摩擦体的摩擦系数会发生很大的变
化,在该体系中.其有关的机理仍需研究。但本课题仍沿用我们自己取得比较好制动和物
求。
3.1.2填料体系 填料在使摩擦系数在各种使用情况下稳定且耐磨,特别是摩擦系数一温度曲线、摩擦系
数一速度曲线的平稳就不能单纯依靠粘合剂及增强纤维的二元组成,通常是靠加入各种填科 解决的,目前,有资料记载的填科I亘#I-有:陶土、云母、硫酸镁、硅藻土、氧化钡、硅灰 石、碳化硅、铝凡土、氧化锌、二硫化铝、碳黑、石墨、氧化铜、冰晶石、水玻璃、金刚 砂等;国内有:碳黑、石墨、长石、硫酸钡、氧化铁、氧化锌、铝矾土、矿渣、石英粉、 滑石粉等。综合分析国内外材质,按照材料的稳定性和硬度等对瘁撩有显著影响的参数基 础上,同时充分考虑其成本和原料的来源,优化选用了几种原材料。如采用石墨等为固体 润滑剂,铝凡土和还原铁粉等为摩擦性能调节剂,考虑到合成闸瓦的机械性能和降低成本, 也选用了其它的粉状填料。
[2]陆启邵.分叉与奇异性.上海科技教育出版社.1995(g) [3】王福天车辆系统动力学上海铁道出版社,1 994
高摩擦系数合成闸瓦的研制
裴顶峰
铁道部科学研究院及金化所
摘要:本文在充分剖析目前国内外高摩擦系数合成闸瓦的现状的基础上,
围绕降低成本、简化工艺、提高井稳定产品性能等方面开展研究,实验结果
表明,产品性能优异. 关键词:铁路制动南摩擦系数合成闸瓦
1前言
·111·
一—————————————————————-————F—一一
,
J
,一
高摩合成闸瓦研究工作开展最早的有英国、美国和前苏联。目前国外生产高摩擦系数
合成闸瓦的著名厂商及品牌有:美国西屋公司的“COBRA”、法国VALE(1的“ttERSOT”、德国
合成闸瓦,其摩擦系数为0.25-0 30,基本上能满足时速120公里的制动要求,但耐磨性差
等一系列原因,因此未能广泛推广应用;其后,又分剐研制了TK-81、407G等型号的高摩
擦系数的合成闸瓦,以及引进了美国的“虎牌”高摩闸瓦.这些基本能适用于目前需要的
各种机车车辆上使用,根据“快速货车用高摩擦系数合成闸瓦I:1制动动力试验台试验报
吸水率:按GBl034塑料吸水方法测试:比重:按G81033塑料密度试验方法测试。
2.3 摩擦材料制动性能的测试
7
按技术条件的要求,分别在1:1及1:3制动动力试验台上模拟货车惯量、高摩擦系数
合成闸瓦的压力及速度参数,对高摩擦系数台成闸瓦进行制动特性试验·确定闸瓦的瞬时
摩擦系数、制动距离、制动时间、制动温度、平均摩擦系数等制动性能参数。
轨道·V∈【46 12,49.6)系统具有周期2轨道:v∈(49.6,49.9】时,具有周期4轨道:
y∈(49.9,50.3】时,系统具有周期8轨道:可以看出,系统通过倍周期分叉进入混沌。
研究矿=100km/h时的情况,其响应基本与矿=100 km/h时相同。 研究V=90kⅢ/h时的情况,其响应在V=51 km/h附近发生共振.其余为周期1解。 2.3选取车辆运行速度y作控制参数,v=矿 取间隙占=0.008Ill,Lr=12.5 m,V=120 km/l h.k,=O 938k..m=50 2t,做 Poincard点随控制参数卅的变化图时发现.当p<138 42时km/h,系统存在周期1解. v=138.42 km/h时,形成周期2轨道,发生倍化分叉。
过去应用合成闸瓦对车轮产生过热裂纹、热斑及热剥离等严重的影响,尤其以车轮踏 面的热裂纹引人瞩目.其原因也已经研究清楚,学由合成闸瓦的弹性模量过高·造成闸瓦
‘
4
《
与车轮踏面的点接触,产生局部表面瞬时温度造成的,填加橡胶弹性体,进行树脂与橡胶 井用,降低摩擦体的弹性模量,能解决其对车论的热影响,为此在配方优化过程中,充分 重视了这一问题。选用了满足压缩弹性模量,树脂与橡胶配比适中的比例。 3.2.2填料的配比
3试验结果与分析
·112·
3.1原材料的选择
高摩擦系数合成闸瓦就其本身的材质而言,就是采用粘合剂将增强材料和填料粘结在 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。综观国内外的高摩 擦系数合成闸瓦所用的粘合荆主要有酚醛树脂及其改性物、天然及其人工合成橡胶:所用 的增强材料主要有石棉、钢纤维、铸铁纤维、人工合成纤维、矿物纤维、天然纤维等:填 料是五花八门,大部分无机化合物都能作为填料使用,在粘台剂…增强材料体系中发挥稳 定摩擦系数…温度(速度)曲线形状,稳定摩擦系数的作用,保证行车安全。 3.1.1粘合荆体系
3结论
车辆在非理想运行状态下运行时,其垂向振动响应是极其复杂多变的。在一定的参数 条件下,会发生共振、鞍结分叉或倍化分叉,甚至进入混沌状态,危及行车安全。
参考文献
[i]Luo Gmmwei.Xie Jianhua,Sun Xunfang.Hopf bifureations of a t"一of-freedom vibro—impact system in weak and strong resonance c∞es ICN}III.1998(0):71卜715
从国内外高摩擦系数合成闸瓦的应用情况来看,产生金属镶嵌是很难避免的,只是产生
金属镶嵌的程度及对车轮磨耗影响不同。国际铁路联盟曾在报告中指出“金属镶嵌对车轮
#《.中÷鸯l
的恶性磨耗是影响合成闸瓦应用的技术关键”。
ND5机车的COBRA、ABLX公司的TIOER车辆高摩擦系数合成闸瓦在我国应用过程中,均
产生较严重的金属镶嵌.国产407G、TK-81和虎牌高摩擦系数合成闸瓦在应用过程中也产
生过不同程度的金属镶嵌.面对高摩擦系数合成闸瓦产生金属镶嵌的技术关键课题,在高
摩擦系数合成闸瓦的研究中是非常重要的,有实践经验的人都知道,在同样的潮湿或冰雪
寒冷地区应用,高摩擦系数合成闸瓦容易产生金属镶嵌,而低摩擦系数合成闸瓦却很少产
11%0.294
13.20
!圭塑
0.256
!业
从表1所列的配方和表2所列的数据中,在该体系中可以明显看出,摩擦系数的规律
性,并不是硬质点的材质越多,其摩擦系数越高,软质点的材质越多,其摩擦系数越低,
而是软硬材质有一个较合理的比例范围,在该体系中从摩擦系数来考虑,22号和25号的摩
擦系数较为舍适,同时其摩擦系数也较为集中。
根据前面对金属镶嵌问题的初步理解,22号和25号都能在满足制动性能的基础上,
合理地分布着尽可能多的软质点材质,所以,可以预计其使用性能也会相当优异。
3.3成型工艺的确定
3.3.1压制成型温度和时间和压力
研究表明,成型工艺对高分子材料的各方面性能影响较大,因而,本课题对高摩擦系
数合成闸瓦的成型工艺进行了研究。按酚醛树脂固化和橡胶硫化条件,基本采用了已有的
.
3.1.3耐热补强体系 为了保证合成闸瓦的强度,在配方中必须加入纤维,以起到耐热朴强的作用,目前,可采 用作为摩擦材料用的纤维主要有以下几种:矿物纤维、高强度纤维和金属纤维,
一
各种纤维材料的物理性能和摩擦性能,结合国内外多年实践证明,要在天然、人造或 合成的无机、有机和矿物纤维中寻求某一种能全面取代石棉纤维作为耐热补强纤雄是非常 圃难的。而多种矿物纤维的组台可能是取代石棉比较好的途径,而制品的综合技术经济指 标又能超过石棉制品。为此,我们参考国外公司在摩擦制品中采用多种纤维组合的经验, 结合我国非金属矿物纤维和其他纤维的资源情况,充分考虑到工艺可行性和价格因素,本 科题采用复合矿物纤维为主。 3.2配方的优化 3.2.1树脂与橡胶的比例