南京地鐵車(chē)輛合成閘瓦技術(shù)方案探討

1、南京地鐵車(chē)輛合成閘瓦技術(shù)方案探討吳井冰 1 姜 敏 2 應(yīng)之丁 2 裴頂峰 3(1. 南京地下鐵道有限公司運(yùn)營(yíng)分公司 ,210012, 南京 ; 2. 同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院 ,200092, 上海 ; 3. 鐵道部科學(xué)研究院金化所 ,100081, 北京 第一作者 , 工程師 摘 要 分析了國(guó)內(nèi)外鐵路車(chē)輛應(yīng)用的合成閘瓦技術(shù) , 并對(duì) 地鐵車(chē)輛使用的合成閘瓦特點(diǎn)進(jìn)行探討 。提出研究聚合物 基復(fù)合摩阻材料的地鐵車(chē)輛合成閘瓦初步技術(shù)方案 , 重點(diǎn)解 決適用于地鐵車(chē)輛制動(dòng)工況的關(guān)鍵技術(shù) , 包括耐熱高聚物的 改性和應(yīng)用研究 、 增強(qiáng)材料的應(yīng)用研究和設(shè)計(jì)材料結(jié)構(gòu)與性 能 , 并對(duì)合成閘瓦的生

2、產(chǎn)工藝進(jìn)行初步探討 。關(guān)鍵詞 地鐵車(chē)輛 , 合成閘瓦 , 技術(shù)方案 , 生產(chǎn)工藝中圖分類(lèi)號(hào) U 260. 351On T echnical Solution for rake N anjing MetroWu Jingbing ,Jiang Zhiding ,Pei DingfengAbstract In this paper , many kinds of composition brake shoe used in railway rolling 2stock worldwide are introduced for the exploration of the features of b

3、rake shoe installed in metro cars. The technical solution of com position brake shoe is to use phe 2 nolic resins compounded with the rubbing resistance material , and this solution applied in metro vehcilesr has been analysized to offer higher properties and lower cost. To improve the ther 2 mal re

4、sistance and mechanical properties ,it is necessary to im 2 prove the properties of synthetic fiber and their application in the brake shoe. Finally , the manufacturing technology of com 2 position brake shoe is also discussed.K ey w ords metro vehicle , composition brake shoe , technical solution ,

5、 technologyFirst 2author s address Nanjing Metro Affiliated Company of Operation , 210012, Nanjing , China1 國(guó)內(nèi)外使用合成閘瓦情況簡(jiǎn)介目前已成熟地應(yīng)用在鐵路車(chē)輛上的合成閘瓦 有 :橡膠閘瓦 (丁苯橡膠 、 順丁橡膠等 及改性酚醛樹(shù) 脂基半金屬合成閘瓦 。它們主要應(yīng)用在速度 120 km/h 以下的列車(chē) 。 在近兩年國(guó)內(nèi)有研究單位和廠 家相繼推出了適用于速度 120km/h 以上列車(chē)的高 摩合成閘瓦產(chǎn)品 。 這些合成閘瓦產(chǎn)品的性能有了很 大的提高 , 逐步替代同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品 。但與國(guó)外同類(lèi)

6、產(chǎn)品相比 , 在解決合成閘瓦耐熱 、 摩擦性能的穩(wěn)定性 問(wèn)題 , 。, (亦稱(chēng) K 型閘瓦 , =0. 25 和低 (亦稱(chēng) L 型閘瓦 , =0. 17 。這種合 成材料制成的閘瓦是通過(guò)把樹(shù)脂 、 金屬粉未 , 外加增 強(qiáng)材料 、 摩擦材料等混合在一起 , 加熱后壓縮制成 的 。 法國(guó) TGV PSE 列車(chē)上使用的合成材料制動(dòng) 閘片的成分是 : 粘接劑為丁醛 (丁二烯 苯乙烯 (SBR 彈性粘結(jié)劑或是甲醛酚醛樹(shù)脂 ; 鐵和氧化 鐵 ; 硅和二氧化硅 (磨料 ; 氧化鋁 ; 硫酸鋇 ; 鋅和氧化鋅 ; 氧化鎂 ; 銅 。 閘片的制造工藝采用 成形加工 (壓鑄 和焙燒 。近些年來(lái) , 盤(pán)形制動(dòng)用的

7、合成材料閘片的主要 發(fā)展方向是研制不含石棉的閘片 。 采用的石棉代用 材料有鋼絲棉 、 鐵粉 、 銅屑 、 玻璃纖維 、 碳纖維 、 鈦酸 鉀晶須 、 硼酸鋁晶須等 。日本非石棉化技術(shù)通常是 采用耐熱的芳族聚酰胺纖維代替石棉纖維 , 也有使 用金屬纖維的 。這些合成閘瓦材質(zhì) , 除了上述纖維 外 , 還混合石墨 、 橡膠等材料 , 用酚醛樹(shù)脂成型 : 熱 固性的酚醛樹(shù)脂是作為制動(dòng)閘瓦的基體材料 , 連結(jié) 各種材料 (填充物 起到成型作用 。 這種酚醛樹(shù)脂當(dāng) 摩擦熱熔化或者炭化時(shí) , 將增大閘瓦的磨耗 , 從而引 起摩擦力的降低 , 因此在保持整體的強(qiáng)度范圍內(nèi) , 應(yīng) 調(diào)整它的含量 。 石墨通常

8、是作為潤(rùn)滑劑來(lái)調(diào)整摩 擦性能和磨耗量的 。 通過(guò)對(duì)石墨的品種和粒徑反復(fù) 進(jìn)行研究得知 , 石墨的粒度大小可以影響摩擦力 。 配上具有彈性性能的高分子合成橡膠時(shí) , 制動(dòng)閘 瓦即可提高柔軟性 。 合成橡膠對(duì)增大真實(shí)接觸面積 起到了重要作用 , 然而其含量多少影響著閘瓦的耐 熱性 。 纖維是為確保制動(dòng)閘瓦的強(qiáng)度而配的 。 這 14 第 10期研究報(bào)告 里使用的纖維是采用聚酰胺系和陶瓷系的纖維 , 并 且以彌補(bǔ)各材料性能的形式使其混合化 , 其效果有 :提高了機(jī)械強(qiáng)度 , 增加了材料氣孔系數(shù)而使之柔軟 化 , 提高了振動(dòng)阻尼特性而控制了制動(dòng)噪聲 。這種 新開(kāi)發(fā)的制動(dòng)閘片性能經(jīng)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn) , 結(jié)果

9、表 明 , 其表面摩擦因數(shù)為 0. 350. 40, 比較穩(wěn)定 , 摩擦 面在進(jìn)入高溫的高速區(qū)域內(nèi) , 未發(fā)現(xiàn)有衰減現(xiàn)象 (摩 擦力急劇下降 。 另外 , 獲得了磨耗量比目前使用的 閘片低約 50%的好結(jié)果 , 并且制動(dòng)時(shí)無(wú)噪聲 。2 地鐵車(chē)輛合成閘瓦技術(shù)分析從國(guó)內(nèi)外研制的合成閘瓦來(lái)看 , 一般是將酚醛 材脂 、 金屬粉末和潤(rùn)滑材料經(jīng)混合加熱壓制而成閘 瓦 。 與常用的鑄鐵閘瓦相比 , 合成閘瓦的特點(diǎn)是 :高 速區(qū)摩擦因數(shù)為 0. 150. 35, 且不隨列車(chē)速度的改 變而變化 , 并可通過(guò)改變配方和工藝進(jìn)行調(diào)整 ; 性好 , 使用壽命可達(dá)鑄鐵閘瓦的 4火花 ; 質(zhì)量小 (2:一是在潤(rùn)滑狀下降

10、 ; 二是導(dǎo)熱性差 , 因而使 車(chē)輪溫度升高 , 甚至使車(chē)輪材料的組織 、 性能發(fā)生變 化 , 導(dǎo)致熱裂 ; 此外 , 這種閘瓦會(huì)把車(chē)輪踏面磨得光 滑如鏡 , 便粘著系數(shù)降低 。目前這些缺點(diǎn)尚未得到 有效解決 。 而地鐵列車(chē)制動(dòng)頻繁 , 尤其上 、 下坡道多 而長(zhǎng) , 對(duì)閘瓦耐熱要求更高 ; 為防止對(duì)車(chē)輪產(chǎn)生異形 磨耗 , 要求閘瓦與車(chē)輪踏面貼合性較好 , 閘瓦硬度值 較低 , 此外還要考慮降噪等效果 。2007年初 , 對(duì)上海地鐵和南京地鐵的車(chē)輛用合 成閘瓦分別做了理化性能指標(biāo)測(cè)試 。 在鐵道部產(chǎn)品 質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心機(jī)車(chē)車(chē)輛檢驗(yàn)站 1 1制動(dòng)動(dòng)力試 驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了不同制動(dòng)壓力下的各項(xiàng)性能測(cè)試

11、, 取 得了第一手資料 , 并和北京 、 天津地鐵用的閘瓦做了 分析比較 。最終 , 南京地鐵車(chē)輛決定采用多橡膠 、 混雜纖維 結(jié)構(gòu)型式的合成閘瓦 。 因多橡膠結(jié)構(gòu)使得閘瓦摩擦 面與車(chē)輪踏面貼合性較好 , 常溫狀態(tài)下摩擦因數(shù)較 高 (0. 350. 45 , 而溫度較高時(shí)摩擦因數(shù)略有下降 。 從多次試驗(yàn)結(jié)果看 , 由于是采用濕法多橡膠結(jié)構(gòu) , 其 耐熱性及抗熱衰退性較差 , 磨耗率較高 , 對(duì)于多項(xiàng)復(fù) 雜的制動(dòng)工況 , 特別是在坡道試驗(yàn)上 , 表現(xiàn)出摩擦因 數(shù)衰退較大 ; 一次停車(chē)試驗(yàn)曲線(xiàn) (18次連續(xù)制動(dòng) 摩 擦因數(shù)熱衰退性也較大 。從試驗(yàn)結(jié)果的總體上看 , 為保護(hù)車(chē)輪采用多橡膠成分 , 在

12、連續(xù)制動(dòng)產(chǎn)生高溫 時(shí)會(huì)造成摩擦因數(shù)降低 。但是 , 地鐵列車(chē)通常工況 下很大一部分是依靠再生制動(dòng)作用 , 故一般不會(huì)發(fā) 生連續(xù)性的摩擦制動(dòng) , 因此這種閘瓦也適用于地鐵 制動(dòng)工況 。3 南京地鐵車(chē)輛合成閘瓦的初步技術(shù)方案國(guó)內(nèi)對(duì)地鐵列車(chē)用閘瓦的理化要求 、 耐磨性要 求 , 以及獨(dú)立承擔(dān)制動(dòng)要求 (即摩擦因數(shù)要求 是非 常嚴(yán)格的 , 設(shè)置了許多基本指標(biāo) 。多橡膠成分結(jié)構(gòu) 在高溫時(shí)偏軟 , 在制動(dòng)過(guò)程中易粘結(jié)車(chē)輪踏面 、 產(chǎn)生 冷焊效應(yīng) ; 同時(shí) , , , , 故對(duì), 這是因?yàn)閲?guó)內(nèi)鐵路對(duì)機(jī)械制動(dòng)功率要 求和連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)工況要求是世界各國(guó)少見(jiàn)的 。 地鐵車(chē)輛閘瓦課題組研制的閘瓦堅(jiān)持采用樹(shù)脂改性

13、工藝 , 這樣既可以保證閘瓦貼合性 , 又可保持在高溫 時(shí)閘瓦強(qiáng)度 、 硬度和摩擦因數(shù)的穩(wěn)定 。高分子基體是制造合成閘瓦的關(guān)鍵材料 , 其性 能的好壞 , 直接影響到合成閘瓦的各種性能 。我國(guó) 研制合成閘瓦基本上均選用熱固性樹(shù)脂和橡膠彈性 體進(jìn)行共混改性 , 選用溶解度參數(shù)較為接近 、 相容性 好的材料共混得到互為補(bǔ)強(qiáng)的體系 。聚合物基復(fù)合材料有著優(yōu)越的常溫性能 。 但在 摩擦制動(dòng)的高溫高速條件下 , 即便采用耐高溫的高 性能樹(shù)脂 , 聚合物材料的耐高溫性能始終不能滿(mǎn)足 要求 。 一般的合成閘瓦是由聚合物作為基體粘結(jié)其 他顆粒或者纖維增強(qiáng)材料 , 這就造成了一種兩難的 處境 :要提高復(fù)合材料閘

14、瓦的耐高溫性能 , 聚合物基 體的含量要盡可能的低 ; 但是基體樹(shù)脂含量過(guò)低時(shí) , 增強(qiáng)材料將不能被有效粘結(jié) , 造成材料性能惡化 。 這就必須采用新的材料和工藝方法 , 在保證復(fù)合材 料的粘結(jié)強(qiáng)度的前提下 , 盡可能降低樹(shù)脂的含量 。 國(guó)內(nèi)研究單位目前嘗試采用無(wú)機(jī)粘結(jié)劑與樹(shù)脂相結(jié) 合 , 以及在多孔陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料骨架中原位 聚合耐熱高聚物材料等辦法 , 在解決聚合物基閘瓦 的 “ 三熱” 問(wèn)題上取得了一些進(jìn)展 。國(guó)內(nèi)關(guān)于合成閘瓦聚合物基復(fù)合摩阻材料的研 究主要集中在以下幾個(gè)方面 : 耐熱高聚物的改性 和應(yīng)用的研究 , 如酚醛樹(shù)脂的各種改性和應(yīng)用 , 耐熱 24 城市軌道交通 研究200

15、7年 橡膠的改性和應(yīng)用 , 聚酰胺 、 聚酰亞胺等耐熱聚合物 在摩擦材料上的應(yīng)用 , 橡膠與樹(shù)脂的共混應(yīng)用等 。 各種增強(qiáng)材料的應(yīng)用研究 , 如取代石棉用的各種 礦物纖維海泡石纖維 、 硅灰棉及其他天然礦物棉的 應(yīng)用 , 人造礦物纖維如玻璃纖維 、 復(fù)合礦物纖維等的 應(yīng)用 , 有機(jī)纖維如 Interfiber 、 Kevelar 纖維 、 碳纖維 , 金屬纖維如鋼纖維 、 銅纖維等的應(yīng)用研究 。目前最 成熟和實(shí)用的是以鋼纖維為主體增強(qiáng)纖維 , 配合其 他增強(qiáng)材料的半金屬合成閘瓦 。 合成閘瓦生產(chǎn)工 藝 、 使用性能及其摩擦學(xué)機(jī)理的研究 。目前國(guó)內(nèi)閘瓦在瞬時(shí)摩擦因數(shù) 、 制動(dòng)曲線(xiàn) 、 耐磨 性

16、、 導(dǎo)熱性和制動(dòng)距離等方面尚不能滿(mǎn)足列車(chē)的技 術(shù)發(fā)展要求 。 在研制新型地鐵車(chē)輛合成閘瓦時(shí) , 要 注重于改進(jìn)現(xiàn)有材料性能和引入先進(jìn)復(fù)合材料 , 特 別是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 。 聚合物基復(fù)合材料制動(dòng)閘 瓦是以玻璃纖維 、 Kevlar 纖維 、 碳纖維 、纖維材料為增強(qiáng)材料 , 以橡膠 、醛樹(shù)脂 、組元材料 、的摩擦材料 。 , 材料結(jié)構(gòu)與性能具 有良好的可設(shè)計(jì)性 ,密結(jié)構(gòu) , 具有良好的摩擦性能 。南京地鐵車(chē)輛合成閘瓦技術(shù)初步方案系采用高 分子化合物的多元共混并用體系作為高摩合成閘瓦 的粘合基體 。 其作用是將纖維增強(qiáng)劑和摩擦因數(shù)調(diào) 節(jié)劑 、 摩擦劑 、 潤(rùn)滑劑等填料經(jīng)一定的工藝復(fù)合為一 體

17、。 該粘合基體將直接影響摩擦材質(zhì)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和 彈性模量 , 更重要的是它的耐熱性將影響閘瓦材質(zhì) 的制動(dòng)摩擦性能及熱穩(wěn)定性 。 從材料的性能價(jià)格比 考慮 , 選擇了傳統(tǒng)的耐熱性較好 , 對(duì)填料粘附力較強(qiáng) 的 、 價(jià)格相對(duì)便宜的酚醛樹(shù)脂與橡膠共混改性的技 術(shù)路線(xiàn) ; 選擇的纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能 (包括高韌 性 、 高耐磨性 、 卓越的導(dǎo)熱性及耐熱性 。填料作為 摩擦材料的摩擦劑 、 摩擦因數(shù)調(diào)節(jié)劑及粘著增強(qiáng)劑 等 , 其各自在材質(zhì)中起著不同的作用 , 因此篩選填料 也是技術(shù)方案的關(guān)鍵之一 。現(xiàn)對(duì)地鐵車(chē)輛的合成閘瓦技術(shù)要求歸結(jié)如下 : 新研制的地鐵車(chē)輛合成瓦應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦 因數(shù) , 其材質(zhì)在

18、連續(xù)制動(dòng)及長(zhǎng)大坡道制動(dòng)條件下都 應(yīng)具備穩(wěn)定的摩擦因數(shù)和盡量小的熱衰退性 。 配 方研制過(guò)程中要從材質(zhì)的綜合性能考慮 , 尤其要適 當(dāng)降低閘瓦的彈性模量 , 使其制動(dòng)時(shí)能最大限度地 增加與車(chē)輪踏面的貼合性 , 從而達(dá)到良好的制動(dòng)性 能 , 并降低在輪踏面的熱點(diǎn)溫度 , 避免產(chǎn)生有害于車(chē) 輪的金屬鑲嵌 。 注重綠色環(huán)保 , 新研制的高摩合 成閘瓦材質(zhì)中除了不含有石棉 、 鉛等有害物質(zhì)外 , 其 它原材料的選擇及制造工藝都要注重環(huán)保 。 所用原 材料在保證產(chǎn)品性能及質(zhì)量的前提下 , 盡量采用國(guó) 產(chǎn)價(jià)廉質(zhì)優(yōu) 、 無(wú)毒無(wú)害的原材料 , 以降低制造成本 。 新研制的高摩合成閘瓦在考慮自身耐磨性的同 時(shí) ,

19、 其材質(zhì)應(yīng)盡量減少對(duì)車(chē)輪的磨耗 。課題組研制的南京地鐵合成閘瓦是采用少金 屬 、 多功能復(fù)合纖維優(yōu)化混雜結(jié)構(gòu) , 硬度適中 、 耐磨 損 。 尤其表現(xiàn)出高溫時(shí)摩擦因數(shù)穩(wěn)定 、 熱衰退性小 的優(yōu)良特性 :在高溫 、 高速 、 , 綜合摩擦 性能 ( 、 涉水及一次性 ; 在 18次連續(xù)制 , 同時(shí)在磨耗 、 噪聲 。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中 , 所研制 、 無(wú)龜裂 、 無(wú)金屬鑲嵌物 , 試 驗(yàn)輪也無(wú)損傷 ; 所研制的閘瓦導(dǎo)熱系數(shù)較進(jìn)口閘瓦 大一些 (因加入少量金屬纖維傳熱快 ; 閘瓦表面溫 度較進(jìn)口閘瓦大 , 但對(duì)應(yīng)測(cè)試車(chē)輪的熱集聚相對(duì)減 少 , 這有利于保護(hù)車(chē)輪 。4 合成閘瓦的生產(chǎn)工藝探討在鐵路車(chē)輛用

20、的三種類(lèi)型閘瓦 (鑄鐵 、 粉末冶 金 、 合成 中 , 合成閘瓦的生產(chǎn)工藝最為簡(jiǎn)單 , 可分為 干法和濕法兩大類(lèi) 。1 干法生產(chǎn)工藝分為直接混合法和輥煉法 。 直接混合法是指干態(tài)形式的粘結(jié)劑為粉狀樹(shù)脂或橡 膠 , 兩者在混料機(jī)中與其他組分材料干態(tài)混合制成 模塑料 ; 輥煉法是指干態(tài)形式的粘合劑為粉狀或塊 狀樹(shù)脂和塊狀橡膠 , 兩者在煉膠機(jī)或煉塑機(jī)上實(shí)現(xiàn) 混合 , 制成模塑料 。2 濕法生產(chǎn)工藝分為直接混合法和浸漬法 。 直接混合法是指液態(tài)的樹(shù)脂或者橡膠乳與其他組分 在捏合機(jī)中直接混合或經(jīng)烘干制成模塑料 ; 浸漬法 是指液態(tài)的樹(shù)脂溶液或橡膠乳液浸漬到紗 、 線(xiàn) 、 布等 纖維增強(qiáng)材料上 , 烘

21、干制成模塑料 。模塑料制成以后 , 經(jīng)過(guò)以下工藝過(guò)程制成閘瓦 :模塑料的制備 預(yù)成型 熱壓成型 熱處理 機(jī)械 后加工 (磨飾 、 倒角 、 鉆孔等 成品檢測(cè) 入庫(kù) 。 在幾種成型工藝方法中 , 考慮以干法直接混合 模壓成型工藝為主 。 這是因?yàn)槠涑杀镜?、 質(zhì)量控制 (下轉(zhuǎn)第 44頁(yè) 34 第 10期研究報(bào)告 上海城市軌道交通寶山路站列車(chē)落碼故障分析張 郁(上海地鐵通號(hào)分公司 ,200233, 上海 工程師 摘 要 對(duì)上海軌道交通 3、 4號(hào)線(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介 紹 , 并結(jié)合寶山路站列車(chē)運(yùn)行狀況 , 對(duì)列車(chē)在接口站的運(yùn)行 原理進(jìn)行了論述 。 對(duì)寶山路站列車(chē)落碼的故障進(jìn)行了分析 , 提出故障

22、的處理思路 , 找到了故障原因和排除故障的解決辦 法 。 寶山路站故障處理采用了處理故障的一般方法 , 為今后 處理復(fù)雜故障和日常維護(hù)積累了一定的經(jīng)驗(yàn) 。關(guān)鍵詞 城市軌道交通 , 非正常停車(chē) , 信號(hào)環(huán)線(xiàn) , 故障分析 中圖分類(lèi)號(hào) U 231+. 7F ailure Analysis of T rain Emergence B Shanghia URT B aoshan Zhang YuAbstract Through a of the signal system of URT Line 3and Line 4in Shanghai ,this paper makes a prima 2ry

23、discussion of the signal system. Combined with the working status of the vehicle at Baoshan Rd. Station , the working rules of the vehicle at the switch zone is ex plained in a systematic way. This paper also analyses the breakdowns at Baoshan Rd. Station , discusses the ways to solve the problems ,

24、 and finally to find the measures against the breakdowns. S ome conventional ways are used to solve the breakdowns at Baoshan Rd. Station and many precious experiences are obtained for s olving the com 2plexed problems and daily maintence in the future.K ey w ords urban rail transit , non 2normal stop , signal loor , failure analysisAuthor s address Division of Telecom &Singalling ,Shanghai Metro Operation Company ,200233,Shanghai ,China1