制动闸片磨耗及卡控措施研究_许余煜.pdf

高速铁路新材料Advanced Materials of High Speed Railway第 2 卷 第 1 期2 0 2 3 年 2 月Vol.2 No.1February 2 0 2 3制动闸片磨耗及卡控措施研究许余煜，傅孙柯，朱晓斌（中国铁路上海局集团有限公司 上海动车段，杭州 310000）摘要：伴随着修程修制改革进程的推进，动车组检修模式的优化、运行里程的延长、运行交路的调整、运行速度的提高，从动车组运行安全有序考虑，现从制动闸片检修要求、判断标准、磨耗情况、使用周期、后续更换预警预测的卡控措施出发，通过大数据分析的方式方法，对制动闸片磨耗情况进行分析研究。结果表明：在交路相对固定的前提下，制动闸片的起始厚度及分布轴位，不影响制动闸片整体磨耗规律成线性变化。针对这一特性制定“一车一表”，结合动车组运行里程及检修可以有效卡控闸片厚度超限情况，同时提高制动闸片的利用效率，降低维修成本，保障动车组线上运行安全有序。关键词：大数据分析；高速列车；盘式制动；制动闸片；磨耗中图分类号：U270.35 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.2097-0846.2023.01.013动车组本身是一个复杂的系统，它是由车体、转向架、网络、高压、牵引、制动等多个子系统组成，每个子系统的设备状态都与高速列车的运营安全密切相关。尤其是动车组在高速运行过程中制动系统无法有效地完成制动的施加，对动车组的运行安全将造成重大影响。直接参与制动的是制动闸片，因此对制动闸片的磨耗分析至关重要。1 动车组制动闸片基本情况 动车组的制动形式分为电制动和空气制动1，电制动主要由列车网络控制系统进行控制；空气制动主要是依靠制动盘与制动闸片之间的摩擦，将机械能转换为热能的形式，以实现动车组的减速或者停车。早在1935年，法国首先将盘形制动应用于铁道车辆上2。制动装置是铁路列车安全减速或停车的重要装备，为了保证列车的安全，在各种条件下列车都必须具备良好的制动性能。目前铁路列车基本都采用盘式制动，在车轴上或车轮辐板侧面安装制动盘，用制动夹钳使合成材料制成的闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转化为热能。合成闸片由钢背和摩擦体组成，钢背位于合成闸片的背面，是由钢板冲压而成的带有燕尾槽的结构，摩擦体由黏结材料、增强材料和摩擦材料组成3，制动盘材料必须具有良好的耐磨性能以及耐热裂性4-5。每副制动闸片共有36个摩擦粒子，每侧各有18个摩擦粒子，每个摩擦粒子初始厚度为17 mm6，制动闸片的结构见图1。2 制动闸片检修方式、标准及存在的主要问题 现阶段杭州动车运用所配属 2 个车型动车组（CRH1B、CRH380BL），前期制动闸片厂家分别有天宜上佳和克诺尔，于2018年下半年统一更换克诺尔的制动闸片，近期虹桥动车运用所转属的3组动车组还使用天宜上佳的制动闸片。从制动闸片的检修方式、检修标准、更换流程等方面，了解整个过程中存在的问题，验证制动闸片磨耗分析研究及制定卡控措施的必要性。2.1检修方式制动闸片属于动车组的磨耗件，结合动车组的一、二级检修进行检查，必要时以“钢直尺+目视”结合的方式进行检查判断，测量确认闸片剩余厚度，测量基准为摩擦体背板外侧（包含摩擦体背板厚度），当发现厚图1制动闸片文章编号：2097-0846（2023）01006205收稿日期：20220624；修回日期：20220915第一作者：许余煜（1994），男，技师。E-mail：第 1 期许余煜等：制动闸片磨耗及卡控措施研究度低于限定值时，更换制动闸片。2.2检修标准根据相关要求，明确不同速度下制动闸片的限度要求。CRH1B型动车组制动闸片剩余厚度不小于6 mm7；CRH380BL型动车组制动闸片剩余厚度不小于5 mm8。2.3存在的问题（1）现阶段制动闸片的测量数值，以“钢直尺+目视”结合的方式进行测量，只有“人防”，没有“物防”、“机防”等第三方卡控。（2）制动闸片测量过程中的基准面不统一。（3）换下后的闸片未到限，存在维修成本的浪费。以上问题都可能导致制动闸片漏换、少换、提前更换等情况的发生，一方面影响动车组的运行安全，另一方面也造成维修成本的浪费。3 制动闸片磨耗分析 结合现阶段杭州动车运用所车型配属情况，主要针对与CRH380BL型动车组的动、拖车制动闸片磨耗相关内容进行分析研究，分别从闸片磨耗趋势、磨耗周期2个方面对制动闸片进行分析，提出可靠有效的卡控方案。3.1闸片磨耗趋势的分析在现有配属动车组的基础上，选定交路相对固定的CRH380BL型动车组中的5组，分别为3501、3505、3509、3516、3530。同时考虑到全列制动闸片的测量工作量较大，因此结合车组一、二级检修进行人工测量，分别对12车、16车（一动一拖）2节车厢的制动闸片剩余量进行测量，测量位置为每片凸曲面侧上指定的上、中、下3个固定点位。同时固定测量工具为小型游标卡尺，充分规避了测量基准面不同以及测量工具不同对数据可信度的影响。此次制定闸片测量跟踪周期为3个月，累计测量制动闸片2 000余片，一片有3组数据，共提供5 760组有效闸片数据，其中动车车厢制动闸片数据2 304组，拖车车厢制动闸片数据3 456组。3.1.1动车闸片磨耗趋势的分析动车车厢制动闸片分布在轮对轮盘的两侧，每个轮盘的左右两侧分别安装一片制动闸片。通过对5组CRH380BL型试验动车组 16车制动闸片剩余厚度数值进行分析汇总，具体制动闸片平均余量的变化趋势如图2所示，同时对跟踪期间制动闸片到限的更换新闸片。3509组16车2轴右侧右闸片进行了更换。统计制动闸片厚度变化趋势的同时，结合各动车组的运行里程，分别对不同的车组同一轴位制动闸片的厚度变化量进行换算，具体参数见表1。3.1.2拖车闸片磨耗趋势拖车车厢制动闸片分布在左、中、右3个轴盘位置图2动车闸片磨耗趋势表1不同车组同一轴位制动闸片的磨耗量序号12345对应车组及轴位3501组 16车2轴闸片3505组 16车2轴闸片3509组 16车2轴闸片3516组 16车2轴闸片3530组 16车2轴闸片平均磨耗量/mm(万km)-10.210.200.200.220.2163高速铁路新材料第 2 卷上，每个轴盘的左右两侧分别安装一片制动闸片。通过对5组CRH380BL型试验动车组12车制动闸片剩余厚度进行分析汇总，具体制动闸片平均余量的变化趋势见图3，同时对跟踪期间制动闸片到限的更换新闸片。3501组12车2轴中侧左闸片，中侧右闸片进行了更换。统计制动闸片厚度变化趋势的同时，结合各动车组的运行里程，分别对不同的车组同一轴位制动闸片的厚度变化量进行换算，见表2。在交路相对固定的前提下，通过对动车车厢、拖车车厢的制动闸片剩余量变化趋势以及平均厚度变化量的分析，制动闸片的厚度变化趋势不随起始厚度、不同车组的变化而变化，结合上述信息，可发现动车组制动闸片的厚度随运行里程的增加呈现递减趋势。3.2磨耗周期的分析2020 年度杭州动车运用所累积使用 CRH380BL型动车组制动闸片12 636片，其中使用国产闸片104片，进口（克诺尔）闸片12 532片。通过收集制动闸片更换记录信息，同时结合换下制动闸片测量数据判断是否为到限更换（因更换不同厂家的制动闸片需进行同轴制动闸片的更换），来梳理到限制动闸片更换情况。由于车轴制动施加时的先后顺序、有无停放制动缸等都将直接影响制动闸片的使用寿命，因此分别从动车闸片、拖车带停放制动缸的闸片、拖车无停放制动缸的闸片3个方面进行分析。（1）动车闸片周期分析。根据上述数据收集要求，整理出动车闸片1 982副因到限更换（每副闸片中只要存在1片制动闸片到限，则视为该副闸片到限），按同车组、同车厢、同位置进行制动闸片梳理，通过对动车组的运行里程、制动的使用周期进行分析，得出了动车制动闸片的使用周期在78个月；使用里程50万km；制动闸片的磨耗量为0.21 mm/万km；闸片磨耗1 mm的运行里程为4.76万km。（2）拖车带停放制动缸的闸片周期分析。根据上述数据收集要求，整理出拖车带停放制动缸的闸片990副因到限更换（每副闸片中只要存在一片制动闸片到限，则视为该副闸片到限），按同车组、同车厢、同位置进行制动闸片梳理，通过对动车组的运行里程、制动的使用周期进行分析，得出了拖车带停放制动缸的闸片使用周期在23个月，使用里程13万14万km；制动闸片的磨耗量为0.78 mm/万km；闸片磨耗1 mm的运行里程为1.28万km。（3）拖车无停放制动缸的闸片周期分析。根据上述数图3拖车闸片磨耗趋势表2不同车组同一轴位制动闸片的磨耗量序号12345对应车组及轴位3501组 12车2轴闸片3505组 12车2轴闸片3509组 12车2轴闸片3516组 12车2轴闸片3530组 12车2轴闸片平均磨耗量/mm(万km)-10.430.410.410.420.4264第 1 期许余煜等：制动闸片磨耗及卡控措施研究据收集要求，整理出拖车无停放制动缸的闸片2 010副因到限更换（每副闸片中只要存在一片制动闸片到限，则视为该副闸片到限），按同车组、同车厢、同位置进行制动闸片梳理，通过对动车组的运行里程、制动使用周期进行分析，得出了拖车无停放制动缸的闸片使用周期在34个月，使用里程22万25万km；制动闸片的磨耗量为0.42 mm/万km；闸片磨耗1 mm的运行里程为2.38万km。通过对动车闸片、拖车带停放制动缸的闸片、拖车无停放制动缸的闸片使用周期的分析，在不考虑交路、天气等外在因素的前提下，CRH380BL型动车组制动 闸 片 整 体 的 偏 磨 量 较 小，平 均 在 23 mm。CRH380BL型动车组进口制动闸片的使用周期及磨耗量见表3、表4。3.3更换闸片卡控措施讨论依据表3、表4数据，通过时间周期到限、运行里程到限2个方面，建立动车组制动闸片的“一车一表”，对制动闸片到限情况进行第三方的卡控，提前预警预测制动闸片到限情况，同时结合换下闸片的测量数据及制动闸片剩余量，动态更新下次更换日期。具体操作流程如下。根据实际配属车组数，建立“一车一表”，表格要求落实到具体轴位置，同时收集最近一次所有车组每个轴位制动闸片更换记录，包括换下日期、换下时车组运行里程。通过收集的数据及可计算出下次该轴位的计划更换时间。后续结合一、二级修车组，将计划更换的轴位信息传递至检修班组，加强检查，并落实测量制动闸片的剩余厚度，若发现制动闸片到限则立即更换，若未到限则上报剩余厚度，通过闸片磨耗1 mm可运行里程，结合后续运行交路信息，计算出下次预计更换时间。4 结束语 CRH380BL型动车组制动闸片的“一车一表”的制定不仅可以对制动闸片到限情况进行预警预测，也可以规范制动闸片测量数据的存档，同时可依据制动闸片换下时剩余厚度来判断检修班组是否到限更换或者未及时更换的信息，及时发现问题，强化检修检查标准。掌握该分析方法，不仅可以卡控CRH380BL型动车组制动闸片的使用情况，还可推广应用至所有车型，可以为后续修程修制的推进提供数据支撑，同时可以提高制动闸片的利用效率，降低维修成本，保障动车组线上运行安全有序。参考文献：1 马永靖，朱灵允，孟繁辉，等.高速动车组保持制动控制逻辑设计研究 J.铁道机车车辆，2019，39（6）：50-53.2 宋宝韫，高飞，陈吉光，等.高速列车制动盘材料的研究进展 J.中国铁道科学，2004，25（4）：11-17.3 陈伟果，倪平涛.动车组制动盘不规则磨耗原因分析及建议 J.铁道机车车辆，2019，39（6）：99-102.4 齐斌.高速机车制动盘及其优化设计 J.机车电传动，2015（4）：31-33.5 ANDREAS M，SEBASTIAN W.Neuartige innenbelftete wellenbremsscheibe fr schienenfahrzeuge J.ZEVrail，2013，137（Suppl 1）：172-175.6 范志勇，项载毓，谭德强.CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析 J.摩擦学学报，2020，40（2）：185-194.7 上海动车段.CRH1A 平台动车组一级检修作业指导书（V6.5上）R.上海，2020.8 上海动车段.CRH380B平台动车组一级检修作业指导书（V6.5上）R.上海，2020.表4CRH380BL型动车组进口制动闸片磨耗量动车/拖车动车拖车位置左、右侧中部（无停放）中部（带停放）磨耗量/mm(万km)-10.210.420.78闸片磨耗1 mm运行里程/万km4.762.381.28注：在闸片平均磨耗状态下计算。表3CRH380BL型动车组进口制动闸片更换周期数据分析表动车/拖车动车拖车位置左、右侧左、右侧中部（无停放）中部（带停放）较短周期/月56一般周期/月78343423较长周期/月5.55.53.5较短运行里程/万km2020一般运行里程/万km50222522251314较长里程/万km303015.5注：空格表示没有数据。65高速铁路新材料第 2 卷Research on Brake Pad Wear and Control MeasuresXU Yuyu，FU Sunke，ZHU Xiaobin（Shanghai EMU Depot，China Railway Shanghai Bureau Group Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000，China）Abstract：With the advancement of the reform process of the repair process,the optimization of the maintenance mode of the EMU,the extension of the operating mileage,the adjustment of the operating intersection,the improvement of the operating speed were realized.Out of the consideration of the safety and orderly operation of the EMU,the brake pad maintenance requirements,standards,wear conditions,life cycle,follow-up replacement early warning and prediction of the control measures were considered through the method of big data analysis.The brake pad wear situation was analyzed and researched.The results show that under the premise of relatively fixed traffic,the starting thickness and the distribution of different shaft positions of the break pad have no influence on the overall wear of the brake pad which changes linearly.According to this feature,a one car,one table law was developed,combined with the operating mileage of the EMU and maintenance,it can effectively control the thickness of the brake pad overrun,while improving the utilization efficiency of the brake pad,reducing maintenance costs,and ensuring the safe and orderly operation of EMU.Keywords：big data analysis;high-speed train;disc brake;brake pad;wear(责任编辑 问素彦)66