铝合金盘形制动器.pdf

铝合金盘形制动器日本j廷村太朗绪言为实现铁道车辆的高速 化,减轻车辆的重量非常重要。其中,为了减少车辆对轨道、桥梁等地 面设施的影 响,减小轴承、车辆、车轴、轴箱、齿轮箱等转向架的簧下重量尤其重要。制动盘即为簧下重量的一部分。在现 有线上,1。km/h级的特快列车在通 过轨接头 和道岔时,其簧下部分在 轨接头和 道岔的不连续部 分将产 生最 大为5 00。一10 0om/s2的上下 振动加速度.而 在新千线那样的长轨上,在焊接接头 及伸缩接头部位也将产生 4 0Om/s2的上下振动加速度。图1是新干线电车车辆的重量比例。可见 转向架占其总 重 的 3 5%之多,其 中 车 轮、车轴、齿轮装置等簧下重量为3.5一4.3:,此外,一台转 向架有8个 钢 制 制 动 盘,重 量 占0.st。所 产 生 的热 量就 越 大,所以即 便 车辆 整 体质量 可以减轻,但 钢制 制 动 盘 的质 量 也不可 能减轻,这 是现实。所以,铝合金制动 盘得以问世。1.1!,刃1 百.1.11厂下一习5左 f巴一少一1川厂一甲气件3几L“1。t车面:州龟气件0 0 t加st入1叭2车辆用制动盘 的性能 要求对高速车辆 的制动性能要求用一句 话说,就是无 论在什么速度 范 围 内,在什么自然条件 下都必须 产生规定的制动 力。电气制动:发 电制 动再生 制 动涡流 制 动机械 制动:盘形 制 动车轮踏 而 制动一 般 电动车组的制动机按以下方 式组 成。电 动 车组一般 由 带 牵 引 电动 机 的 动 车(M车)和不带 电机 的挂 车(T车)组成,每个编组中都有 动 车(M)和挂车(T)。现在的新 干线 电动车组虽然是 东海道新干 线开 业就开始采J月的O系 电动 车组,东北、上越新干线的20 0系 电动车组、山形新 干线4。系 电动 车组都 是采用全动车.但 东海道 新 干线上的10 0系双层 电动车组及最新的3。系“希望 号”电 动 车组都开始 编入了 带E C 13的挂车。最近的不带任何电气制动的纯 盘形制动200系双 层电车已问 世。法国的TG V、德国IC E挂 车也只采用盘形制动除新 干 线以外,其它的 动车一般都只采用电气制动,而 挂 车则都采用机械 制动。因此,制动 时 动 车 的 电气 制 动和挂 车 的机 械 制 动 若不能 产 生 相同的制 动 力,则编组不能 获得平 衡。叫侧.闷|一一一.t.卫.1 月.卜.1者 e s!-!IJ.e sl11!nnu0co仁口-心J内Jl新 干 线10 0系M车新 干 线30 0系T车(荡(5兀)车辆各部爪 员分配高速 列车速 度越高、制动时引起的摩擦国外机车车辆工艺19 9 5年第4期1 9所以要求盘形 制 动这 样的机械制 动装 置能和电气 制 动那 样产 生稳 定的制动摩擦 力。在新干线上,当列车在25 Ok m/h以上的高速 下 出现 停 电等情 况 时,就 必须采取紧急制动.所以,保证制动盘 不破损,垫片不融化是大前 提。制动 盘的性能要求如下:(1)不 破裂;(2)制动效果好;(3)磨耗量 不大;(4)重 量轻而价格 不太高。s i C拉子预 处理3制动盘用铝合金基复合材料(1)r铝合金基复合材料本次探讨研究的制动盘 用材是三菱铝业(株)所 开 发 的 木才/、夕卜P合金,这 是 一种铝基复合材料,采用的 强化 粒子是S I C(碳化硅),粒 子弥散分布在铝基 材之中。在这种材料中,作为强化 材料 的粒子 的尺 寸比较大,所以,不能期望它 在强度性能上有很大提高,但估计可以在耐磨性、弹性 系数等性能 上 得 到提高。本次开 发的目标是 用作制动盘,既要使它有 铝 合金 正量轻的 特 点,又要通 过S IC粒子弥散而 有 与铸铁相当的耐 磨性。(2)复合材料 制 动盘的制造复合材 料的制 造 方 法有两种一是 将铝合金粉末与强化粒子粉末混合后再固化的粉末法,另一种是通 过搅拌等手 段将强化粒子均匀分布在预先熔化好的铝水中的熔液法。图2是用熔液法制造铝合金复合材料制动盘的工艺流程。为了改善熔液与S I C粒子之间的湿润性,S IC粒 子要进行预处理后,再加入熔融的 铝合金中进行搅拌混合,然后将铝液 浇铸成圆筒形毛坯,再通 过热锻塑性加工 成盘状。最 后进行切削加 工。用这种复合材料加工成制动盘,本可以考虑用成本最低的铸造方 法成形,但从可靠性方面考虑,本次开发采 用的是锻件。20图2铝合金荃复 合材料制动盘工艺流程(3)复合材料制动盘的特性表1是木才/以卜Ps ll合金的物理性能与铸铁物理性能的比较。该材料作为制动盘使用时,是将动能 转换成热能,所以其热性能是非常重要的.高速运行 的列车在制动时,通常的铸铁制动盘 因受热 而表 面发红,表明其温度超过70 08 00 oC.这一温度超过了铝合金的熔点,所以一般都认为制 动盘 不可能用铝合金。但是,从实际试验的情况来看,采用 铝合金制动盘温度 不会上升到那么高。我们认为这是 因为铝合金具 有足够的热容量,且导热性好,表面 不易聚集局部热量的缘故。相同道理,铝合金制动盘还具有 不 会 产生 热裂的优点。另外,本复 合材料的比重 不到 铸铁材料 的4 0%,可望 其取 得减轻重量的效果。实际使用中,为了有 必要的热容量,作为制 动盘其实际重量可为铁系材料的5 0%。表1木才/、夕卜Psn的物理性能材材料料比宜宜烙化谧谧热胀系数数热导率率比率率度度度度范围围又10一/,C C CCal/c al/gCmS S S S S木木才声少卜卜2。7 7 75吕0 23.2 2 20。27 7 70.2 3 3 3P P Ps l l l l l l6 40 0 0 0 0 0 0 0 0铸铸铁铁7.1 1 11090 10。1 1 10。12 2 20。13 3 3F F FC 25 0 0 0 0 013 10 0 0 0 0 0 0 0 0表2是木才/、7卜P5 11的机械性能。与铸铁相比,其屈 服强度略低,抗拉强度则相同国外机车车辆工艺19 9 5年第4期或高一些,另外,由于 它是 锻 件,所以其延仲率 为5%,远远 高于铸铁。列车在 高 速 行 驶时,制 动盘受其 自重产生的离心力的作 用,铝合金制动盘 则因其重量轻,安装部位受到的应 力小,这 在强度 上是 非常有利 的。表2木才/、7卜PSH的机械性 能材 料卒才/夕卜P5 11铸铁FC25。群 擎洋万热锻 料图3是 木才/夕卜Ps ll材 料 在 销一盘型试验机 上的磨耗试验结果。图示磨 耗量是在设制动闸片的摩擦销、其 材料 为铜 基粉末冶金 材 料、制动压 力为。.SMPa、摩擦距离为z0 0 0om时的磨 损减 重 数 据。如图所示 卒才/以卜Psn与没有 加入强 化粒子 的铝合金(5083)相比,磨 耗量显著减少,而 与 铸铁(FC25o)的耐磨性差 不多。(l)制 动效果要好.无论在 什么条件 下应能 确保所要求 的 制动力;(2)闸片磨耗 不能太 大;(3)对相应的制动盘 磨耗不能太 大;(4)重 量轻,价格便 宜;(5)不 易燃、不含有害物质,安全 可靠。在 开发 铝 合金 制动 盘 的 初期阶段我 们用 能得到的所 有闸 片材料进行 了 各种摩 擦磨耗 试验,对制动 盘的用材进行了评价。通 过对实物制动盘 进 行试 验 评价,确认其 可能 性 之后,我们才开 始 着手开发物理性能、机械性 能与以往 的铁 系制 动盘有 所不同 的铝合金制动盘所用的闸片。实际的 开发和 试制工 作由东海 方一水二(株)公 司负责。通过对各 种粉末冶金 材料 和 半 金属复 合材 料进 行研 究,得出高速制 动条 件 下 宜 采用粉 末 冶金 材 料 的结论,并 投入了开发。5实 物制动盘的设计兰口l l l l l之 27 7 750 8 3 3 3NE沙月三T一户 三n n n且且且且7 7 7.拿。产产产、矛矛L L L L L 砌砌砌砌砌一翅!厂厂1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1图3销一盘试验时的磨耗量销的磨耗最.盘的磨耗最;草擦速度4铝合金制动盘用闸片的开发铁道车辆制动闸片的性能要求如下:铝合金 与 铁 系 合金 相比,同 一容积 下的热容量要小,所以,用目前所开 发的 铝合金制动盘 花接取代现在新 干 线上所使用的铸铁或锻钢制动盘是 很勉强 的。而将来,等车辆重 量减轻和轴重降至5吨级时,它 将发 挥 其真正的作用。但 是,为了与现行 铁 系制 动盘进 行性 能比较,有必 要 制 作 实物大小试验 用铝合金制动盘。在设计 实物制动盘时应 注 意以下 几 方面:(l)形 状:外径、内径、板厚及安装方法的制约;(2)强度:确认抗热应力及离心 力 的 强度;(3)硬度:表面硬度;(4)重量:确保热容量。另外,还必须求出制动盘 在 往车轮上 安装时,固定螺栓最合适的紧固力,以及 对弹簧垫 圈在制动盘座 面上产生的咬 死、座 面的失(6 u J)。少产,互一乞。o勺3国外桩车车辆工艺19 95年第4期效等采取措施试验 盘在l()ON系新 干线电车上进行 的装 车试验是短区间、短时 间的.且制 动条件也与 台架试 验 的条件 相当,所以我 们认 为采 用与台架试 验形 状相 同 的 盘 即 可 充分 满 足 要求,故 装 车制 动 盘 与 台架试验用盘 的形 状 相同。当初的铝合金制 动盘的使用只是计划 用于轴 重大的 车 辆,现在要在现行 车 辆上进 行长期 的耐久试 验.能否经得起考 验还需进一步探讨。验,铸铁 系制 动盘获得了优良的实绩,而新近研究 开 发 的 铝 合金 制 动盘 则与 其性能 不 同,目前 进入了装车 试验 阶段。今后,还有 必要 对其 维修保养、使 用 条件等方 面进一步进 行 研究。译 白车辆巴电气)l9 93.附1陶 勇译张孝 仁校6结束语作 为铁 道 车 辆用制动盘,经 过长期的考石夕“宁加佗任 电宁锐全记心全 七宁七 七全。勺宁抽全它心诬令全勺势冲争.全滋全“全矿r三药扣占知夕伪份加气 灿乞夕祝夕树介嘟抽左自的,刃知在喃协州加的加胡卜的孙的伽夕肠全的宁的个“宁州和产,、二简 讯:、二.砂金刚石涂层刀具现已批量生产据 报 道Itl钮 约1o:l awal飞dl北部Balz-。r s刀具 涂层有限公司与瑞典山特维克可乐满的八B公 司 合作批 量1二产直接涂粗金 刚石薄膜 涂层的 硬质 合金刀具这种金刚 石涂层刀具 的耐 哄 性 相当于多,:金刚 石刀具.而 且在 强 度、几仁日之寸稳 定及成本方面优于 多晶金刚石刀fL据B。!z。r;公 司介绍.刀具经 涂覆 金刚石薄膜涂 层后增 加 了耐用度。在加工 铝质轮缘时.未 涂层刀具加工12件,而 有涂层的刀具 可加工10 0件以上。该公 司已拟定 了应用开发 计划.并且 安排鉴定性试验。译 自美国ADVANC EDMAT ER ALS扮.PROCES SE S.1994,No1 2杨 向明译杨丁芳校国外机车车辆工艺1995年第4期