和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

韓曉輝，李繼山，李業(yè)明，趙春光

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所，北京100081）

1 高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基本要求

高速動(dòng)車(chē)組由于速度高、制動(dòng)熱負(fù)荷大，對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置提出了更高的要求。對(duì)于高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置必須具備如下條件［1］：

（1）必須能夠承受緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生巨大制動(dòng)負(fù)荷。在其他制動(dòng)型式失效情況下，基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)作為主要的甚至唯一的安全保障，必須能夠承擔(dān)高速動(dòng)車(chē)組巨大的制動(dòng)負(fù)荷，并將巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟⒃诖髿庵小?/p>

（2）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作必須靈活可靠。

高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作靈活及高的可靠性直接關(guān)系到列車(chē)的運(yùn)行安全，當(dāng)動(dòng)力制動(dòng)失效時(shí)，盤(pán)形制動(dòng)必須保證高速動(dòng)車(chē)組能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)停車(chē)，以確保行車(chē)安全。因此盤(pán)形制動(dòng)作為基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的重要組成部分，是高速動(dòng)車(chē)組的基本制動(dòng)方式。

（3）基礎(chǔ)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)必須緊湊、制動(dòng)效率高。結(jié)構(gòu)緊湊以滿足高速動(dòng)車(chē)組每軸配置多套基礎(chǔ)制動(dòng)單元的需要；盤(pán)形制動(dòng)的制動(dòng)效率一般要大于90%，以保證有足夠的制動(dòng)力輸出。

（4）基礎(chǔ)制動(dòng)的制動(dòng)摩擦副在各種速度下都必須有良好的摩擦磨損性能及耐磨性，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。制動(dòng)盤(pán)和閘片有足夠長(zhǎng)的使用壽命。

（5）基礎(chǔ)制動(dòng)要保證列車(chē)在規(guī)定的坡道上安全停放。

《罪與罰》涉及到的人物形象很多，尤其是女性形象特別多。有他的妹妹杜妮亞、繼女索菲亞、放貸者阿謬娜……這些人物形象或多或少都可以在《圣經(jīng)》以及古希臘神話中找到相應(yīng)的原型。這里以索菲亞和阿謬娜為例進(jìn)行原型闡釋。

（6）基礎(chǔ)制動(dòng)要有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在低溫、雨雪、風(fēng)沙、潮濕等環(huán)境下能夠長(zhǎng)期正常工作。

2 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置組成及配置情況

2.1 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置組成介紹

2.1.1 基礎(chǔ)制動(dòng)單元組成

高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置一般主要由制動(dòng)夾鉗單元、制動(dòng)盤(pán)及閘片等3部分組成。基礎(chǔ)制動(dòng)裝置單元在車(chē)軸上的配置數(shù)量依賴(lài)于列車(chē)速度等級(jí)及消耗軸功率的大小。以和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組CRH3為例，每根非動(dòng)力軸上安裝3個(gè)基礎(chǔ)制動(dòng)單元，見(jiàn)圖1。而在動(dòng)力軸上，因受到轉(zhuǎn)向架設(shè)備如電機(jī)等空間限制需配置2個(gè)輪盤(pán)式基礎(chǔ)制動(dòng)單元，見(jiàn)圖2。CRH2與CRH3有所區(qū)別，其動(dòng)力軸配置2個(gè)輪盤(pán)式基礎(chǔ)制動(dòng)單元，而非動(dòng)力軸則配置2個(gè)輪盤(pán)式及2個(gè)軸盤(pán)式共4個(gè)基礎(chǔ)制動(dòng)單元；而對(duì)于CRH5，配置的全部是軸裝制動(dòng)盤(pán)，其動(dòng)力軸配置2個(gè)軸盤(pán)式基礎(chǔ)制動(dòng)單元，而非動(dòng)力軸則配置3個(gè)軸盤(pán)式基礎(chǔ)制動(dòng)單元；CRH1配置方式與CRH3類(lèi)似。

圖1 CRH3拖軸基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

圖2 CRH3動(dòng)軸基礎(chǔ) 制動(dòng)裝置

2.1.2 制動(dòng)夾鉗單元組成

制動(dòng)夾鉗單元是制動(dòng)指令的最終執(zhí)行部分，主要由制動(dòng)缸和夾鉗兩部分組成，是盤(pán)形制動(dòng)的3大部件之一，其作用主要是利用杠桿原理將制動(dòng)力放大和傳遞，使空氣壓力轉(zhuǎn)化為閘片與制動(dòng)盤(pán)之間的正壓力，通過(guò)制動(dòng)盤(pán)和閘片的摩擦形成制動(dòng)力。

和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組制動(dòng)夾鉗單元從結(jié)構(gòu)上一般分為3種型式：

（1）三點(diǎn)吊掛式。CRH3、CRH5以及 CRH380BL等動(dòng)車(chē)組上采用該型式的制動(dòng)夾鉗單元，如圖3所示。這種制動(dòng)夾鉗單元通過(guò)中間吊架及前端的兩個(gè)閘片托共3個(gè)懸掛點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)向架的連接。

（2）緊湊式制動(dòng)夾鉗單元。CRH1和CRH380AL動(dòng)車(chē)組上采用該型式的制動(dòng)夾鉗單元。這種制動(dòng)夾鉗單元只通過(guò)中間的一個(gè)懸掛點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了與轉(zhuǎn)向架的連接。這種制動(dòng)夾鉗單元結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝更加靈活，如圖4所示。

（3）氣－液轉(zhuǎn)換式制動(dòng)夾鉗單元。CRH2動(dòng)車(chē)組上采用了該型式的制動(dòng)夾鉗單元，見(jiàn)圖5。這種夾鉗單元最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊且杠桿倍率較大。

為了實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能，無(wú)論何種制動(dòng)夾鉗單元，從結(jié)構(gòu)上主要都包含制動(dòng)缸、自動(dòng)間隙調(diào)整器及手動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)、力放大機(jī)構(gòu)及閘片托，另外3點(diǎn)吊掛式和緊湊式夾鉗單元還包含有彈簧停放制動(dòng)器及手動(dòng)緩解裝置。

圖3 3點(diǎn)吊掛式制動(dòng)夾鉗單元

圖4 緊湊式制動(dòng) 夾鉗單元

圖5 氣－液變換制動(dòng)夾鉗單元

2.1.3 制動(dòng)摩擦副組成

按照安裝型式，制動(dòng)盤(pán)分為輪裝式制動(dòng)盤(pán)（簡(jiǎn)稱(chēng)輪盤(pán)）和軸裝式制動(dòng)盤(pán)（簡(jiǎn)稱(chēng)軸盤(pán)）兩種。輪盤(pán)一般由兩盤(pán)摩擦盤(pán)環(huán)通過(guò)一套緊固件固定在車(chē)輪輪輻兩側(cè)，見(jiàn)圖6所示；軸盤(pán)一般由盤(pán)環(huán)、盤(pán)轂、壓環(huán)、防扭塊及緊固件組成，見(jiàn)圖7所示。閘片一般由摩擦塊和鋼背通過(guò)銷(xiāo)釘鉚接而成，CRH3閘片主要采用ISOBAR粉末冶金閘片，該閘片為浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)，能夠提高盤(pán)片接觸均勻性，使制動(dòng)盤(pán)各部分熱負(fù)荷更加均勻，外形見(jiàn)圖8所示。

圖6 CRH3輪盤(pán)組成

圖7 CRH3軸盤(pán)組成

圖8 ISOBAR閘片組成

2.2 配置情況

我國(guó)和諧高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要配置情況見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)動(dòng)車(chē)組車(chē)型基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要配置情況

3 工作原理

用壓縮空氣為傳遞力介質(zhì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置作用原理見(jiàn)圖9，其主要是利用內(nèi)部機(jī)構(gòu)活塞缸及杠桿機(jī)構(gòu)將作用在氣缸內(nèi)的壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)化為盤(pán)形制動(dòng)制動(dòng)力。常用的結(jié)構(gòu)一般是通過(guò)壓縮空氣推動(dòng)制動(dòng)缸中的活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)連接銷(xiāo)傳遞至制動(dòng)杠桿及閘片托，使閘片托上的閘片與旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤(pán)組成制動(dòng)摩擦副實(shí)施摩擦制動(dòng)。夾鉗內(nèi)設(shè)置了間隙調(diào)整裝置，能夠自動(dòng)調(diào)整閘片和制動(dòng)盤(pán)的間隙。對(duì)于CRH2所采用的氣－液夾鉗單元，其傳遞力的介質(zhì)為壓縮空氣和液壓油，通過(guò)氣液轉(zhuǎn)換缸使制動(dòng)缸壓力增大。另外，CRH2還設(shè)置了踏面清掃裝置，清掃踏面異物及修正踏面外形，以提高黏著利用率。

圖9 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置工作原理

4 選型原則

如果列車(chē)緊急制動(dòng)能量超過(guò)了制動(dòng)盤(pán)所承受的最大瞬時(shí)制動(dòng)功率及熱容量的限制，高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行將會(huì)發(fā)生安全事故。為此高速動(dòng)車(chē)組在進(jìn)行基礎(chǔ)制動(dòng)裝置選型時(shí)，不但要考慮純空氣緊急制動(dòng)距離及黏著限制的需要，同時(shí)也需要合理匹配基礎(chǔ)制動(dòng)軸功率及盤(pán)載荷能力，以保證基礎(chǔ)制動(dòng)最大軸功率及盤(pán)載荷在允許使用范圍內(nèi)［2］。制動(dòng)盤(pán)載荷使用范圍見(jiàn)圖10。

因此要根據(jù)制動(dòng)功率計(jì)算結(jié)果，結(jié)合動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架和拖車(chē)轉(zhuǎn)向架制動(dòng)盤(pán)安裝空間進(jìn)行選型。比如，CRH3動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的每個(gè)軸安裝兩套輪裝鑄鋼制動(dòng)盤(pán)，拖車(chē)轉(zhuǎn)向架的每軸安裝3套軸裝鑄鋼制動(dòng)盤(pán)，閘片采用ISOBAR結(jié)構(gòu)的粉末冶金材料；而CRH380AL動(dòng)力轉(zhuǎn)向架的每個(gè)軸安裝2套輪裝鑄鋼制動(dòng)盤(pán)，拖車(chē)轉(zhuǎn)向架的每軸安裝2套輪裝鑄鋼制動(dòng)盤(pán)和2套軸裝鑄鋼制動(dòng)盤(pán)，閘片同樣采用ISOBAR結(jié)構(gòu)的粉末冶金材料。在夾鉗單元方面，CRH3采用的是3點(diǎn)吊掛式夾鉗單元，而CRH380AL由于非動(dòng)力軸安裝了4套基礎(chǔ)制動(dòng)單元而使安裝空間受到限制而選擇緊湊式夾鉗單元。

圖10 制動(dòng)盤(pán)熱－機(jī)盤(pán)載荷使用范圍

5 基礎(chǔ)制動(dòng)的試驗(yàn)驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置可靠性及摩擦磨損性能，確定其能否滿足高速動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能要求，需要對(duì)其進(jìn)行低溫試驗(yàn)、振動(dòng)沖擊試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、摩擦磨損試驗(yàn)及可靠性試驗(yàn)。

5.1 制動(dòng)夾鉗單元試驗(yàn)

制動(dòng)缸性能試驗(yàn)在制動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)（圖11）上進(jìn)行，主要測(cè)試氣密性、機(jī)械強(qiáng)度、間隙調(diào)整器作用行程和最大調(diào)整能力等。對(duì)于帶停放制動(dòng)功能的制動(dòng)夾鉗單元，還要測(cè)試停放制動(dòng)缸氣密性、停放制動(dòng)力、停放制動(dòng)器行程、最小緩解壓力以及手動(dòng)緩解機(jī)構(gòu)功能。

圖11 制動(dòng)夾鉗試驗(yàn)臺(tái)

5.2 制動(dòng)摩擦副試驗(yàn)

制動(dòng)盤(pán)和閘片性能需要在1：1制動(dòng)動(dòng)力臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)（圖12）進(jìn)行。

1：1制動(dòng)動(dòng)力臺(tái)架試驗(yàn)的試驗(yàn)內(nèi)容包括磨合制動(dòng)、模擬緊急制動(dòng)、模擬常用制動(dòng)、坡道制動(dòng)、停放制動(dòng)、干燥和潮濕工況下停車(chē)制動(dòng)，以及可靠性及疲勞試驗(yàn)等。具體程序按照動(dòng)車(chē)組制動(dòng)系統(tǒng)基本技術(shù)條件，并參考UIC 541－3等標(biāo)準(zhǔn)制定［4］。

圖12 1：1制動(dòng)動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

圖13 制動(dòng)盤(pán)正在進(jìn)行試驗(yàn)

6 結(jié)束語(yǔ)

在分析高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基本要求的基礎(chǔ)上，介紹了和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的配置、組成、選型原則及試驗(yàn)方法，運(yùn)用實(shí)踐表明，我國(guó)和諧號(hào)高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)合理、安全可靠，可以保證我國(guó)高速列車(chē)安全可靠運(yùn)行。

［1］李和平，林祜亭.高速列車(chē)基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究［J］，中國(guó)鐵道科學(xué)，2003，24（2）：8－13.

［2］李繼山.高速列車(chē)合金鍛鋼制動(dòng)盤(pán)壽命評(píng)估研究［D］.北京：鐵道科學(xué)研究院，2006.

［3］丁福焰，李和平，李繼山.機(jī)車(chē)車(chē)輛和高速動(dòng)車(chē)組基礎(chǔ)制動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展［C］.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院60周年學(xué)術(shù)論文集，2010.03.

［4］國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC），UIC 541－3制動(dòng)－盤(pán)形制動(dòng)及其應(yīng)用－閘片批準(zhǔn)使用的一般規(guī)定［S］.