制动闸片磨耗及卡控措施研究_许余煜.pdf
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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 0
8、00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
9、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
10、。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
11、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4.7
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