金属镶嵌对合成闸瓦的影响分析及改善措施_成明金.pdf

内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n产品分析金属镶嵌对合成闸瓦的影响分析及改善措施成明金,门永林,邹建文(中车南京浦镇车辆有限公司,江苏 南京 2 1 0 0 3 1)摘 要:跟踪统计了某地铁线路新开通运营以来持续出现的闸瓦裂纹、掉块事故,其普遍出现的金属镶嵌现象贯穿整个裂纹发展周期,且金属镶嵌闸瓦最终将出现裂纹、掉块;结合闸瓦生产工艺流程、物理力学性能参数及轨道状态、车轮踏面情况剖析金属镶嵌出现的原因,建议定期清理轨道,检查车轮表面状态,对有金属镶嵌的闸瓦通过早期剔除镶嵌物、磨去表面凹坑解决裂纹延伸的问题,且应及时更换有大块金属镶嵌的闸瓦,可有效避免金属镶嵌对列车制动甚至是运营安全的影响。关键词:地铁制动;闸瓦裂纹;金属镶嵌;改善措施 中图分类号:U 4 6 4.1 3 3+.4 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 5-0 0 3 7-0 3A n a l y s i so f t h e I n f l u e n c eo fM e t a l I n l a yo nS y n t h e t i cB r a k eS h o ea n dI m p r o v e m e n tM e a s u r e sC h e n gM i n g-j i n,M e nY o n g-l i n,Z o uJ i a n-w e n(C R R CN a n j i n gP u z h e nV e h i c l eC o.,L T D.,B o g i eR&DD e p a r t m e n t,N a n j i n g2 1 0 0 3 1)A b s t r a c t:T h ea c c i d e n t s o f b r a k e s h o e c r a c k i n ga n db l o c kd r o p p i n gc o n t i n u o u s l yo c c u r r e ds i n c e t h en e wo p e r a t i o no f as u b w a y l i n ew e r e t r a c k e da n dc o u n t e d.T h e c o mm o nm e t a l i n l a i dp h e n o m e n o nr u n s t h r o u g h t h ew h o l e c r a c kd e-v e l o p m e n t c y c l e,a n dt h em e t a l i n l a i db r a k es h o ew i l le v e n t u a l l yc r a c ka n db l o c kd r o p p i n g.C o m b i n i n gp r o d u c t i o nt e c h n o l o g i c a l p r o c e s s,p h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so f t h eb r a k e s h o ea n d t r a c kc o n d i t i o n,w h e e lt r e a dp r o f i l em e t a lM o s a i co f r e a s o n,s u g g e s t t h a tr e g u l a rc l e a n i n go r b i t,c h e c kt h ew h e e l s u r f a c es t a t e,f o rb r a k es h o ew i t hm e t a lM o s a i c t h r o u g he a r l y e l i m i n a t e i n l a y s,s u r f a c e p i t s i s g r o u n d t o s o l v e t h e p r o b l e mo f c r a c ke x t e n s i o n,a n ds h o u l db e r e p l a c e d i na t i m e l ym a n n e rw i t ha c h u n ko fm e t a lM o s a i c,b r a k e s h o e,I t c a ne f f e c t i v e l ya v o i d t h e i n-f l u e n c eo fm e t a l i n l a y so nt r a i nb r a k i n ga n de v e no p e r a t i o ns a f e t y.K e yw o r d s:S u b w a yb r a k i n g;B r a k es h o ec r a c k;M e t a l i n l a i d;I m p r o v e m e n tm e a s u r e作者简介:成明金,男,甘肃酒泉,汉族,工程师,学士学位,轨道交通转向架。0 引言合成闸瓦由闸瓦背板、内层粘结材料、摩擦体组成,主要运用在列车施加空气制动时,在使用中容易出现的缺陷如裂纹、掉块、起泡、翘曲等,均会影响列车制动性能,其中引起裂纹、掉块的原因较多,行业内普遍分析有生产工艺产生的原始裂纹延伸、闸瓦表面贴合面积不足形成台阶面、金属镶嵌产生表面凹坑等,本文对金属镶嵌在某地铁线路上的频繁出现进行跟踪分析,并提出解决金属镶嵌的具体措施,避免金属镶嵌及进而导致的闸瓦裂纹。1 金属镶嵌闸瓦跟踪普查图1 闸瓦掉块某地铁线路自试运营以来发生了5 6起闸瓦更换,主要由于前期闸瓦金属镶嵌造成,对现场普查后发现较为严重闸瓦已出现大面积掉块(图1)。对该阶段进行跟踪普查,其中前4月分别出现了5块、2 8块、1 6块、7块,金属镶嵌闸瓦对应的磨耗车轮表面亦存在凹坑、金属氧化皮、铁锈等,经查阅相关资料,车轮表面硬度较高,普通金属不易嵌入,实际分析为该附着物参与了车轮踏面与闸瓦的摩擦制动过程,导致闸瓦及踏面表面均有金属镶嵌物(图2)。图2 踏面表面情况73DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.05.0052 0 2 3年第5期2 合成闸瓦性能分析裂纹、掉块的出现是一个长期的过程,为了判断是单由金属镶嵌造成的缺陷还是多种因素复合作用,需对闸瓦本身出厂时的性能进行试验分析。2.1 闸瓦生产工艺分析闸瓦制造工艺包括闸瓦原材料配比、摩擦材料混合、热压、固化及机加工。1)摩擦材料由多种化学原材料,以不同的比例配比而成,各原材料配比重量由软件程序控制,配比设备定期送往有资质的第三方进行校准。2)厂家对不同摩擦材料定义了不同的混合参数(如温度、转速、时间等关键参数),确保材料中各成分均匀混合,保证了闸瓦各区域的性能一致性,材料混合的同时也尽可能除去材料中含有的水分;实验室会每天抽取样品进行检测,合格方可继续生产。3)热压过程中摩擦材料的有机成分(粘结剂)发生复杂的化学反应及物理反应,形成水及其他气体,在此过程中可能会在闸瓦表面形成气孔或细纹;生产人员在此过程中会检查闸瓦厚度,表面是否存在气孔细纹,对于不合格品将直接报废;4)为了提高闸瓦生产效率,前序工序(热压)时间较短,造成摩擦材料中有机成分的化学及物料反应还没有充分完成,摩擦材料还不是一种稳定状态,需要通过固化工序完成;通过固化来调节摩擦材料的综合性能,达到所需要的性能及指标。固化工序 的 关 键 过 程 参 数 包 含 升 温 及 降 温 速 度,保持温度及时间,由于炉子空间体积较大,一次处理的闸瓦数量也较 大,各 部 分 温 度 的 均 匀 性 也 是 一 个 关 键指标。5)闸瓦固化工序完成后在机加工台对闸瓦外观进行加工(倒角,去除毛刺,开槽等);对加工后闸瓦外观依据标准进行1 0 0%全检,不合格品直接报废。2.2 物理力学性能分析闸瓦物理力学性能属例行试验考察项点,应逐批随机抽样检查,对于同材质,同规格的闸瓦,当生产工艺不稳定时以每一热处理批为一检查批,当生产工艺稳定时,每2 0 0 0块为一检查批,每批随机抽样不少于2块,检察中若有任何一项检验结果不合格,应加倍抽样,对不合格项目进行复检,若复检结果仍不合格,则该检查批为不合格。制备试样时硬度试验在闸瓦的两侧面进行,其他试样从闸瓦摩擦体上制取,冲击强度和弯曲强度试验沿闸瓦长度方向制取,压缩强度和压缩模量试样沿闸瓦厚度方向制取。制备试样时,应避免试样过热,在进行试验前,所取试样应在试验环境下至少放置2 4 h,压缩强度和压缩模量试验用试样的中心线应垂直于闸瓦的摩擦面,试样的两端面应垂直于试样的中心线。对同批次及现车拆卸下的闸瓦送往第三方检测,重点考察闸瓦密度、硬度、剪切力,测试方法参照T/C AME T0 4 0 0 4.1 0-2 0 1 8标准。1)密度试验按G B/T1 0 3 3.1规定的浸渍法测量闸瓦摩擦体的密度。2)洛氏硬度试验按G B/T3 3 9 8.2进行,两个压痕边缘之间或者压痕边缘与试样边缘之间的最小距离不应小于1 0 mm。3)剪切力用1 mm/m i n将样品加载到6 k N观察外观;继续加载到1 2 k N,保持载荷一段时间观察外观。试验结果取三次平均值,其中密度在2.1 8 1 1 g/c m3,硬度为6 2S h o r eD,剪切力在加载到3 8 4 2 N时脱落,对比该闸瓦参数表(图3),检测项点均符合设计要求。图3 闸瓦物理力学性能参数结合该闸瓦在其他多个项目上的运用业绩,出厂时性能满足运用要求,初步判断为使用过程中遭遇的不利因素造成,即金属镶嵌为闸瓦裂纹、掉块的主要诱因。3 车轮、轨道表面状态及金属镶嵌产生机理该条线路为新开通运营,钢轨上存有较多的异物、浮锈且表面状态较为粗糙,车轮上的凹坑、金属氧化皮、铁锈等层出不穷,同时由于该项目闸瓦相较于其他型号闸瓦偏软(尽管项目经验表明在一定运用后表面硬度会增加,运用 性 能 改 善),但 在 初 期 磨 合 阶 段 易 导 致 金 属镶嵌。当投入使用时,异物会随着车轮的转动带入到车轮与闸瓦之间,车轮表面吸附的金属颗粒转移到闸瓦表面,在制动高温的作用下发生积聚效应并形成金属镶嵌。当车轮表面存在凹坑或吸附有轨道氧化皮时,大尺寸的金属颗粒将吸附在车轮踏面,并深嵌入闸瓦表面1,由于这样的金属镶嵌不易脱落最终会形成块状金属镶嵌物破坏闸瓦摩擦材料并导致闸瓦形成开裂及掉块。具体来讲在速度较低,制动压力不高,抱闸时间短的条件下(即摩擦产生的热量较低),闸瓦和车轮钢的强度降低不明显,此时闸瓦面不易粘附,大部分金属碎屑都会随着车轮的转动和摩擦力的作用排出。在速度较快,制动压力较高,抱闸时间长的条件下(即摩擦产生的热量较高),钢屑在制动过程中受热软化,相遇时会粘连聚集成更大的金属颗粒2,进而形成点状金属镶嵌物,附着在闸瓦踏面上并在沿摩擦方向发生突变式的长大,逐渐形成条状金属镶嵌物。由于开始嵌入的深度较深,形成的金属镶嵌物不容易自行脱落,随着金属镶嵌不断长大,最终该位置形成的金属镶嵌物会在制动力的驱动下犁开闸瓦表面,直到脱落。由于闸瓦的表面被犁开,闸瓦的强度不断降低,最终导致闸瓦掉块。同时结合更换闸瓦的位别,首尾拖车出现金属镶嵌的频率更高,符合轨道异物嵌入闸瓦的分析。4 金属镶嵌改善措施金属镶嵌在闸瓦使用过程中是禁止出现的,标准规定在正常的使用条件下及规定的使用限度(磨耗到限之前)内,闸瓦应满足对车轮踏面不应产生不均匀磨耗、沟83内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n状磨耗、犁痕状磨耗、波浪形磨耗及其它异状磨耗,闸瓦摩擦面不应产生导致上述车轮损伤或影响制动摩擦磨损性能的金属镶嵌物;然而仅对闸瓦进行约束忽略了金属镶