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制動盤的強度評價及提高

  1、制動盤的強度評價

  更換制動盤的原因是裂紋,而不是達到了磨耗極限。裂紋有兩種形式;一種是在摩擦面上產生的裂紋;另一種是在散熱筋上產生的裂紋。由于反復受熱和冷卻;摩擦表面土細裂紋從接近摩擦面薄層處開始發展并擴展。因此,裂紋發生在高速制動或強力制動條件下。散熱筋上產生裂紋,筋上便受到由于熱膨脹引起的拉伸、壓縮和彎曲作用。這種裂紱是在高速制動、強力制動或長時問制動情況下發生的,例如持續制動或防雪制動。

  在影響制動盤強度特性各因素之中,認為來自摩擦面的熱是一種主要影響因素,而壓力或離心力的影響較小。在高溫區,制動盤的材料強度趨于突然降低。匿此,根據溫度、熱應力和制動頻繁程度,制定了制動盤強度評價指標。

  在試驗臺上完成疲勞試驗的基礎上,確定了如下的頻率限度;從動軸制動盤為1000次,主動軸制動盤為100次;根據磨耗限度,相應規定為500次和50次。

  另外,確定了如下允許的溫度:鑄鐵制動盤約為300℃特殊鍛鋼制動盤約為500℃。同時,確定了如下的熱應力限度,鑄鐵制動盤約為+130~-390MPa,特殊鍛鋼制動盤約為+300~600MPa。

  2、提高制動盤的強度

  為了提高制動盤的強度,從材料和結構觀點出發研究了制動盤的強度。研究結果表明,特殊鍛鋼制動盤的強度比鑄鐵制動盤的強度高兩倍。另一方面,設計時將不大受熱應變限制的徑向銷式制動盤的熱應力定為傳統式的一半。通過材料和結構上的改進,提高了熱容量、散熱和熱應力等方面的特性,使傳統窄軌線路上的列車速度提高到150km/h,并使新干線上的列車速度達到260km/h。因此有必要研制熱容量與最尢列車速度,制動減速度、制動力分配比和制動頻繁程度相匹配的制動盤。

  要提高制動盤強度就必須提高散熱效果。因為期望裝置的簧下質量減少,所以制動盤的熱容量必然降低;但局部散熱導致增加熱應力,結果削弱了提高強度的作用。由于這個原因,必須從結構觀點出發尋找更有效的散熱方法。目前,正在研究懸浮式制動盤,但提高其熱容量將是困難的。

  提高熱容量最有效的方法是采用耐熱材料。碳纖維在耐熱方面比特殊鍛鋼好,但其缺點是強度低和價格高。然而,趨向表明,碳纖維用作高速車輛的制動盤材料是有希望的。


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