涨知识| 铁路车辆闸瓦的奥秘

2024-8-1 04:28| 发布者: 张伶边| 查看: 5299| 评论: 0

摘要: 铁路车辆制动在本质上来说，分为黏着制动和非黏着制动。但是如果看表现形式，按照制动的实现方式就有踏面制动、盘形制动、电制动、涡流制动、磁轨制动、翼板制动等等……目前国内动车组主流使用的是摩擦制动（包括踏 ...

铁路车辆制动在本质上来说，分为黏着制动和非黏着制动。但是如果看表现形式，按照制动的实现方式就有踏面制动、盘形制动、电制动、涡流制动、磁轨制动、翼板制动等等……目前国内动车组主流使用的是摩擦制动（包括踏面制动和盘形制动）和电制动，闸瓦就是摩擦制动中最主要的部件之一，今天我们就来探究一下列车闸瓦的奥秘。

什么是闸瓦

火车运行过程中需要制动，闸瓦是直接摩擦车轮使火车停车的制动零件，也就是铁路列车的刹车片。闸瓦用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块，在制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动。在这一过程中，制动装置要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。而这种制动效果的好坏，却主要取决于摩擦热能的消散能力。

闸瓦的制动原理

摩擦制动就是通过车轮与制动装置的相互摩擦，产生制动力，将列车的动能转化成热能。摩擦制动是中低速铁路列车上普遍采用的方式，一般分为闸瓦制动和盘形制动。闸瓦制动的原理就是通过设置在车轮单侧或两侧的闸瓦抱紧车轮，进而产生制动力。而盘形制动的原理是在车轴或者车轮的幅板上安装制动盘，闸片抱紧制动盘进而让列车减速、停车。盘形制动比闸瓦制动的好处就在于闸片直接作用于制动盘而不是车轮本身，减少了闸瓦对车轮的磨耗。

为了让转向架在制动时不因受单侧力而产生摆动，从而避免闸瓦磨损自动补偿机构对摆动所产生的间隙进行误补偿，一般采用制动单元对车轮双侧施力的形式。在这一过程中，制动装置要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。而这种制动效果的好坏，却主要取决于摩擦热能的消散能力。使用这种制动方式时，闸瓦摩擦面积小，大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高，制动时车轮的热负荷也越大。

如用铸铁闸瓦，温度可使闸瓦熔化；即使采用较先进的合成闸瓦，温度也会高达400~450℃。当车轮踏面温度增高到一定程度时，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，既影响使用寿命也影响行车安全。可见，传统的踏面闸瓦制动适应不了高速列车的需要。

闸瓦可分为铸铁闸瓦、合成闸瓦和粉末冶金闸瓦。

铸铁闸瓦

铸铁闸瓦分为灰铸铁闸瓦、中磷铸铁闸瓦、高磷铸铁闸瓦和合金铸铁闸瓦。

中磷铸铁闸瓦和高磷铸铁闸瓦的基本型式如下图：

这种闸瓦厚度原型为40mm，但为增加有效磨耗量，延长其使用寿命，后改为50mm，但有一部分车辆安装50mm厚度的闸瓦比较困难，故仍使用40mm厚度的闸瓦，闸瓦内圆弧半径为440mm。

合成闸瓦

合成闸瓦按基本成分可分为合成树脂基闸瓦和石棉橡胶闸瓦。按其摩擦系数高低，可分为高摩擦系数合成闸瓦和低摩擦系数合成闸瓦（简称高摩合成闸瓦和低摩合成闸瓦）。

合成闸瓦

合成闸瓦是由树脂（包括活性树脂）或橡胶、石棉、石墨、铁粉、硫酸钡等材料，以一定的比例混合后热压而成的闸瓦。

合成闸瓦的结构图如下：

合成闸瓦结构图

合成闸瓦的优点：

目前城轨车辆中大多采用合成闸瓦，但合成闸瓦的导热性较差，因此目前也有采用导热性能良好、且具有较好的摩擦性能的粉末冶金闸瓦。

粉末冶金闸瓦

粉末冶金闸瓦由瓦背和摩擦体组成。如下图：

闸瓦瓦背采用机械性能不低于Q235-A的冷轧钢板制造。瓦背取材的长度方向与钢板的轧制方向一致。钢板技术条件应符合GB/T700的规定。摩擦体以金属或其合金为基体，加入摩擦、减摩或起某些特殊作用的其他金属、非金属组分，用粉末冶金技术制成。

粉末冶金闸瓦根据制动摩擦性能要求不同可分为三类：低摩擦系数闸瓦（L1或L2型）、标准摩擦系数闸瓦（M型闸瓦）和高摩擦系数闸瓦（H型闸瓦）。

粉末冶金闸瓦的外观要求：

粉末冶金闸瓦的使用性能：

粉末冶金闸瓦在更换时注意事项：

其中，中磷铸铁闸瓦、高磷铸铁闸瓦和低摩合成闸瓦，为通用闸瓦。

闸瓦的发展历程

在解放初期，我国铁路车辆的运行速度只有50-60公里/小时，载重量只有30-40吨，因此对闸瓦的要求不高，当时使用一般的灰铸铁闸瓦。

20世纪50年代末60年代初，使用中磷闸瓦较多；1984年，我国拥有自己生产的合成闸瓦；1995年我国研制出低摩擦系数合成闸瓦和高摩擦系数合成闸瓦；2000年国内几家闸瓦企业研制出可以供240公里/小时以上的机车用闸瓦。

随着社会经济的不断发展，铁路的运行速度和载重也不断增加，以至于对闸瓦的要求也越来越高，正如前面所说的，从原始的灰铸铁闸瓦到现在的中磷闸瓦、高磷闸瓦、低摩擦系数合成闸瓦、高摩擦系数合成闸瓦，以及盘形制动机用的合成闸瓦到粉末冶金闸瓦。

一般来讲，当闸瓦厚度磨耗到13mm时必须进行更换。具体的生命周期由运行时长和运行公里数决定，而不是以时间来衡量。

闸瓦生产企业

主营闸瓦的18家企业，根据地域分，分别是：北京6家，东北2家，上海1家，南京1家，济南1家，温州1家，贵州1家，四川2家，徐州1家，河北1家。主要生产企业：

北京华夏友联电气化新技术发展有限公司

北京万高众业科技股份有限公司

北京瑞斯福科技有限公司

北京西屋华夏技术有限公司

贵州新安航空机械有限责任公司

河北辛集腾跃实业有限公司

北京中铁科新材料技术有限公司

成都铁安科技有限责任公司

南京浦镇海泰制动设备有限公司

徐州五洋科技股份有限公司

济南轨道交通装备有限责任公司

北京天宜上佳新材料有限公司