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1、国内外高摩合成闸瓦的金属镶嵌问题综述鞠传珍(铁道部科学研究院金属及化学研究所 100081 北京)摘 要 介绍了国内外对高摩合成闸瓦金属镶嵌问题的研究发展概况, 并对形成金属镶嵌的原因及闸瓦的弹性模量问题提出自己的看法。关键词 高摩合成闸瓦 金属镶嵌 发展 概况在我国铁路向高速、 重载发展的今天, 高摩合成闸瓦作为车辆制动系统的重要部件, 越发显示出优越性。 随着高摩合成闸瓦用量的日趋增多, 运行中部分闸瓦产生金属镶嵌的现象也逐渐引起人们的重视。对于高摩合成闸瓦形成金属镶嵌问题各国都有报道, 同 时, 都在采取各种方式力图改进。 国际铁路联盟试验研究所 B64 专门委员会发表的 B64/ RP
2、10 合成闸瓦 研究报告指出: 合成闸瓦之所以不能全面推广使用, 原因之一就是在合成闸瓦摩擦表面产生了某些不规则的金 属镶嵌, 造成轮箍比较严重的异状磨耗。可见, 金属收稿日期: 1998-11-23。鞠传珍: 女, 1949 年生, 副研究员。镶嵌问题在一定程度上阻碍了高摩合成闸瓦的发展。我国现使用的高摩合成闸瓦( 包括从国外进口的 闸瓦) 都不同程度地出现过金属镶嵌, 已经引起有关部门的重视。铁道部于 1987 年把“ 高摩合成闸瓦形成金属镶嵌机理研究” 列为“ 七五” 国家重点科技攻关课题。 该课题在调查研究和试验的基础上, 应用摩擦学理论,对高摩合成闸瓦形成金属镶嵌现象进行了理论探讨和
3、研究, 并提出了金属镶嵌的机理, 填补了我国对金属镶嵌机理研究的空白。1 国外概况1. 1 前苏联 前苏联自 1964 年底开始推广使用 5660 型高蒸发管道制冷时, 将低共晶溶液冻结贮冷, 所贮冷量在车辆运用中慢慢释放出来, 从而达到制冷的目的。 冷板的充冷可由地面制冷设备完成, 也可由车装制冷机组完成, 冷板可反复冻结、 放冷。冷板车具有结构简单、 制冷费用低、 节约一次能源、 无盐水腐蚀、 恒温 性能好等优点。我国铁路冷板车如能改进冷板设计, 加快充冷过程, 解决好充冷后制冷剂的回收, 提高车体隔热和防振抗振性能, 做到始发一次充足所需冷量、 中途不用补 冷, 则其运输效率和货运品质都
4、会有较大提高。据计算, 性能好的冷板车始发充足冷后, 可运行 2 500 km以上( 约 200 h) , 可以满足大部分运输要求。第二代冷板车装制冷机组, 不受地面充冷站的限 制, 使用灵活性大大提高, 如能进一步优化设计, 将有一定的发展潜力。近几年来, 广州车辆厂、 石家庄车辆厂、 铁道部四 方车辆研究所在这方面进行了大量工作, 已取得了很大进展。3. 4 冷藏集装箱冷藏集装箱是优良的冷藏运输工具, 其优点是保 证货物安全, 节省货物包装, 提高装卸效率, 加速货物送达, 实行“ 门到门” 运输, 形成完整的“ 冷藏链” 。冷藏集装箱的运用需有专业技术人员负责管理和检修, 需 要起吊设备
5、、 堆场、 供电设备、 运输平车及供电车( 或箱) 等硬件设施, 要有一个高效的运输管理系统负责冷藏箱的运用、 回送、 调度、 经济核算及故障处理等。 如果 没有一套高效、 有力的管理组织机构和管理办法, 仍像对待冰冷车那样粗放型管理, 是用不好冷藏集装箱的。发展冷藏集装箱运输需要的硬件投资非短期所能完成, 需要长期进行下去。 另外, 还要有占用运能大、 运 输成本高的思想准备, 冷藏集装箱的发展是与国民经济的发展和人们消费水平的提高相关的, 运输集装化也是现代货物运输的发展趋势。参 考 文 献1 铁道部科学研究院运输所. 冷藏运输的技术政策及改善冷藏运输的研究. 19942 铁道部科学研究院
6、运输所. 冷藏运输的技术政策及改善冷藏运输的研究分析报告之一. 19943 李建坤. 2000 年前我国保温车的发展. 中国制冷学会第四专业委员会成都年会论文集. 19924 铁道部四方车辆研究所.铁路冷藏运输工具发展方向的研究. 1998( 编辑 何 芳)11综述述评铁道车辆 第 37 卷第 7 期 1999 年 7 月摩合成闸瓦, 因该闸瓦的表面上发生金属镶嵌而使车 轮消耗量增加。1965 年又推出 6KB10 型高摩合成闸瓦, 因发生金属镶嵌导致车轮产生环状凹形磨耗。 他们发现, 尤其在寒冷的冬季, 车轮的磨耗要增加几倍。 由于来自车轮踏面的金属激烈地附着在闸瓦摩擦面上, 而这种金属镶嵌
7、物具有很大的硬度和尖的棱角, 它严重地磨损着车轮踏面。 在某些情况下, 金属杂质的质量达到 1. 0 kg1. 5 kg。从 1964 年到 1966 年车轮消 费量增加了 14. 8% 。1966 年改用 8166 型合成闸瓦, 但由于该闸瓦在冬季制动时发生金属镶嵌和降低轮轨间粘着力, 使客车的车轮踏面磨耗比装用铸铁闸瓦还大。 后改用了 328303 型高摩合成闸瓦。 据1980 年的报道, 328303 型高摩合成闸瓦发生金属镶嵌的程度较 8166 虽有改进, 但仍未根本解决。1. 2 美国 美国铁路协会于 1946 年批准了 Cobra 高摩合成闸瓦可用于联运过轨车辆。 1974 年起规
8、定所有新造车全部采用高摩合成闸瓦。Abex 公司生产的虎牌高摩合成闸瓦也于 1977 年投入商品生产。除此之外, 他们 还生产了一些其他牌号的合成闸瓦。尽管美国已广泛在机车、 客车、 货车和某些电动列车及新造车上推广使用高摩合成闸瓦, 但并不意味着闸瓦表面金属镶嵌问 题得到解决。 据美国 AAR 铁路研究及试验协会在Re-port No. WP106 报告中报道: AAR 于 1983 年在 AAR 技术中心进行了合成闸瓦在潮湿条件下的制动试验。他们将 4家不同合成闸瓦制造厂家生产的 8 块 闸瓦装在 1 辆使用新的 B 级( 型) 车轮的试验车上, 并模拟潮湿制动条件进行试验。 所有试验结果
9、表明: 被检测的 4 个闸瓦厂家的 8 块闸瓦都有不同程度的金属镶 嵌。他们将这些金属镶嵌物进行元素分析表明出自车轮材质。 他们还通过对闸瓦进行金相检验, 测定了闸瓦表面金属镶嵌物的状态和浸入的深度。1. 3 日本 日本于 1958 年开始研制高摩合成闸瓦并在东海道线运行的“ 回声” 号特快列车上使用, 后逐步推广在城市和市郊铁路上运用, 现已普遍应用于机车车辆上。 经日本铁路运用表明, 除了已知合成闸瓦的优点外, 还发现在一些湿度很高、 冬季气温达- 30 的地区使用的合成闸瓦, 闸瓦表面上经常会出现金属镶嵌。1977年的报道中认为, 合成闸瓦在降雪地区使用, 可引起车 轮摩擦面产生凹形磨耗
10、。他们也曾提出从改进合成材质入手, 以使车轮磨耗不致镶嵌到闸瓦摩擦面, 然而杜绝这种镶嵌现象是困难的。1. 4 前东德 前东德铁路多年来很重视高摩合成闸瓦的应用,柏林市电气铁道全部装用了高摩合成闸瓦, 除此之外, 也用于其他类型车辆上。结果在冬季和春季运用时也发生了金属镶嵌, 并增加了车轮踏面的磨耗。1. 5 国外闸瓦在我国运用情况 我国 80 年代曾引进了几种牌号的高摩合成闸瓦。从这些闸瓦在我国局部地区应用的情况看, 摩擦面均出现了不同程度的金属镶嵌。( 1) 美国 Cobra 机车用高摩合成闸瓦。我们于 1984 年底由美国分批进口了 400 多台ND5型机车, 与之配套也进口了一批美国产
11、的Cobra 机车用高摩合成闸瓦, 并于 1984 年底在宁东、 济南西、 大连、 丰台等机务段投入使用。 从考察结果看, Cobra 机车闸瓦表面金属镶嵌现象还是比较普遍的, 尤其是宁东机务段, 闸瓦金属镶嵌情况更为明显和严重。相比之下济南西机务段应用情 况稍好些。此外, 发现 Cobra 机车闸瓦的偏磨现象也带有普遍性。不少闸瓦都是因为偏磨造成钢背与轮箍的直接摩擦而导致金属镶嵌。 ( 2) 美国虎牌闸瓦自 1985 年 10 月在上海机保段机冷车上进行装车试验, 运行至 1986 年 4 月第一次检查发现, 16 块闸瓦中有 8 块产生了少量金属镶嵌物。 到 1986 年 10 月第二次检
12、查又发现, 16 块试验闸瓦中有 14 块闸瓦表面都有( 2045) mm( 510) mm( 13) mm 呈叠加型的不规则金属镶嵌物。同时镶嵌物的数量也在增加, 个别瓦上多达3 块5 块。 第三次 是 1987 年进段观察, 除了第 9、 11、 10、 12 位 4 块瓦已更换外, 剩下的 12 块闸瓦中, 基本每块瓦都有( 4580) mm( 1020) mm( 35) mm 的金属镶嵌物 或者闸瓦表面有脱落的痕迹。 从当时来看, 这些镶嵌物对安全行车还未构成危害。( 3) 日本空气制动机公司 NABCO NC3270 型高摩合成闸瓦装在上述机冷车上, 在运行 1 a 后检查 发现,
13、16 块试验闸瓦中只有 2 块闸瓦上有小块金属镶嵌物, 后在运行中还自行脱落了。 但日本的闸瓦特点是表面龟裂现象比较普遍。 ( 4) 北京地铁曾进口一批日本地铁车辆和与之配套的日本东急车辆高摩合成闸瓦。 我们于1986 年 5 月在北京地铁太平湖车辆段了解该闸瓦的使用情况。据反映, 该型闸瓦在使用中有磨车轮的现象。经检查发 现, 车轮踏面有环状磨耗的痕迹, 观察闸瓦表面有不同程度的金属镶嵌物存在。国际铁路联盟研究所( ORE) 从 1950 年成立以来, 在铁路成员国和国际铁路联盟( UIC) 的要求下进 行了190 项研究工作, 发表了 1 000多份报告。 到198512铁道车辆 第 37
14、 卷第 7 期 1999 年 7 月年底已完成了 146 项研究项目, 其中就包括 B64 研究 委员会对合成闸瓦进行的多方面专题研究。 自 1965 年6 月1972年 10 月先后发表了 10 份研究报告。报告中多次提到闸瓦金属镶嵌的问题。B64 研究委员会曾在法国国营铁路的制动试验台 上进行了湿度对制动的影响, 并模拟长大坡道的抱闸试验。在试验的 20 种不同型式的闸瓦中, 有几种牌号的闸瓦呈现出明显的金属镶嵌趋势。2 国内概况我国于 1958 年开始研制高摩合成闸瓦, 曾先后研 制出 6148 号和 45 号高摩合成闸瓦投入运用。虽然在当时取得了许多优于铸铁闸瓦的效果, 但也存在不少问
15、题, 其中就有闸瓦表面形成金属镶嵌。 加之生产厂家 产品质量不能保证, 致使高摩合成闸瓦于 1970 年停止了使用。 直到1979 年才再次进行高摩合成闸瓦的研制工作。于 80 年代初又先后研制出 407G 高摩含石棉合成闸瓦和国内首创 T K81 型无铅无石棉高摩合成闸 瓦, 并通过了铁道部技术鉴定, 用于油龙罐车、 机械冷藏车和新造货车上。通过几年的运用情况及现车考察, 上述 2 种闸瓦 除了具备满足制动要求和行车安全、 耐磨性能好及一般合成闸瓦的优点外, 仍还存在着金属镶嵌问题。近几年还先后研制出 T K82 型地铁用和 T KJ型 ND5型机车用无铅无石棉高摩合成闸瓦, 经有关部门鉴定
16、投入运用。这 2 种型号的无石棉高摩合成闸瓦在防止和避免因金属镶嵌对车轮产生异状磨耗方面取得了较好效果。 2. 1 407G 含石棉高摩合成闸瓦407G 高摩合成闸瓦主要运用于东北和南昌铁路局的油龙罐车及敞车上以及大同秦皇岛的新造车 上。经跟踪调研发现:( 1) 该闸瓦在东北让湖路开往大连港的油龙罐车上装用。 由于运行地段多为平直线路, 沿途制动次数较 少。 从现场观察情况看, 全列 46 辆车, 除了有 9 辆车的12 个车轮踏面有不同程度的擦伤和剥离外, 其余基本状态良好。 从车轮踏面表面观看, 没有发现明显的环状磨耗。所以估计即使有金属镶嵌也是极轻微的。 ( 2) 南昌局永安车辆段曾于 1982 年 8 月在 10 辆C62型敞车上改装了 407G 高摩合成闸瓦, 在福定三明站区间运行, 全程 187. 3 km, 线路条件复杂, 弯道多, 曲线半径小, 最大坡度 22( 长 16 km) 。据了解, 由于该列车组没能按计划在固定区段内运行, 在运行1 个月之后就被迫拆散。当时只找回 2 辆装用高摩合成闸瓦
