引言

粉末冶金闸片作为高铁动车组制动的关键部件，其性能的好坏直接决定了动车组运营是否能安全可靠。轴重为17吨的CRH5型系列动车组在250km/h紧急制动时，闸片要承受巨大的压力、剪切力和热冲击，需要综合优化材料力学性能、摩擦磨损性能、耐热冲击性能和与制动盘匹配性能。^[1]

常州中车铁马科技实业有限公司对闸片的材料、结构、工艺进行了设计和优化，研制出了粉末冶金闸片，产品可以满足CRH5型动车组的使用要求。

1  主要技术参数

CRH5型动车组用粉末冶金闸片相关技术条件参数如表1所示。

表1  CRH5型动车组用粉末冶金闸片主要技术参数

2  技术方案

2.1  材料设计

粉末冶金闸片的摩擦材料是一种含有金属和非金属的假合金，其主要成分一般可以分为三大类，分别为基体组元、润滑组元和摩擦组元。其中，基体组元是粉末冶金闸片最重要的部分，它为闸片摩擦材料提供了骨架，使得摩擦材料可以成为连续且牢固的整体^[3]。

结合CRH5型动车组的制动工况，通过理论计算和经验设计出闸片摩擦材料的配方。制备得到的闸片样品，进行例行试验和摩擦磨损性能试验的验证。根据试验结果，再对闸片材料配方进行调整、试制和验证，重复这几个步骤并最终确定材料配方。

2.2  结构设计

CRH5型动车组用粉末冶金闸片主要由摩擦块、闸片支撑板和铆钉等部件组成，其中闸片外观和尺寸符合TJ/CL 307《动车组闸片暂行技术条件》的要求。

闸片的接口尺寸为燕尾通用型。同时，闸片为分体结构，由左、右两个半片组成，防止其在现车运用过程中受到频繁高低温产生交变应力作用而可能发生变形导致拆卸困难的情况。

闸片摩擦块之间的间隙增大，能有效提高闸片使用过程中的排屑能力，将制动过程中产生的磨屑和外来硬质颗粒等可以顺利排出，防止由于淬火效应^[4]等因素使得制动盘上的材料逐步发生转移，从而导致异常划伤等非正常磨耗。

2.3  工艺设计

为了满足CRH5型动车组用粉末冶金闸片的各项性能要求，需要对闸片生产工艺过程进行设计。

闸片的生产工艺流程如图1所示，闸片摩擦块采用粉末冶金工艺制备而成，再将摩擦块与其他金属零部件进行组装，使得成品闸片具有稳定的性能。

图1 CRH5型动车组用粉末冶金闸片工艺流程图

3  试验结果

3.1  例行试验

按照GB/T 10421—2002^[5]、GB/T 231—2009^[6] 、GB/T 5121—2008^[7] 、GB/T 223.43—2008^[8]和TJ/CL 307标准的相关要求进行闸片的例行试验检测，主要包括密度、硬度、摩擦体化学成分、摩擦体剪切强度和粘接面剪切强度等。闸片的例行试验检测结果如表2所示。

表2  闸片的例行试验检测结果

从表2中可以看出：闸片的例行试验检验合格，均符合TJ/CL 307《动车组闸片暂行技术条件》的相关要求。

3.2  摩擦磨耗性能试验

根据TJ/CL 307《动车组闸片暂行技术条件》的相关要求进行闸片的摩擦磨耗性能试验。试验大纲主要包括磨合试验、干燥工况制动试验、潮湿工况制动试验、持续制动试验、和静摩擦试验。

试验结果表明：CRH5型动车组闸片的摩擦系数和磨耗量等性能均满足TJ/CL 307《动车组闸片暂行技术条件》的要求。试验后的制动盘和闸片表面状态良好，无明显异常。

4  结论

（1）闸片的例行试验结果表明：闸片的密度、硬度、剪切强度等各项性能完全符合技术条件的相关要求。

（2）闸片的摩擦磨耗性能试验结果表明：闸片的摩擦系数、磨耗量等性能符合技术条件的要求。试验后的闸片和制动盘表面状态良好，未发现异常，可以满足CRH5型动车组的使用要求。

[参考文献]

[1] 曲选辉，章林，等.时速350km高速列车用铜基闸片材料的摩擦性能[J].工程科学学报，2023，45（3）：389-399.

[2] 动车组闸片暂行技术条件：TJ/CL 307 [S].

[3] 潘祺睿，杜利清，等.时速200 km/h八轴电力机车粉末冶金闸片的研制[J].机电信息，2017，528（30）：48-51.

[4] 李继山.高寒动车组制动盘异常磨耗原因分析[J].铁道机车车辆，2016，36（2）：20-23.

[5] 烧结金属摩擦材料密度的测定：GB/T 10421—2002[S].

[6] 金属材料布氏硬度试验：GB/T 231—2009[S].

[7] 铜及铜合金化学分析方法：GB/T 5121—2008[S].

[8] 钢铁及合金 钨含量的测定 重量法和分光光度法：GB/T 223.43—2008[S].

    收稿日期：2024-10-28

作者简介：潘祺睿（1987—），男，江苏常州人，高级工程师，工学硕士，主要从事粉末冶金闸片研究工作。