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第四节 铁路用合成闸瓦

浏览次数: 日期:2017-06-07

铁路用合成闸瓦

    铁路用合成闸瓦是摩擦材料的一个品种。因其专用于铁路车辆并区别于铁路车辆以前使用的铸铁闸瓦,故又称为铁路用合成闸瓦,简称合成闸瓦。

    合成闸瓦的分类:

    1 根椐火车类别可分为货车合成闸瓦、客车合成闸瓦和机车(蒸汽机车和内燃机车)合成闸瓦。

    2 根椐摩擦系数分为低摩擦系数(低摩)合成闸瓦,又称低摩闸瓦和高摩擦系数合成闸瓦(高摩闸瓦)两类。

    3 根椐制动方式分为:

    ① 鼓式合成闸瓦,系采用轮踏面摩擦制动。

    ② 盘式铁合成闸瓦,系采用制动盘制动。

    4 按纤维增强组份的材质分为石棉型合成闸瓦和非石棉(无石棉)型合成闸瓦。

    合成闸瓦,它是以玻璃纤维、化学纤维或石棉纤维等纤维材料为增强材料、以酚醛树脂或改性的酚醛树脂为粘合材料、并混有其它功能性填料,经混合后再与钢背热压而成,具有良好摩擦性能与致密结构的一种摩擦材料。

    与过去传统使用的铸铁闸瓦相比,合成闸瓦具有重量轻、耐磨、摩擦系数稳定、在制动过程中不产生火花等特点,在车速不断提高与载重不断增加情况下,对保证铁路行车安全有非常重要作用。

    目前合成闸瓦在矿山铁路运输中也在不断的发展,全国大型矿山铁路运输采用铁路用合成闸瓦的越来越多。

    合成闸瓦,目前国内主要采用的生产工艺有两种方法:即干法生产与湿法生产工艺。它与汽车用摩擦材料的两种生产工艺方法及采用的设备基本相同。

    干法生产合成闸瓦的工艺方法,具有明显的特点,就是生产工艺与产品质量稳定、强度高、成本低。

    合成闸瓦的主要性能要求参阅本书附录。

  合成闸瓦摩擦体与钢背的粘结强度不得小于0.6 MPa ,并必须满足:

    ①闸瓦摩擦体和钢背间不得产生裂纹。

    ②闸瓦摩擦体不得出现材质疏松和损坏现象。

    ③瓦鼻及其结构不得出现异常现象。

    一、铁路用合成闸瓦(轮踏面制动用)

    合成闸瓦(轮踏面制动用)的标准执行中华人民共和国铁道行业TB/T2404-99。请参阅本书附录。

    ( 一)干法工艺流程:                                 

   (二)工艺简述

    树脂粉碎:

    生产合成闸瓦使用的树脂,一般采用橡胶辊炼改性的酚醛树脂,所以树脂还要经粉碎后达到100#以上才能使用。粉碎系用粉碎机粉碎,粉碎机是为锤板冲击式粉碎机,它主要是通过高速旋转的锤板冲击,将辊炼的改性酚醛树脂打碎后被风吹至收集葙中收集起来。具体方法是开车前检查粉碎机及附属设备,正常后将混炼好的酚醛树脂块投入粉碎机中进行粉碎。投入混炼树脂块时,应均匀缓慢。粉碎树脂的细度应达到工艺要求。 无外来杂质及树脂颗粒,树脂细度应控制在100目以上。

    混料是将按配方要求的各种原材料经混料机混合在一起。混料机根椐其转数分为常用与高速两种。为了提高生产效率,一般采用高速混料机进行混料。高速混料的主要构造是由外皮、搅拌翅组成。它的工作原理是,各种材料经过高速旋转的搅拌翅的搅动与拌合作用,使其相互渗合,达到混均匀的目的。它的具体操作是,开车前检查设备及附属设备正常后,将已准确称好的各种材料,投入高速混料机中混合,经混合后的物料,应均匀、松散。不能有明显未混好的料团等。

     冷压成型是将混好的物料,在压机上于常温下压制成型,故称为冷压。冷压与热压设备相同,只是压制温度有所区别,使用模具也不相同,冷压模具的模腔体积较大。冷压时主要对冷压压型投料应控制严格一些,否则会造成损失。冷压时按闸瓦规格准确计量与称料,并应按规定控制公差。

     闸瓦投料量计算:

                 型坯投料量=闸瓦内弧长×瓦宽×瓦体厚×比重

              注:①式中长、宽、厚单位均为cm

                ②闸瓦比重为2.05g/cm3

把已称好的混合料投到模腔内,均匀铺料。为了提高铁路用合成闸瓦的钢背与摩擦物料间的抗剪强度,在它们之间使用粘结性能好的一层特制粘结材料(也可以采取钢背上刷涂粘结胶),铺匀后进行压制。压制时合模要慢,防止啃模。压好的 冷型要边角整齐,薄厚均匀,并无发泡现象。

    热压成型是指在150℃左右的温度下进行压制,所以称为热压。热压的模具要求比较严格,通过热压使所用的原料产生了化学变化,成为一种结构至密具有良好摩擦性能的一类材料。热压工艺主要参数控制:

     (1)热压时间:40分钟

  (2)热压温度:压制温度155±5℃

  (3)单位面积压力:18-20MPa

  热压前应认真检查压机与管路、模具、电器控制仪表正常后,在模腔内均匀涂擦硬脂酸锌、肥皂液等脱模剂,放入完好无损的闸瓦型坯,若有破损应在破损处补放同种同量的受压材料,在其上面再放入经检验合格的闸瓦钢背,然后合模加热、加压放气,直至无气体为止,约放汽3-7分钟。然后按工艺要求,控制压强与温度,保持压制时间。待到达规定的压制时间后,可泄压,取出产品。经验证明,闸瓦中含较多的石墨,所以其热压时间可以减少一些,压制时间过长,是生产效率上的浪费,相反压制时间过短,则产品质量由于树脂硬化的不好,产品质量会受严重影响,压强如过大,则会使物料压出,产品厚度与质量有影响,压强过低则结构不好,也会影响质量。 出模的产品应去掉压制出现的毛刺和飞边。

    热处理是为了使铁路用合成闸瓦的粘结材料能够彻底固化,以能有稳定的摩擦性能与热稳定性。热处理是在热处理专用的热烘葙中进行,热烘葙是由自动控制的加热系统与葙体组成,其容积较大,并可摆放多层,同时在热理过程中,葙内的气体循环以使葙内温度均匀。其使用的热处理设备与汽车用摩擦材料进行热处理设备相同。热处理时

将热压后的铁路用合成闸瓦,装入热处理周转箱,再将其装入葙中进行热处理。 热处理的条件,按下表控制:

100

120

140

145

时间小时

2

2

3

4

(三) 合成闸瓦钢背:

    铁路用合成闸瓦使用的钢背,是按铁道部有关标准生产的。它是用厚度  4.0mm钢板,经剪板、冲压、装瓦鼻、正型、除锈等工序处理而成。 生产前要认真检查机械设备、冲压模具、电器控制装置等。

    生产铁路用合成闸瓦的钢背,其钢背是用钢板在普通剪板机进行剪板下料。钢背背板还要冲数个梅花孔以做加强粘结强度用目前铁路用合成闸瓦与矿山铁路用合成闸瓦钢背的区别,铁路用合成闸瓦钢背背板与瓦鼻为同体结构,而矿山铁路用合成闸瓦的钢背背板与瓦鼻系经铆合而成。

  (1) 冲瓦背、瓦鼻:

  在普通的冲床上把钢背平板坯料,在冲模上冲成代有鼻孔型坯。

  (2) 压制梅花孔:

  将钢背冲制成数个梅花孔、梅花孔高度不得大于13mm。

  (3) 焊接:

  焊接是将固强板与瓦背焊接一起,要求一定要焊接牢固,不能有虚焊现象。

  (4) 喷砂:

  喷砂的目的是为了增强钢背与摩擦材料料的粘接性能,喷砂前的钢背必须要经除锈。现生产中采用除油的方法有化学方法与火烧两种,然后再进行喷砂。喷砂在喷砂机上时行,将钢背放入喷砂机内进行喷砂,喷砂时间约10分钟。若喷砂的表面效果不好达不到要求时应及时加入新砂。

   (5)钢背整体整形与压标:

  钢背整体整形是为了使闸瓦钢背的形状达到标准的要求,压标是将制造厂标志压在钢背上成为永久性标志。钢背整体整形与压标,是在压机上通过整形模具于一定压力下压制而成。

  (6)浸树脂:

  钢背浸树脂粘结剂是为了增加摩擦材料与钢背间的点力,同时也有防锈作用。但也有采用固体粘结材料,而钢背则不必浸树脂。

  (7)喷漆

  生产合格后的合成闸瓦的钢背表面要做防锈处理。就是用防锈漆将合成闸瓦金属瓦背喷涂均匀。

  合成闸瓦摩擦体不应有起泡、翅曲、分层、疏松、飞边、毛刺及明显的裂纹等缺陷。钢背与闸瓦摩擦体之间不应有缝隙。闸瓦摩擦体材料应牢固地充满钢背及钢背孔隙,从钢背外侧不应有可看到流动性不好或其他原因而未充满钢背孔的摩擦材料。闸瓦应做防锈处理。

    二、铁路客车合成闸片

    铁路客车合成闸片,简称闸片。是铁路盘形制动装置上的制动闸片。它是在适应铁路全面的提速形式下发展起来并适用于铁路客车制动、减速用的新型制动材料。

    (一)闸片性能

    铁路客车合成闸片,要有良好的足够稳定的摩擦系数,而较好的耐磨性,在高速制动时不能有擦伤现象。

    闸片的性能要求,目前执行由铁道部车辆局发布的一个技术条件“盘形制动装置技

术条件(试行)”,其主要要求:

    1,外观要求闸片摩擦表面应光滑平整,不得有任何缺陷。闸片与钢背应紧密粘合,允许钢背边缘有厚度不大于0.2mm、深度不大于0.5mm的非粘合区。闸片暂按铁道部所属厂图纸PCK275100的安装尺寸及闸片厚度生产。闸片材质为半金属基无石棉、无铅合成材料。

     2,每批闸片做机械物理性能测试时应满足下列要求:

3,闸片不允许掉块,闸片对制动盘摩擦面不允许产生异状磨耗。闸片与制动盘摩擦时,在任何情况下不允放有明显的火星出现。应适用于环境温度±40℃工作。

    4,闸片磨耗量不得超过0.5g/MJ

    5,摩擦性能要求:

    瞬时摩擦系数变化范围

    在常温干燥状态,一次停车制动、紧急制动时的闸片压力条件下,闸片瞬时摩擦系数变化范围应符合下列要求

    瞬时摩擦系数变化范围

 V(km/h)  0     30      60        90       120        140     160

            +0.07    +0.05      +0.04     +0.03       +0.03     +0.03     +0.03

紧急μ 0.43     0.40       0.36       0.34      0.33       0.32      0.30    

           - 0.07     -0.05      -0.05      -0.04      -0.04      -0.04     -0.04

 

            +0.11    +0.09     +0.08      +0.06      +0.06      +0.08    +0.06

常用μ   0.43   0.40      0.36       0.34     0.33       0.32      0.30

            -0.07     -0.05     -0.05      -0.04      -0.04     -0.04    -0.04

     在常温干燥状态,一次停车制动、常用制动时的闸片压力条件下,闸片瞬时摩擦系数的上限值可比上述规定的上限值高10%,但下限值不得低于上述规定的下限值。

    在潮湿状态, 一次停车制动、常用制动时的闸片压力条件下,闸片瞬时摩擦系数在各种制动初速度下均不得低于0.25。

    在常温干燥状态,一次停车制动、紧急制动时的闸片压力条件下,闸片平均摩擦系数与制动初速度的关系应满足下列要求:

    V初速Km/h       120    140         160

         ф     0.34±0.04  0.33±0.030.32±0.03

    静摩擦系数不得小于0.33。

    ( 二)工艺简述

    铁路用合成闸片,采用干法与湿法两种工艺生产。干法工艺与铁路货车用低摩擦系数合成闸瓦相同。这里介绍湿法生产工艺方法。

    在湿法生产工艺中,铁路用合成闸片按照配方所规定的短纤维增强材料。使用液态树脂(或液态橡胶),在混料机中进行混合,经加热干燥后,制成压塑料。

    1,混料设备为“Z”形双浆捏合机。短纤维增强材料、粘结材料和粉状填料在捏合机中被混合均匀,制得的混合料为大小不等的湿态粒状或块状料。

   2,为便于湿混合料的干燥,要将湿态的块(粒)料通过辊压机辊压成薄片状,片厚控制在1.52毫米左右。或将湿料在混料机中直接制成粒度较小的混合料。

   3,将薄片状或粒状湿混合料中的挥发物(水份和树脂中的游离酚、醛;橡胶浆中的溶剂汽油)除掉。干燥设备为带热风循环装置的烘干炉,加热温度以60100℃为宜,干燥时间为25小时不等。

    干燥后的物料中的挥发份含量控制在3%以下,干燥后的物料颗粒内外的干湿程度应均匀一至。以保证压塑料的工艺性能满足热压工序要求。

   4,若压塑料的粒度和均匀度不均匀,对热压工艺操作的影响较大,所以颗粒度大,均匀度差的压塑料,用锤击式破碎机破碎或其它方法制成5*5毫米小块压塑料。

    这种工艺路线的缺点:

    ①需压塑料加热干燥的生产设备,增多了生产工序,增加了工作量,工作时间和能量消耗,也就是加大了生产成本。

    ②生产中使用水溶性热固酚醛树脂是有不稳定性,贮存过程中会进一步缩聚逐步老化。而含脂量难以准确掌握影响配方正确。

    ③压塑料为片块状或团块状,干燥均匀度控制较难。影响压制品的外观质量。

    ④增强纤维在湿态混合过程中呈卷曲状,不能充分舒展开,降低了其增强作用。抗冲击强度性能要小于干法工艺摩擦材料制品。

    与干法工艺生产相比,生产工艺生产过程中粉尘较小。

    5,热压成型的温度高于干法工艺生产的压制温度,一般应在165±5℃左右的温度下进行压制。因为塑压料不需冷压。热压的模具体积要求大些。

     热压工艺主要参数控制:

    (1)热压时间:30-40分钟

  (2)热压温度:压制温度165±5℃

  (3)单位面积压力:12-15MPa

  热压前应认真检查压机与管路、模具、电器控制仪表正常后,在模腔内均匀涂擦硬脂酸锌、肥皂液等脱模剂,放入塑压料,再放上经检验合格的闸片钢背,然后合模加热、加压放气,直至无气体为止,(约5-10分钟)。然后按工艺要求,控制压强与温度,保持压制时间。达到规定压制时间,取出产品。 并应去掉压制产品出现的毛刺和飞边。

 

    6,热处理使铁路用合成闸片中的粘结材料彻底固化,提高摩擦性能稳定性。热处理是在热处理专用的自动控制电烘箱中进行,在电烘葙中正齐摆放多层。在热理过程中,应使箱内的气体不断循环,保持箱内温度均匀。热处理设备与汽车用摩擦材料热处理设备相同。热处理时将热压后的铁路用合成闸片,装入热处理周转箱,再将其装入箱中进行热处理。 热处理的条件,按下表控制: 

 

100

120

140

145

170

时间小时

1

1

2

3

4

(三) 合成闸瓦钢背:

    铁路用合成闸片使用的钢背,是按铁道部有关标准生产的。它是用厚度1.0-1.2mm钢板,经剪板、冲压而制成。

    生产铁路用合成闸片的钢背,相比铁路用合成闸瓦的钢背,结构简单。所用钢板在普通剪板机进行剪板下料。再将冲制数个长方孔的同时压制成钢背,以加强粘结强度但它不像铁路用合成闸瓦只一种钢背,而闸片要分为左、右对称两种形状。

  为增强结构强度钢背也要经喷砂处理。喷砂前的钢背必须要经除锈、除油后再进行喷砂。喷砂在喷砂机上时行,将钢背放入喷砂机内进行。为防止喷砂后钢背变形,所以

钢背还要进行整形处理。使闸瓦钢背的形状达到标准要求,钢背整型与压标(制造厂永久标志)同时在压机上通过整型模具,在一定压力下达到标准要求。

  整型后的钢背应进行防锈处理。以防止生锈。并在钢背内表面均匀薄涂专用粘结剂。热压前应干燥,使粘结剂中溶剂全部挥发至不粘手,最好放置24小时以后再用。

  制好闸片应通过平面磨床,磨制成标准规定尺寸。并检查闸片不应有起泡、分层、疏松、毛刺及明显裂纹等缺陷。闸片摩擦体材料应充满钢背背孔,不应有可看到的因流动性不好或其他原因出现的塑压料未充满钢背孔的现象。

 

    三 蒸汽机车低摩擦系数合成闸瓦

    蒸汽机车低摩擦系数合成闸瓦,简称蒸汽机车闸瓦,主要用于蒸汽机车的制动、减速用。

    蒸汽机车使用的闸瓦分动轮闸瓦与煤水车闸瓦两种,因煤水车闸瓦与铁路合成闸瓦相同,所以通常所说的蒸汽机车闸瓦,就是指蒸汽机车使用的动轮闸瓦。这是一种带有轮缘特殊形状的闸瓦。

    它是由橡胶改性酚醛树脂为粘结剂、耐高温纤维为增强材料、石墨为固体润滑剂、金属粉未为摩擦性能调节剂及其它粉状填料经混合、压制等操作而成。

    (一)蒸汽机车闸瓦性能

    蒸汽机车闸瓦的性能要求是应具有良好的足够稳定的摩擦系数,较好的耐磨性,在高速制动过程中不能有擦伤现象。同时还应有较好的物理机械强度。

    具体要求参阅本书附录TB 2071-89标准。

     1,蒸汽机车闸瓦性能机械物理性能应满足下列要求:

2,蒸汽机车闸瓦摩擦体不应有起泡、裂纹、翅曲、分层及断裂等恶性破坏。钢背与闸瓦摩擦体之间不应有缝隙。闸瓦摩擦体材料应牢固地充满钢背梅花孔。

    3,蒸汽机车闸瓦在制动中不允许产生恶性噪声。

    4,闸瓦对车轮踏面影响应符合对车轮踏面热影响要小,严禁由于合成闸瓦造成车轮踏面龟裂、刻度裂纹、园周性毛细裂纹及严重的剥离现象。

   (二)工艺简述

    蒸汽机车闸瓦采用干法与湿法两种工艺生产。采用干法工艺与生产铁路货车用低摩擦系数合成闸瓦相同。采用湿法生产工艺方法又与生产铁路用合成闸片相同。

    (三) 合成闸瓦钢背:

    铁路用合成闸片使用的钢背,是按铁道部TB 2071-89标准生产。它是用厚度4.0mm钢板,经剪板、冲压、整型、除锈等工序制成。

 

    生产蒸汽机车闸瓦的钢背结构虽然比较复杂,但有相应的模具,也就比较简单了,实际上它与合成闸瓦的钢背生产过程基本相似。

 

性 能

单 位

指 标

密  度

吸 水 率

吸 油 率

布氏硬度

冲击强度

压缩强度

压缩模量

丙酮萃取

烧失

滑动摩擦系数

g/cm3

MPa

KJ/m2

MPa

MPa

 

2.0-2.2

≤1.5%

≤1.0%

100-150

 1.5-1.9

 25-29

 ≤1.2×103

≤0.3

≤50

0.19-0.25

   四  内燃机车低摩擦系数合成闸瓦

     内燃机车低摩擦系数合成闸瓦,简称内燃机车闸瓦,主要用于内燃机车的制动、减速用。

    内燃机车低摩擦系数合成闸瓦分有轮缘闸瓦与无轮缘闸瓦两种。

    它是由橡胶改性酚醛树脂为粘结剂、耐高温纤维为增强材料、石墨为固体润滑剂、金属粉未为摩擦性能调节剂及其它粉状填料经混合、压制等操作而成。

    (一)内燃机车闸瓦性能

    内燃机车闸瓦的性能要求是应具有良好的足够稳定的摩擦系数,较好的耐磨性,在高速制动过程中不能有擦伤现象。同时还应有较好的物理机械强度。

    具体要求参阅本书附录TB/T 2546-1995标准。

     1,内燃机车闸瓦性能机械物理性能应满足下列要求:

 

性 能

单 位

指 标

密  度

吸 水 率

吸 油 率

布氏硬度

冲击强度

压缩强度

压缩模量

丙酮萃取

烧失

滑动摩擦系数

磨耗宽度

g/cm3

MPa

KJ/m2

MPa

MPa

 

mm

2.05-2.25

≤1.4%

≤1.0%

≤ 180

≥ 1.6

 ≥27.5

 ≤1.5×103

≤ 0.3

≤50

≤ 0.3

≤ 4.0

 2,内燃机车闸瓦摩擦体不应有起泡、裂纹、翅曲、分层、疏松及有害杂质等缺陷。闸瓦摩擦体材料应牢固地充满钢背梅花孔。

    3,内燃机车闸瓦在制动中不允许产生火花与恶性噪声。

    4,严禁由于合成闸瓦造成车轮踏面龟裂、刻度裂纹、园周性毛细裂纹及严重的剥离现象。

   (二)工艺简述

    内燃机车闸瓦采用干法与湿法两种工艺生产。采用干法工艺与生产铁路货车用低摩擦系数合成闸瓦相同。采用湿法生产工艺方法又与生产铁路用合成闸片相同。

    (三) 合成闸瓦钢背:

    内燃机车闸瓦生产使用的钢背,按铁道部TB/T 2547-1995标准生产。用厚度4.0mm钢板,经剪板、冲压、整型、除锈等操作制成。

    生产内燃机车闸瓦的钢背其制法与用法和蒸汽机车闸瓦钢背的制法与用法相同。

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