提速客车用合成材料闸片及其制动特性的研究

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1、山东大学博士学位论文摘要本论文针对我国客运列车提速的现状和发展要求，在查阅、分析大量国内外相关文献的基础上，以我国最高运行速度为160km／h的提速客车车辆盘形制动闸片用摩擦材料为研究对象，以铁道都《盘形制动装置技术条件(试行)》的技术规范为依据，以环保、少金属、高性能为目标，设计了可满足我国提速列车摩擦性能要求的混杂纤维增强改性酚醛基少金属摩擦材料。在D．MS定速式摩擦试验机和BT500／D．1．125C．A．M型1：l惯性力矩制动试验台上研究了与铸铁材料配副的摩擦材料各组分对制动性能的影响。按规范要求进行了全套制动台架试验，并与国内外同类摩擦材料进行了对比。分别与两种

2、不同材质的铸铁制动盘配副进行了台架制动试验，分析了制动盘材质对闸片制动性能的影响。根据停车制动过程中的瞬时数据，分析了摩擦表面温升的变化规律。采用热分析技术、扫描电镜和透射电镜、红外光谱等分析方法研究了高速制动后闸片的表面结构和材料的摩擦磨损机理。经与腰果壳油改性酚醛树脂综合比较，确定硼改性酚醛树脂具有较高的耐热性，以其为基体制造的摩擦材料具有较好的耐磨性和抗热衰退能力：通过对丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁苯吡橡胶与硼改性酚醛树脂共混改性为基体制成的摩擦材料的冲击性能和摩擦性能研究，表明羧基丁腈橡胶改性的硼改性酚醛树脂具有最佳的综合性能，适合作为制动摩擦材料基体树脂

3、。在对各种纤维的性能综合分析比较的基础上，综合平衡了摩擦材料用增强纤维对性能、成本、工艺性的要求，确定采用钢纤维、炭纤维、矿物纤维作为闸片材料的混杂增强纤维。研究了炭纤维、钢纤维、矿物纤维在定速摩擦试验和停车制动试验中对材料的摩擦性能的影响，试验发现，在所研究的配方体系中，炭纤维、钢纤维、矿物纤维对材料的摩擦性能的影响存在互补性，定速摩擦试验显示：炭纤维有降低低温摩擦系数和维持高温摩擦系数的作用，其用量主要受混料工艺条件的限制，矿物纤维可以提高低温摩擦性能，但使高温摩擦性能恶化，钢纤维对材料的摩擦性能有整体的提升作用，其用量宜在30％以下；停车制动试验显示：矿物纤维对不同

4、速度下的瞬时摩擦系数均有提高作用，但提高的幅度不同，导致摩擦材料速度敏感性提高，炭纤山东大学博士学位论文维对各速度下的摩擦系数均有降低作用，但可使摩擦材料的速度敏感性减小。试验发现，在所研究的配方体系中，低温下石墨的减摩效果优于二硫化铝，高温下的减摩效果不明显，与摩擦材料的性能要求相适应，因而是合适的减摩剂；硬度较低的A12Si05有明显的提高摩擦系数的效果，并可改善热衰退性和速度敏感性，对停车制动试验的瞬时摩擦系数的影响与检测标准中的相关要求比较一致，不同速度下的制动曲线比较密集，是比SiC和A1203更好的增摩荆。设计了A、B两个配方的摩擦材料，材料中不含石棉，不含铅

5、、锌金属及其化合物，符合国际上对环保的要求，在1：1惯性力矩制动试验台上进行了完整的台架试验，并与法国闸片／法国制动盘、德国闸片，国产制动盘、国产闸片／国产制动盘的制动特性进行了对比，结果表明，与国产H300低合金特种铸铁制动盘配副的A配方闸片，在160km／h以下的紧急制动瞬时摩擦系数和平均摩擦系数、常用制动瞬时摩擦系数、洒水条件下的瞬时摩擦系数、坡道制动的瞬时摩擦系数、静摩擦系数等方面的制动特性完全满足《盘形制动装置技术条件(试行)》的技术规范，优于原装法国Flertex成套制动摩擦副和国产在用闸片与H300铸铁制动盘组成的摩擦副，与德国Beeorit合成闸片／H30

6、0铸铁制动盘的制动特性相当。对于所研制的摩擦材料，与H300铸铁制动盘配副时，干燥状态下，随制动压力的减小瞬时摩擦系数升高，摩擦系数曲线的离散性减小。紧急制动和常用制动条件下，A配方闸片的平均摩擦系数和瞬时摩擦系数均随制动初速度的提高而减小，潮湿条件下的摩擦系数比干燥状态时降低不超过15％，坡道试验的摩擦系数随制动的进行逐渐减小直至稳定。B配方闸片的摩擦系数低于《盘形制动装置技术条件(试行)》中要求的下限，但具有良好的摩擦系数稳定性和抗湿滑性，其瞬时摩擦系数的速度敏感性小，经200km／h紧急制动试验，摩擦性能未出现衰退，潮湿条件下的摩擦系数高于干燥条件下的摩擦系数，坡道

7、试验的摩擦系数先降后升，最后达到与A配方闸片相同的水平。制动盘互换性试验显示：相同制动盘条件下，A配方闸片的磨耗量和制动盘表面温度均大于B配方闸片，但二者磨损量随制动初速度变化的规律相同。A配方闸片对制动盘材质比较敏感，与蠕墨铸铁制动盘配副的摩擦系数小于与灰铸铁制动盘配副的摩擦系数，其磨耗量和制动盘的表面温度也相应V山东大学博士学位论文较小。B配方闸片的摩擦系数和制动盘表面温度对制动盘的材质不敏感，而与蠕墨铸铁制动盘配副的磨损量小于与灰铸铁制动盘配副的磨损量。一次停车制动过程中瞬时温度随制动时间的变化可分为三个阶段，即：起始的