摘要：我国高速动车组已经发展超过十年，其中盘形制动系统中有铸铁制动盘、铸钢制动盘、锻钢制动盘以及即将要运用的碳陶制动盘等复合材料制动盘，制动盘运用主要取决于制动能量的大小，简单的说，与动车组制动速度和载荷情况密切相关，需要严格计算校核选型，使得每种制动盘都能发挥其应有的作用。随着更高速度的动车组研制，各种新材料制动盘也将登上历史舞台，为高速动车组的发展提供技术支撑。
关键词：高速动车组；制动盘；现状；发展趋势
盘形基础制动系统主要运用于时速100公里及以上轨道车辆用基础制动系统中，由于此类车型制动能量较大，原有的踏面制动已经无法满足车辆制动能力要求。而随着制动车速的不断提升，制动盘结构方面也从轴装非通风式向通风式结构发展，同时也由早期的轴装结构发展到现在轴装结构和轮装结构共存的状态;制动盘材料方面已经由最早的灰铸铁材料、低合金铸铁材料、蠕墨铸铁、合金铸铁、合金钢材料等发展。当前，在城轨车辆和时速低于160km/h的铁路客车中制动盘运用一般为通风式灰铸铁或者蠕墨铸铁材料;而在时速160km/h以上速度级动车组中普遍采用合金钢制动盘，而处于科技前沿的时速400公里以上速度等级的动车组制动盘将使用制动能量承受能力更为强大的新材料制动盘。
1动车组制动盘配置现状
1.1引进动车组配置情况
我国动车组引进国外成熟动车组车型，主要包括CRH1、CRH2、CRH3、CRH5等动车组车型。
CRH1为四方庞巴迪引进车型，该车初期运营速度为200km/h，该车型制动盘采用铸铁制动盘，动车每轴采用2套轮装制动盘，拖车每轴采用3个轴装制动盘，在改进型CRH1-250动车组上，制动盘均换成铸钢材料，其轮盘采用中心孔连接方式，轴盘为整体铸造通风结构结构。
CRH2为四方股份引进的日本的动车组车型，其运营最高速度可达300km/h以上，其制动盘配置为动车每轴采用2套轮装制动盘，拖车每轴采用2套轮装和2套轴装制动盘，制动盘材料均为锻钢，而且其轴装制动盘采用了分体式的结构，此种结构主要便于更换，其制动盘连接结构采用制动盘内侧连接爪连接，这是与其它车型最大的不同。
CRH3为中车唐山公司引进的德国西门子的动车组，其运营速度可达300km/h以上，其制动盘的配置为动车每轴2套轮装制动盘，拖车每轴采用3个轴装制动盘，制动盘材质均为铸钢，制动盘结构和CRH1相同。
CRH5为长客股份引进法国阿尔斯通的动车组，其运营速度可达250km/h，其制动盘的配置较为特殊，整车没有轮装制动盘，设置了动轴和拖轴，动轴每轴2套轴装制动盘，拖轴每轴3套轴装制动盘，其材质和结构与CRH3型车轴装制动盘相同。
1.2自主研发动车组配置情况
在引进国外动车组运用后，我国开始对动车组设计制造技术开始自主研发，根据中国运用需求和广袤的地域环境等实际情况，逐步研制出了CRH380A、CRH380B等时速350公里速度等级动车组，研制出了CRH2G、CRH5G、CRH380BG等高寒防风沙动车组系列。其中，四方股份生产的CRH380A、CRH2G等系列动车组采用的制动盘配置为动车每轴采用2套轮装制动盘，拖车每轴采用2套轮装和2套轴装制动盘，材料均为铸钢;长客股份生产的CRH5G、CRH380BG系列动车组制动盘配置与原有CRH5、CRH380B动车组相同。
2制动盘材料的现状及发展趋势
2.1铸铁材料
在低速列车制动系统中，一般采用铸铁材料，而速度等级的不同，铸铁材料的成分也有区别。目前使用的铸铁制动盘材料主要有普通铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、低合金铸铁等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铸铁制动盘具有摩擦性好、耐磨、耐热、抗热裂纹-抗变形及可铸性好等优点，但其强度低，一般能承受350℃以下的制动能力。为了提升铸铁材料制动盘的性能，逐步开发了球墨铸铁、蠕墨铸铁、低合金铸铁等较好的铸铁材料，使得制动初速可以提升至时速160公里级以上动车组的制动能量，但在时速200公里初速制动就明显超出铸铁材料的使用温度。蠕墨铸铁制动盘在时速160公里以及时速200公里初速下连续两次紧急制动工况的热容量仿真对比。从温度曲线中可以看出，铸铁材料能适用时速160公里速度级的列车，当速度达到时速200公里级以上则不适用。
2.2合金钢材料
在时速200公里以上动车组制动系统中，铸铁材料已经无法满足制动要求，因此开发了热承受能力更强，机械性能更高，疲劳性能更好的合金钢材料制动盘，目前运用主要有锻钢材料和铸钢材料，而这两种材料仅是成型工艺不同，从而对制动盘本身缺陷控制能力高低的影响，从热承受能力来说两者无太大差异。合金钢材料制动盘相比铸铁材料主要特点:有较高的温度稳定性和较少的热裂纹趋势;对潮湿环境的敏感性较低;在高制动压力时，闸片磨耗较少;在高温时具有较均匀的摩擦系数。因此，合金钢材料如今已经大批量使用在高速动车组中。
2.3铝合金材料
随着高速动车组速度不断提升，动车组自身的重量将对动车组继续提速产生障碍，因此，研究动车组轻量化设计将成为目前高速动车组设计的一大原则，而制动盘属于簧下质量，其质量的减轻更有助于车体的减重。许多科研单位已经开始着手铝合金制动盘的研究，只因铝合金材料的密度仅为铸钢材料的1/3，对减轻整车重量具有关键性的作用。
陶瓷颗粒增强铝合金基复合材料是以SiC或A12O3等陶瓷颗粒为增强体、铝合金为基体的新型材料。由于该材料既具有其陶瓷颗粒组份的高耐磨性、高硬度(强度)及低膨胀系数的特点，又具有其基体组份铝合金的良好热传导性和低密度的特点，因而在制动盘方面的应用得到了世界各国的广泛关注和研究，被认为是高速列车制动盘钢铁材料的理想替代材料。
铝合金材料虽好，但到目前仍未批量运用，主要原因有二，一是陶瓷颗粒增强铝合金基复合材料的塑性较低，制动盘在承受交变热负荷时，在铝合金基复合材料中一旦出现裂纹萌生，就很容易扩展，结果导致突发事故;二是与其对磨的有机摩擦材料磨耗较大，配副闸片的更换频繁，因而必须采用与之相配套的摩擦材料制作闸片。
2.4碳陶材料
合金钢材料和铝合金制动盘一般可以运用于时速400公里及以下动车组基础制动系统中，在时速400公里以上时，制动能量热负荷将达到800℃以上，钢系材料也无法满足如此高速的制动能量，因此需要开发一种既能减轻重量又能承受1000℃以上的制动盘材料。C/C复合材料的卓越高温摩阻性能使其具有其它摩擦制动材料无以比拟的优势，因而是超高速列车的首选摩擦制动材料。制动盘在时速400公里初速连续两次紧急制动工况下的热容量分析结果，明显可以看出，其热容量已经超过合金钢制动盘材料的使用极限，而对于碳陶材料制动盘则由于其强度高而仍能承受。
C/C复合材料作为列车制动摩擦材料存在的问题主要表现在以下三个方面:一是成本较高;二是摩擦系数随制动初速度增加变化较大;三是密度较低的C/C复合材料中存在的气孔在潮湿环境下吸湿而会引起制动过程中摩擦系数大大下降，从而影响列车行车安全，这需要从提高C/C复合材料的致密度;进行完整的表面处理和适当的结构调整等方面加以改进。
结论
综上所述，我们了解了高速动车在制动过程中出现的一些问题，我国目前动车制动系统主要使用的技术手段。为了更好地提升动车的安全与质量，我们应对动车制动系统中出现各种问题加以归纳，分析问题的产生，在模拟实验动车组内加快新兴技术的应用，解决现阶段存在的问题，让新兴技术可以更安全地应用于高速动车的制动系统中，提高我国动车的制动安全与效率。
参考文献：
[1]曲选辉，章林，等.现代轨道交通刹车材料的发展与运用[J].材料科学与工艺，2017(2):1-9.
[2]钱坤才，张棣.200km/h高速客车蠕铁制动盘及合成闸片的研究[J].现代铸铁，2017(1):54-58.
论文作者:田枫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/27
标签：车组论文; 材料论文; 铸铁论文; 时速论文; 合金钢论文; 速度论文; 铝合金论文; 《基层建设》2018年第34期论文;