简论合成闸瓦对车辆轮毂的影响

        合成闸瓦与铸铁闸瓦相比具有寿命长,摩擦系数较稳定(速度在30公里/小时以上时摩擦系数高摩合成闸瓦一般为0.27,铸铁闸瓦为0·15),没直金属粉末飞扬和火花喷射等优点。

        诚然,高摩合成闸瓦的价格为铸铁闸瓦的3~4倍,但使用寿命却是铸铁闸瓦的4-6倍。摩擦系数稳定也很重要。在“正常”的轮轨粘着条件下必须限制闸瓦压力避免车轮抱死。而对于铸铁闸瓦,低速性能限制了闸瓦压力,而在高速时由于摩擦系数降低,只有一部分有效制动力被利用(从粘着观点看来)。可是高摩合成闸瓦的摩擦系数是恒定的,这意味着在高速时能得到有效的制动,尽管在高速时粘着系数有所下降,但仍可得到较短的制动距离。铸铁闸瓦的摩擦系数并没有随速度变化而与粘着系数恰当地匹配,而高摩合成闸瓦却可以提供更有效的制动。反之,对铸铁闸瓦车轮容易在低速时被抱死,而用高摩合成闸瓦和盘形制动时则容易在高速时发生轮对抱死。

一、对粘着的影响

        确定各种闸瓦对粘着影响的试验由英国铁路利用两辆21咚矿石车和一辆试验车组成的列车进行。每辆矿石车只有一根制动轴,一辆矿石车装铸铁闸瓦,另一辆装高摩合成闸瓦。每根制动轴上都有增大闸瓦压力的装置,使闸瓦压力可一直增大到车轮发生滑行为止(由电子仪器检测)。这根制动轴一发生滑行立刻就被缓解,而另一根制动车轴仍在增加闸瓦压力,直到也发生滑行。用一台仪器测量被试轴上的垂直载荷和牵引力。在各种初速度下进行测试,并且总是成对地(铸铁闸瓦和高摩合成闸瓦)连续地尽可能快地进行试验,以便比较数据。

二、闸瓦金属镶嵌和踏面不均匀磨耗

        有时可观察到粘附在闸瓦摩擦面上的小块金属在制动时象车刀一样在踏面上造成深沟,并能导致轮箍很快磨耗及闸瓦损坏。虽然现在对这种现象还没有完善的解释,但是西德铁路通过系统的观察,已经确定气候的潮湿、金属镶嵌的发生与闸瓦压力低有关。

        很难用一种机制来解释所有的事实。例如,在有水时,轮轨间接触应力可能造成某种型式的损坏,导致小块金属从踏面上分离,而且这些小块金属可能聚集`在闸瓦里面。但在制动动力试验台上试验时,如果喷水过多,虽然轮轨不相接触,也能产生金属镶嵌。对这种情况,可以认为是由于局部的表面高温,使踏面上“热斑”的金属材料在摩擦中被剪切下来引起了金属镶嵌,但水在这里起的作用却难以评价。显然,软一些的闸瓦在这方面要好一些,这可能是由于它降低了轮箍温度(后面叙述),也可能是因为硬度和强度较低,使金属分子更难于保持在表面上。

三、对轮箍的热损害

        这种损害常常在原有热龟裂部位上重叠发展成贯通的横裂纹。通常相邻热裂纹之间的踏面一块一块地剥落下来,留下一个很粗糙的滚动表面。

        当热裂纹的尺寸接近由钢的特性和轮箍或车轮那一部分的抗拉应力所决定的临界尺寸时,就很危险,轮箍就会发生脆性崩裂。

        对一个有热裂纹的踏面进行检查发现,踏面上的一些小面积热斑曾经加热到温度超过80℃。而这些热斑很快地又被体积大的冷轮箍热传导所冷却,’并且形成了硬的变体组织—马氏体。至于这些裂纹是由于形成了脆性的马氏体而发生,还是因为有一个高的热疲劳应力机理在起作用,则有不同的看法。因为热斑突出在表面以上,并且在闸瓦每一次重新经过时再次被加热。不管其形成机理如何,当发生了裂纹,则必将缩短轮箍的整个使用寿命。

        用铸铁闸瓦和某些高摩合成闸瓦制动的轮箍都发生热裂纹,但在英国铁路上,早期采用.高摩合成闸瓦引起热裂纹比用铸铁闸瓦引起的严重得多。当时,认为这是由于高摩合成闸瓦的导热性低,致使制动热量都传给了轮箍所造成。事实上,导热性的差别对热斑的形成影响很小。