CN101591743A - 缓行器制动材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一种用于缓行器制动的材料，包括金属基体组分、减磨组分和增磨组分。通过这种材料，不但可以大大降低缓行器的摩擦噪声，同时还能改善其结构性能。

Description

缓行器制动材料

技术领域

本发明涉及缓行器技术，具体地说是一种缓行器制动材料。

背景技术

缓行器是我国铁路编组站广泛使用的控制溜放车辆速度的调速设备，目前国内缓行器上使用的制动轨是60Kg/m的钢轨，工作时由液压缸或风缸驱动缓行器制动钳，使固定在制动钳上的制动钢轨夹住车辆的车轮，通过车轮轮箍侧面与制动钢轨间的滑动摩擦来达到控制车辆速度的目的，这种缓行器的工作原理可参见《7501车辆减速器》(铁道部科学研究院通信信号研究所编，中国铁道出版社，80年版)。该作业过程伴随着令人难以忍受的刺耳的高频噪声，该噪声长期以来一直伤害着现场职工与车站周边的居民生活。

噪声的产生主要是由用于制动的缓行器产生的摩擦造成。制动时，接触物体间的摩擦力与摩擦材料的表面温度、表面处理、压缩弹性率、抗拉强度、气孔率、粘弹性、摩擦系数——温度关系曲线、摩擦系数——速度关系曲等参数有关，其中摩擦系数——速度曲线的负斜率是产生摩擦振动噪声的重要参数。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新型缓行器制动材料，包括金属基体组分、减磨组分和增磨组分。它既能消除作业过程中的高频噪声，又能同时保持原有缓行器的功能和性能。

具体实施方式

由于缓行器的制动轨是主要的制动受力构件，又是在露天无任何润滑条件下工作的，属于重载干摩擦类型。从传统的摩擦材料分类来看，其制动材料的选材范围应以复合金属材料为主。由于其对偶摩擦件是必须加以保护的车轮，因此绝对不能选择与车轮摩擦后会损害车轮的材料。从受力的特点看，该复合金属材料，要能承受制动钳入口处的冲击力及与转动的车轮摩擦过程中所产生的交变应力，所以这种复合金属材料在保证所需的机械强度的同时，还要有良好的降噪效果。其与车轮间的摩擦系数必须合理，若摩擦系数太大，则在配合现行的制动钳夹持力时会产生过高的阻力，不能满足编组场的使用需要；若摩擦系数过小，又会达不到缓行器制动特性的要求。

通过对缓行器运用过程的实际分析，噪声主要是高频污染(约在1-15KHZ)，改造目标以消除高频噪声为目的，同时满足缓行器自身的功能需求。

不同的制动工况条件，对摩擦材料性能的要求不同。首先材料应具有相对稳定的摩擦系数值(0.2-0.6)，外界条件(如制动速度、压力、温度、环境介质等)改变时对其影响较小，且动、静摩擦系数相差不大。因摩擦系数数值的大小直接反映了制动性能。对于减速板的工况条件，制动性能要求也应控制在某一范围。摩擦系数的稳定性十分重要，当制动工况条件改变时尤其是当制动速度不高、压力大、制动频繁导致摩擦面温度升高时，摩擦系数一般会降低，这种现象称为“热衰退”，这是缓行器不希望发生的现象。在使用的温度范围内摩擦系数应保持一定的稳定值。

缓行器制动材料还应有较高的耐磨性，但又不能损伤车轮，且制动摩擦过程中除不易产生噪声外也应无异味和无其他污染，其经济性要好、原料来源要充裕、价格要便宜、生产制造工艺要简单。

要完全满足上述各点要求靠单一材料是困难的，只有利用复合材料或复合结构才可以达到。根据缓行器制动轨制动特点对材料的性能要求可以归纳如下：

1)有足够的机械强度，来承受巨大的制动力；

2)材料不但要求耐磨性高，而且其摩擦系数要稳定；

3)导热性好，热容量大，能散热。

4)能适应野外露天工作环境；

5)价格便宜。

为了满足上述要求，本发明采用一种新型复合材料作为缓冲器的制动材料，它以金属粉末(铁粉或铜粉)为基体，加入一定量增磨组分(金属氧化物、碳化物、石棉、氧化硅等)和减磨组分(石墨、MoS₂、硫化物、低熔点金属等)，经混匀，压制成型和加压烧结而成。与传统的有机石棉摩擦材料相比较，它具有承载应力大，导热性好、摩擦系数稳定等优点。

本发明的复合材料主要由以下三部分材料组成：

(1)基体组分

本发明的复合材料的强度、耐磨性、热稳定性主要取决于基体的结构、物理及化学性质。金属基体用来承受外载和散发制动时产生的摩擦热。金属基体主要有铜基和铁基两种类型。铜基磨阻材料是以Cu-Sn(Sn所占比例为5％-10％)合金和Cu-Pb(Pb所占比例为8％-12％)合金为基本组分。为了改善耐热性和高温强度，可适量加入其它合金元素，如Ni、Fe、Zn、Ti、Mn、Mo、Sb等，以强化基体。铜基的磨阻材料导热性、高的耐热性及高温强度、硬度及热稳定性、经济性较好；为了改善其摩擦性能，常加入1.5％-5％的Sn及大于5％的石墨，从而得到一种铁素体-珠光体组织。由于铁基的摩擦衬片与对偶件(铸铁或钢制动鼓、盘)具有同类晶格，易产生“粘着”，因此需加入一定量的合金元素以强化基体；如加入一定量的Mn、Al、Co、Cr等均可减少“粘着”程度，即降低最大的摩擦系数值以保持摩擦稳定性和提高耐磨性。不同的合金元素对铁基磨阻材料摩擦性能的影响不一样。

(2)减磨组分

为了提高复合材料的抗擦伤性和耐磨性，通常加入的减磨组分有：低熔点金属(Pb、Sb、Bi)、非金属固体润滑剂(石墨、MoS₂、WS₂、CuS)、金属磷化物(Cu、Fe、Ni、Co的磷化物)、滑石粉、BN等。一般来说，随着加入量增大，耐磨性可提高，但摩擦系数会下降；材料的机械强度也会下降，故加入量不宜过多。可根据基体的材质、工况条件来确定相应的最佳加入量。值得注意的，具有层状结构的石墨在铁基材料中虽起润滑作用，但也影响基体的组织。因在加压烧过程中，石墨将融于铁中而强化基体，随着石墨的大量增多，将引起组织的变化(铁素体减少，渗碳体形状***大)。此外MoS₂的含量不宜过多，因高温时MoS₂易被氧体化还原为MoS₃，成为磨粒而失去润滑作用，这反而会加速磨损。

(3)增磨组分

为了消除减磨组分带来的不利因素，保证足够的摩擦系数满足制动工况的要求，需加入适量的增磨组分，以增大摩擦系数，但摩擦组分不应成为磨粒而擦伤摩擦表面和增大摩损。因此增磨材料的粒度大小、形状及硬度要适宜，其熔点及热分解温度要高，在较宽的温度范围内(从室温到烧结温度)不发生相变，且与其他组分和烧结时的保护气氛不起反应。常用增磨剂有高熔点的金属粉末(Fe、Cr、M粉)、金属氧化物(Fe₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO等)、氮化物(TiN、ZrN等)、碳化物(TiC、ZrC)、硼化物以及石棉、SiO₂、SiC等。增磨材料的选用应根据工况条件(温度、负荷、润滑介质)及使用要求，确定其种类及用量(一般在0.5％-20％范围内)，为满足其综合性能，常采用多种增磨剂并进行时效处理。

通过采用上述制动材料，缓行器的摩擦噪声大大降低，同时其结构性能也有所改善。

Claims (9)

1.一种用于缓行器制动的材料，包括金属基体组分、减磨组分和增磨组分。

2.如权利要求1所述的材料，其中金属基体组分为铜基。

3.如权利要求2所述的材料，其中金属基体组分中包括Ni、Fe、Zn、Ti、Mn、Mo、Sb中的一种或几种的组合。

4.如权利要求2的材料，其中金属基体组分包括1.5％-5％的Sn和大于5％的石墨。

5.如权利要求1所述的材料，其中金属基体组分为铁基。

6.如权利要求5所述的材料，其中金属基体组分中包括Mn、Al、Co、Cr中的一种或几种的组合。

7.如权利要求1所述的材料，其中减磨组分为低熔点金属、非金属固体润滑剂、金属磷化物、滑石粉或BN。

8.如权利要求1所述的材料，其中增磨组分为金属粉末、金属氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、石棉、SiO₂或SiC。

9.如权利要求1所述的材料，其中增磨组分的含量为0.5％-20％。