CN104086832A

CN104086832A - 铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料及制备方法

Info

Publication number: CN104086832A
Application number: CN201410325067.2A
Authority: CN
Inventors: 张宗安; 裴顶峰; 田天顺; 张剑; 赵弟武; 田建忠; 陈强
Original assignee: TAIYUAN LOCOMOTIVE AND CAR PARTS FACTORY OF BEIJING RAILWAY ADMINISTRATION
Current assignee: TAIYUAN LOCOMOTIVE AND CAR PARTS FACTORY OF BEIJING RAILWAY ADMINISTRATION
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2014-10-08

Abstract

本发明涉及铁路机车合成闸瓦制备技术，具体为闸瓦体的制备材料，由如下重量份的组分构成：丁腈橡胶9～10份，酚醛树脂4～5份，海泡石8～10份，铁粉21～23份，钢棉纤维3～4份，铝钒土0.3～0.8份，复合纤维11.5～12.5份，硫酸钡15～17份，石墨14～15.5份，钾长石5～6份，促进剂0.2～0.7份，氧化锌0.1～0.5份，硬脂酸0.1～0.5份，硫磺0.5～1份。本发明研制出适合中国铁路的HXD2机车用摩擦材料，形成我国和谐机车用摩擦材料的制造技术，所研制的新型闸瓦能够取代进口产品，满足我国铁路大功率机车的制动要求。

Description

铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料及制备方法

技术领域

本发明涉及铁路机车合成闸瓦制备技术，具体为闸瓦体的制备材料及制备方法。

背景技术

我国和谐号大功率机车分别从美国GE、美国EMD、日本东芝、法国阿尔斯通、德国西门子通过引进、消化再创新而制造，机车上刹车系统所使用的摩擦材料主要是从国外进口，国内厂家没有形成批量供货。由于生产厂家是北美、欧洲和日本等国家和地区，所以采用的标准也不同，国内没有形成评价体系。目前针对HXD₂机车用闸瓦，国内还没有形成完整的制造技术，在山西省科学技术情报研究所进行科技查新，通过国内数据库检索，未见对HXD₂型大功率机车闸瓦进行制造研究的公开文献报道。

目前，我国和谐号大功率机车所使用的摩擦材料主要是从国外进口，国内厂家没有形成批量供货。由于国外产品的价格昂贵，产品供应周期长，增大了使用和维修成本。机车配属的铁路局不同，造成了国外产品在我国无法广泛适用，更无法进行有效的质量控制。因此，有必要自主研发大功率机车所使用的摩擦材料，制造国产产品，降低成本。

发明内容

目前，我国铁路和谐号大功率机车制动单元全部采用进口闸瓦，价格昂贵，供货不及时。本发明的目的在于提供一种闸瓦体制备材料及制备方法，利用该闸瓦体制备的合成闸瓦满足了进口机车配件国产化的要求，达到与国外产品等同的摩擦磨耗性能。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料，由如下重量份的组分构成：

丁腈橡胶9～10份，酚醛树脂4～5份，海泡石8～10份，铁粉21～23份，钢棉纤维3～4份，铝钒土0.3～0.8份，复合纤维11.5～12.5份，硫酸钡15～17份，石墨14～15.5份，钾长石5～6份，促进剂0.2～0.7份，氧化锌0.1～0.5份，硬脂酸0.1～0.5份，硫磺0.5～1份。

如图2、3、4所示，铁路和谐号大功率机车合成闸瓦包括钢质瓦背和由高分子材料制备的闸瓦体，二者通过热压粘结组合而成。本发明所制备的合成闸瓦结构同国外产品，其中钢制瓦背包含加强板、瓦背体、定位柱三个零件，加强板和瓦背体采用焊接固联，定位柱和瓦背体采用铆接固联。

HXD₂型大功率机车合成闸瓦的外形及配合尺寸确定后，太原机车车辆配件厂根据多年生产高摩擦系数合成闸瓦的成熟经验，结合产品的结构特点，确定了生产HXD₂大功率机车合成闸瓦的工艺路线如图1所示，其中，钢制瓦背体可以采用现有方法制备而成，由于瓦背结构较为复杂，为了简化模具结构，瓦背成型模具采用了单工步结构型式，确保了瓦背的成型。具体步骤依次为：瓦背下料、瓦背落料、瓦背冲孔打字、瓦鼻成型、瓦背切舌、瓦背翻边、瓦鼻圆弧成型，然后在瓦背体上焊接加强版和铆接定位柱装配构成瓦背，经抛丸除锈后，经过瓦背质量检验合格即可。

闸瓦体制备方法如下：称取规定重量的丁腈橡胶，进行破胶后，依次加入规定重量的其他配料：酚醛树脂、海泡石、铁粉、钢棉纤维、铝钒土、复合纤维、硫酸钡、石墨、钾长石、促进剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺，进行混炼，混炼是用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂炼成混炼胶的工艺，破碎，最后热压成型即可，闸瓦体热压成型的技术参数：压制温度为160±5℃、保压时间为30min、压制压力控制在不低于14.5MPa。其中，闸瓦体的优选配方为：丁腈橡胶9.6份，酚醛树脂4.3份，海泡石9份，铁粉22.3份，钢棉纤维3.7份，铝钒土0.5份，复合纤维12.2份，硫酸钡16份，石墨14.9份，钾长石5.8份，促进剂0.4份，氧化锌0.3份，硬脂酸0.2份，硫磺0.8份。

配方中，丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。

促进剂一是作为补强树脂的固化剂，提高橡胶制品的硬度；二是与甲苯二酚等助剂一起构成粘合体系，对橡胶与纤维的粘合起着重要作用，本发明具体选用硫磺作硫化剂，促进剂CZ作硫化促进剂，氧化锌作为防氧化剂。

复合纤维是指由两种或两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物，经复合纺丝法制成的化学纤维，本发明具体选用矿物复合纤维和钢棉纤维作为复合补强体系。

之后，在钢制瓦背上涂刷粘结剂，经热压粘结闸瓦体，构成合成闸瓦，最后经清除飞边余量、固然化处理后，检验、油漆、包装、入库。

该合成闸瓦可用在铁路重载货车的大功率牵引机车中，使用时安装在机车制动单元的闸瓦托上，通过闸瓦钎使之固联。工作时依靠制动缸带动一系列杠杆将力传递到合成闸瓦上，合成闸瓦前行对车轮踏面产生摩擦，从而实现制动。

由于和谐号大功率机车合成闸瓦的原生产厂家是北美、欧洲和日本等国家和地区，所以采用的标准也不同，依据中国的TB/T3196，检测方法和测试程序同国外有许多不同，国内没有形成完整的制造技术和评价体系。为了达到和国外产品等同的质量标准，同时满足我国铁路行业的特点，需对产品进行创新性设计，太原机车车辆配件厂技术人员首先对HXD₂产品系统分析，之后进行选材、配方和工艺系统研究，在参考了国内外《国外机车车辆用合成材料的应用现状及发展趋势》、《大功率机车上的金属陶瓷制动闸瓦》和《机车车辆制动闸瓦材料的发展》等大量先进技术文献的基础上，以丁腈橡胶、改性酚醛树脂为粘结剂，石墨、铝矾土、钾长石粉、还原铁粉和沉淀硫酸钡等为填料，钢棉纤维、复合纤维和海泡石纤维为增强纤维，多种成分混合构成了HXD₂型大功率机车合成闸瓦的闸瓦体摩擦材料。通过反复实验，优化配方及工艺，研究结果虽在摩擦磨耗性能方面达到了国外同类产品的水平，但产品重量却比国外少了近0.5kg，又经过大量试验，最终确定了工艺配方，产品重量基本接近了国外产品，经过物理及力学性能和1：3摩擦磨耗性能试验，研制闸瓦的各项性能指标达到了进口原装闸瓦。在此基础上，将试制的样品送铁科院机辆所进行了1：1摩擦磨耗性能试验，试验数据表明具有稳定的摩擦性能和较好的耐磨性，摩擦磨耗性能达到了使用性能；可有效抑制金属镶嵌、裂纹、掉块等现象，减少对车轮踏面的损伤。

具体研究时，通过对国外产品、标准系统分析、室内配方研究、工厂放大生产、现场行车运用考察试验，形成制造技术。1、系统分析国外样品和标准内涵、充分研究机车配属局的线路、气候和运输特点；2、室内配方系统研究，根据使用条件、满足使用要求下，围绕减少金属镶嵌、对对偶件的热损伤、异常磨耗、本身长寿命的原则，精选原材料、优化配方和工艺；3、工厂放大生产，结合生产实际，进行放大生产并进一步优化成型工艺参数，形成系统的和谐号大功率机车用摩擦材料（闸瓦体）的制造技术；4、现场行车运用考察试验，优选2～3个配方，在现场进行为期一年或运行里程10万公里的行车试验，测试摩擦材料的使用状况、实际寿命、对对偶件的磨耗、气候对各项性能的影响等，确定摩擦材料在实际行车中的各种性能，确定能否满足和谐号大功率机车的制动要求，形成完整的制造技术。

本申请主要针对国外进口原装闸瓦与研制闸瓦进行对比性试验，参照TB3196-2008《机车用合成闸瓦》制订出企业标准，由于目前大功率机车用合成闸瓦仍采用进口原装闸瓦，国产化还没有普及，还没有形成固定的产品标准，太原机车车辆配件厂结合原铁道部产品质量监督检验中心1：1摩擦磨耗性能试验结果和铁科院金化所1：3摩擦磨耗性能试验以及物理及力学性能检验结果，组织工程技术人员起草了企业标准Q/TT59-J83-2013《HXD₂型大功率机车合成闸瓦技术条件》用于指导现场的生产。所研制的闸瓦通过在中国铁道科学研究院金属及化学研究所物理及力学性能试验和1：3试验台的制动摩擦磨耗性能测试，结果表明，各项性能拭指标基本达到了国外原装闸瓦的要求。具体见表1、表2所示。

表1：原装闸瓦和研制闸瓦物理力学性能测试结果与企业标准的比较

表2：原装闸瓦和研制闸瓦1:3制动摩擦磨耗性能测试结果对比

本发明设计合理，通过立足于中国铁路与机车的实际情况，对大功率和谐号机车用摩擦材料进行了系统研究，根据和谐车的种类、运用线路特点基础上，按照摩擦材料对对偶件金属镶嵌、异常磨耗和热损伤的经验，依据科学的评价方法，进行选材、配方和工艺系统研究，通过物理性能和1：1制动台测试，分别选择2～3个配方进行放大生产并装车考核，研制出适合中国铁路的HXD₂机车用摩擦材料，形成我国和谐机车用摩擦材料的制造技术，所研制的新型闸瓦能够取代进口产品，满足我国铁路大功率机车的制动要求，成功研发了国有合成闸瓦产品，降低了生产成本。

附图说明

图1是合成闸瓦的工艺流程图。

图2是合成闸瓦的侧视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是瓦背的俯视图。

图中，1-瓦背，2-闸瓦体。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

一种铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料，由如下重量比的组分构成：每份10g

丁腈橡胶9份，酚醛树脂5份，海泡石8.5份，铁粉21份，钢棉纤维3.5份，铝钒土0.4份，复合纤维12份，硫酸钡16.5份，石墨14份，钾长石5.5份，促进剂0.5份，氧化锌0.4份，硬脂酸0.4份，硫磺0.8份。

闸瓦体的制备方法如下：称取规定重量的丁腈橡胶，进行破胶后，依次加入规定重量的其他配料：酚醛树脂、海泡石、铁粉、钢棉钎维、铝钒土、复合纤维、硫酸钡、石墨、钾长石、促进剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺，然后进行混炼、破碎，最后热压成型即可，闸瓦体热压成型的技术参数：压制温度160±5℃、保压时间30min、控制压制压力不低于14.5MPa。

具体实施时，热压成型模具，根据产品的结构特点，决定采用两腔单层下顶出热压模方案。模框采用45#钢整体锻造，加工后进行调质处理，优点是强度大，可有效防止胀模。内镶Cr12MoV拼块增加模具的耐磨度以及模具的寿命。模腔有三个加热区及温度控制点。上模压头与下模压头都有加热区及温度控制点，这样模框温度与上下压头温度都能分别控制，保证模具的上、中、下温度均匀，提高产品的内在质量。此模具优点是精度高、寿命长、操作方便。在模具结构上利用上模回程带动压头顶出的方式，很好地保证了脱模。

模具构造形状多样，本领域技术人员根据闸瓦体的实际构造制作即可，不存在技术难度。

实施例2

一种铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料，由如下重量比的组分构成：

丁腈橡胶9.6份，酚醛树脂4.3份，海泡石9份，铁粉22.3份，钢棉纤维3.7份，铝钒土0.5份，复合纤维12.2份，硫酸钡16份，石墨14.9份，钾长石5.8份，促进剂0.4份，氧化锌0.3份，硬脂酸0.2份，硫磺0.8份。

闸瓦体的制备方法同实施例1中所述。

实施例3

丁腈橡胶9.5份，酚醛树脂4.5份，海泡石8份，铁粉21.5份，钢棉纤维4份，铝钒土0.8份，复合纤维12.5份，硫酸钡15份，石墨14.5份，钾长石6份，促进剂0.7份，氧化锌0.1份，硬脂酸0.3份，硫磺0.9份。

闸瓦体的制备方法同实施例1中所述。

实施例4

丁腈橡胶10份，酚醛树脂4.2份，海泡石9.5份，铁粉22份，钢棉纤维3份，铝钒土0.3份，复合纤维11.5份，硫酸钡15.5份，石墨15份，钾长石5份，促进剂0.2份，氧化锌0.5份，硬脂酸0.5份，硫磺0.5份。

闸瓦体的制备方法同实施例1中所述。

实施例5

丁腈橡胶9.7份，酚醛树脂4份，海泡石10份，铁粉22.5份，钢棉纤维3.3份，铝钒土0.6份，复合纤维11.8份，硫酸钡17份，石墨15.5份，钾长石5.7份，促进剂0.3份，氧化锌0.2份，硬脂酸0.1份，硫磺0.6份。

闸瓦体的制备方法同实施例1中所述。

实施例6

丁腈橡胶9.2份，酚醛树脂4.8份，海泡石9.5份，铁粉23份，钢棉纤维3.8份，铝钒土0.7份，复合纤维12.4份，硫酸钡16.8份，石墨15.2份，钾长石5.3份，促进剂0.6份，氧化锌0.3份，硬脂酸0.2份，硫磺0.8份。

闸瓦体的制备方法同实施例1中所述。

Claims

1.一种铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料，其特征在于：由如下重量份的组分构成：

2.根据权利要求1所述的铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备材料，其特征在于：由如下重量份的组分构成：丁腈橡胶9.6份，酚醛树脂4.3份，海泡石9份，铁粉22.3份，钢棉纤维3.7份，铝钒土0.5份，复合纤维12.2份，硫酸钡16份，石墨14.9份，钾长石5.8份，促进剂0.4份，氧化锌0.3份，硬脂酸0.2份，硫磺0.8份。

3.一种铁路大功率机车合成闸瓦的闸瓦体制备方法，其特征在于：包括如下步骤：称取规定重量的丁腈橡胶，进行破胶后，依次加入规定重量的其他配料：酚醛树脂、海泡石、铁粉、钢棉纤维、铝钒土、复合纤维、硫酸钡、石墨、钾长石、促进剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺，进行混炼、破碎，最后热压成型即可，闸瓦体热压成型的技术参数：压制温度160±5℃、保压时间30min、控制压制压力不低于14.5MPa。