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闸瓦托

  闸瓦托作为制动装置关键部件,其质量的好坏直接影响到货车运行的性能。客车闸瓦托由于我国新造客车是以160km/h、200km/h为主,制动方式都采用盘形制动,因此客车闸瓦托相对于制动盘等制动部件已经不再是主流。客车闸瓦托一般不直接安装在制动梁上,它多用销接的方法与制动梁活动连接,它不分左右侧的。三孔吊结构闸瓦托多用于101型、102型、103型、202型等型式的转向架;二孔吊结构闸瓦托多用于201型、206型、209型等型式的转向架。三孔吊结构设有闸瓦托弹簧和调整板,能调整闸瓦的上下间隙,从而保证闸瓦托与闸瓦始终处于正位。

  一、产品介绍

  火车运行制动时直接摩擦车轮使火车停车的制动零件就是闸瓦。用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块,在制动时抱紧车轮踏面,通过摩擦使车轮停止转动。在这一过程中,制动装置要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。而这种制动效果的好坏,却主要取决于摩擦热能的消散能力。使用这种制动方式时,闸瓦摩擦面积小,大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高,制动时车轮的热负荷也越大。如用铸铁闸瓦,温度可使闸瓦熔化;即使采用较先进的合成闸瓦,温度也会高达400~450℃。当车轮踏面温度增高到一定程度时,就会使踏面磨耗、裂纹或剥离,既影响使用寿命也影响行车安全。可见,传统的踏面闸瓦制动适应不了高速列车的需要。

  二、产品作用

  制动时,闸瓦与车轮踏面接触,把制动力施加到车轮上,从而达到减速目的,闸瓦的最大磨耗量是25mm。

  三、基本结构

  货车的轴箱装在车轮外侧,由轴箱体、轴箱盖、轴瓦、轴瓦垫板、油润装置和防尘板组成。蒸汽机车动轮和导轮上的轴箱装在车轮内侧,用油盒供油润滑轴颈,其他零件与上述零件相同。

  四、产品分类及特点

  一般该装置会分为铸铁以及合成材料两种类型。

  使用的铸铁材料中,分为灰铸铁、中磷、高磷铁、合金铸铁等材料。合成闸瓦材料中,按其基本成分可以分为合成树脂基以及橡胶基。

  按其摩擦系数高低,可分为高摩擦系数合成材料和低摩擦系数合成材料,中磷铸铁、高磷铸铁和低摩合成材料制作而成的,为通用闸瓦。

  闸瓦是矿井提升机制动器的主要零部件,在制动系统中起着至关重要的作用。该部件一旦磨损到一定程度,就需进行更换。

  五、制作工艺

  根据以往研制高摩合成闸瓦的相关经验,结合和谐型大功率内燃机车车轮对高摩合成闸瓦的使用要求,从填料、增强纤维和黏合剂三方面考虑适合用于和谐型大功率内燃机车高摩合成闸瓦的原材料。

  1、填料

  高摩合成闸瓦中的填料在压制成摩擦材料后,在各种使用情况下均应该具有耐磨的特性和高而稳定的摩擦系数。在综合分析国内各种填料材质的基础上,根据填料的温度稳定性、莫氏硬度、晶粒形状以及对黏合剂的浸渍性等参数,并充分考虑填料的成本和来源,优选石墨(型号:L—185,含碳量≥85%)、铝矾土 (氧化铝含量 ≥70%,细度150目以上)、钾长石粉(细度100目以上,氧化钾含量大于7%)、还原铁粉 (细度100目)和沉淀硫酸钡 (细度100目)作为制作高摩合成闸瓦的主要填料;其中石墨作为固体润滑剂,铝矾土、钾长石粉和还原铁粉等作为摩擦性能调节剂,另外选用沉淀硫酸钡粉作为填料是为了提高高摩合成闸瓦的机械性能和降低成本。

  2、增强纤维

  为保证高摩合成闸瓦的综合强度,在高摩合成闸瓦的材料配方中必须加入增强纤维,以起到耐热补强的作用。目前可采用的增强纤维主要有矿物纤维、高强度纤维和金属纤维三大类。参考国外公司在摩擦制品中采用多种纤维组合的经验,并充分考虑到工艺的可行性,选用钢纤维 (规格:DF5.5)和海泡石纤维 (A级)2种纤维组合用于对高摩合成闸瓦的耐热补强。

  3、黏合剂

  用于将填料和增强纤维黏结在一起的黏合剂是制备高摩合成闸瓦的关键材料,其性能直接影响到高摩合成闸瓦的性能。本文选用溶解度较为接近的热塑性酚醛树脂 (规格:6828)和丁腈橡胶 (规格:26)进行共混改性,从而得到相容性好、易共混并能够使填料和增强纤维互为补强的新型黏合剂———丁腈橡胶改性酚醛树脂。

  六、制作工艺

  1、配方的优化

  在选材的基础上,依据各种原材料的特性及其在高摩合成闸瓦中的作用,围绕高摩合成闸瓦的物理力学性能和制动摩擦磨损性能,开展黏合剂、石墨、钾长石、海泡石纤维、钢纤维等材料配比的研究,形成高摩合成闸瓦的配方;并通过反复实验对配方进行优化。

  2、制备工艺

  按照优化后的高摩合成闸瓦配方,经原料整备→配料→干燥→称量分类→混料→热压成型→后处理→成品等多道工序制备高摩合成闸瓦。为了确定热压成型时合适的压制压力和压制温度,需要通过实验分析压制压力和压制温度对高摩合成闸瓦物理力学性能的影响。

  压制压力对高摩合成闸瓦物理力学性能的影响为了考察热压成型工序中压制压力对高摩合成闸瓦物理力学性能的影响,按照实验方案,在压制温度为160 、压制时间为40min以及后处理温度和时间分别为160和4h的条件下,对高摩合成闸瓦的物理力学性能进行测试。

  压制压力分别取 28.0,16.8和5.6MPa得到的高摩合成闸瓦各项物理力学性能指标并没有发生明显的变化,这说明压制压力对高摩合成闸瓦的物理力学性能虽有一定影响,但影响不大。因此,在高摩合成闸瓦的制备过程中,在保证高摩合成闸瓦用钢背上的梅花孔能够被摩擦材料完全充满的前提下,可以适当降低压制压力,以节约制造成本。

  压制温度对高摩合成闸瓦物理性能的影响为了考察热压成型工序中压制温度对高摩合成闸瓦物理性能的影响,按照实验方案,在压制压力为16.8MPa、压制时间为40min以及后处理温度和时间分别为160和4h的条件下,分别取压制温度150,160和180 ,对高摩合成闸瓦的物理力学性能进行测试。

  压制温度对高摩合成闸瓦的物理力学性能有一定的影响。在压制温度为150和160 时对高摩合成闸瓦的物理力学性能影响较小,这是由于处理温度和时间分别为160和4h的条件下,黏合剂只发生了1次化学反应,所以压制温度为150和160时摩擦材料的固化效果一致;但当压制温度升高至180时,高摩合成闸瓦中的黏合剂又发生了第2次反应,摩擦材料的交联度进一步提高,致使高摩合成闸瓦的硬度增加、压缩强度增大、压缩模量增高,而韧性和冲击强度大幅降低,严重影响了高摩合成闸瓦的物理力学性能。

  3、DSC分析

  为了验证上述分析结果,采用差示扫描量热法DifferentialScanning CalorimetryDSC和DSC—2型差热扫描量热仪,测试黏合剂———丁腈橡胶改性酚醛树脂的热性能 (自然空气环境下,升温速度为10·min)。

  这说明发生了2次化学反应过程。第1个固化峰是由酚醛树脂初期固化放热并同时伴有橡胶硫化放热引起的,此阶段主要是橡胶的硫化和由于酚醛树脂中羟基之间的缩水而生成二苄基醚,形成了交联的体型分子结构,其温度变化范围为134.2~168.9 热焓为-38.08Jg第2个固化峰是酚醛树脂发生了更加复杂的化学反应所导致,主要是二卞基醚进一步分解并释放出少量的甲醛,使得体型分子结构收缩,体系中的弱分子键断裂,形成了更加稳定的亚甲基结构,此阶段的温度变化范围为171.3~238.9热焓为-18.26J·g,这进一步说明在180的高温阶段存在化学反应,柔性的弱键断裂重新交联,使得材料的韧性降低,致使高摩合成闸瓦的冲击强度降低、模量增高和压缩强度增加。

  4、压制压力和压制温度的确定

  根据上述压制压力和压制温度对高摩合成闸瓦物理力学性能影响的分析,以及保证高摩合成闸瓦用钢背上的梅花孔能够被摩擦材料完全充满的要求,经反复实验,在后处理温度和时间分别为160和4h的条件下。

 
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