簡論合成閘瓦對車輛輪轂的影響

        合成閘瓦與鑄鐵閘瓦相比具有壽命長,摩擦系數較穩定(速度在30公里/小時以上時摩擦系數高摩合成閘瓦一般為0.27,鑄鐵閘瓦為0·15),沒直金屬粉末飛揚和火花噴射等優點。

        誠然,高摩合成閘瓦的價格為鑄鐵閘瓦的3~4倍,但使用壽命卻是鑄鐵閘瓦的4-6倍。摩擦系數穩定也很重要。在“正常”的輪軌粘著條件下必須限制閘瓦壓力避免車輪抱死。而對于鑄鐵閘瓦,低速性能限制了閘瓦壓力,而在高速時由于摩擦系數降低,只有一部分有效制動力被利用(從粘著觀點看來)?？墒歉吣铣砷l瓦的摩擦系數是恒定的,這意味著在高速時能得到有效的制動,盡管在高速時粘著系數有所下降,但仍可得到較短的制動距離。鑄鐵閘瓦的摩擦系數并沒有隨速度變化而與粘著系數恰當地匹配,而高摩合成閘瓦卻可以提供更有效的制動。反之,對鑄鐵閘瓦車輪容易在低速時被抱死,而用高摩合成閘瓦和盤形制動時則容易在高速時發生輪對抱死。

一、對粘著的影響

        確定各種閘瓦對粘著影響的試驗由英國鐵路利用兩輛21咚礦石車和一輛試驗車組成的列車進行。每輛礦石車只有一根制動軸,一輛礦石車裝鑄鐵閘瓦,另一輛裝高摩合成閘瓦。每根制動軸上都有增大閘瓦壓力的裝置,使閘瓦壓力可一直增大到車輪發生滑行為止(由電子儀器檢測)。這根制動軸一發生滑行立刻就被緩解,而另一根制動車軸仍在增加閘瓦壓力,直到也發生滑行。用一臺儀器測量被試軸上的垂直載荷和牽引力。在各種初速度下進行測試,并且總是成對地(鑄鐵閘瓦和高摩合成閘瓦)連續地盡可能快地進行試驗,以便比較數據。

二、閘瓦金屬鑲嵌和踏面不均勻磨耗

        有時可觀察到粘附在閘瓦摩擦面上的小塊金屬在制動時象車刀一樣在踏面上造成深溝,并能導致輪箍很快磨耗及閘瓦損壞。雖然現在對這種現象還沒有完善的解釋,但是西德鐵路通過系統的觀察,已經確定氣候的潮濕、金屬鑲嵌的發生與閘瓦壓力低有關。

        很難用一種機制來解釋所有的事實。例如,在有水時,輪軌間接觸應力可能造成某種型式的損壞,導致小塊金屬從踏面上分離,而且這些小塊金屬可能聚集`在閘瓦里面。但在制動動力試驗臺上試驗時,如果噴水過多,雖然輪軌不相接觸,也能產生金屬鑲嵌。對這種情況,可以認為是由于局部的表面高溫,使踏面上“熱斑”的金屬材料在摩擦中被剪切下來引起了金屬鑲嵌,但水在這里起的作用卻難以評價。顯然,軟一些的閘瓦在這方面要好一些,這可能是由于它降低了輪箍溫度(后面敘述),也可能是因為硬度和強度較低,使金屬分子更難于保持在表面上。

三、對輪箍的熱損害

        這種損害常常在原有熱龜裂部位上重疊發展成貫通的橫裂紋。通常相鄰熱裂紋之間的踏面一塊一塊地剝落下來,留下一個很粗糙的滾動表面。

        當熱裂紋的尺寸接近由鋼的特性和輪箍或車輪那一部分的抗拉應力所決定的臨界尺寸時,就很危險,輪箍就會發生脆性崩裂。

        對一個有熱裂紋的踏面進行檢查發現,踏面上的一些小面積熱斑曾經加熱到溫度超過80℃。而這些熱斑很快地又被體積大的冷輪箍熱傳導所冷卻,’并且形成了硬的變體組織—馬氏體。至于這些裂紋是由于形成了脆性的馬氏體而發生,還是因為有一個高的熱疲勞應力機理在起作用,則有不同的看法。因為熱斑突出在表面以上,并且在閘瓦每一次重新經過時再次被加熱。不管其形成機理如何,當發生了裂紋,則必將縮短輪箍的整個使用壽命。

        用鑄鐵閘瓦和某些高摩合成閘瓦制動的輪箍都發生熱裂紋,但在英國鐵路上,早期采用.高摩合成閘瓦引起熱裂紋比用鑄鐵閘瓦引起的嚴重得多。當時,認為這是由于高摩合成閘瓦的導熱性低,致使制動熱量都傳給了輪箍所造成。事實上,導熱性的差別對熱斑的形成影響很小。