UIC通过复合刹车片降低列车噪音

铸铁制动蹄仍然广泛应用于货运货车上，由于制动过程中微小的金属颗粒融合到胎面，使得车轮表面比由复合材料制成的类似产品粗糙得多(图1)。

减少火车车轮的噪音

因此，用合成产品取代铸铁鞋可以大大减少马车噪音的排放，例如，100公里/小时的货运列车可以减少约10分贝的噪音。

但是，首先必须解决一些技术问题:

• 替代产品必须确保所需的摩擦系数能够在所有天气条件下保证指定的停止距离
• 在装有铸铁制动蹄和复合制动蹄的混合车组中，决不能允许制动产生不允许的纵向力或需要机车驾驶员采取特殊措施的其他影响
• 在制动过程中产生的大约25 - 30%的摩擦热目前是由铸铁制动蹄片散发的;其余的靠轮子。复合材料作为热导体的效率比金属低得多，这导致车轮耗散的能量增加。因此，车轮必须能够处理更大比例的能量
• 总的来说，替代产品不能比铸铁闸瓦更贵，以免加剧铁路本已艰难的竞争地位

图1:由复合材料制成的火车车轮

然而，必须承认铸铁制动蹄提供了一些优点，包括:

• 它们的摩擦系数几乎与大气条件无关
• 材料属性独立于制造商
• 它们保证在制动过程中产生适当的散热
• 在后续的刹车应用过程中，小平面被研磨下来
• 由于车轮表面的不断粗糙，保持了一致的粘附水平

铸铁的主要缺点是它的摩擦系数与速度和施加的力有双重依赖性。

因此，确定了用复合材料或烧结材料替代铸铁刹车片的两种方法:

• “k型鞋”具有更高但稳定的摩擦系数。它们将用于新建或翻新的机车车辆
• l -鞋的摩擦系数与铸铁几乎相同，目的是在不需要任何进一步操作的情况下取代这些

试验新型列车制动材料

测功机试验用于预选材料，然后进行滑移制动试验以确定制动性能。为了证明新系统即使在极端条件下也能满足操作要求，进行了高山斜坡制动试验。为了确保它们在冬季条件下的制动能力，它们在瑞典和RTA的气候室进行了线路测试(图2)。

图2:瑞典雪中测试的列车制动系统

在接下来的几个月内，将最后完成对测功机的冬季测试方案，以取代昂贵的线路测试方法。不幸的是，北美铁路的经验——在那里使用复合刹车片已经很长时间了——不能转让，因为它们的运行条件与欧洲完全不同:

• 货运专线
• 较低的制动性能(满载货车的制动重量百分比为65% ~~30%)
• 时间信号的距离
• 以极低的速度(每小时27公里)下降的长坡度

最后确定了三种高摩擦系数(k块)的产品能够满足上述所有要求。现在有必要证明它们在服务中的可持续性，并证明它们的LCC并不优于铸铁。为了获得刹车片和车轮磨损的经验，几辆货运车辆在税收服务中配备了复合刹车片。定期控制参数，如车轮表面，车轮直径，轮缘残余应力，以及块磨损，因此是唯一的方法获得经验的LCC。积极的结果导致在收入服务中装备了大约8500辆带有k -block的马车，但K-shoes的经济成功取决于它们在不同产品之间的交换能力，这还不是所有认证产品的情况。操作需求导致了对复合刹车片新的额外要求:

• 磨损材料的沉积，与电气隔离的复合刹车片，不能导致故障的轨道电路用于信号系统。为了保证这一规格，开发了台架试验
• 在主制动管完全补充后，未完全松动的制动器(制动缸内的剩余压力)决不能导致车轮温度不可接受的升高。铸件在这种情况下熔化，防止车轮过热。为了保证替代材料符合要求，还进行了额外的测功机试验
• 手刹仍然被广泛地用于固定静止的马车，在编组场制动，以及在机车在坡度上发生故障时保护列车的冗余。TSI要求载重货车以40% /千的坡度安全固定。装有铸铁闸瓦的马车满足了这一要求。由于复合材料的静摩擦系数较低，需要采取额外的技术措施(如增加手刹杆的放大)以符合本规范。

持续致力于高效、低噪音的车轮和刹车

UIC制动专家委员会正在不断努力克服这些障碍，并将k块的潜在优势(更高的摩擦系数将允许大幅减少制动索具的质量)转化为新的技术解决方案。

如上所述，“TSI噪声”将货车的噪声排放限制在一个阈值，只有当车辆配备复合刹车片或盘式制动器时才能达到这个阈值。但“TSI噪音”只适用于新的车辆或需要进行重大翻新的车辆，现有车辆可能会一直使用到它们的使用寿命结束。

只有铸铁制动车辆在列车中的比例降低到30%以下，噪声排放才有可能大幅度减少。由于铁路货车的寿命(25-35年)较长，只有找到一种与铸铁具有完全相同摩擦性能的替代产品:ll -刹车片，才能在中期(未来7-10年)降低噪音排放。这样就可以更换大量现有货运车辆的铸铁制动蹄，而无需进行任何额外的修改。在ll -block的开发过程中，遇到了许多缺陷。

• 相同的摩擦行为铸铁在整个速度和负载范围是很难实现替代品
• 到目前为止，只有烧结产品能够满足在长高梯度上的使用要求
• 只有经济上不能接受的产品才能符合“刹车失效”测功机程序的要求。

尽管这些所谓的LL制动块的技术发展相当先进，最终有三种类型的LL制动块获得了国际交通UIC的临时批准，但一些悬而未决的问题——见上文——目前仍未解决。由于铸铁块与轻质块的交换将在完全自愿的基础上进行，因此在新车中，LCC发行成本比k块更重要。除了技术上已开发的功能性ll -block解决方案外，只有认真保证从铸铁转换为ll -block不会导致LCC罚款，才能说服货车所有者转换他们的车队。

1. 80年代末一系列车轮破裂导致新货运货车禁用复合刹车片，直到90年代末才停止复合刹车片的发展。

关于作者

汉斯Paukert自2004年以来，他一直是UIC的刹车和柴油牵引力高级顾问。1973年至1981年，他在维也纳工业大学学习机械工程，之后在慕尼黑工业大学攻读铁路工程研究生，于1982年毕业。1985年至1989年，他在奥地利联邦铁路公司(Austrian Federal Railways)工作，负责气动制动装置的维护。他后来在同一家公司负责刹车设计和施工，1993年成为ERRI的刹车和柴油牵引项目经理。