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中国杀出一匹黑马,抢占高铁刹车片50%市场,打破垄断!

发布时间:2017-11-13 11:29:34  来源于:IPRdaily 作者:  浏览:

中国高铁开出了中国速度,再一次让全世界刮目相看。速度是提升了,但是大家知道高铁速度提升一倍,制动功率要提升几倍吗?——八倍!列车速度提高一倍,制动功率则需要增加8倍。

1高铁刹车片市场

高速列车制动力主要有电制动力和摩擦力,而摩擦制动力是列车安全停车的最后保障。摩擦制动力依靠制动系统中的制动盘和刹车片之间的摩擦来实现,而制动系统中刹车片性能的好坏对列车制动效果有着非常大的影响。国内外刹车片材料的发展主要经历了金属材料、合金材料和粉末冶金材料等。

国际上只有德国、法国和日本等少数几个国家能够生产高速列车制动闸片,其中德国克诺尔公司垄断全球80%以上高铁刹车片的市场。我国高铁列车自开通以来,制动系统的刹车片长期依靠进口。进口刹车片普遍存在价格高、供货周期长、备品备件供应不及时和售后服务差等问题。高铁刹车片在2012年前处于技术保护期,一直全部引进国外产品,近几年国内以天宜上佳和浦然为代表的民营企业逐步进入高铁刹车片领域,其中天宜上佳在2013年9月拿到动车组7个车型5种型号刹车片CRCC铁路产品认证证书,浦然在2014年拿到CRCC认证证书。2015年,博深工具已完成了高速列车刹车闸片1:1 制动摩擦磨耗性能试验。

高铁刹车片属于耗材,一列动车组一年需更换刹车片3-4次,2015年市场容量将达到约75亿元。高铁刹车片在2012年前处于技术保护期,一直全部引进国外产品,存在很大的进口替代空间。

2刹车片国产化降低成本75%

“我们有扎实的基础。”张龙说,博深搞粉末冶金已有20多年历史,专业人才多,技术实力强。

“我们还有一个优势,就是攻下了若干技术难关,包括确保制动距离、合适的摩擦系数、如何耐超高温等一系列难题。”博深工具总体研发负责人刘英凯说,特别是在摩擦体的研发上,聚合了无数技术难点,用尽心血。

“这是市场需求,更是民族尊严,也是我们下最大功夫攻克难关的根源。”博深工具董事长陈怀荣说,国外企业的高铁刹车片非常厉害,以前中国企业根本插不上手,这里面较量的就是核心技术。没核心技术,只能长期买人家的知识产权,受制于人。

因为不认输、不怕输、敢碰硬,也相信能拿得下,博深工具下足血本,先后投入35位高级科研人员、拿出4000多万元资金,并且陆续拿到十几项国家发明专利。

如今,由于博深等中国企业高铁刹车片的介入,国外产品价格被迫降价,已从每片2.8万元人民币降到6000元人民币。 

3刹车片七百多摄氏度高温不熔化

正常情况下,高铁动车是采用电制动和空气制动两种方式联合作用,当电制动失效时采用纯空气制动。纯空气制动就是靠制动盘和刹车片产生制动力,所用刹车片有三种材质:一种是铸铁材质,适用于时速在160公里以下的列车;一种是有机合成材质,适用于时速在250公里以下的列车;第三种是粉末冶金材质,适用于时速在300公里以上的动车。

博深轨道交通总经理张龙说,当列车时速达每小时350公里时,如果前方遇突发事故需紧急制动,那么轮毂盘面和刹车片的温度会在瞬间达七百摄氏度以上,但博深工具研发的刹车片不熔化、不变形、不掉块,摩擦性不漂移,综合性能可靠。

记者端起一个约重十几斤的刹车闸片查看,发现钢背上共有18个摩擦体。张龙说,这是粉末冶金材质,也是公司的核心产品。

其刹车的原理是:钢背与摇杆、摇杆与摩擦体通过球面定位、传力,摩擦体基体背部的带槽柱体穿过摇杆和钢背配合孔,通过缓冲弹簧连成一个整体,在制动时对轮毂盘面产生强大摩擦力,最终致使其停转。

“制动装置是确保高铁安全运行的核心技术和关键零部件。”张龙说,制动装置由制动器、制动闸片和制动盘等组成,其中的制动闸片要定期更换,却长期被国外企业垄断。

4新型刹车片材料

1、复合型刹车片

为了满足未来高速铁路的制动技术要求,国内外科研工作者都在努力研制开发高性能刹车片材料,以满足市场要求。其中C/C复合材料是近几年开发出来的新型制动材料,是一种C纤维增强、以C为基体的新型结构材料,它具有质量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸震性好等一系列的优良性能,C/C复合材料的这些独特性能使之能同时完成刹车副的三项功能,即提高摩擦、传递机械载荷、吸收动能。

从碳纤维增强体的结构来看,其可以分为三种,第一种为单层毡,其由于短纤维未能形成完整的纤维增强体,导致材料力学性能低,所以该种结构所制,备的刹车片主要用于早期的实验机型;第二种为整体毡,其碳布层结构所制的材料因其层剪切强度低,垂直导热率低等因素的影响,其应用的刹车片也是早期机型;第三种结构为针刺毡结构,非常合适CVD工艺增密,并且所制的材料具有良好的力学、热学和摩擦磨损性能,已经成为目前C/C复合材料增强体的基本结构,并取得不断改进。

C/C复合材料制动刹车片由于成本高,主要用于飞机制动器,但是随着近年来高速铁路的发展,国内外科技工作者开始研制开发用于高速铁路的C/C复合材料制动刹车片。德国KnoorBremse公司研制的一种碳纤维复合材料制动器,实验证明,该制动器在时速高达250km/h下质量尚好。在该公司试验台以250km/h试验时,其吸收的制动能高达100MJ。法国碳工业公司制造的碳纤维复合材料的比热容是钢的2倍,线胀系数和弹性模量都比较小,具有优异的耐高温性能。它能在1000℃的高温下工作,件重仅为钢的1/4,目前已经在TGV-A上得到应用。日本新干线270km/h电动车制动系统也采用了碳纤维增强材料。由此可见,碳纤维复合材料是一种国际上重点开发的刹车片材料,我国在C/C复合材料制动刹车片的研发上也已经起步。

2、合成刹车片

合成摩擦材料是将金属粉末、酚醛树脂和摩擦调节剂等经充分混炼后加热压制而成,它将材料与制品工序合二为一。所用摩擦调节剂,一般是采用腰果壳油制成的颗粒。按形状与制动方式的不同,又分为合成刹车片和合成闸片。合成刹车片与闸片的配方与工艺相同,改变其配比工艺,可获得不同的摩擦系数。我国目前研制的合成刹车片分低摩擦系数合成刹车片和高摩擦系数合成刹车片。

合成摩擦材料具有如下明显的特色:可通过改变材质配方和工艺在一定范围内可调整其物理机械性能,耐磨性好,使用寿命可达铸铁刹车片/闸片的四倍以上,制动时无火花,重量轻,高速区摩擦系数大且不随列车速度的改变而变化。合成摩擦材料也存在如下几个不足之处:一是导热性差,制动量热量难以散发,因而车轮产生温升,甚至导致热裂。其次是在湿润状态下,摩擦系数大为下降,受天气影响大,在雨雪天气制动能力下降。此外,这类刹车片与车轮踏面反复磨合后,使二者间的粘性降低;有机合成摩擦材料的使用温度一般不能超过250℃。当制动处温度达250℃时,其磨损率急剧增加。温度较高时,由于其组分的改变,摩擦系数也将改变。有机合成摩擦材料推荐使用在时速160~200km的列车上。

3、高磨合成刹车片

高摩合成刹车片研究工作开展最早的有英国、美国和前苏联。1907年,英国飞洛多公司用棉毛混纺条层压成刹车片,并用于伦敦地铁。以后逐渐改进,至50年代己改用以石棉等为增强材料和酚醛树脂为黏合剂的合成刹车片。美国早在1924年就开始研制以层压木为非金属摩擦材料,并应用于铁路车辆制动。1954年以后,“Cobra” 牌号合成刹车片作为商品形式在铁路上大量使用,其主要成分为合成橡胶、石棉等,摩擦系数在每小时140公里速度时为0.26,耐磨性为铸铁刹车片的5倍。苏联在合成刹车片的研究上开始也很早,在地下铁道中早就使用层压木的塑料刹车片。不过新的合成刹车片的材质研究是从1956年开始。曾用三种类型的黏合剂,分别为酚醛树脂、合成橡胶、酚醛树脂和合成橡胶混合物。试验结果表明:采用合成橡胶为黏合剂的高摩合成刹车片的制动性能优异。已广泛应用于快速旅客列车上。

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