第二代高铁刹车片研制

20240614

交通运输、仓储和邮政业

依照TJ/CL307-2019新标准对研制的第二代刹车片进行台架试验，试验结果如下： （1）平均湿摩擦系数0.362，高于考核指标的≧0.25； （2）实验条件下，干燥工况摩擦系数在0.366-0.385范围内，摩擦系数波动最高为2.86%，连续两次制动下波动值0.28%，远小于标准值≤10%； （3）刹车片磨耗量低速为0.03 cm3/MJ、高速下为0.25 cm3/MJ，低于标准要求的≤0.35cm3/MJ； （4）刹车片高温和低温静摩擦系数分别为0.400和0.366，均高于标准要求的≧0.35； （5）制动盘摩擦面磨耗正常，制动盘无热斑、无裂纹划伤。 北京科技大学和北京极度金刚科技有限公司根据研发成果已验证了粉末冶金刹车片中试生产线；已制定产品的企业制造标准、原材料技术规范、生产工艺规范、检测规范、包装规范和关键设备操作规范。

该科技成果实现工业化生产供货，拟转让方注册资金需高于5000万，具有4000平以上生产和仓储场地，能完成混料机、压机、烧结炉和组装机等必须关键设备的安装调试。拟转让方还需具备质量管理体系认证资质，并对相关岗位人员进行专业培训。

可国（境）内外转让

目前我国时速250公里以上高速列车的总保有量3586组（8车厢标准组），每节车厢需装配32片刹车片，一次装车量超过88万片；刹车片属于高消耗部件，使用期限平均3.5月，按每年更换3次计算，刹车片年需求量超过264万片。根据国家铁路发展的中长期规划，到2025年我国高速列车将达到4500组，年装车量超过344万片。目前时速300公里以上高铁刹车片主要依赖进口，进口刹车片的价格约4000元/片。我们的产品达产后，单片价格在2500元/片以内，按目前的高铁保有量每年市场需求超过66亿元，2025年后刹车片市场需求约86亿元。考虑到目前我国高铁正在出口，再加上现有国外市场，经济效益更大。

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

刹车片是决定列车行驶速度、紧急制动，确保运行安全的关键制动部件，为确保高速列车的运行安全，要求刹车片具有：（1）高且稳定的摩擦系数、（2）低金属镶嵌、（3）耐高温、（4）足够的机械强度、（5）低磨损、（6）环境友好、（7）耐腐蚀。因此，高速列车刹车片的制备是一项难度很高的关键技术。 基于高速列车刹车片的严苛性能要求，北京科技大学于2013年承担北京市科委项目“时速200公里以上铁路列车刹车片研制”（ Z131100002413004 ），开展粉末冶金刹车片的研究。在摩擦材料制备方面，系统分析对比了铜粉种类、铁粉种类、石墨用量、陶瓷用量对材料力学性能和摩擦性能的影响，通过混料、成型、烧结等工艺的技术研究，突破复合摩擦材料中原料成分失配、结构均匀性差、材料强度低等技术瓶颈，开发出了粉末冶金刹车片。依据当时中铁认证中心发布的TJ/CL307-2014标准进行了1:1台架试验，结果表明，自制刹车片的摩擦系数稳定性与进口件相当，在时速50-380公里/小时、载荷8-31kN范围内，摩擦系数均在标准要求的范围内。刹车片与制动盘匹配良好，制动性能满足装车运行要求，标志着第一代高铁刹车片的研制成功。 但是根据TJ/CL307-2014标准开发的第一代高铁刹车片，由于没有考虑湿摩擦系数的要求，因此出现雨雪天气下摩擦系数低、金属镶嵌而损伤制动盘、紧急制动下背板软化变形等问题。针对这些问题以及时速400公里高铁下线试车的要求，国铁集团联合中车集团制定高铁刹车片新认证标准TJ/CL307-2019，新标准将列车制动轴重从5.7吨增加到8.5吨，制动压力从31.5kN增加到56.54kN，湿摩擦系数从无要求增加到0.25以上，摩擦系数稳定性提高了35%，摩擦系数波动从无要求提高到不高于10%。新标准极大提高了刹车片摩擦材料的性能要求，北京科技大学与北京极度金刚科技股份有限公司在怀柔科学城成果落地“第二代高铁刹车片研制”（ Z201100008420013）项目的支持下，进行了产品升级换代，开发第二代高铁刹车片。 刹车片的核心是研制摩擦材料。根据中国铁路总公司颁布的铁总机辆【2019】第10号文件和修订后的《动车组闸片暂行技术条件》（标准性技术文件TJ/CL307-2019），综合考虑了新标准对刹车片干摩擦、湿摩擦、高爬升力、循环疲劳性能的要求，采用粉末冶金工艺制备摩擦材料，设计并制备具有不同金属基体、不同陶瓷摩擦组元、不同石墨类型的材料体系。考虑刹车片要承受高的制动剪切力和热应力，及粉末冶金摩擦材料低强度低粘接性的事实，采取摩擦材料-过渡层-钢背板的三明治结构摩擦块设计，即钢背板提供支撑强度，过渡层对两种异种材料进行粘接。开发耐热钢背板，通过钢背板形状设计和加工精度、过渡层材料，研究连接工艺，制备出粘接强度高、耐高温的摩擦块。摩擦块通过弹簧卡和调整垫安装在钢背上组成完整的刹车片。 第二代高速列车刹车片，在时速50-400km速度范围内进行制动摩擦台架试验后，表现出湿摩擦系数高、干摩擦系数稳定性好、磨耗低、无剥落掉块、烧痕、隆起、变形、摩擦材料熔化、金属镶嵌、掉块、持续啸叫及其它缺陷，产品性能优于TJ/CL307-2019标准要求。该研究成果使我国高铁刹车片的制造技术处于国际先进、国内领先水平，为进口替代、产品升级提供技术保障和产品保证，为时速400km列车的运营提供配套部件，为高速列车的全气候运行提供安全保证。随着高铁线路进一步延长，以及“一带一路”带动高铁走出国门，刹车片的市场需求将持续上升，前景广阔。