《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》编制说明

《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》“浙江制造”标准编制说明1项目背景工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片是机械传动领域的重要组成部分，主要应用于工程机械的动力变速装置中。现在市场上主流的纸基摩擦片还是以石墨为主要摩擦材料，但受到环保政策和生产成本的影响，石墨摩擦材料正在逐渐被替代。近年来，具有较好环保性能、高耐磨性和低噪音的有机硅材料逐渐被应用于纸基摩擦片，并逐渐成为了市场上的主流产品。此外，由于工程机械在使用过程中需要承受高密度、高温度、高压力等复杂的工况，因此对纸基摩擦片的要求也越来越高。为此，一些企业开始研究开发采用有机金属作为摩擦材料的新型纸基摩擦片，以满足市场需求。动力换挡从上世纪50年代出现发展到今天，经历了从动力换挡增扭器、Hi-Lo动力换挡机构和逆向机构（动力换向），到部分挡位动力换挡、全部挡位动力换挡，多排挡位全动力换挡（目前最多16个前进挡），再到电液智能控制的全自动换挡，在传动领域得到了广泛应用。作为动力换挡的关键核心元件，摩擦片无论是制造技术还是产量也都得到了快速发展。一台动力换挡变速箱用摩擦片数量在30～120件。北美、南美、欧洲、日韩等地区纸基摩擦片的年采购金额在5亿美元以上，中国大陆在动力换挡方面起步较晚，前期发展较慢，但近年来得到快速发展。徐州徐工传动和杭州发达研制的全自动动力换挡变速箱制造技术已达到国际先进水平。目前，国内动力换挡纸基摩擦片的年采购金额在1亿人民币以上。在工程机械行业，动力换挡变速箱扮演着关键的角色，它们能高效快速调节和控制机器的速度和扭矩。而其中纸基摩擦片则是变速箱中不可或缺的重要零部件之一，用于实现变换工作齿轮组的操作。工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片行业已经有了几十年的发展历程，行业内经历了从初期采用石棉摩擦材料、历经粉末冶金摩擦材料、模压石墨摩擦材料、橡胶基摩擦材料，再到如今越来越多地采用纸基摩擦片的发展变化。从技术和市场层面来看，纸基摩擦片已逐步替代了传统摩擦材料，其应用范围及用途也在不断扩展。行业内参与的厂商数量不断增加，产品质量持续提升，生产设备和制造技术也在不断更新。国内相关企业已拥有自主知识产权及生产技术，可以提供多种规格、具有多种特性纸基摩擦片及为客户提供个性化的、专业化的技术支持和服务。未来，随着消费升级和环保要求的提高，纸基摩擦片也将面临更高的标准和更广泛的应用场景。因此，纸基摩擦片行业仍将面临充满挑战的竞争环境，行业内企业必须持续创新以提高产品质量和市场竞争力，并在服务上进行差异化，才能在激烈的市场竞争中占据优势地位。2项目来源由杭州东江摩擦材料有限公司向浙江省质量协会提出立项申请，经协会通过，浙市监函[2023]86号浙江省市场监督管理局关于公布2023年第一批“浙江制造”标准培育计划，55号，项目名称：《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》。3标准制定工作概况3.1标准制定相关单位及人员3.1.1本标准主要起草单位：杭州东江摩擦材料有限公司。3.1.2本标准参与起草单位：杭州峻伟机械有限公司、安徽长命摩擦材料科技有限公司、浙江方圆检测集团股份有限公司、盐城市翔盛碳纤维科技有限公司。3.1.3本标准起草人：韦佳、刘有德、李乐奇、戴国锋、胡波峰、任长明、黄顺民、孔佳佳、胡礼杰。3.2主要工作过程3.2.1前期准备工作按照“浙江制造”标准工作组构成要求，杭州东江摩擦材料有限公司与杭州峻伟机械有限公司共同商定于2021年3月成立了由总经理韦佳、技术总监刘有德等组成的标准研制小组，明确标准研制重点和提纲，明确各参与单位或人员职责分工、研制计划、时间进度安排。●企业现场调研对企业进行现场调研，对“浙江制造”标准立项相关资料进行收集整理。●成立标准工作组根据浙江省市场监督管理局下达的“浙江制造”标准《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》制订计划，杭州东江摩擦材料有限公司等共同成立了标准工作组，明确了各人员的职责分工。●明确研制重点《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》标准研制的重点包括：名称、范围、基本要求、性能指标和对应的检测方法、质量承诺等，其中内在质量要求指标、基本要求中提炼出能体现行业先进性的亮点、质量承诺体现企业对产品质量的信心等。●研制计划及时间安排（1）2021年3～5月前期调研、起草阶段：完成实地调研和相关标准的收集整理；标准工作组编写标准（草案）及标准编制说明。（2）2021年5月：提交《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》立项申请。（3）2022年12月：完成《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》立项答辩等工作。（3）2023年3月31日：召开标准启动暨研讨会。（4）2023年9月下旬完成标准征求意见稿。（5）2023年10月中旬召开评审会。（6）2023年11月中旬上报报批稿。标准工作组切实明确了标准研制的重点和提纲，强调标准研制的自主创新、装备保证、检测水平和技术提升等方面，并且突出了质量、技术、服务的先进性。形成标准制订的框架与结构，分别为封面、目次、前言、范围、规范性引用文件，术语和定义、基本要求、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存、质量承诺。3.2.2标准草案研制针对型式试验内规定的安全技术指标先进性研讨情况本标准（草案）于2021年5月研制完成；充分考虑了“浙江制造”标准制定框架要求、编制理念和定位要求等，全面体现了标准的先进性。标准工作组针对“浙江制造”标准的编制理念，以“国内一流、国际先进”的定位要求，以国家标准GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》为基础，充分考虑工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片的技术要求，对技术指标的先进性、产品的基本要求、质量保证方面等逐一进行探讨，并按照“浙江制造”标准制定框架要求形成《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》“浙江制造”标准草案。同时考虑到产品可能存在的贸易壁垒，对比了国外同行卡莱（N-670材质）的技术要求，也对比了国内高端客户徐工集团和国外客户Caterpillar卡特的技术要求。对标准中规定的质量特性指标进行了分析比对，其中主要包括：动摩擦系数、静摩擦系数、静动摩擦系数比（末端静摩擦系数与中点动摩擦系数的比值）、磨损量、最大能量密度。针对基本要求、质量保证方面的先进性研讨情况为响应“浙江制造”标准作为产品综合性标准的理念，从“好企业、好产品”的定位出发，标准研制工作组围绕工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片的设计研发、原材料、工艺装备、检验检测等方面进行先进性提炼。在基本要求方面：（1）在设计研发上：应具备根据客户工况条件进行摩擦片材料研发和性能优化的能力；应具备根据客户使用要求进行摩擦片设计和结构优化的能力。（2）在原材料方面：摩擦片芯板应采用45钢、50钢、70钢、65Mn钢，其化学成分应符合GB/T699的要求；摩擦片摩擦材料所用原材料应符合以下要求：碳纤维：灰分应小于等于0.5%；人造石墨：固定碳含量应大于等于93%；基体树脂；固含量应大于等于55%。（3）在工艺装备方面：应具备制造摩擦片所需的生产设备；应具备制备摩擦磨损性能试验样件和进行工艺验证的能力。（4）在检验检测方面：应具备摩擦磨损性能的检测能力；应具备打浆度、含胶率、气孔率等重要工艺参数的检测能力。（5）在质量保证方面：自购买日起1年内，在产品使用过程中，因摩擦片质量问题导致故障，制造商应负责免费更换；在接到客户质量投诉时，制造商应在24小时内响应，48小时内提出处理或解决方案。按照“浙江制造”标准制定框架要求，及“浙江制造”标准编制理念和定位要求研制标准草案情况按照“浙江制造”标准制订框架要求，标准草案在基本要求、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存及质量承诺等各个方面进行了全方位的阐述。按照“国内一流、国际先进”的要求，对标国际先进企业，力求体现最先进的浙江工艺，用高质量来保障品牌生命，成为工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片行业的标杆和领跑者。3.2.3标准研讨在2023年3月31日召开的研讨会上，标准工作组成员与行业、企业的专家代表对标准的草案进行了充分的研究和讨论，从产品的全生命周期出发，以提升产品性能、用户体验为目标，按照“浙江制造”标准制定框架要求及“浙江制造”标准编制理念和定位要求，依据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则进行编制。会上提出的意见主要有：浙江制造标准的基本要求是体现浙江制造标准国内一流、国际先进的重要组成部分，与会专家提出基本要求的设计研发、原材料、工艺装备、检验检测应该充分反映出公司的管理、生产过程的先进性、实际性；编制说明项目背景中写明新增和提升指标的原因；编制说明详细补充4.2.3主要内容及确定依据；编制说明添加与国内同行的技术对比；核对修改第三章的术语和定义；简化“4.1设计研发”的内容及表述；写明“4.2材料及零部件”核心指标具体要求；写明“4.3工艺装备”工艺特有的先进自动化设备；“4.4检验检测”中写明某些设备对某些项目的检测能力；根据国标修改补充内容，删除5.1.3条；修改“6.4摩擦性能”检测方法，并分点单独规定检测标准，油号写清具体粘度；重新制定检测抽样方式；删除附录A标准工作组根据专家意见进行修改，最终形成标准征求意见稿。3.2.4征求意见（待定）3.2.5专家评审（待定）2023年月日，在举行了标准评审会，评审组对标准文本进行逐章逐条进行严格把关，会上一致通过评审，但评审中也提出相关修改意见，主要意见如下：3.2.6标准报批。根据专家评审组对标准文本和编制说明所提意见，项目组又做了最终修订，并通过专家组的一致同意，最终形成标准报批稿。4标准编制原则、主要内容及确定依据4.1编制原则标准研制工作组遵循标准“合规性、必要性、先进性、经济性、可操作性”的编制原则，同时符合浙江制造团体标准定位和要求。合规性本标准的编制遵循合规性原则，标准起草小组根据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》编制标准草案。标准起草小组对产品市场做了充分的调研和分析，参照国家标准的技术要求，对先进性项目的验证试验进行分析和处理，标准完成前向上游客户、同行、检测机构、浙江制造标准核心专家等各个方面征求了意见。标准中符合国家标准GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》标准中相关条款。必要性目前国内的纸基摩擦片相关标准有GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》。该标准对纸基摩擦的基本要求或总要求进行了定义和量化，且为材料标准，对产品的性能和特性定义较少，其部分内容或引用的试验方法不能满足或不适合工程机械动力换挡变速箱工况对纸基摩擦片的要求，应针对目前市场需求对标准进行修正、补充和完善。先进性标准起草小组查询了国内外的资料，依据GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》，同时考虑到产品可能存在的贸易壁垒，对比了国外同行卡莱（N-670材质）的技术要求，也对比了国内高端客户徐工集团和国外客户Caterpillar卡特的技术要求。对标准中规定的质量特性指标进行了分析比对，同时结合我司多年生产和实践经验，各项指标全覆盖国家标准的前提下提升、新增和提升了以下关键指标，体现了该团体标准的先进性：动摩擦系数：由≥0.08提升至≥0.10；提升理由：提高传动效率：动摩擦系数的提升可以减少摩擦损失，使得变速箱传动更加高效，降低功率损耗，提高机械动力性能和工作效率。减少能源消耗：提高动摩擦系数可以减少工程机械在换挡过程中的能量损耗，提高能源利用效率，减少燃料消耗。提高传动平稳性：动摩擦系数的提升可以改善换挡时传动平稳性，减少冲击和震动，驾驶更加舒适稳定。增强耐磨性能：高动摩擦系数的摩擦片具有更好的耐磨性能，可减少磨损延长摩擦片寿命，从而延长变速箱使用寿命，减少维修和更换成本。静摩擦系数：由≥0.08提升至≥0.10；提升理由：提高启动性能：静摩擦系数的提升可增加摩擦片在静止状态下的抓地力，使得变速箱在启动时更容易传递动力，减少打滑现象，提高机械启动性能。提升制动效果：高静摩擦系数的摩擦片可以增加制动器的摩擦力，提高制动效果，并缩短制动距离，增加工程机械安全性，减少事故发生。减少磨损：高静摩擦系数可以降低摩擦片与接触面之间的相对滑动速度，减少磨损。延长摩擦片使用寿命。末端静摩擦系数与动摩擦系数的比值：由0.8～1.6加严至0.9～1.5；加严理由：提高换挡顺畅性：末端静摩擦系数与动摩擦系数比值的缩小可以减小摩擦片从静止到运动转换的摩擦力差异，使得换挡过程更加顺畅稳定。提高变速箱的换挡质量，降低冲击和振动。减轻摩擦片磨损：末端静摩擦系数与动摩擦系数比值的缩小可以减少摩擦片在启动和停止时的摩擦力差异，减轻摩擦片的磨损。延长摩擦片的使用寿命。提高传动效率：末端静摩擦系数与动摩擦系数比值的缩小可以减少换挡时能量损耗，提高传动效率。增强操控性能：加严末端静摩擦系数与动摩擦系数比值可以减少摩擦片在变速箱中的滑移，增强操控的稳定性和精确性。提高驾驶体验，降低事故风险。磨损量：由≤0.18降低至≤0.15；降低理由：延长使用寿命：磨损是摩擦片使用过程中不可避免的现象，但通过降低磨损量可以延长摩擦片的使用寿命。减少更换摩擦片的频率，提高机械设备可靠性。提高性能稳定性：摩擦片磨损会导致其尺寸和性能的变化，影响传动稳定性和精确性。降低磨损量可以减少这种变化，提高工程机械性能稳定性和工作效率。减少能源消耗：摩擦片的磨损会增加摩擦损失，从而造成能源的浪费。降低磨损量可以减少摩擦损失，提高能源利用效率。提高工作安全性：摩擦片磨损过多可能导致传动不可靠、失效甚至故障，对工作安全产生潜在风险。降低磨损量可提高传动系统的可靠性和安全性，减少故障和事故的发生。新增最大能量密度：≥150（J/cm2）；新增理由：提高功率传递能力：最大能量密度的增加意味着摩擦片可以在单位面积上传递更多的能量，提高变速箱耐热耐温性能和抵抗过载或误操作能力。提升启动和加速性能：最大能量密度的提升可使变速箱在启动和加速过程中更好地传递动力，减少能量损失和摩擦现象。提高工程机械的启动性能和加速能力，使其能快速响应操作需求。减小重量和尺寸：提高最大能量密度可以在不增加摩擦片尺寸和重量的情况下提供更大的功率传递能力。有助于减小工程机械变速箱的体积和重量，提高整体的轻量化设计和便携性。产品体现了国内一流、国际先进的定位。经济性标准要求本着经济不增加过多成本的要求，符合产品质量。设置指标时，在能全面保障产品质量时，尽可能不增加过多的考核指标，节省企业成本。可操作性标准的技术要求均有对应的检测方法，且可由第三方实验室进行检测，检测方法都有相应的国家标准或行业标准支撑，同时进行设计验证。企业应具备产品基础性检测能力，可减少送第三方实验室的检测费用。4.2主要内容及确定依据本标准主要包含范围、规范性引用文件、术语和定义、基本要求（设计研发、材料和零部件、工艺装备、检验检测）、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存、质量承诺等内容。内容依据理论要求和实践情况制定，所有指标均可实现。4.2.1范围本文件规定了工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片（以下简称“摩擦片”）的术语和定义、基本要求、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存、质量承诺。本文件适用于工程机械动力换挡变速箱用的纸基摩擦片。4.2.2基本要求主要以标准研制工作小组调研结果为基础，按照“浙江制造”标准制订框架要求，增加了设计研发、材料和零部件、工艺装备、检验检测内容和要求。设计研发应具备根据客户工况条件进行摩擦片材料研发和性能优化的能力；应具备根据客户使用要求进行摩擦片设计和结构优化的能力。原材料摩擦片芯板应采用45钢、50钢、70钢、65Mn钢，其化学成分应符合GB/T699的要求；摩擦片摩擦材料所用原材料应符合以下要求：碳纤维：灰分应小于等于0.5%；人造石墨：固定碳含量应大于等于93%；基体树脂；固含量应大于等于55%。工艺装备应具备制造摩擦片所需的生产设备；应具备制备摩擦磨损性能试验样件和进行工艺验证的能力。检验检测应具备摩擦磨损性能的检测能力；应具备打浆度、含胶率、气孔率等重要工艺参数的检测能力。4.2.3在技术要求方面，主要内容及确定依据如下：本标准编制以国家标准GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》对标，同时考虑到产品可能存在的贸易壁垒，对比了国外同行卡莱（N-670材质）的技术要求，也对比了国内高端客户徐工集团和国外客户Caterpillar卡特的技术要求。通过对比实际产品技术指标和使用性能要求，新增和修改了以下相关重要技术指标：动摩擦系数：由≥0.08提升至≥0.10；静摩擦系数：由≥0.08提升至≥0.10；末端静摩擦系数与动摩擦系数的比值：由0.8～1.6加严至0.9～1.5；磨损量：由≤0.18降低至≤0.15；新增最大能量密度：≥150（J/cm2）。4.2.4质量承诺自购买日起1年内，在产品使用过程中，因摩擦片质量问题导致故障，制造商应负责免费更换；在接到客户质量投诉时，制造商应在24小时内响应，48小时内提出处理或解决方案。5标准先进性体现5.1理化性能指标设计标准对比分析情况本标准参考了相关的国家标准并结合实际生产情况而制定，高于国家标准，具有一定的先进性。对比国家标准GB/T37208《非金属纸基湿式摩擦材料》，考虑主要技术要求，产品特点，对技术指标的先进性、产品的基本要求、质量保证方面等逐一进行探讨，并按照“浙江制造”标准制定框架要求形成《工程机械动力换挡变速箱纸基摩擦片》“浙江制造”标准草案。标准工作组从产品特性和使用需求出发，结合产品技术要求，对某些关键技术指标进行了提升与增加。相关数据对比情况见表1。表1关键指标对比表质量特性核心技术指标GB/T37208表1中2类卡莱（N-670材质）（国外同行）徐工集团（国内客户）Caterpillar卡特（国外客户）拟制定标准先进性说明耐摩擦性动摩擦系数μd≥0.080.10～0.130.09～0.13≥0.085≥0.10比国标提高25%，提高传扭能力，缩短换挡时间或实现结构小型化。静摩擦系数μs≥0.080.12～0.150.12～0.15≥0.135≥0.10比国标提高25%，提高传扭能力或实现结构小型化。末端静摩擦系数与动摩擦系数的比值μe/μm0.8～1.6未收集到，按其动静系数估算，近似值为：0.92～1.5未做要求，按其动静系数估算，近似值为：0.9～1.5-0.9～1.5静动摩擦系数更接近，使换挡更加平稳柔和、对传动系统冲击更小，降低极限工况下产生噪声的倾向。可靠性磨损量（mm）≤0.18--≤0.15≤0.15提高产品的使用寿命。最大能量密度（J/cm2）-100～160120-≥150提高了产品耐热耐温性能和抵抗过载或误操作能力。5.2基本要求（型式试验规定技术指标外的产品设计、原材料、关键技术、工艺、设备等方面）、质量承诺等体现“浙江制造”标准“四精”特征的相关先进性。（1）精心设计应具备根据客户工况条件进行摩擦片材料研发和性能优化的能力；应具备根据客户使用要求进行摩擦片设计和结构优化的能力。（2）精良选材摩擦片芯板应采用45钢、50钢、70钢、65Mn钢，其化学成分应符合GB/T699的要求；摩擦片摩擦材料所用原材料应符合以下要求：碳纤维：灰分应小于等于0.5%；人造石墨：固定碳含量应大于等于93%；基体树脂；固含量应大于等于55%。（3）精工制造应具备制造摩擦片所需的生产设备；应具备制备摩擦磨损性能试验样件和进行工艺验证的能力。（4）精诚服务自购买日起1年内，在产品使用过程中，因摩擦片质量问题导致故障，制造商应负责免费更换；在接到客户质量投诉时，制造商应在24小时内响应，48小时内提出处理或解决方案。5.3标准中能体现“智能制造”、“绿色制造”先进性的内容说明公司拥有摩擦材料配方、工艺、设备、试验检测等方面的关键和核心技术，其中《一种碳纸基摩擦片及制造方法》已授权发明专利，制定国标GB/T37208-2018《非金属纸基湿式摩擦材料》。产品具有高而稳定的摩擦系数、低的静动摩擦系数比，能承受更高的能量载荷、功率载荷、动态压力载荷、静态压力载荷、速度载荷，并具有极好的可靠性、耐久性和更长的使用寿命。纸基摩擦材料采用的主要原材料为可再生资源，替代粉末冶金摩擦材料，可节约铜、锡、铁、镍、锌等不可再生的金属，同时减少了重金属对环境的污染和对操作工人身体的伤害；采用湿法工艺制造，与其它摩擦材料相比，生产环境清洁，无粉尘；通过技术攻关，在国内率先将湿法工艺过程使用的水循环使用，做到污水零排放；公司在国内率先将机器人和数控专机应用于贴片和后续机加工工序，极大地提高了生产效率。正在与浙江大学合作，研究和准备改进纸基摩擦材料生产线，通过浓度-流量的精准控制、采用红外测水和放射定量测量技术，形成闭环控