局部接触对制动盘温度及摩擦性能的影响

将摩擦块设计为2侧接触和中间接触2种接触形式,利用轨道列车缩比惯性制动试验台,分别在制动压力为0.50,0.75和1.00 MPa,制动速度为50,80,120,160和200 km·h~(-1)条件下,研究局部接触形式对制动盘表面温度和摩擦性能的影响,并与全接触形式对比。结果表明:局部接触的位置对盘面温度和摩擦系数的影响明显;在制动速度为200 km·h~(-1)、制动压力为1.00 MPa工况下,局部接触导致摩擦系数降低约10%左右;相对于全接触,中间接触时盘面峰值温度升高约31%、最大温差增大约37%,2侧接触时盘面峰值温度下降约11%、最大温差减小约68%。其原因在于中间接触时接触区域与盘面高能量区重合,起到了加剧温度集中程度的作用,而2侧接触时接触区域偏离高能量区,有助于改善盘面温度的均匀性。     

基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析

针对在已有的制动盘瞬态温度场模拟中,摩擦表面摩擦生热热流密度的计算没有考虑摩擦热流在摩擦面上分布的差异,提出用摩擦功率法及摩擦副周向接触长度确定制动盘摩擦面摩擦生热热流密度的方法。根据温度场分析时的载荷和边界条件,建立制动初速200 km.h-1条件下列车紧急制动过程中制动盘瞬态温度场的有限元模型并进行数值分析,结果表明:在制动过程中,制动盘高温区域集中在制动盘摩擦半径至外径区域,温度最高可达289.9℃;摩擦热流对盘体内径附近区域的影响较小;能反映出制动盘和闸片周向接触长度径向分布对制动盘表面温度场分布产生的影响。     

制动盘摩擦环厚度对其热容量和热应力的影响

为研究摩擦环厚度对新型城际动车组铸钢制动盘热容量和热应力的影响,基于ANSYS有限元分析软件,建立制动盘循环对称三维瞬态模型。采用间接耦合方法,仿真计算列车速度为300km/h时,厚度对制动盘温度场和应力场的影响。仿真结果表明:摩擦环初始厚度为23mm时,制动盘盘面最高温度为331.01℃,热应力为324.26MPa;摩擦环厚度降低5mm时,盘面温度升高约8.24%,热应力提升约12.82%;厚度对应力场的影响高于对温度场的影响,且厚度与二者呈线性关系。此结果可为制动盘后续寿命预测与检修提供参考。     

制动闸片结构特征的表征方法研究

闸片结构直接影响制动盘的温度场分布,而制动盘表面的温度场分布是影响制动盘使用寿命的重要因素.基于摩擦块空间分布特征与制动盘温度场的关系,探讨了制动闸片的表征方法,通过引入径向结构因子和周向结构因子两个概念,表征了摩擦块在径向和周向上的排布对制动盘温度场的影响程度,并利用有限元软件模拟验证了径向结构因子和周向结构因子与制动盘温度场的关系.结果表明,径向结构因子反映了摩擦功率沿盘径向的分布规律;周向结构因子反映出摩擦功率在制动盘周向的分布规律,通过这两个参数,较客观地描述了闸片的结构特点,并可用于评价制动闸片对制动盘热应力分布的影响程度.     

高速列车合金锻钢制动盘温度场仿真分析

紧急制动时的制动盘温度状况与其使用寿命密切相关,而如何准确预测制动盘摩擦表面的温度及温度场分布成为研究摩擦制动盘表面磨损、金相转变及热裂纹的关键技术。本文提出了一种把热辐射系数折算成对流换热系数的方法,建立了锻钢制动盘三维循环对称有限元模型、热输入数学模型及对流散热数学模型。用平均轴制动功率法,对高速列车“中华之星”在270 km/h紧急制动时制动盘温度场分布进行仿真。仿真结果表明,高速列车实施紧急制动时,制动盘摩擦升温最高可达935℃,且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域。在1∶1制动动力台进行紧急制动试验,试验结果与仿真数据比较接近,从而验证了该模型的有效性,为制动盘应力场分析及其结构参数优化提供了直接依据。     

高速列车锻钢制动盘温度场特征的实验研究

为了研究我国自主研制开发的高速列车合金锻钢制动盘在制动过程中所承受的热载荷,在1∶1制动动力试验台上进行220,270,300 km.h-1的3种初速度下的制动试验,并利用红外热像仪对制动过程中制动盘表面的温度场进行观测。结果表明:在制动过程中,盘面温度分布先由制动初期的带状升温扩展成面状,再由面状降温退缩形成团状热斑;盘面温度在制动过程中经历了急速上升、快速下降和缓速下降3个阶段;盘面最高温度随制动初速度的增加(220~300 km.h-1)而增大(700~1 200℃)。     

高速轮轨列车制动盘热应力有限元研究

盘式摩擦制动器在高速轮轨列车上有着广泛的应用。但该制动器在制动过程中因制动盘温度的急剧上升,将使制动性能降低,甚至有可能导致制动盘失效,因此制动盘温度和应力分布对制动盘的寿命及制动性能有着重大影响。本文采用有限元方法对高速轮轨列车制动盘的瞬态温度场和热应力进行了分析研究。根据制动盘制动原理和传热原理,确定了温度场和热应力有限元分析中的载荷、边界条件、加载过程和模拟工况,通过对蠕铁、25Cr2Mo1V和35CrMo 3种制动盘材料在相同结构、相同制动过程条件下的热应力分析,对不同材料制动盘热应力的影响进行了考查和热特性的分析对比,为制动盘的设计和优化提供了依据。     

不同工况对制动闸片摩擦性能的影响

针对高速列车制动系统运行条件,采用1︰1制动动力试验台模拟低温造雪环境,进行不同制动压力和不同制动初速度下有无残砂或制动盘有碎屑的紧急制动试验,以及低温造雪环境下初速度250km/h不同制动低压力的持续制动试验。测试闸片的平均摩擦系数和制动过程中盘面的最高温度,并观察制动盘和闸片的表面状态。结果表明,紧急制动不同工况下,闸片的平均摩擦系数随着制动压力和制动初速度的升高呈曲折升高趋势,盘面最高温度也不断升高并在初速度160 km/h时趋于一致;无残砂工况下,连续致密的摩擦膜在制动初速度80km/h时形成,有残砂或制动盘有碎屑工况下在制动初速度120km/h时形成。低压持续制动时,闸片平均摩擦系数和制动盘表面温度受接触面带冰膜的摩擦膜影响。     

城际快速列车铸钢制动盘三维瞬态温度场和应力场仿真分析

为了新型城际动车组铸钢材料制动盘能满足热容量要求,建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,考虑弹性模量、热导率、热膨胀系数和比热容等材料参数随温度变化的影响。采用间接耦合方法,利用有限元分析软件ANSYS,仿真不同制动初速度下连续两次紧急制动时制动盘摩擦热负荷产生的瞬时温度场及热应力分布。仿真结果表明:不同制动初速度下温度变化规律相似,但初速度高的温升高;制动盘摩擦升温最高为388.615℃,最大热应力为598.14MPa,通过比较,远低于铸钢材料许用温度和许用应力,能满足新型城际动车组的运行要求;铸钢制动盘是一种较为理想的制动材料,为结构设计与选材提供了理论依据。     

高速列车盘式制动器散热筋结构散热研究

为了提高高速列车制动过程的安全性,需对制动盘散热筋结构进行优化设计。文章运用ANSYSworkbench软件建立三维瞬态模型,基于能量折算法对8种方案下不同结构参数的制动盘进行温度场仿真,研究在制动初速度为350 km/h时的一次紧急制动工况下,散热筋高度、排列密度和排流角的改变对制动盘温度场和热应力场影响的变化规律。仿真发现:增加散热筋高度、增大排流角、降低排列密度有助于制动盘散热;在紧急制动工况中,最高温度点在制动盘面,最大热应力在散热筋侧面;8个方案中,方案7满足初速度为350 km/h的高速列车制动要求,最高温度相对最低,最大热应力可降低36 MPa。     

基于ANSYS的CRH2型动车组轴盘热应力分析

以CRH2型动车组制动系统轴盘为雏形,基于摩擦功率方法,进行轴盘热负荷计算研究及边界条件确定。依据能量守恒定律,采用简化计算施加制动盘体表面的热流密度方法,得出动车组紧急制动情况下,平均强迫对流换热系数和平均自然对流换热系数的函数曲线关系。基于ANSYS软件,仿真模拟出CRH2型动车组紧急制动条件下,轴装制动盘的温度场分布和应力场大小。结果表明:在制动过程中动车组制动盘在开始制动瞬间表面温度迅速上升,当t=20 s时达到峰值T_(max)后缓慢下降;制动开始后盘体热应力瞬间急剧上升,在t=9.6 s时达到最大值σ_(max)=238 MPa,随后逐渐呈下降趋势。最大应力值σ_(max)远远小于盘体材料常温下最大许用应力σ_b=785 MPa,符合CRH2型动车组轴盘材料及结构工况下使用条件和闸片的摩擦副要求及制动系统技术规定。热应力变化曲线和温度场分布曲线峰值前后存在步差,峰值变化趋势基本相同,即首先急剧上升到一个最大峰值,然后缓慢下降。     

闸片结构对制动盘温度场及热应力场的影响

制动盘表面温度和应力的分布关系到制动盘的寿命,而制动闸片的结构是影响制动盘表面温度和应力的关键因素。利用有限元软件,建立了闸片结构与制动盘温度场及热应力场分布的关系,并提出了与闸片结构和摩擦功率密切相关的结构因子的概念,摩擦面积和摩擦速度增加都将增加结构因子。模拟计算表明,随结构因子的增加,表面温度及热应力增加,结构因子的波动程度决定了热应力。减小结构因子变化的范围则可改善制动盘热应力的分布。结构因子的提出为改善制动盘温度场及应力场提供了参考依据,对闸片结构的设计具有指导意义。     

盘形制动有限元模拟计算方法研究

建立3种制动盘制动过程有限元计算模型,即:部分盘间接耦合模型、整盘间接耦合模型、弹塑性热-机耦合模型,并以1∶1制动试验结果和红外线温度成像系统测试的温度为依据,分析不同模型计算结果的准确性和适用性。在部分盘间接耦合模型的基础上,通过改变热流加载方法提出整盘热流移动加载间接耦合模型,该模型可用于模拟计算制动盘的整体温度场和应力场。在接触直接耦合法的基础上,考虑材料的塑性影响,建立弹塑性热-机耦合模型,该模型可用于模拟制动盘摩擦面的局部热损伤。     

跨坐式单轨车辆轴端安装的制动盘设计

根据跨坐式单轨车辆走行部结构和空间尺寸,以及工作和维护需求,设计了可拆卸摩擦环的制动盘结构。制动盘直接压装在减速箱一级减速轴的外端。建立制动盘结构仿真模型,对制动盘温度场及热应力场进行有限元分析,仿真验算在超员载荷条件下的制动过程中制动盘的温度与应力。结果表明,所设计的盘毂轴端安装可拆卸制动盘热容量满足跨坐式单轨车辆制动要求。     

高速动车组制动摩擦副的仿真分析

基于ABAQUS6.10非线性有限元软件建立高速列车轮装制动盘摩擦副生热有限元模型。根据高速列车运用的实际情况施行热交换边界条件。计算了380km/h列车在紧急制动过程的温度场、应力场分布情况。仿真结果表明,一次紧急制动,制动盘磨擦升温最高可达795℃,且高温区域集中在制动盘摩擦表面的中部区域,应力最大值达到450MPa,在所选铸钢材料的强度限制范围内,满足高速列车制动基本技术条件要求。     

列车制动摩擦热预测

在制动负荷较高的情况下,制动盘等的摩擦表面就会产生热斑和热裂等热现象。要解决这一问题,需对制动摩擦热做出精确的预测。文章使用二维和三维有限元模型,在小型摩擦试验机上对制动盘和制动块的摩擦热进行了预测和导热分析。结果表明,用有限元法进行导热分析能够预测制动盘和制动块的摩擦热。     

整体制动盘热应力有限元仿真分析

利用ABAQUS软件,对三筋板、四筋板和散热柱3类结构的合金铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁材料制成的整体制动盘进行了温度场和热应力场分析。研究制动初速度为220 km.h-1时紧急制动情况下整体制动盘的热力学特性。对数值仿真结果的分析表明:当选用相同的材料时,四筋板制动盘的盘面最高温度比三筋板制动盘和散热柱制动盘的要低,四筋板制动盘结构优于三筋板制动盘;合金铸铁制动盘的最大热应力接近极限强度应力,而球墨铸铁制动盘和蠕墨铸铁制动盘的余量较大;与散热柱制动盘相比,四筋板制动盘的最大Mises应力及其应力梯度稍大,但不明显;当1个车轴安装2个制动盘时,制动过程中盘面的最高温度达到308℃,远大于1个车轴安装3个制动盘时的220℃;最大Mises应力大于280 MPa,超过了合金铸铁制动盘的允许应力(235 MPa)。建议准高速客车每轴安装3个制动盘。     

ULF轻轨列车制动盘温度场及热应力分析

为研究ULF轻轨列车制动盘在制动时温度场以及热应力的分布情况,对其建立了三维有限元模型,通过对制动盘施加合适的边界条件,模拟制动盘在工作状况下热流的产生以及热量的散失,并通过ABAQUS进行求解。其结果表明在制动过程中制动盘温度随时间先急剧上升而后下降,且沿径向递增,无稳态传热过程。制动盘热应力分布与温度场分布相关,但是制动盘热应力由内圆周沿径向先递减后递增,最大应力位置出现在制动盘边缘。因此,对于热应力而言,制动盘边缘为其薄弱部位。     

应用流场分析制动盘温度场

以列车实心制动盘为研究对象,通过建立列车实心制动盘的流场模型,运用有限元分析软件ANSYS CFX,通过改变初速度、制动压力以及风速等参数获得制动盘在制动过程中温度场分布、平均热流密度以及平均换热系数,简要分析了成因,发现初速度、制动压力对制动盘温度场均有影响,且初速度影响程度很大,而风速对温度场影响较小,研究成果有利于空气热交换对列车行驶过程中制动盘的影响进行评估分析。     

350 km/h高速列车轮装制动盘仿真分析

利用有限元仿真分析方法对新研制的高速列车制动盘进行热容量仿真分析,并将高速列车制动盘在制动过程中的温度场仿真分析结果与1∶1制动动力试验结果进行比较,分析制动盘制动过程温度场分布规律,表明仿真分析是研究高速列车制动盘制动过程的有效手段.