铝合金和锻钢制动盘摩擦面热损伤研究

热斑和热裂纹是钢铁制动盘摩擦面在服役过程中普遍存在的热损伤现象.本文采用热一机耦合模拟计算和理论分析相结合的方法,对铝合金和锻钢制动盘的摩擦面热损伤进行比较,研究材料性能对摩擦面热损伤的影响.研究表明,在相同的制动条件下,铝合金制动盘的摩擦面热损伤明显比锻钢制动盘轻,铝合金低的弹性模量和良好的导热性能使铝合金制动盘摩擦面无热裂纹、少热斑甚至无热斑.     

铸钢轴装制动盘热裂纹形成和扩展机理

借助1∶1制动动力试验台对高铁用铸钢轴装制动盘进行1∶1摩擦磨损试验,通过制动能量的累计,制动盘表面出现大量热裂纹,文章通过裂纹源的分析,裂纹形成的顺序,热裂纹扩展形式以及制动盘结构对热裂纹的影响等方面进行简要分析,得出铸钢轴盘热裂纹形成及扩展机理。     

高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究

盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据。开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题。针对动车组用轴装制动盘制动过程,充分考虑制动闸片和制动盘的几何特性、运动特性和载荷工况,提出位移梯度循环法,基于ABAQUS软件建立盘形制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用位移梯度循环法推导出热流加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,解决摩擦作用沿制动盘周向差异造成的耦合结果偏差。运用位移梯度循环法对制动盘进行热-结构耦合分析,并将仿真结果与试验数据、现场调研成果进行对比,通过仿真与试验结果的峰值温度误差率、相关性系数等统计学指标及现场调研观测结果评定该模型的计算精度及工况适用性。研究结果表明：基于位移梯度循环法的热-结构耦合模型可有效模拟制动盘在制动过程中温度变化规律且具有良好的重复性与稳定性,结构场分析出的制动盘热裂纹失效易发位置与该型号制动盘装车运用情况相符。研究成果可有效模拟高速列车在制动时制动盘的热-结构耦合过程,尤其在大轴重下的持续制动或间隔制动工况下,制动时间越长,计算精度...     

标准地铁车辆用新型制动摩擦副设计与试验研究

结合标准地铁摩擦副安装接口要求和车辆制动参数，通过方案设计、计算校核和试验验证等方式开展新型轻量化制动摩擦副的设计与试验研究，论证新型轻量化制动摩擦副在标准地铁车辆上的适用性和制动匹配性。新型轻量化制动摩擦副中的闸片采用合成材料，制动盘采用铝基复合材料，并利用搅拌摩擦成型技术制备。通过仿真分析对制动盘热容量进行计算校核，同时基于VDI 2230标准对制动盘紧固件安全系数进行计算校核，结果显示铝基复合材料制动盘热容量与紧固件连接安全系数均满足相关标准要求。通过对新型制动摩擦副开展相关试验，铝基复合材料制动盘和合成闸片的物理和力学性能均能满足标准地铁规定要求；铝基复合材料制动盘与紧固件连接安全可靠，满足振动冲击试验标准要求。已完成的制动摩擦副全尺寸制动动力台架试验结果显示，摩擦副的平均摩擦因数稳定、闸片磨耗量小、制动盘温升小、制动噪声低，摩擦副具有良好的匹配性。根据校核分析和试验结果，新型制动摩擦副满足标准地铁车辆制动需求，可进行推广使用。     

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。     

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。     

基于现车模型和制动控制的基础制动装置热负荷仿真分析

高速动车组制动时会产生巨大的内能,考验着制动盘热负荷能力。通过分析某型高速动车组紧急制动工况的试验数据,针对该型动车组制动盘比热容和导热系数的曲线特性进行了对比,搭建了符合该型动车组的制动盘热负荷仿真计算平台。利用动车组制动盘热负荷仿真计算平台,可为列车在实际线路条件下组织运输、试验提供理论支撑。     

制动摩擦材料导热性能试验及其选择

根据制动摩擦材料导热性能试验结果,提出了应提高闸片导热性能以减少制动盘热裂的观点,对时速180km以上列车用制动摩擦材料的选择进行了论述,并对其经济性进行了分析。     

列车制动盘热分析现状与展望

盘形制动是一种广泛应用于轨道列车和汽车的制动方式。在制动过程中制动盘及制动闸瓦会产生大量热量,从而影响制动性能,故对制动盘进行热分析十分必要。基于盘形制动在列车上的运用情况及重要性,介绍了列车制动盘常用材料、制动盘结构型式及相关的热分析研究,并对不同的制动盘热分析方法进行分析比较,最后对列车制动盘热分析的现状及发展方向进行了总结和展望。     

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。     

制动装置的开发

本文介绍了制动装置的开发情况，并就目前应用的锻钢制动盘、新干线用C／SiC陶瓷制动盘等进行了介绍。阐述了车轮踏面热裂纹的再现试验，制动装置和车轮的摩擦因数的推测方法等。     

机车用制动摩擦副性能匹配性试验研究

通过研究高速电力机车用制动摩擦副产品特性,并从产品物理力学性能要求、设计参数、摩擦磨损性能等方面进行制动匹配性研究,提出制动摩擦副性能设计原则,借助检测设备对制动摩擦副的物理力学性能、摩擦磨损性能和匹配性进行试验研究,结果表明:国产制动盘与进口制动盘硬度相当,对应闸片的密度和硬度基本一致,摩擦副的密度和硬度匹配基本一致,在不同工况下国产制动摩擦副的平均摩擦系数均高于相同试验条件下的进口制动摩擦副,而对应的制动盘最高温度基本相当。     

380km/h高速列车轮装制动盘研制

综合分析研究了380km/h高速列车制动盘的结构、材料化学成分及力学性能,得到满足制动盘技术要求的低合金铸钢材料及循环对称散热筋结构。热应力计算结果表明紧急制动过程中最大热应力为448MPa,小于材料的屈服极限。首次针对高速列车制动盘提出并实施了1 000次11制动动力台b架疲劳试验,疲劳试验表明制动盘摩擦面没有出现热斑、热裂纹等不良状况。初速度为420km/h紧急制动工况下热成像测试显示制动盘表面温度分布比较均匀,制动盘摩擦面最高温度为608℃,满足380km/h高速列车基础制动技术条件要求。     

接触面积和接触方式对制动盘温度场的影响

摩擦块的接触面积和接触方式影响制动盘温度分布及峰值温度,温度场又是决定制动盘服役寿命的重要因素。利用ADINA有限元软件,针对设计的两种接触方式的三角形摩擦块与制动盘组成的摩擦副,数值模拟制动压力0.7MPa、制动速度200km/h工况下,接触面积对制动盘温度场的影响。结果表明,随接触面积的减小,峰值温度时刻与制动结束时的盘面温度小幅度升高。接触方式的不同,会导致盘面温度分布和峰值温度的差别。中间接触方式的接触弧长度长,盘面高温区集中在中部,温度高,径向温度梯度大。两侧接触方式位于两侧的摩擦区生热,利于向盘中部无摩擦区的热传导,使盘面温度均匀程度提高。     

高速电力机车用制动摩擦副性能匹配性研究

文章介绍了高速电力机车用制动摩擦副的特性,并借助检测设备对制动摩擦副的物理力学性能、摩擦磨损性能和匹配性进行试验研究。结果表明,国产制动盘与进口制动盘硬度相当,对应闸片的密度和硬度基本一致,摩擦副的密度和硬度匹配基本一致,在不同工况下国产制动摩擦副的平均摩擦系数均高于相同试验条件下的进口制动摩擦副,而对应的制动盘最高温度基本相当。     

高速动车组制动摩擦副匹配性试验研究

随着越来越多的高速动车组闸片和制动盘投入使用,新开发的闸片和制动盘构成的摩擦副是否匹配,成为一个亟待解决的问题。采用1∶1制动动力试验台对高速动车组制动摩擦副在同种工况下的摩擦性能进行了对比测试研究,比较了3种工况下,同一闸片与不同制动盘匹配摩擦性能的差异。利用统计学分析方法对测试的摩擦系数进行了详细分析,指出两种摩擦副的匹配性优劣以及是否可以互换。本文的研究方法对于分析制动摩擦副匹配性提供了借鉴。     

动车组粉末冶金闸片摩擦性能试验研究

对批量运用的3种进口和国产粉末冶金闸片的摩擦性能进行对比试验,并对测得的平均摩擦系数进行分析研究,发现闸片压力、制动初速度和初始温度会对闸片的摩擦系数产生影响。根据该研究成果,在评价某种闸片性能优劣时,可以重点考核其在低压力、低速和高温初始条件下摩擦系数的稳定性。最终,挑选闸片A作为装车闸片,该闸片完成60万km载客运用考核后,制动盘摩擦面没有出现热斑、划伤、热裂纹等不良现象,闸片摩擦块状态良好,没有出现掉块等异常现象,证明该闸片可以满足250 km/h动车组使用要求。研究成果可以为今后修订闸片标准提供参考。     

潮湿工况影响高速动车组制动摩擦性能试验研究

高速动车组制动摩擦副的摩擦因数在雨天或湿润的环境下存在衰退的问题,直接影响到轨道车辆的运行安全。随着我国广泛开行速度超过300 km/h的动车组,潮湿工况下制动盘的性能研究越来越受到人们的重视。现首先采用1:1制动动力试验台对高速动车组制动盘潮湿工况下的摩擦性能进行了测试研究,比较了干燥和湿润两类工况下制动盘摩擦性能的异同。潮湿工况对制动盘的摩擦性能的影响较为复杂:潮湿工况下平均摩擦系数存在着明显的下降且波动更加明显;制动压力对于平均摩擦系数的影响有限,但在较高制动初速度和潮湿工况下,较低的制动压力却可以有较高的平均摩擦系数。最后分析了潮湿工况的各种影响因素,并提出了潮湿工况下制动系统的控制策略。     

盘形制动温度及受热变形的计算

介绍一种可求出制动摩擦面温度及法向热变形量的数学模型，同时考虑了摩擦力产生的热流随时间和沿径向的变化情况。模型预测结果与试验数据相吻合，证明制动盘原有表面热变形对接触面的影响可以忽略不计。     

铁路客车制动盘的运用现状及展望

对我国现有铁路客车制动盘的结构、材料及运用现状进行介绍,并针对不同制动工况下的蠕墨铸铁材料制动盘的适用性进行了分析,指出目前客车制动盘的热容量无法满足更高制动工况的使用要求。进而从现有材料提升、转向架及摩擦副配置以及制动盘材料更新等角度提出了发展我国铁路客车制动盘的建议。