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。     

高速列车制动盘在不同制动工况下的残余热应力分布研究

首先建立了残余热应力的理论模型,实测得到了锻钢制动盘材料的多线性塑性随动强化数据,并采用弹塑性有限元法模拟了高速列车制动盘在不同制动工况下的热应力和残余应力分布。主要仿真了200km/h和300km/h速度级下的1次紧急制动、3次200km/h连续紧急制动及一次300km/h紧急制动对后续常用制动的影响。结果证明制动模式是影响残余热应力分布的主要因素,工况越恶劣,残余热应力值越大;紧急制动产生的残余热应力会提高后续常用制动下应力应变响应的峰值,但后续常用制动不会影响残余热应力的值,研究成果为制动盘损伤和裂纹扩展的研究提供参考。     

高速动车组粉末冶金闸片研制及试验研究

时速350km/h高速列车在紧急制动过程中将产生巨大的热负荷,制动过程中闸片的瞬时温度将达到900℃以上,在此极端工况下普通的闸片材料将难以胜任。根据UIC标准相关要求,结合中国高速列车的运用特点,研制出一种性能优良的高速列车铜基粉末冶金闸片,经大量试验研究分析最终证明所研制高速动车组粉末冶金闸片摩擦性能优良、导热性、耐磨性好,对制动盘无损伤,满足350km/h高速列车制动系统相关需求。     

高速列车制动盘温度及热应力仿真分析

根据300km／h高速列车的模型参数，对研制的高速列车用制动盘温升情况进行了ANSYS仿真分析，对锻钢制动盘盘体进行了热应力分析。结果表明，该制动盘能满足材料强度方面的要求。同时对制动盘与粉末冶金摩擦片配对的制动试验情况及结果数据进行了分析，表明了研制的高速列车制动盘在结构和制动性能方面具有较大的优势，能满足高速动车组用制动盘的要求。     

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。     

高寒动车组粉末冶金闸片研制

针对冬季冰雪天气CRH380B型高寒动车组制动盘易发生划伤的实际情况,对制动盘异常划伤原因进行研究,优化闸片结构,设计出适用于冬季的大间隙粉末冶金闸片。干燥及冰雪工况的1∶1制动动力试验结果显示,新研制闸片瞬时摩擦系数平稳、平均摩擦系数符合既有车辆要求,与其对偶的制动盘摩擦面状态良好;装有大间隙粉末冶金闸片的整车紧急制动试验结果显示,制动初速度200 km/h纯空气紧急制动距离为1 525 m,小于2 000 m评价指标要求,制动初速度300 km/h纯空气紧急制动距离为3 711 m,小于3 800 m评价指标要求;正线载客运营结果表明,大间隙粉末冶金闸片对改善高寒地区冬季动车组运营中出现的制动盘异常划伤问题有较好的效果。     

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。     

高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证

通过建立极坐标下热应力平衡方程,求解得到制动盘热应力表达式;采用有限元分析法对初速度为270 km/h的高速列车合金锻钢制动盘紧急制动工况后的残余应力进行数值模拟分析。结果表明,较大的残余拉应力分布在摩擦面上,随厚度方向逐渐减小,最大残余应力值542 MPa,且在摩擦环内应力分布并不均匀。用X射线应力测定仪对制动盘摩擦环的残余应力进行测定,试验测得最大残余应力值为348.4 MPa。仿真结果和试验结果相差35.7%,结果虽相差较大,但变化趋势基本一致,且合乎实际。理论仿真结果能直接用于制动盘疲劳裂纹扩展评定和寿命预测。     

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。     

高速动车组用制动盘的研究

通过选材试验和改进结构设计,研制的高速动车组制动盘材料的常温及高温下机械性能较好、热膨胀系数较小、热传导系数较高并且锻造工艺性能好.高速动车组制动盘与粉末冶金闸片相匹配的摩擦副,其摩擦制动性能良好,安全可靠性较高,能满足200 km/h和300 km/h高速动车组的运行要求,可以在200 km/h和300 km/h高速动车组上装车试运行.