考虑旋转效应的制动盘螺栓弯矩分布规律

制动盘螺栓对保证列车制动和运行安全具有十分重要的作用，掌握制动盘螺栓弯矩分布规律对确保其使用寿命具有重要意义。采用高速动车组制动盘螺栓弯矩载荷测试技术，对国内多条实际线路的制动盘螺栓弯矩进行测试，获得了制动盘螺栓弯矩与动车组运行速度的关系。依据轮装制动盘螺栓连接结构的尺寸和工作环境开展理论分析，获得了螺栓杆弯矩分布的理论值。建立轮装制动盘车轮结构有限元模型，模拟仿真车轮高速旋转过程中螺栓杆受力情况，得到不同速度下螺栓杆的弯矩分布有限元解。研究结果表明，螺栓杆上的弯矩与列车运行速度密切相关，且运行速度越大，螺栓杆上弯矩越大。理论推导和有限元仿真结果均表明螺栓杆上各截面的弯矩大小和方向并不一致，在内外侧截面和中间截面出现弯矩极值，且方向相反。由于车轮内外结构的不对称性，导致螺栓杆上靠近轮缘一侧的截面弯矩大于外侧截面弯矩。研究工作为进一步研究制动盘螺栓的结构可靠性奠定了基础。     

持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律

制动盘螺栓紧固结构的完整性对于保证良好的制动性能至关重要。通过建立热-机耦合有限元分析模型,研究列车在长大下坡持续制动过程中轴装制动盘螺栓的载荷演化规律。结果表明,在制动表面产生的热量向制动盘内部及其他连接结构传递的过程中,制动盘中的温度梯度是导致螺栓载荷出现变化的主导因素。螺栓的轴向拉伸载荷出现先下降后反弹的演化规律,不均匀的温度场使螺栓内部出现弯曲载荷,且螺栓的周向弯曲载荷明显大于径向弯曲载荷。对流换热系数的增加可以减小螺栓轴向拉伸载荷和弯矩的变化,但当对流换热系数增加到一定值时,这种影响逐步减小。螺栓与周围结构热膨胀系数的差异会加剧螺栓载荷的变化,可能会导致螺栓自松的风险增加或者螺栓弯曲失效。螺栓预紧力对螺栓弯矩变化没有影响,而对螺栓轴力变化有一定的影响。     

考虑接触热阻的高速列车制动盘热机耦合行为分析

接触界面间存在的接触热阻对制动盘内部热流传递过程有重要影响,进而影响制动盘热机耦合仿真分析的准确性。通过建立考虑接触热阻的有限元模型,结合制动台架试验,系统分析某高速列车轮装制动盘在紧急制动过程中的温度分布、盘面变形、螺栓载荷以及螺栓孔边应力等热机耦合行为。结果表明,选定的接触热阻模型得到的仿真结果与台架试验结果在较大的速度范围内吻合较好。制动系统内的温度梯度导致制动盘体产生较大的热应力并发生离面变形,是导致螺栓载荷增大的主要原因。制动盘面螺栓孔边沿制动盘半径方向的0°和180°位置附近的周向应力变化量较大,且处在较高的平均应力水平,是最容易产生制动热疲劳裂纹的两个方向。     

高速动车组轴箱弹簧载荷动态特性

国内目前动车组最高运行速度已达到350km/h。在研究高速动车组轴箱弹簧载荷测试技术基础上,对某型高速动车组动力和非动力转向架轴箱弹簧力进行连续10天的线路测试,总测试里程约为11000km。获得轴箱弹簧力动态特性,给出典型工况下弹簧的载荷时间历程,抽样分析高速直线、曲线、道岔、进出车站、进出车库以及制动等典型运用工况下的弹簧载荷特性,并在统计基础上给出弹簧一定运用里程下的弹簧载荷谱以确定载荷出现幅值、次数与测试里程之间关系。研究结果表明,高速动车组载荷特性与运用线路等级密切相关,且弹簧载荷最大值一般出现在等级更差的进出车库、车站以及联络线区段,测试得到的最大轴箱弹簧动态载荷系数为0.28;频域分析结果表明,高速线路区段弹簧力有1.1Hz左右的稳定振动频率,即该测试线路区段存在波长为100m左右的轨道高低不平顺激扰;另外,高速时由于车轮转动引起的弹簧低幅值动态力的主频率为一般为11Hz。研究结果可用于指导转向架设计以及相关理论研究等。     

铝基复合材料制动盘在地铁车辆上的应用研究

应用替代铸铁材料的铝基复合材料制动盘能够降低车辆簧下质量，满足车辆轻量化发展趋势，改善车辆的轮轨关系和运行品质。本文从装用铸铁材料制动盘和铝基复合材料制动盘的地铁车辆入手，从某地铁线路实际试验情况出发，着重研究铸铁材料制动盘和铝基复合材料制动盘在满轴重载荷及纯空气制动工况下以最高运营速度连续两次平直道紧急制动热容量性能、满轴重载荷及纯空气最大常用制动工况下实际站点正线往返运行热容量性能、空车及满载等不同载荷工况下纯空气最大常用制动减速度及制动距离等，同时分析了铝基复合材料制动盘对车辆轻量化的效果。研究分析结果表明，铝基复合材料制动盘在提高车辆轻量化的同时具备优异的热容量和制动性能。     

风力发电机主轴制动器摩擦副温度场分析

基于有限元软件ANSYS建立某大型风电主轴制动器的三维有限元模型,运用参数化语言APDL进行编程,实现热载荷的循环施加,并对正常工况和紧急工况下制动盘温度场进行数值计算。结果表明,制动盘温度分布不均匀,摩擦区域温度呈现锯齿状波动,从而产生热冲击;制动盘表面摩擦区域各处温度最高点约处于制动过程的3/5段,紧急工况温度大大高于正常工况;制动结束后摩擦热向非摩擦区移动,摩擦区轴向温度趋于一致,而非摩擦区轴向上内部温度大于表面温度。     

重型特种车推力杆紧固螺栓受力分析

以某重型特种车为分析对象,通过建立某轴空气悬挂受力模型,分析并计算了推力杆紧固螺栓在驱动工况、制动工况、转弯行驶工况和侧滑工况下的受力情况,保证了推力杆紧固螺栓在极限工况下的拉应力和切向力符合设计要求,并结合ANSYS有限元分析做了进一步的验证,为推力杆紧固螺栓的选型提供了参考。     

动车组铸钢制动盘裂纹扩展寿命预测

为研究动车组铸钢制动盘出现裂纹后裂纹扩展速率和扩展寿命,根据制动盘材料参数,使用ANSYS软件建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,采用间接耦合方法计算制动盘的温度场和应力场,得到在动车组速度为300 km/h的工况下,裂纹处的温度为355.33℃。以温度计算结果作为初始载荷计算制动盘热应力,制动盘最大热应力为899 MPa,盘面裂纹处的应力为501 MPa。并将计算结果作为计算制动盘的载荷输入到NASGRO中,对裂纹扩展速率和扩展寿命进行计算和分析。计算和分析结果表明,此材料制动盘径向裂纹长度尖端处的应力强度因子和扩展速率均高于深度尖端处;计算得出制动盘裂纹扩展寿命为制动48 831次,为该制动盘的使用提供参考。     

动车组运行状态制动毂建模及应力分析

制动毂是动车组制动系统的重要联接部件,由于目前在其强度校核与设计中仅考虑车辆制动状态,而忽略了正常运行状态,无法解释其早期疲劳失效的机理。通过车辆正常运行状态下的制动毂动力学分析,其主要受制动盘旋转及路谱冲击作用下的两种惯性力作用,建立了制动盘毂的力学模型;采用弹性力学和动力学的方法,通过模型简化,建立制动盘与毂的变形协调条件,进而提出制动毂齿的动应力分析方法,得出制动毂齿主要处于随机动拉应力状态的结论,阐述制动毂齿的主要失效形式为疲劳失效。最后以动车组制动毂为计算分析实例,对比分析了不同附加垂向加速度和运行速度下制动毂齿的合应力变化规律,结果表明,路谱冲击下的附加加速度及运行速度越大,制动毂齿的合应力也越大,并且由力学模型可知,制动盘毂的尺寸、质量都会影响制动毂齿的应力状态。     

多工况下风电齿轮箱联接螺栓疲劳寿命分析

针对风电齿轮箱联接螺栓疲劳受载复杂性问题,建立含螺栓的风电齿轮箱有限元模型,分析不同扭转和弯曲载荷下螺栓应力变化规律,依据风力发电机实际载荷谱,分段插值获得螺栓疲劳应力谱;基于雨流计数方法和Palmgrem-Miner疲劳累积损伤理论,结合螺栓材料S-N曲线,预测各疲劳应力谱下螺栓疲劳损伤,研究风电齿轮箱三种疲劳工况下各不同联接螺栓的疲劳寿命。结果表明:各疲劳工况下,前箱体与一级内齿圈间联接螺栓疲劳损伤值较大,疲劳弯矩工况下达最大损伤值0.853;疲劳扭矩工况下螺栓应力随扭矩增大而增大,危险螺栓靠近箱体两侧支撑处;疲劳弯矩工况下箱体产生倾覆效应,M_Y弯矩下危险螺栓位于箱体上下两侧,M_Z弯矩下危险螺栓位于箱体左右两侧。此次研究工作对提高风电齿轮箱整体使用寿命具有重要意义。     

新型160 km／h城际动车组制动性能的计算分析

根据新型160 km/h城际动车组制动系统的设计要求,运用有限元法对动车组在紧急制动工况下和模拟线路运营工况下制动盘的热容量进行计算分析,以及对初速度为160 km/h最大载重工况下的紧急制动距离进行计算。计算结果表明,新型160 km/h城际车制动性能满足动车组的正常运营要求。     

高速列车制动盘瞬态温度和热应力分布仿真分析

制动盘的热疲劳损伤是当前列车安全制动的主要威胁。制动过程中的瞬态温度和热应力分布是热疲劳损伤研究的基础。通过建立制动盘无内热源的三维温度场分布的数学计算模型,采用热弹塑性有限元法,利用摩擦功率法计算温度场载荷,仿真不同制动工况下制动盘摩擦热负荷产生的温度场以及热应力分布。主要计算一次常用制动、一次紧急制动、三次紧急制动和一次坡道制动这4种制动工况。通过仿真分析发现,不同工况下制动盘面的温度变化有着相似的规律。制动开始阶段,随着强热流的不断输入,盘面在很短时间内迅速升温,很快达到峰值点。随后,盘体逐渐通过辐射和对流的方式散热,温度缓慢下降。相对紧急制动和常用制动的升温过程,坡道制动的升温显得缓慢一些。研究不同工况下制动盘温度和热应力的变化和分布规律,为高速列车复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。     

基于OTPA方法某地铁车辆制动噪声测试研究

为解决某地铁车辆用夹钳制动单元-铝合金制动盘制动噪声测试过程其他噪声串扰问题,本文通过研究工况传递路径方法(OTPA)的适用性,并对某地铁车辆制动噪声进行测试,解析车内噪声中制动噪声成分,评估制动噪声特性及其影响。测试研究表明工况传递路径方法(OTPA)能够有效解决地铁车辆客室内制动噪声测试存在的多声源通道信号之间的串扰问题,建立制动噪声测试评估能力。此外,某地铁车辆用夹钳制动单元-铝合金制动盘显著存在制动噪声问题,且能量集中呈现啸叫特性。     

CRH2型动车组用制动卡钳结构功能浅析

我国客运专线的运营,电力动车组的投入使用,标志着我国已进入高速铁路的时代。随着高速动车组的引进,一些新设备、新技术,新知识也随之而来。为了保证高速运行的安全可靠性、有效性和舒适性,制动技术则是其中极为重要的一部分。着重对CRH2型动车组350 km/h速度等级动车组用空气制动卡钳的结构功能进行浅析,空气制动卡钳是气动组件和装在车轴上的制动盘作为动车组的磨耗制动器使用,其紧凑的结构,适合转向架狭窄的空间。     

地铁列车轴装制动盘热力耦合仿真分析

电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型,调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况,获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明,不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律,即在制动初期,盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主,随着制动温度的上升,热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似,但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累,导致制动盘疲劳开裂。     

轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳分析

为研究轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳影响,建立高速列车制动盘动力学模型和三维瞬态热-机耦合有限元模型,对紧急制动工况下轴装制动盘振动特性和热-机耦合特性进行计算分析。结果表明,高速列车制动盘在垂向上的振动加速度值最大,横向上最小,且振动形式以制动抖动为主,在0～100 Hz范围抖动最剧烈;与无轮轨激励工况相比,有轮轨激励的轴装制动盘表面温度升高得既快又高,在散热时,温度下降也更快;摩擦面总体呈现三个环状温度分布,在摩擦半径中心处制动盘表面温度比两侧温度高,在三个不同的摩擦半径上,温度呈现梯度分布;有、无轮轨激励工况下制动盘表面的疲劳损伤和疲劳寿命的分布云图与制动盘表面的温度场分布情况基本一致,且热应力越大制动盘表面的疲劳损伤越严重,疲劳寿命越短。     

某电动机构刹车盘圆柱销和轴断裂分析

某电动机构在正常工作下,工作时间在3000 h内就有5%的机构出现故障,远未达到设计寿命。故障现象为采用高强度钢制的制动圆柱销和电机轴断裂。针对该问题,从零件强度的角度对其进行了受力分析和计算,并且用Ansys软件进行应力分析,得出圆柱销在退刀槽处的应力超出了许用应力,从而导致断裂。当圆柱销断裂后,失去定位的制动盘摩擦和挤压电机轴,最终导致电机轴的断裂。最后,根据分析结果,给出了相应的建议。     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。     

汽车制动盘热-结构耦合仿真及寿命预测

凭借热稳定性好、制动力平稳的特点,盘式制动器已广泛运用于各式车辆。由于盘式制动器制动时为摩擦制动,其热-结构耦合特性对制动器的结构、寿命有着重要影响。使用CATIA软件建立简化的三维结构模型,并通过ABAQUS模拟制动器的制动过程,模拟了制动盘在紧急制动过程中热-结构耦合特性的情况,确定了在制动过程中制动盘最容易发生热疲劳失效区域,并通过对制动盘表面径向及同一半径处的周向节点温度及应力的变化情况对比,深入分析了制动盘的温度及应力变化特性。利用Manson-coffin公式对制动盘在紧急制动工况下热疲劳寿命进行预测。     

列车轮盘制动系统的热-机耦合分析

利用有限元软件ABAQUS对列车轮盘制动进行热机耦合分析。分析制动过程中,制动盘、螺栓紧固件等部件的温度、接触力、应力及应变的变化情况,并分析在不同列车速度、不同轴重以及两次连续制动的情况下制动盘表面温度的变化。结果表明:制动过程是一个快速升温,缓慢降温的过程,螺栓根部的应力最大;随着列车速度及轴重的增加,制动温度均呈线性增加,但在不同列车速度下,达到最高制动温度的时刻点是不同的;两次连续制动时,制动盘表面温度有两个峰值,其中第二次制动时的最高温度比第一次要低,但达到最高温度的时间更短。