制动初速度对制动盘峰值温度和温差的影响*

为改进制动盘的使用寿命,研究车辆速度改变时制动盘峰值温度、最大温差以及单位时间温度增量在不同制动时刻的瞬时温差。利用ADINA软件,针对盘形制动,基于热-机耦合模型模拟计算制动压力0.5 MPa、制动初速度140、160和180 km/h工况下制动盘温度场的变化。结果表明:随制动初速度的增加,盘面峰值温度和最大温差增加,3种速度条件下盘面峰值温度分别为151、167、200℃,最大温差分别为85、91和112℃;盘面温差主要缘于摩擦弧的分布形态,制动初速度的增加放大了摩擦弧的作用;制动初速度对制动盘单位时间温度增量的影响主要体现在制动初始阶段,在制动后期,温度的变化主要由冷却条件和热传导所控制;盘轴向最大温差依赖于盘的导热性能,对制动初速度不敏感。     

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。     

汽车磁流变液制动器温度特性仿真与试验研究

针对磁流变液制动器工作时内部热量聚集造成其制动性能下降问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法对其温度特性进行研究。首先分析计算磁流变液制动器的热量来源和生热率,在此基础上建立其温度场数学模型;其次分别针对汽车正常制动、紧急制动和频繁间隙制动等三种不同制动工况,进行磁流变液制动器的瞬态温度场仿真分析;最后搭建汽车磁流变液制动器试验平台开展输出制动力、制动性能和温度特性的试验研究。结果表明:在相同线圈电流下,磁流变液制动器表现出良好的恒减速度制动特性;不同制动工况下一个制动周期内工作间隙处的温度均呈现先迅速增大后逐渐降低的变化过程,并且制动初速度和线圈电流越大,温升幅度和速率均越大;整个制动周期内测点处温度的试验值与仿真值在数值和趋势上较为吻合,表明所建立的温度场仿真模型能够较好地反映磁流变液制动器实际制动过程的温度特性。     

正交各向异性C/SiC汽车通风式制动器仿真分析

运用热力耦合及传热学相关理论，利用有限元软件Abaqus建立正交各向异性C/SiC材料的汽车通风式制动器模型；以此为基础，对该模型在紧急制动过程中不同制动初速度、不同制动压力以及制动盘的不同纵向膨胀系数进行了模拟和分析。结果显示，在热力耦合作用下，制动盘节点单元温度曲线呈现出“锯齿状”波动，热应力主要出现在摩擦副接触的中间区域；在紧急制动过程中，制动压力和初速度越大，制动盘面温度上升越明显，而不同制动盘膨胀系数对制动盘最高温度的影响不显著。     

基于AMESim的液压缸制动过程中重力势能回收系统仿真分析

为缓解液压缸制动期间形成的冲击作用并降低能量损耗,设计了一种建立在液压蓄能器基础上的储能系统并回收制动能量,利用AMESim平台对系统制动性能与能量回收效率开展了仿真研究。研究结果表明:0～0.5 s期间液压缸保持匀速运动的状态,之后系统到达制动阶段并进行能量回收。在切断阀开始制动的时候回油路已经达到很小的流量,从而不会对缓冲腔形成明显冲击作用。随着负载的增大,所需的制动时间也更长。在不同的负载下,液压缸的制动腔压力与制动距离都会发生变化,表明此系统能够充分适应负载的变化。不同初速度下液压缸制动腔各项参数都出现增大现象,随着初速度的增大,制动时间由1.6 s延长至1.75 s,达到了良好制动效果。     

列车制动盘试验测试与数值模拟的温度偏差分析

为准确获取制动过程中制动盘的温度来评价制动盘的寿命,针对动车组闸片与制动盘构成的摩擦副,采用1∶1列车制动试验台,分别采用红外热像仪和热电偶测试制动初速度为80～250 km/h条件下制动盘的温度;同时运用有限元软件ADINA,模拟制动过程中制动盘温度场的变化情况。结果表明:数值模拟结果与试验测试结果存在一定的偏差,其中红外热像仪所测盘面温度与模拟所得温度最为接近,两者的接近程度与制动过程有关,在制动中后期,2种方法所得盘面温度偏差变小;热电偶测得的盘面平均温度小于模拟计算温度,其偏差程度随制动压力和制动初速度的增大而增大;造成测试结果与数值模拟温度不一致的主要原因在于实际制动过程中存在摩擦副之间的压力分布不均匀问题。     

汽车制动摩擦片寿命预测及分析

根据能量磨损原理,建立了随制动温度和制动能量的摩擦片磨损预测计算模型。通过制动惯量台架试验,得到摩擦材料随制动温度和制动能量的磨损特性;再根据制动耐久道路试验中采集的试验制动初末速度、温度数据及整车制动力分配计算制动器在各温度段所吸的制动能量;最后根据制动器在各温度段吸收的制动能量与该温度下摩擦材料的磨损率的乘积和来评价摩擦片的磨损量。计算结果和试验结果有较好的一致性,适用于摩擦片寿命的预测,可作为不同市场的摩擦片开发策略的依据。     

基于接触摩擦模型汽车盘式制动器场分布分析

汽车制动器制动过程中温度场、应力场等相互耦合,对系统的可靠性具有重要影响。针对应广泛的盘式制动器开展研究,根据制动原理,对影响会制动的关键参数进行分析,并根据车型参数进行验证。采用接触摩擦模型,对制动器的盘、片的热力耦合特性进行分析,建立数学模型,并采用ABAQUS建立仿真模型。选取紧急制动工况,设置制动初速度,获取各种特性参数场的分布规律,并对热力耦合特性进行分析;搭建盘式制动器性能分析台架,选取相同的紧急制动参数,获取整个制动规程中温度变化规律。结果可知：制动盘片接触的过程为非均匀接触,峰值压力为27.47MPa,最高接触应力为123.2MPa,均满足材料强度的使用要求;试验测试结果最高温度为562℃,出现在整个制动过程的结束前0.9s;仿真与试验测试温度变化趋势一致,且误差小于5%,表明摩擦接触模型分析结果是可靠的,为此类研究提供参考。     

盘式制动系统参数对制动颤振的影响分析

为了研究盘式制动系统参数对制动颤振的影响,建立了二自由度的动力学模型,利用Matlab进行数值仿真,分别研究了制动初速度、制动压力、阻尼和刚度等因素对制动系统动力学特性的影响。根据得到的位移曲线和相图可以看出:随着制动初速度的增大,系统黏滞阶段持续时间减少,并逐渐进入稳定运动状态;制动压力相对较小时,制动系统处于稳定状态,随着制动压力的增大,摩擦片和制动盘的振动幅值也随之增大,振动强度变大;在阻尼增大的过程中,摩擦片和制动盘均由起初的纯滑动运动状态进入稳定运动状态,且达到稳定运动状态的时间也逐渐缩短;摩擦片在相对较小的制动刚度下即可达到稳定状态,而制动盘则需要有较大的刚度才能达到稳定状态。     

摩擦副结构与制动盘温度关系的试验与模拟研究

摩擦副结构是影响制动盘温度分布的重要因素之一。针对闸片形状为圆形、三角形和六边形三种结构的摩擦副,采用制动试验台进行了速度为50～250 km/h的制动试验,并利用ABAQUS软件数值模拟了三种摩擦副不同工况条件下制动盘温度场的变化过程。结果表明：数值模拟温度场与试验测试结果具有良好的相似性。摩擦副结构对盘面温度分布的影响程度与制动条件密切相关,其结构形式对制动盘面温度的影响程度在制动初期最为明显,且随制动初速度和制动压力的增加而增加。这缘于闸片结构的不同导致了摩擦面摩擦弧长分布的不同,随制动速度升高和压力增加,摩擦弧长的差异起到了放大能量差别的作用,从而表现制动盘温度分布对闸片结构的敏感程度增加。