动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上,在某客运专线,对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况,总测试里程为6 546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性,给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果,评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明,正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化;故障工况下,动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高,且随着空气制动增加,制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同,两者膨胀变形存在差异,导致制动盘螺栓应力有较大变化。     

[轮轨磨耗及预测]列车紧急制动过程中踏面温度分布及磨耗预测

列车紧急制动过程中踏面温度急剧升高导致车轮踏面的摩擦磨损机理与稳态运行时有显著差异。为了准确预测列车紧急制动过程中踏面磨耗,同时考虑踏面制动过程中车轮踏面与钢轨及闸瓦接触,基于有限元软件ABAQUS建立了踏面制动过程热机械耦合有限元模型,综合考虑制动温升对车轮踏面力学性能、硬度及摩擦因数的影响,仿真得到了紧急制动过程中车轮踏面上温度分布、硬度分布以及接触应力分布,并利用轮轨动力学软件UM得到了紧急制动过程中轮轨接触斑形状以及轮轨蠕滑区相对滑移分布,在此基础上结合Archard磨耗模型对单次紧急制动结束后的踏面磨损深度进行了定量预测。结果表明：对于制动初速度为130 km/h、160 km/h两种工况,踏面最高温度分别达到了397.0 ℃和485.9 ℃,踏面最大累积磨损深度分别为5.90 μm和7.43 μm,与踏面制动实验对比发现,预测结果与实验结果磨损位置及形貌分布趋势一致。     

列车紧急制动过程中踏面温度分布及磨耗预测

列车紧急制动过程中踏面温度急剧升高导致车轮踏面的摩擦磨损机理与稳态运行时有显著差异。为了准确预测列车紧急制动过程中踏面磨耗,同时考虑踏面制动过程中车轮踏面与钢轨及闸瓦接触,基于有限元软件ABAQUS建立了踏面制动过程热-机械耦合有限元模型,综合考虑制动温升对车轮踏面力学性能、硬度及摩擦因数的影响,仿真得到了紧急制动过程中车轮踏面上温度分布、硬度分布以及接触应力分布,并利用轮轨动力学软件UM得到了紧急制动过程中轮轨接触斑形状以及轮轨蠕滑区相对滑移分布,在此基础上结合Archard磨耗模型对单次紧急制动结束后的踏面磨损深度进行了定量预测。结果表明:对于制动初速度为130 km/h、160 km/h两种工况,踏面最高温度分别达到了397.0℃和485.9℃,踏面最大累积磨损深度分别为5.90μm和7.43μm,与踏面制动实验对比发现,预测结果与实验结果磨损位置及形貌分布趋势一致。     

高速动车组隧道运行车体和设备舱压力研究

高速动车组进入隧道运行,动车组前方会形成压缩波和膨胀波,导致动车组的车体和车下设备舱受到比明线运行更大更复杂的压力负载,影响高速动车组运行的安全性和稳定性。高速动车组的车体和车下设备舱结构设计,需要预知高速动车组进入隧道运行工况下车体和设备舱的最大压力负载。本文基于350km/h高速动车组3辆编组简化三维计算模型,仿真计算350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力分布。研究350km/h高速动车组进入隧道运行工况,高速动车组车体和车下设备舱外表面的压力变化和最大压力负载。研究结论为:350km/h高速动车组进入隧道运行,车头前端外表面最大压力为7567Pa,设备舱前端板外表面最大压力为-5569.4Pa,设备舱裙板外表面最大压力为-5690.1Pa,设备舱底板外表面最大压力为-6590.7Pa。     

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。     

AB型电力蓄电池工程车紧急制动功能分析和计算

介绍了DK-2制动系统的基本功能,分析了AB型电力蓄电池工程车紧急制动的基本原理,同时对紧急制动减速度和紧急制动距离进行设计核算.以项目合同要求的最小减速度来计算机车的最大紧急制动距离,并将机车出厂前试验测得的不同等级下的减速度和制动距离与理论计算值相比较.结果表明,不同速度等级下的紧急制动减速度大于项目要求的1.2m/s2,不同速度等级下的制动距离均小于理论计算距离,满足项目技术要求.     

城际动车组轮轨力统计特征

目前很少见与城际动车组相关的轮轨力方面的研究。考虑到其速度等级和线路条件等均与高速动车组有很大不同,有必要对其轮轨力作进一步的研究。利用测力轮对技术对某城际动车组的轮轨力进行4600km的线路测试,结果表明提速后的新修线轮轨力的动荷系数为0.25～0.35,对比既有线没有明显变化,且与350 km/h高速动车组也无明显差异。统计结果表明即使是同一线路的去程和返程,其轮轨力垂、横向分力的联合分布也有明显差异。所得轮轨力的载荷谱和各种典型运用工况下的具体统计特征可用于车辆安全性、可靠性的评估及车辆动力学等相关领域的后续研究。     

时速160～200km中速磁浮受流系统动力学研究

为了研究中速磁浮受流器在160～200 km/h速度等级下的运行状态,使用SIMPACK软件建立自由度为134的新型中速磁浮车辆动力学模型,计算得到160 km/h、180 km/h、200 km/h三种速度工况下的车辆右前侧受流器安装位置振动响应.将振动响应作为外部激励导入受流器-供电轨(靴轨)动力学模型,分别计算出三种速度下,静态接触力预设为120 N、130 N、130 N、140 N、140 N、150 N时受流器滑靴与供电轨间的动态接触力.结果表明,要使受流器在该速度工况下均能稳定工作,静态接触力预设值应分别不低于130 N、140 N、150 N.     

基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析

制动器工作过程中盘片摩擦产生的热流为非轴对称的,二者之间的热流耦合及其他场的耦合作用是影响制动效能的重要因素。基于以上问题,针对盘式制动器建立热传导方程,对盘片之间的摩擦传热和热流耦合现象进行分析。根据盘式制动器的结构特点和所建立的热传导数学模型,基于ABAQUS/Explict搭建其三维瞬态温度/应力场有限元模型,分析正常制动和紧急制动等典型工况下制动盘的温度场和应力场,对多场耦合现象进行分析;分析制动盘打孔后的温度场、热应力场等分布。结果表明:车辆在正常制动和紧急制动时,多场耦合有较大区别;正常制动工况最高温升160℃,紧急制动最高温升622℃;紧急制动工况,场耦合情况严重,温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度,对制动效能有较大影响;打孔不适用所研究的制动器,对场分布产生不利影响,会降低制动效能。所搭建模型和分析结果为实际设计提供参考。     

重联动车组车钩导流罩设计及空气动力学性能研究

设计出一种能改善重联动车组重联区域空气动力学特性的多级车钩导流罩结构,并基于计算流体力学,分别建立重联动车组结构优化前后的两种空气动力学计算模型,通过数值仿真模拟了动车组在平地工况以350 km/h速度运行的基本气动性能,并对仿真结果进行对比研究。结果表明：新型车钩导流罩结构能够有效降低动车组平地运行阻力,总阻力可减小4.47%;列车表面压力分布、周围流场显示结果与阻力分布一致,该二级导流罩可以有效改善列车运行空气动力学性能。     

金属陶瓷闸片配对碳陶制动盘的摩擦副1:3台架试验

按《动车组闸片暂行技术条件》TJ/CL307-2019中C6程序,对金属陶瓷闸片配对碳陶制动盘的摩擦副在1:3台架机上进行摩擦磨损试验。试验结果表明,金属陶瓷闸片配对碳陶制动盘的摩擦副具备了基本摩擦学适配性、制动稳定性和抗磨性,特别是金属陶瓷闸片耗量为0.024cm³/MJ,表现出优异的耐磨性。     

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。     

高速列车金属陶瓷复合材料制动闸片的制备与性能

用粉末冶金热压工艺制备了高速列车用金属陶瓷制动复合闸片，并进行了力学性能、显微组织和摩擦性能试验。研究表明：该制动闸片烧结体的抗压强度达到280MPa以上，抗弯强度34MPa，在300km/h制动时闸片的摩擦系数为0.32，与法国TGV闸片相当，磨损率为0.17cm^3/MJ，具有良好的制动性能，能对运行速度达300km/h的高速列车实行有效制动。     

基于Simulink的磁流变制动器散热仿真分析

通过描述制动器热传递的数学特征,根据制动器实际工作状况,针对一次紧急制动、两次紧急制动和持续下坡制动三种不同制动工况下的MRF制动器放一散热情况,在Simulink环境下建立仿真模型,对散热仿真曲线进行分析,评价其作为车用制动器制动时的可行性.     

Stability of Metal Matrix Composite Pads During High-Speed Braking

Metal matrix composites are now commonly used as braking pads for the train running over 250 km/h by virtue of a number of desirable properties. To develop a fundamental understanding of the stability of metallic composites at high-speed braking, four typical composite materials, with different Cu and Fe contents, were subjected to a series of high-speed emergency braking at a simulative running speed of 380 km/h and a braking inertia of 27 kg/m^?2 and a normal pressure of 1.27 MPa in this paper. The results showed that the sample with higher Cu content displayed a fade COF and deteriorated wear, but the one with higher Fe content could maintain a stable COF and low wear rate. The tribological behaviour is associated with the relative rate of generation and consumption of the tribo-oxide film. For the sample with higher Cu content, the generation rate of tribo-oxide film was less than the consumption rate, and the COF fading and wear deterioration with the increasing braking times were attributed to the reduction in resistance to deform or to shear the asperities, which was thought to be caused by the degradation of near-surface layer due to the removal of protective tribo-oxide film. In contrast, for the sample with higher Fe content, the generation rate was approximately equal to the consumption rate, and a well-established tribo-oxide film on the surface was responsible for the stable friction level and low wear rates.     

汽车主动空气阻力制动系统仿真研究

针对汽车防抱制动时地面制动力存在极限值无法更有效的缩减制动距离问题,提出了新型汽车主动空气阻力制动(APB)系统,分析其工作原理并进行控制模型基础仿真研究。阐述主动空气阻力制动系统理论可行性,依据压缩空气喷气助力原理的反作用应用于汽车制动系统,利用MATLAB/Simulink建立新型汽车制动系统动力学模型和APB仿真模型。设计了仿真试验,对比实施APB控制的车速与轮速曲线,试验结果表明APB控制达到缩减制动距离和制动时间的目的。     

Effect of Matrix Alloying of Fe on Friction and Wear Properties of Cu-Based Brake Pad Materials

Abstract

Argon-gas-atomized Cu–Fe prealloyed powder was used to prepare Cu-based composites, and the effect of matrix alloying of Fe on microstructure and friction and wear properties of the brake pad material was systematically investigated on an MS3000 friction and wear tester. The results indicate that matrix alloying of Fe induces the precipitation of a uniformly distributed iron-rich phase at the interior of grains, the segregation of the iron-rich phase along SiO₂–matrix interface, and the formation of pearlite in the vicinity of the graphite–matrix interface, which favors the strengthening of copper matrix, improves interfacial bonding, and protects the third body. The prealloyed sample exhibits relatively high friction coefficient and enhanced friction stability, as well as reduced wear loss when the braking speed is lower than 200?km/h. At higher braking speed (>200?km/h), the breakage of the iron-rich phase leads to an unstable friction coefficient and high wear loss.     

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。