高速列车制动盘瞬态温度场分析

随着列车运行速度的提高,动能急剧增加,制动时产生的热能也大大增加,巨大的制动热负荷使制动盘产生很大的温度梯度,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制动盘寿命的关键技术。研究中建立制动盘的三维模型,采用热弹塑性有限元法,利用能量折算模型、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。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,"摩擦功率"模型的最大瞬时温度普遍高于"能量折算"模型,制动盘最大瞬时温度区域皆位于散热孔的中间靠上部的微小局部区域,并且不是均匀分布。     

列车制动盘温度场的数值模拟

以列车制动盘为研究对象,建立其三维有限元模型,考虑不同制动初速度下,分析了制动盘温度场的分布。     

两种不同材料的列车制动盘温度场分析

以列车制动盘为研究对象,建立其三维有限元模型,考虑不同的材料,分析了材料对制动盘温度场的影响。     

高速列车通风式制动盘的散热特性分析

通风式制动盘的散热特性对提高列车的制动性能至关重要,筋板结构是影响通风式制动盘散热特性的关键因素。本文考虑了紧急制动工况,采用计算流体力学分析方法(Computational fluid dynamics,CFD)分析了不同筋板结构制动盘的散热特性,筋板结构类型包括径向直筋板结构(Z型)、圆弧筋板结构(A型)、矩形筋板结构(R型)和梯形筋板结构(T型)。研究了制动盘的温度分布、平均对流换热系数和总热流量的变化情况。结果表明:A型制动盘结构散热性能较好;与Z型制动盘相比,A型制动盘的温度分布较均匀,温度降低了7.3%;平均对流换热系数较高;总热流量提高了32.3%。因此,A型制动盘筋板结构可有效地提高制动盘的散热特性。     

高速列车制动盘制动过程数值模拟

采用高度非线性有限元软件MSC.Marc建立热机耦合的3D模型,模拟了200 km/h高速列车制动盘制动过程中温度和应力变化情况,分析了制动过程中温度和应力的变化规律.数值模拟结果与1:1制动台架试验结果相吻合.可为新型高速列车制动盘的研制提供参考.     

高速列车轴箱轴承稳态温度场分析

针对我国自主研发的某型高速列车行驶过程中发生轴箱轴承温度预警情况,探讨轴箱轴承的产热和传热计算,提出一种基于各滚动体受力大小的局部热源加载方式,利用ANSYS中Fluent模块建立轴箱轴承温度场有限元仿真模型和进行稳态温度场分析,并根据列车线上实测数据加以验证。结果表明:测温孔温度仿真值与实测值的误差为0.33%;轴箱箱体温度最高点位于轴箱测温孔部位;轴承温度由上而下成梯度递减,轴承顶端滚动体与内圈的接触区、两轴承内圈接触区上部温度较高。研究结果为深入研究列车运行工况参数对轴箱轴承温度场的影响规律、摸清轴箱轴承温度预警原因奠定了基础。     

准高速机车制动盘三维温度场及热应力场分析

应用有限元方法对准高速机车制动盘制动过程中由于摩擦生热引起的热弹性问题进行研究.利用Pro/E软件建立制动盘三维实体模型,并将之导入ANSYS中建立制动盘的三维有限元模型.根据热力学理论建立传热数学模型以及耦合的热弹性本构模型.虚拟仿真过程中考虑热流密度和换热系数随时间变化的影响,得出随时间变化的温度场和应力场.仿真结果表明,制动盘在制动后20s最高温度达到121℃,在制动后10s最大应力达到210MPa.     

不同仿生散热筋的高速动车组制动盘温度场分析

为了提高高速动车组制动盘的散热性能及服役寿命,借鉴自然界中生物高效散热的特点,类比自然界中三种与生俱有的高效物质交换的生物特点,建立了三种可以提升散热效果、预防疲劳热损伤的带有仿生散热筋的高速动车组制动盘模型。依据摩擦功率法提出热流配比系数法,采用有限有软件ABAQUS分析了高速动车组从时速300 km/h紧急制动下三种带有仿生散热筋制动盘的温度的大小及变化规律,并与常规圆柱散热筋制动盘的结果进行了对比。结果表明,散热效果的优良次序依次是:螺旋型散热筋、板型散热筋、根型散热筋、圆柱散热筋。表面积增加导致的对流换热加剧是散热降温增强的的主要原因。上述分析为今后仿生散热筋在高速动车组制动盘高效率散热中的应用提供了参考依据。     

基于微元法的高速制动盘瞬态温度场仿真分析

高速列车制动时,制动盘摩擦表面的温度场直接影响制动盘表面磨损、相变、热裂纹及其使用寿命。以某型高速列车基础制动装置现役锻钢制动盘为研究对象,建立热载荷模型:考虑制动闸片几何形状和分布对热流密度的影响,建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型;由于热辐射计算的非线性求解特性,将热辐射系数折算成等效对流换热系数,建立了对流换热模型与辐射换热模型相结合的综合换热模型。考虑到制动盘面和散热筋几何截面的突变性,建立了由盘面和散热筋六面体网格与接触部位过渡网格构成的制动盘热分析有限元模型。对高速列车在200km/h速度下紧急制动时制动盘瞬态温度场进行仿真分析。得到制动盘温度分布规律和温度变化曲线,为制动盘选材及结构优化提供相应理论参考。     

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。     

高速动车组盘式制动装置制动盘温度场仿真分析与研究

以CRH380BL型高速动车组的动车转向架上轴盘制动为研究对象,基于摩擦功率方法,对轴盘进行热负荷仿真研究及边界条件的确定。利用ANSYS软件,对动车组在350 km/h紧急制动过程中,制动盘的三维瞬态温度场在径向、轴向以及深度方向上的分布情况进行仿真,并从制动盘所能承受的最高温度方面分析其制动能力。结果表明:轴盘摩擦表面在制动初期温度呈环状分布,由于散热筋具有良好的散热功能,随后在散热筋之间的摩擦环面上产生不断地向周围扩散的团状高温区;制动后期,制动盘的温度呈层状分布,温度从制动盘的上表面自上而下递减,同时温度随着靠近轴盘轴心孔位置而渐渐降低,这表明轴盘制动过程中轴盘的温度分布受轴盘结构的影响。     

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...     

我国高速列车铸钢制动盘自主生产取得突破

<正>日前,由国机集团所属中国机械设备工程股份有限公司(CMEC)完全自主研发生产的高纯净高性能合金铸钢制动盘,装载在国内首个自主化动车组制动系统上,正在城际动车组上接受严格的考核和试验。该产品打破了国外厂商对动车组制动系统关键技术和部件的垄断,填补了国内空白。产品台架试验和前期实际运行试验表明,CMEC高纯净高性能高速列     

高速列车制动盘材料的研究现状与展望

在国内外高速列车中,传统的制动盘材料主要包括铸铁、铸钢和锻钢,钢质制动盘的制备工艺成熟,性能稳定,但质量大,不能满足列车轻量化和向更高速度发展的需要;碳/碳纤维复合材料、铝基复合材料和陶瓷材料具有密度小、比热容大等优点,但要成功应用于高速列车制动盘仍有一些问题尚待解决;此外,简要介绍了制动盘材料的表面强化技术;最后,根据不同制动盘材料的优缺点,对我国制动盘材料的发展方向提出了一些建议。     

高速列车钢质制动盘锻造技术研究与发展

进入21世纪以来,随着列车速度的提高,列车动能的不断增加,为保证列车安全运行,高速列车需要有强大的制动力及黏着的复合制动系统,来保证良好的制动性能。纵观国内外高速列车技术,盘形制动装置是其基础制动方式的最佳选择。盘形制动装置依靠制动盘与闸片之间的摩擦获得制动力。国内外制动盘的种类繁多,曾应用过普通铸钢、普通铸铁及低合金铸铁等制动盘,由于列车速度的不断提高和轻量化要求,又相继研发了合金铸钢、钢质锻造、蠕墨铸铁和碳／碳纤维复合材料等制动盘。     

高速列车轴箱轴承稳态温度场影响因素分析

针对我国某型高速列车发生的轴箱轴承温度预警问题,应用ANSYS建立轴箱轴承有限元仿真模型,依据各滚动体受力大小,分配轴承摩擦发热功率,使用FLUENT完成轴箱轴承稳态温度场分析,并利用实际监测数据验证模型的有效性。在此基础上,分析风向、注脂量对轴箱轴承温度场的影响,并采用正交试验法仿真分析风速、行车速度、环境温度对温度场的影响规律。结果表明,风向对轴箱轴承温度场的影响较小,注脂量为240 g时,测温孔温度与轴承最高温度高于220 g注脂量;风速、行车速度、环境温度对测温孔温度均有显著影响,影响程度由大到小依次为行车速度、环境温度、风速;测温孔温度与轴承最高温度随风速增加而降低,随行车速度、环境温度增加而增加,但风速和环境温度对轴承最高温度的影响较小。研究结果为轴箱轴承温度预警原因分析、合理设置测温传感器预警阈值提供了参考。     

列车制动盘磨粒磨损仿真分析

针对轨道车辆运行过程中进行基础制动时,制动盘与闸片接触时制动盘出现的磨粒磨损现象,采用LS-DYNA软件建立制动盘磨粒磨损模型并进行仿真分析,研究制动盘材料的磨损变形过程,分析磨损参数对划擦力的影响规律。研究表明:制动盘的磨损变形依次经历弹性变形、塑性变形、分离成屑等过程;划擦深度增大导致划擦力的增大,划擦速度对划擦力的影响较小。     

基于相变储热原理的高速列车制动盘散热研究

随着我国高速列车速度的不断提高,尤其是长大坡道的存在,使得制动盘的应用环境更加恶劣。由于制动摩擦产生的热量使得制动盘温度快速升高,如果散热不及时,会形成高的热应力,从而导致热疲劳裂纹的产生。因此,高效的制动盘散热问题显得尤其重要。目前,制动盘的散热设计主要采用改变散热筋结构形式,这样的散热效果有一定的局限性。为了进一步降低制动盘的制动温度和热应力,根据相变储热原理,设计制动盘散热结构,通过连续两次紧急制动使得制动盘温度上升。应用有限元分析软件对不同的相变储热材料进行散热分析,得到三种制动盘的温度场和应力场。结果表明,具有相变储热材料的制动盘能够明显降低制动过程中制动盘的最高温度,同时降低了制动盘的温度梯度,从而使得制动盘受到的热应力有所降低,在一定程度上预防了热疲劳裂纹的产生。     

高速列车锻钢制动盘热疲劳裂纹耦合扩展特性研究

据制动盘裂纹剖面的宏观形貌,发现盘面长裂纹的形成以多条半椭圆表面裂纹连通为主。针对制动盘在运行过程中的典型运用工况,采用有限元法计算制动盘在300 km/h紧急制动后的热应力,发现周向残余应力较大,并以此推测周向残余应力是驱动制动盘热疲劳裂纹扩展的主要原因。在此基础上,建立制动盘盘面的裂纹网格,研究了裂纹扩展过程中的应力强度因子和多裂纹耦合扩展规律。通过研究发现对于给定的载荷条件,不同初始形状比时,裂纹前缘应力强度因子的分布规律存在一定的规律性,随着裂纹的扩展,裂纹形状趋于扁平化;多裂纹扩展时,裂纹间距越小,裂纹间的相互作用越明显,扩展速度越快;但受制动盘结构和尺寸限制,共线裂纹数越多,每条裂纹扩展到临界值时的应力强度因子越小。     

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。