高速列车轮装式盘形制动器的开发_M_Tirovic
高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究
高速列车盘形制动器热-结构耦合方法研究刘楠;金星;史建航;王炳锟;施玉奇;丰明阳【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2024(21)2【摘要】盘形制动器热负荷计算是高速列车制动盘研发设计的关键环节,其计算结果是列车运行参数配置的依据。
开发合适的计算方法建立计算精度高、工况适用性广的热-结构耦合计算模型是盘形制动器热负荷计算的关键问题。
针对动车组用轴装制动盘制动过程,充分考虑制动闸片和制动盘的几何特性、运动特性和载荷工况,提出位移梯度循环法,基于ABAQUS软件建立盘形制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用位移梯度循环法推导出热流加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,解决摩擦作用沿制动盘周向差异造成的耦合结果偏差。
运用位移梯度循环法对制动盘进行热-结构耦合分析,并将仿真结果与试验数据、现场调研成果进行对比,通过仿真与试验结果的峰值温度误差率、相关性系数等统计学指标及现场调研观测结果评定该模型的计算精度及工况适用性。
研究结果表明:基于位移梯度循环法的热-结构耦合模型可有效模拟制动盘在制动过程中温度变化规律且具有良好的重复性与稳定性,结构场分析出的制动盘热裂纹失效易发位置与该型号制动盘装车运用情况相符。
研究成果可有效模拟高速列车在制动时制动盘的热-结构耦合过程,尤其在大轴重下的持续制动或间隔制动工况下,制动时间越长,计算精度越高。
【总页数】9页(P456-464)【作者】刘楠;金星;史建航;王炳锟;施玉奇;丰明阳【作者单位】中车青岛四方车辆研究所有限公司;中车制动系统有限公司【正文语种】中文【中图分类】U270【相关文献】1.高速列车盘形制动系统热机耦合特性分析2.热结构耦合状态下盘式制动器材料参数对耦合场的影响3.周盘式制动器热-结构耦合分析及实验研究4.小学数学课分层教学的研究与实践5.基于ABAQUS的高速列车齿轮系统热结构耦合分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
机车盘形制动方案设计与分析-毕业设计
机车盘形制动方案设计与分析摘要由于高速公路运输、航空运输的飞速发展，铁路运输遇到前所未有的竞争，"高速重载”势在必行，提高机车速度和功率，就必须要有配套精良的制动系统。
传统的踏面制动技术已经难以达到设计要求，交流牵引电动机的应用带来的更大空间，这些都使机车采用盘形制动技术成为必要和可能。
正是在这一背景下，本文从制动的基本概念说起，介绍了制动力、制动方式、制动距离，然后详细介绍了盘形制动的特点、优缺点以及盘形制动技术的应用，接着介绍了国内外盘形制动的的新技术，最后按牵引电动机的驱动型式分类，对几种类型的转向架，进行了盘形制动技术的方案设计和分析。
盘形制动做为现在世界各国高速列车普遍使用的制动方式，也是今后我国列车制动技术的发展方向之一。
我国尚未开发出具有自主产权的带盘形制动的交流传动电力机车，这是一个重要而且迫切问题，需要进一步研究。
本文是在目前我国普遍采用的驱动装置的基础上，对采用盘形制动技术进行的变形设计与分析，方案各有特点和不足。
关键词：机车、盘形制动、制动盘、驱动制动单元、分析Scheme design and analysis of the locomotive disk brakingAbstractOwing to the development expressway transportation and aeronatical transport speedily develops ,and the never existed before competition running into in the railway transportation , and " heavy load and high speed " is imperative , locomotive speed and merit rate are raised , and the brake system that must to have necessaryly excellent . The stepping on face of tradition applies the brake the technology being hard to achieve the design requirement , and exchanges towing the bigger space that the application of electromotor brought , and these all make the locomotive use the dish structure to move the technology to become necessary with maybe . Being under this background , this text is from the basic concept theory of brake , introduced brake power , brake method and braking distance . Then it detailedly introduced coils structure, the characteristic , the most excellent shortcoming as well as coils the application that the structure moved the technology .Then it introduced the new technology at home and abroad . the drive mould type finally classify according to tows the electromotor .For a few bogie of kind mould , it designed and analyzed the structure movement and the scheme of technology.One of the brake method that now for each country of world train at a high speed universally used is moved to do to the dish structure , the development direction that also is our country train brake technology from now on . Our country does not develop out exchange transmission electric locomotive that the tape reel structure that possesses essentialism dependent was moved yet , and this is an important and urgent problem , and needs to study further . On the foundation that this text is the drive that our country universally used at present , the scheme respectively has characteristic and shortcoming to the deformation design and analysis that to uses the dish structure was moved the technology to be in progress. Keyword:Locomotive、Disk braking、Brake disk、The drive brake cell、Analysis.1. 绪论1. 1 课题背景我国机车转向架一直沿用传统的踏面制动技术，许多年来，基础制动装置和闸瓦都有了很大的发展和提高，以灰铸铁为基体的闸瓦在不断提高闸瓦压力下，其制动距离已很难达到设计要求，逐渐被淘汰。
高速动车组制动盘运用现状及发展趋势
高速动车组制动盘运用现状及发展趋势发表时间：2020-11-20T12:54:05.853Z 来源：《科学与技术》2020年第20期作者：马鹏飞卢铁鹏王清章[导读] 高速动车组制动盘根据动车组的运营情况和对速度的不同追求马鹏飞卢铁鹏（通讯作者）王清章中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266100摘要：高速动车组制动盘根据动车组的运营情况和对速度的不同追求，都有着不同的结构形状和材质的划分。
本文将对高速动车组制动盘的发展历史，现阶段的配置情况以及制动盘的材料和以后的发展趋势进行详细的分析和论述。
关键词：高速动车组；制动盘；运用现状；发展趋势随着经济的高速发展，人们对动车速度的追求也是越来越高。
随着动车时速的提高和能量需求的加强，原来的踏面制动系统已经不能够满足当前速度下对制动系统的要求。
所以高速动车组的制动系统也一直在不断的进行改造和创新。
结合实际，盘形制动系统进入到了高速动车组。
以下将会对盘形制动系统进行更加详细的解说。
一盘形制动系统的概述。
盘形制动系统主要应用与时速高，能量大的轨道车辆。
它们的时速一般都在100公里以上，同时车辆的制动能量也很大，传统的踏面制动系统无法满足这两个条件。
盘形制动系统的采用也是建立在了改造的基础之上的，比如在结构方面，通风式的结构代替了非通风式的结构，轴装结构和轮装结构共存的模式代替了原来的单纯的轴装结构。
再比如在材料方面，也由最早期的铸铁材料向着合金材料进行着发展和改变。
在我国现行的轨道车辆盘形制动系统的材料使用上，时速160千米是一条分界线，此速度以上采用的是新型的合金材料，以下用的是普通的合金材料。
合金材料的不同，制动盘的承受能力就不同。
目前最高时速可达400千米的轨道车辆运用的则是承受力更强的新型材料的制动盘。
二高速公车组制动盘的使用现状我国的高速铁路在高速的发展，现在已经拥有时速超过250公里的动车组，并且还自主研发了许多的动车组新车型。
虽然我国的高铁发展很快，但是动车组使用的制动盘产品还是基本靠进口。
高速列车刹车系统专利申请书
高速列车刹车系统专利申请书尊敬的专利局：本人申请以发明名称为“高速列车刹车系统”的专利。
现将相关信息和技术内容陈述如下：一、发明背景和技术领域高速列车作为现代交通工具之一，已经成为人们出行的首选。
然而，由于高速列车具有较高的速度和惯性，刹车时需要更高的安全性和可靠性。
因此，研发一种高速列车刹车系统，具备良好的刹车性能和稳定性，对于提高高速列车运行的安全性至关重要。
二、发明内容本发明提供一种高速列车刹车系统，包括以下几个部分：1. 制动盘组件：用于与车轮接触并发挥刹车效果的部件；2. 刹车片组件：安装在制动盘组件上，提供刹车力；3. 刹车槽组件：安装在车轮周围，保证刹车片组件与制动盘组件之间的稳定接触；4. 液压系统：用于提供刹车力和控制刹车过程；5. 控制系统：用于控制刹车系统的开关和刹车力的调节。
三、技术方案1. 刹车片组件设计在本发明中，刹车片组件采用高温耐磨材料制造，以确保刹车过程中能够承受高速列车产生的摩擦和热量。
同时，刹车片组件的表面进行特殊处理，以获得更好的耐磨性和降低噪音。
2. 制动盘组件设计制动盘组件需要具备良好的刹车效果和散热性能。
为了实现这一目标，制动盘组件采用了特殊的散热结构和材料，以确保刹车过程中制动盘能够快速散热，保持刹车效果的稳定性。
3. 刹车槽组件设计刹车槽组件的设计考虑到车轮与刹车片之间的稳定接触，以及对车轮进行保护。
因此，刹车槽组件采用高强度和耐磨材料制造，并通过特殊加工工艺，保证其与车轮之间的良好配合和稳定接触。
4. 液压系统设计液压系统用于提供刹车力和控制刹车过程。
该系统采用高压油路设计，以确保刹车力的传递和响应速度。
同时，液压系统采用智能化控制技术，能够根据不同的刹车需求实时调整刹车力的大小和施加时间。
5. 控制系统设计控制系统包括开关和力度控制器。
开关用于启动和关闭刹车系统，力度控制器用于根据刹车需求调节刹车力的大小。
控制系统采用先进的传感器技术和控制算法，能够根据实时数据进行精确控制，并保证刹车过程的稳定性和安全性。
高速动车组盘形制动装置的性能试验方法
流调速 技术 成熟 、 稳定 ， 成本 较低 ， 因此 有不 少试 验 台仍 然 采用 直 流驱动 方式 。
丁 福 焰 （９ ３ ） ， 北秦 皇 岛人 ， 研 究 员 （ １ ６一 男 河 副 收稿 日期 ：Ｏ １ ６ ９ ２ ｌ —０ —２ ）
第 ５期
高 速 动 车 组 盘 形 制 动 装 置 的 性 能 试 验 方 法
际的机 车车 辆 和线 路 上 进行 。这 种试 验 方 法 除 了要 投 入 大量 的人 力 、 力 外 ， 物 由于 试 验 过程 中气 候 、 线路 、 机 车车辆状 态 等复杂 条件 的影 响 ， 验结 果 的准 确性 和 重 试 复 性难 以保 证 。在 车辆 速 度低 、 重 小 的 情 况 下 ， 种 轴 这 试 验 的危 险性 还 相 对 较 小 。随 着 机 车车 辆 速 度 和 轴 重 的不断提 高 ， 这种 方法不 仅成 本高 、 而且 风险 增大 。 自２ ０世 纪 ４ Ｏ年代末 以来 ， 国 、 国 、 国 、 国 、 美 德 法 英 日本 、 罗斯 （ 苏联 ） 中 国、 国 等 很 多 国家 相 继 研 俄 前 、 韩 制、 建成 了机 车 车辆 １ １制动 动 力 试验 台 （ 础 制 动试 ： 基 验 台） 并 开展 了相 应 的试 验 。随着 技术 的发展 ， 验 台 ， 试 又在 结构 、 动 、 制和测 试等 方面 做 了很 多改 进 ， 驱 控 速度 和惯 量也 不断 提高 。至 ２ ０世纪 ９ ０年 代 ， 日本 、 国 、 法 德 国的试 验 台最 高速度 已达 到或 接近 ５ ０ｋ ｈ 美 、 ０ ｍ／ ， 中等 国 的试 验 台最 大惯量 达 到 了 ５０ ０ｋ ｍ ０ ｇ 左 右 。试 验 台 的建成 使基 础制 动研 究 的方 法 和手 段产 生 了质 的 飞跃 ， 这 种试 验模 式 也 很 快 得 到 了 推 广 和 公 认 ， 多 基 础 研 很
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
・动态・综述・ 文章编号:100726077(2001)0120001206高速列车轮装式盘形制动器的开发[英国]M.T irovic摘 要:介绍了高速列车动车轮装式盘形制动器的开发情况。
这种制动盘由用螺栓连接到轮毂的两个圆环组成,车轮两侧各装一个。
在制动盘的最初设计阶段就大量采用有限元法。
这大大缩短了开发时间,并成功设计出在恶劣工况的载荷下使用的制动盘。
在开发过程中发现,对总的热效应进行计算机模拟是形状优化和预测圆盘总体特性最有效的方法,而要确定更详细的设计公差还需进行更加细致的分析。
测功试验和装车试验结果与理论结果之间有很好的相互关系,并表明这种设计完全能适应所要求的载荷。
关键词:盘形制动器;轮装式;高速列车;有限元分析;制动盘中图分类号:U260.351 文献标识码:AAbstract:T h is paper describes the developm en t of a w heel2m oun ted disc b rake fo rthe pow er car of a h igh2sp eed train.T he disc design con sists of tw o rings bo lted onto the w heel hub,one either side of the w heel.T he fin ite elem en t m ethod w as u sedex ten sively from the very beginn ing of the design p rocess.T h is con siderab ly re2 duced developm en t ti m e and enab led the successfu l design of a disc fo r an ex trem elysevere du ty.M odelling of bu lk ther m al effects w as found to be m o st effective fo rshap e op ti m izati on and p redicti on of global disc behavi ou r,w ith m o re soph isticatedanalyses requ ired to deter m ine m o re detailed design li m its.R esu lts from dynam om e2 ter tests and veh icle trials gave good co rrelati on w ith theo retical resu lts and p rovedthe design su itab ility fo r the requ ired du ty.Key words:disc b rake;w heel2m oun ted typ e;h igh2speed train;fin ite elem ecn t analy2 sis;b rake disc1 引言由于空间的限制,铁道车辆驱动轴的制动尤其困难。
动力传动部件占了相当的空间,因而留给装用在从动轴(拖车车轴)上相同制动装置的安装空间常常就很有限了。
因此,要安装轴装式盘形制动器,尽管每轴只装一个盘,都是不可能的。
通常不大要求对驱动轴实施常规摩擦制动,因为实际上采用的是动力制动。
然而,万一动力制动失灵,那么实施紧急制动时对驱动轴摩擦制动器的要求就要高得多。
为了对驱动轴实施有效制动,开发了一系列制动装置,其中有些只适用于如传动闸的某些应用领域,而有些也适用于拖车轴制动,例如,踏面制动装置和轮装式制动装置。
就空间要求而言,最老式的踏面制动装置的优点十分明显。
制动装置不需要有旋转部分,因为车轮本身在旋转。
这就有了安装空间大的优点,且同时大大节省了成本,减小了质量(重量)。
这项技术人人皆知,而其缺点也同样如此,主要缺点有:能量耗散能力有限、车轮踏面磨耗大和车轮损坏快。
踏面制动装置与车轮踏面修整有关的另一大缺点是,在轮轨界面产生的噪声。
“不良”的车轮表面使得车辆产生的噪声更大,尤其是高速车辆。
传动闸也具有某些优点,因为其旋转速度比车轮速度高,这样就有比例地减少了转矩要求。
然而,空间限制、可接近性、高旋转速度以及因传动轴断裂而致使制动器失效,均限制了传动闸的应用。
现在已开发和应用了各种不同型式的轮装式制动装置。
除在车轴周围提供更多的空间外,它们的主要优点还有简化了车轴的设计,因为不需要轴“座”。
轮装式制动盘很容易装到通常由踏面制动装置制动的车轴上,但制动装置固定到车轮上的方法则有所不同。
它们可固定到轮毂、轮辐或踏面上,装在专用的托板上,或用螺栓直接连接到车轮上。
这种制动盘可以是连续的或拼装的环形。
通常,车轮两侧安装的部件相同。
轮装式制动盘既适用于装有小直径车轮的车辆(有相对较大的圆盘的安装空间,且离地面间距合适),也适用于要求车轴上端有空间(共用转向架)时装有大直径车轮的车辆。
这使它们非常具有吸引力,不仅仅可用于动车车轴,而且还可用于客车和货车的拖车车轴。
轮装式制动盘的型式和应用各不相同,有供低速客、货车用的,也有供最高速度为200km h左右的客车用的。
与轴装式制动盘相比,轮装式制动盘的主要优点是受热的方式。
制动盘的两个圆环(车轮两侧各有一个)只有一个摩擦(受热)面,而轴装式制动盘则两侧(摩擦面)受热,使对称受热至圆盘中平面。
靠近制动面的高温度梯度使得在与圆盘制动面垂直方向的热量扩散大为不同。
这尤其不会影响轴装式制动盘摩擦面球形几何形状,因为这两个摩擦面是连接在一起的,若是实心盘,则是一体式的,或在通风式制动盘上通过散热筋(散热片或 和散热柱)连接的。
因此,各摩擦面上锥形面的形成并不十分重要,盘形制动器的设计人员应主要考虑圆盘的膨胀控制。
然而,就轮装式制动盘而言,每一个圆环都是独立的(在车轮的两侧),而且若没有足够的约束力,由于热负荷只作用于一侧,它就会出现大的变形(锥形面)。
在设计中,运用了一些特殊的设计特性,使圆盘的变形量不超出可以接受的范围,这往往要求增加车轮轮孔的机加工量,而这又进一步增加了生产成本、复杂程度及车轮的负荷。
制动盘与车轮的紧接触会导致车轮受热和失效,而且必须采取措施尽量减少热量向车轮的传递。
因此,轮装式制动盘的载荷被限制到较低的水平,此时每个制动盘最大的能量耗散量通常在10M J以下。
2 制动盘的设计要求研究中的制动盘的设计过程源于要求为法国国营铁路公司(SN FC)的T GV动车提供轮装式制动盘。
规定的设计要求被视为最基本的要求,而且在设计过程中,还考虑了其它可能的应用领域。
设计要求中的关键部分列于表1。
此外,这种制动圆盘必须是整体锻钢件。
为了与制动盘的发展同步,某些设计规程也作了进一步的修改而形成了标准。
就该制动盘的设计而言,所采用的最重要标准是法国国家标准N F F11-414(几何形状)和N F F11-416(材料要求)。
表1 制动盘的设计要求项 目参 数最高速度320km h最大能量22M J制动质量5500kg减速度:320～215km h1.0m s2 215～0km h1.3m s2制动盘外径780mm制动盘内径450mm磨耗限度7mm 侧预计使用寿命4.5×106km车轮直径(新轮)920mm车轮(轮毂)的公称定位直径316mm制动盘允许的最大永久变形(形成锥形面)1.0mm3 制动盘材料制动盘材料是由SAB W ABCO公司根据其在设计和制造大功率钢质盘方面的经验选定的。
他们提出采用经锻造、淬火和回火的类似于15CDV6的钢。
这种材料最终为SN CF所接受。
表2中列出了这种钢材的化学成份,而表3则列出其机械性能。
制动盘的质量要求非常严格。
对每个热处理批次,所有的机械性能都要进行检测,而且对每只盘还要进行硬度测定。
质量要求中还包括:对已经机加工检验过的制动盘进行全浸入式超声波检查、对全机加工和平衡过的制动盘进行磁粉探伤以及对每个盘进行最终的尺寸检查。
表2 制动盘用钢的化学成份化学元素含量 %碳0.15～0.18硅0.20(最大)锰0.8～1.1磷0.015(最大)硫0.015(最大)铬1.25～1.50钼0.80～1.10钒0.20～0.30表3 制动盘用钢的机械性能机械性能要求值抗拉强度1030～1250M Pa屈服强度(0.2%)≥900M Pa延伸率≥10%硬度331～388HB冲击韧性(U形槽)≥23J4 盘形制动器的开发4.1 开发背景将轮装式制动盘应用到新型T GV动车(老式动车采用了踏面制动)上的主要原因是在高速下增加负载及降噪(受踏面制动“限制”的车轮产生的)的要求。
最基本的要求是将制动盘用螺栓连接到轮毂上,这实际上简化了车轮设计,并将制动器传递到车轮的负荷减至最低。
尽管有些轮(毂)装式制动盘采用了类似的固定方法,但有关负载、尺寸和某些设计要求使得这种制动盘的设计很新颖。
据笔者了解,类似的高性能制动器还没有。
近来,已公布了有关制动器和车辆技术条件的某些技术资料。
在开始开发这种制动器(1991年)时,R aison[1]探讨了T GV车辆的制动要求和车辆的噪声问题以及T GV和其它车辆的某些材料领域(制动盘和制动闸片)。
Cauw el[2]则发表了有关T GV用D up lex 制动系统的详细情况。
最近,D avi on[3]又对轮装式制动盘的设计和应用进行了探讨。
据W atson[4]称,SAB W ABCO公司已开发了一系列轴装式和轮装式盘形制动器。
它们已装备了从货车、电车、动车组到城间客车和高速列车的各种车辆。
装用在200km h城间车辆上的轮装式制动盘是20多年前供货的。
SAB W ABCO公司现正在进行高速制动器的开发:R u ssell和W illiam s[5]探讨了T GV用轴装式制动盘的某些开发领域。
该公司有好几种型式的制动器可供各种高速列车使用。
正如H ubbard[6]所说的那样,开发不仅仅是开发出新型的制动盘,而且还要进行新材料的研发工作。
4.2 设计过程大多数制动器在设计时,要获得所要求的热应力和挠曲度是最困难的,因此本研究中的情况也不例外。
由于主动力和摩擦力而产生的机械载荷、离心载荷、冲击载荷及振动也是非常重要的,而且对某些制动器的设计可能是很关键的,但一般来说,这些都比较容易处理。
由于复杂的边界条件,因而很难对制动器的热负荷进行模拟。
据D ay、N ew com b和T irovic称[7,8],可按三个等级对制动器的热效应进行分析:体积、宏观和微观。
D ufrenoy和W eichert[9]已发表了有关铁路用轴装式盘形制动器宏观热效应的一些非常有趣的分析结果。