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CRH5型动车组制动盘异常磨耗原因分析发布时间：2022-08-31T03:44:53.906Z 来源：《当代电力文化》2022年第8期作者：郎利平，孙雪飞[导读] 高速铁路运行过程中具有安全舒适、节能环保、快速方便、输送能力大等优点，在经济发展、人民生活等方面发挥着巨大的作用郎利平，孙雪飞呼和浩特机务段内蒙古乌兰察布010050摘要：高速铁路运行过程中具有安全舒适、节能环保、快速方便、输送能力大等优点，在经济发展、人民生活等方面发挥着巨大的作用，受到越来越多的国家所重视。
通过不断地积累自身技术成果和对国外先进科技的引进吸收、发展创新，在轮轨系统、制动系统等方面取得巨大进展，让我国高速铁路得以迅速崛。
高速铁路的线路最低环境温度在一30℃以下，CRH5型动车组在高寒地区运行过程中，其基础制动装置以及制动盘异常磨耗现象较为严重。
为降低制动系统因制动盘异常磨耗故障对运营秩序的影响，对该故障进行了分析，并提出了有效的解决方案。
关键词：CRH5型动车组、制动盘；磨耗一、摩擦磨损机理及影响因素早期时候，由于研究手段与方法的限制，国内学者一直从事寻找适宜高速列车使用的制动材料研究，对于列车制动系统的失效机制探讨较少。
现阶段，随着测试技术以及有限元与仿真分析方法的进一步发展，国内学者已逐步开始对制动过程中的颤振、表面温升、损伤机制等进行深入的探讨分析。
[2]利用 ANSYS 有限元分析软件的非线性多场耦合分析方法，建立了三维瞬态盘式制动装置的热-结构耦合模型。
其综合考虑了变化的移动热源、制动盘与闸片的弹性变形以及界面摩擦热流等影响因素的共同耦合作用，发现制动盘表面接触应力分布受到制动盘和闸片的变形、摩擦力以及摩擦热-结构耦合等因素的共同影响。
利用热耦合边界条件建立三维高速制动盘热分析模型，通过模型得到在制动开始时存在一个延迟效应，制动盘最高温度出现在制动过程中期。
通过仿真数值模拟和试验分析发现，高速列车紧急制动时制动盘摩擦表面中部区域温升最高，引起制动盘热膨胀、体积增加；同时因为筋板拥有良好的散热性能，使得筋板出制动盘材料温度和摩擦面之间温度差增大，使得在筋板对应处出现最大热应力。
ABAQUS有限元法的动车组盘形制动的模拟仿真研究4.4.2 环境温度对应力场的影响 275 结论与展望 305.1 结论 305.2 展望 30致谢 31参考文献 321 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着我国铁路高速化、重载化的发展，列车安全停车制动问题将会更加的严峻，机车车辆的制动距离会随列车行驶速度的提高而呈现出非线性增长，如对于我国国产CRH系列的动车组，当制动初速为时，规定紧急制动距离为；当制动初速度为，紧急制动距离为；当紧急制动初速度为及以上时，紧急制动距离超过。
在我国CRH型高速动车组基础制动方式多半运用盘形制动装置，盘形制动盘在制动过程中负责列车的运行安全，在紧急情况下都要保证列车能够安全停止。
由于高速动车组运行时的动能非常的大，想要列车能够在规定的安全制动距离内实现安全的停车，则制动盘和闸片必须具有很高的热应力性能、制动盘与闸片摩擦系数稳定性高、疲劳强度高、机械强度高等特征，即高速列车的制动装置需要有良好的性能[1]。
从国内外盘行制动盘的实际使用情况来看，只有某些类型的制动盘会因其结构强度低而导致制动盘失效，大多数制动盘的失效方式都是热应力过大而导致裂纹损伤、过度磨损、变形和机械断裂。
制动时，列车的动能通过制动盘与闸片摩擦转化为摩擦热，来不及散失大大气中，导致制动盘达到很高的温度，产生温度梯度，那么在制动盘内部将产生很大的热应力，在紧急制动情况下，当热应力大小超过其材料的屈服极限时制动盘很可能出现热裂纹，造成制动盘失效严重影响行车安全[2]。
由于制动时产生的摩擦热会引起制动盘热龟裂或热疲劳，所以在达到其规定的磨损极限前有必要更换制动盘。
为此，需要对制动盘在制动过程中制动盘盘体的温度分布情况和产生的热应力进行分析，确定制动盘盘体的最高温度和热应力大小，是否在制动盘材料的屈服极限之内，给制动盘构造的设计和盘体材料的研发提供依据。
在制动装置的设计和制造过程中，都需要进行多次的实验模拟检验和结构、材料的改进，以保证制动盘制动性能和质量，而且制动盘是列车制动装置中技术含量最高的组件之一，也是我国进行国产化、自主创新的重点项目。
基于有限元法的汽车盘式制动器蠕动颤振建模与分析张立军;徐杰;孟德建;余卓平【摘要】采用有限元方法研究汽车盘式制动器发生蠕动颤振时的非线性动力学特性.制动钳振动的时域、频域和相图特征的仿真与试验结果均非常相似,验证了仿真模型的正确性.分析发现盘块摩擦副会交替地处于黏着和滑动两种状态,每个周期内的能量转换关系也符合典型的黏滑振动特征,从黏着转变到滑动状态时接触面内各节点存在复杂的状态转化过程.发生颤振时,盘块间切向摩擦力随着黏滑振动周期在最大静摩擦力和滑动摩擦力间波动.制动钳切向振动加速度幅值最大,呈现明显的阶次关系;黏滑振动频率与系统的固有频率非常接近,振型也非常相似,证明黏滑振动与系统固有属性密切相关.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)008【总页数】10页(P926-934,988)【关键词】盘式制动器;蠕动颤振;黏滑振动;有限元法;整车试验【作者】张立军;徐杰;孟德建;余卓平【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,上海 201804;;【正文语种】中文前言汽车制动器摩擦颤振是一种在极低车速和较低制动压力下,由制动器摩擦振动激发的非线性振动噪声问题[1-3]。
近年来,随着全球范围内自动变速汽车的加速普及,和城市交通拥堵情况日益加剧,制动器摩擦颤振问题日益突出,成为困扰工业界和学术界的前沿难题。
制动颤振的发生机理复杂,影响因素众多,大多数研究认为制动盘-摩擦块间的黏滑自激振动是引起制动颤振的根本原因[4-5]。
为了更深入地分析摩擦颤振的关键影响因素,获得有效的控制措施,建立面向对象的制动器摩擦颤振模型,进行制动颤振性能预测与改进措施评价,正在成为业界的研究热点问题。
目前,针对制动颤振的仿真主要包括基于多体动力学和有限元方法的瞬态动力学分析。
多体动力学模型一般包含制动器以及转向节、下摆臂等悬架部件[6],部分模型还通过集总弹簧和质量来模拟轮胎[7]。
基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化研究机动车制动摩擦片是车辆制动系统中至关重要的部件之一。
其质量和性能直接影响着车辆的制动效果和安全性。
因此，基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化研究具有重要的意义。
本文将从设计原理、有限元分析方法和性能优化三个方面进行探讨，并提出一种基于有限元分析的机动车制动摩擦片结构设计与性能优化的研究方案。
1. 设计原理机动车制动摩擦片通常由基材、摩擦材料和结构层组成。
设计原理包括选材原则、结构参数设计和制动摩擦特性研究等方面。
首先，选材原则是制动摩擦片设计的基础。
根据制动的工作温度、负荷条件和耐磨性要求，我们需要选择合适的基材和摩擦材料。
基材要求具有良好的强度和热传导性能，摩擦材料需要具备较高的摩擦系数和耐磨性。
其次，结构参数设计是制动摩擦片设计的关键。
摩擦片的结构参数包括片厚、尺寸和形状等。
这些参数直接影响着制动力的大小和分布情况。
通过有限元分析，可以优化结构参数，以实现制动力的均匀分布和最大化。
最后，制动摩擦特性研究是为了揭示摩擦片的工作机制和性能特点。
制动过程中，摩擦片会受到高温和高压力的作用，从而产生摩擦磨损和热应力。
通过有限元分析，可以模拟制动过程中的摩擦特性，并对摩擦片材料的性能进行优化。
2. 有限元分析方法有限元分析是一种常用的工程数值分析方法，广泛应用于结构设计和性能优化领域。
在机动车制动摩擦片的结构设计与性能优化研究中，有限元分析可以用于模拟制动过程的热传导、应力分布和变形情况，以及摩擦片材料的磨损特性和耐热性能。
有限元分析的基本步骤包括几何建模、网格划分、边界条件和材料参数设置、求解和结果分析等。
在摩擦片的有限元分析中，需要考虑到制动过程中瞬态热传导、非线性材料性质和接触力的影响。
通过调整模型参数和边界条件，可以得到摩擦片在制动过程中的温度分布、应力分布和变形情况。
此外，有限元分析还可以与其他工程软件进行耦合，如计算流体力学软件和优化设计软件。
基于有限元方法的动车组车轮安全性能评估随着动车组运行速度的不断提高，对其走行部件安全性能的要求也不断提高，科学合理地评估动车组车轮安全性能势在必行。
动车组车轮在结构上虽然为一个整体，但各部位结构差异较大，在运行过程中各部位所起的作用也不相同，而且车轮在实际运行过程中受力复杂，既有轮轨间的接触力（包括横向力和纵向力），还有轮轴配合部位产生的约束力及通过轴承传递的整个车体的重量（垂向力），上述各种载荷还会因线路、速度及外界环境等因素的变化而发生变化，因此，对车轮安全性能进行评估难度较大，欧洲标准[1]推荐采用有限元方法对车轮辐板部位的安全性能进行评估。
基于欧洲标准，为满足车轮运营安全性，本文提出了基于有限元分析软件ANSYS 的动车组车轮有限元模型的建立及静强度和疲劳强度的分析计算，从而对车轮安全性能进行评估。
首先根据车轮名义尺寸建立车轮的有限元模型，然后根据车轮结构对称性确定加载平面并按照标准给出的工况及工况载荷对各加载面进行加载计算，通过有限元计算结果并结合车轮结构特点选择合理的强度准则对车轮进行静强度及疲劳强度计算，从而得出车轮强度最薄弱的部位，在该部位附近区域粘贴应变片对该实体车轮进行疲劳试验验证，将疲劳试验的结果与有限元计算结果进行比较，比较结果验证了有限元计算结果的正确性。
1有限元模型的建立1.1模型的建立以某型号动车组动车车轮为例，依据车轮产品图纸及材料特性，参数弹性模量E 为210MPa ，剪切应变酌为0.29[2]，用ANSYS PLANE182平面轴对称单元建立车轮的二维有限元模型，见图1。
考虑到车轮毂孔部位的圆弧仅为满足结构或使用上的要求而设置，并非根据强度要求而存在，为了便于有限元网格的划分，将该部位的圆弧过渡简化为直线连接过渡。
整个车轮的三维有限元模型采用ANSYS SOLID 185结构单元[3]，见第48页图2。
文章编号：1674-9146(2020)06-047-05贺妍收稿日期：2020-04-09;修回日期：2020-05-08作者简介：贺妍（1982-），女，山西文水人，工程师，主要从事轮对产品设计开发研究，E-mail ：****************。
基于有限元分析的机动车制动摩擦片热响应分析机动车制动摩擦片是汽车制动系统中至关重要的部件之一。
它们通过摩擦力将车辆的动能转化为热能，以实现制动效果。
然而，在长时间的制动过程中，摩擦片会产生大量的热量，这可能会导致热膨胀和变形，进而影响制动性能。
因此，对于机动车制动摩擦片的热响应进行分析和评估非常重要。
本文将基于有限元分析方法，对机动车制动摩擦片的热响应进行分析。
首先，我们需要了解有限元分析的基本原理。
有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或物体划分为许多小的有限元素，然后利用数学方程和力学原理来模拟和分析结构的行为。
在本次分析中，我们将以机动车制动摩擦片为对象，使用有限元网格将其离散化，然后应用热传导方程来计算其温度分布。
其次，我们需要收集机动车制动摩擦片的材料参数和工作条件。
对于有限元分析，材料参数的准确性对于结果的可靠性至关重要。
因此，我们需要获取摩擦片的导热系数、比热容和密度等相关数据。
此外，我们还需要了解制动时的摩擦片工作条件，如摩擦片的接触压力和相对滑动速度等。
接下来，我们可以开始建立有限元模型并进行分析。
首先，我们需要使用CAD软件绘制摩擦片的几何形状，并将其导入有限元分析软件。
然后，我们可以选择适当的有限元类型和网格划分方法来离散化模型。
在进行网格划分时，我们需要根据摩擦片的几何特征和分析精度进行合理的划分。
完成网格划分后，我们还需要将摩擦片的材料参数导入模型。
接下来，我们可以通过设置适当的边界条件和加载条件来模拟制动过程。
边界条件包括摩擦片与制动鼓或制动盘之间的接触热阻和传热系数等，并且可以根据实际情况进行设置。
然后，我们可以通过施加制动力或转动制动盘来加载摩擦片，并模拟摩擦片的热响应过程。
完成这些设置后，我们可以开始进行热响应分析。
根据热传导方程和初始条件，有限元分析软件将自动求解模型的温度分布。
通过观察分析结果，我们可以判断摩擦片的热传导情况和温度分布情况是否合理。
如果摩擦片的温度超过了其材料的极限温度，那么可能会发生热膨胀和变形现象，对制动性能造成影响。
制动盘有限元分析及试验研究作者：邱星缪翠娟黄晖蔡志武刘洲余显忠来源：《科技创新导报》2011年第13期摘要:对某车型制动盘,根据有限元分析方法,建立了完整的有限元模型;对其进行静强度分析,并做了试验验证,有限元仿真结果与试验结果对比,有很好的一致性,为该制动盘的设计开发提供了理论依据。
关键词:制动盘静强度模态有限元分析试验中图分类号:U266 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0126-01汽车制动盘是制动器的关键零件之一,在汽车开发过程中,对制动盘进行相关有限元分析,能起到指导设计,缩短开发时间和降低开发成本的作用。
有一些研究工作者对制动盘的开发做了大量的工作,如王良模等基于有限元理论和方法,利用有限元分析对某制动盘进行模态分析,得到其固有频率和振型[1]。
李衡等建立了三维瞬态结构应力有限元模型,模拟了制动器的制动过程[2]。
本文以某国产车型的制动盘为对象,建立了三维有限元模型,从模态和静强度两方面进行了分析,评估其性能,并做了相应的试验验证,为制动盘的工程运用提供了理论支持。
1 制动盘有限元模型建立1.1 模型描述及材料参数制动盘的结构如图1所示,主要包括:上下底环,中环和顶环等部分。
主要采用六面体划分网格,控制单元尺寸大小为4～6mm,其整个分析模型共包含36822个节点,25502个单元,如图1所示。
该制动盘材料采用灰铸铁HT250,其材料特性如表1所示。
1.2 静强度计算边界条件设定制动盘的静强度计算分为两种情况,如图2Ａ所示,一种为轴向加载,约束制动盘顶环的平动自由度,在卡钳与上底环接触区域施加轴向力,根据经验设计,给定其受到最大轴向力为:轴向力=油管压力×活塞作用面积×油缸数目×摩擦系数=19.72×(3.14×63.5×63.5/4)×1×0.41=25592(N)另一种为径向加载,约束底环六孔的全部自由度,在卡钳中心位置施加切向力,给定其受到最大的径向载荷为汽车最大重力的1.2倍,如图2B所示。
基于有限元的制动器活塞优化设计有限元分析是一种计算力学方法，广泛应用于工程设计中，进行各种结构、材料和加载情况下的模拟、分析和优化。
在车辆制动器设计中，有限元方法可以模拟制动器的各种工作情况，包括制动力、温度和应力等。
本文将基于有限元分析，探讨制动器活塞的优化设计。
制动器活塞是制动器的重要组成部分，其作用是将制动器片压在制动盘或制动鼓上，发挥制动效果。
在制动器的工作过程中，活塞受到制动力、摩擦力和热膨胀等多重因素的影响，可能会出现变形、裂纹和疲劳等问题。
因此，通过有限元分析对活塞进行优化设计，可以提高制动器的性能和可靠性。
首先，进行活塞的材料选择。
制动器活塞需要具有较高的强度和刚度，以承受制动力、摩擦力和热膨胀等多方面的载荷。
一些常见的活塞材料包括铝合金、钢和铸铁等。
在进行有限元分析时，需要将活塞的材料特性输入到有限元分析软件中，以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
其次，进行活塞的设计。
在活塞的设计中，需要考虑活塞的几何形状和尺寸。
活塞的几何形状和尺寸会影响到活塞的刚度和强度。
因此，在进行有限元分析时，需要对不同设计方案进行模拟计算，以得出最佳的活塞设计方案。
此外，还需要考虑活塞的表面处理方式，如镀铬、喷涂或阳极氧化等，以提高活塞的表面硬度和抗腐蚀性能。
最后，进行活塞的优化。
在进行有限元分析后，可以得出活塞在不同工况下的应力和变形情况。
如果发现存在应力集中或变形过大的问题，需要对活塞进行优化设计。
针对应力集中问题，可以对活塞的几何形状进行调整；针对变形过大问题，可以对活塞的截面积或材料进行修改。
通过不断进行有限元分析和优化，可以得出最优化的活塞设计方案，以满足制动器的性能和可靠性需求。
综上所述，有限元分析是制动器活塞优化设计中非常重要的工具，可以帮助设计人员预测活塞在不同工况下的应力和变形情况，提供有效的设计方案，提高制动器的性能和可靠性。
为了更好地进行数据分析，我们需要先确定要分析的数据类型和相关特征。
