泪滴状肋制动盘传热特性研究

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高速列车盘形制动设计的发展是由于需要减少车辆的簧下质量和改善制动盘的冷却特性。盘形制动通常具有多个零件,需要进行精确的机械加工和组装,这大大增加了成本,所以仿真设计具有竞争力,它可以在短时间内以低成本验证结构和冷却能力,并且在更好的散热方面具有实质性的应用。本文所选的车辆是某型时速250公里的高速列车,该车辆在线路上被广泛使用,并且它的制动盘的销售价格很高。目前,我国年需求制动盘10万片以上,市场需求较大。在列车高速运行的情况下制动,制动盘产生大量的摩擦热。通过研究表明,制动盘升温的过程中,可能导致摩擦副磨损增加,制动效率下降,严重时会出现热裂纹。一款优秀的制动盘首先要有稳定的摩擦系数,保证长时间不会出现衰退,不会出现变形、断裂、脱落等损坏。在制动过程中及停车后,闸片不能转移到制动盘上,也不能形成金属镶嵌,更不能使制动盘产生热裂纹。据此,本文通过分析制动盘的紧急制动工况,设计了高速列车的泪滴状肋制动盘,采用数值模拟方法进行计算,所得仿真结果处理后,得到泪滴状肋制动盘的平均对流换热系数分布和平均温度分布,分析研究泪滴状肋制动盘散热能力,得到以下结论:(1)空气在制动盘周围形成了复杂的涡结构。(2)列车在制动初期,运行速度比较高,车轴的角速度也大,产生的摩擦热也比较多,但是制动盘的升温不明显。分析其主要原因是换热能力与流体速度有关,即车速较高,盘体散热能力较强。而在后期,制动盘升温很明显,对其分析得出此时盘体散热能力减弱。(3)刚开始制动时制动盘各表面的平均对流换热系数的差值较大,随着制动的进行,各表面的平均对流换热系数的差值越来越小;内部通道中散热筋面的平均对流换热系数较大,散热筋面的对流散热性能良好。(4)制动盘各表面的平均温度在制动初期比较接近,随着制动时间的增加,制动盘各表面的平均温度开始形成明显的温度梯度;制动终了时刻制动盘的外圆周面和摩擦面的平均温度较高,内圆周面的平均温度较低。(5)制动盘摩擦面的平均温度在径向的分布随着半径的增大而增大。(6)制动盘制动时迎风侧和背风侧的温度分布与距车轴半径有关;在距车轴半径较小时,背风侧的温度低于迎风侧或者两侧的温度相差不大;在距车轴半径较大时,背风侧的温度比迎风侧的温度大,此时迎风侧的散热能力较好。
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