高速动力车制动盘设计研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高速动力车制动盘设计研究 摘要：对于高速动力车来说，其 制动盘的设计具有非常重要的作用，作 为高速动车最重要的组成部分之一，其 设计材料的选择对列车的正常制动性能 具有直接的影响。在当前我国的高速 恿 抵贫盘设计中，对制动盘的材料 选择具有非常严格的要求，从而提高列 车运行过程中的安全性。在本文中，对 当前高速动力车的制动盘设计进行了简 单分析，并对制动盘的未来发展材料选 择等进行了简单的分析。 中国论文网 /2/view-12984135.htm 关键词：制动盘；制动闸片；材 料 随着高速动力车的性能逐渐提高， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 其在人们日常生活中的应用也在逐渐增 多，而为了保证高速列车的制动安全， 国际铁路对高速动力车的制动性能进行 了严格的规定，其必须要在制动失效的 情况下能够通过有效的机械摩擦来实现 高速列车在规定的制动距离内通过有效 的摩擦实现停车，这样才能保证高速动 力车运行的安全性。为此，如何提高高 速动力车的制动性能是当前国内外铁路 建设单位需要重点解决的问题。在本文 中，对当前高速动力车中的制动盘设计 进行了简单的分析，同时提出了其在动 力车应用中的重要作用。 1 基础制动装置的组成内容及其 结构设计 对于高速动力车，其基础的制动 系统主要有制动盘和制动盘闸片等构成， 这些组成结构的综合作用使得其能够保 证高速动车的制动效果。在高速动车运 行的过程中，由于其会受到转向架下部 空间结构限制，因此，在进行制动的过 程中需要空气制动缸和停车用的储能制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 动缸等各部分之间协作一致才能实现高 速动车的制动效果。对于制动缸，大部 分是安装在制定横梁的下部，然后将制 动杠杆安装在驱动制动横梁上，这样能 够保证制动盘和制动闸片等保持正确的 运行情况。 在制动装置的外空心轴位置上， 其还存在着两个不通风的耐热合金锻钢 制动盘，这一制动盘采用的是粉末冶金 闸片制作而成，其能够应对当前的大部 分恶劣环境，且由于其导热性能较好， 能够将高速动力车制动过程中产生的大 量热量进行快速的传递，从而保证高速 动力车的正常运行。此外，为了保证摩 擦制动过程中不会出现脱轨等问题，需 要通过微机处理系统对列车进行防滑保 护。对于整个基础制动装置，其是高速 动力车驱动控制系统的重要组成部分， 为了减少高速动力车的驱动系统重量， 需要通过改变基础制动系统的重量来降 低转向架的重量，这对运行速度非常快 的高速动力车来说具有非常重要的意义， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 能够减少高速动力车在运行过程中的摩 擦力。 2 制动盘材料和结构的设计 对于高速动力车，其在进行高速 制动时，产生的能量是非常大的，若不 能通过将这些能量进行快速的转移，往 往会使得制动盘受到较大的能量冲击， 从而造成制动盘的损伤，影响制动盘的 使用寿命。一般情况下，对于重量在 60t 左右的高速动力车，其运行速度达 到 270km/h 时，若将所有制动产生的能 量全部承接在-制动盘上，制动盘承受 的能量大约为 1.710 焦耳能量，这些 能量能够对制动盘的性能产生严重的影 响。 为了保证制动盘的正常运行，一 般情况下需要将这些能量进行快速传递， 保证制动盘使用性能，降低高速动力车 的制动盘维护费用。 随着高速动力车制动盘技术的发 展，其单纯的盘形结构设计已经不再能 够满足其使用需求，为了能够更好地保 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 证高速动力车运行过程中的制动效果， 当前各国正在研究使用复合制动模式， 这种制动方法是将微机处理系统添加到 制动系统中，通过计算机对制动盘以及 电气动力制动等进行控制，通过多种制 动结果的协作工作来实现高速动力车的 制动性能，在这一制动模式中，最主要 的是电气动力制动系统，其起着主导作 用。 随着高速动力车的性能逐渐提高， 制动盘的应用也在逐渐增加，而制动盘 的材料设计一直是制动盘发展的关键性 技术，像日本的高速动力车，其制动盘 的材料更新速度非常快，其制动性能不 断提升。像在东海道新干线中，其制动 盘采用的是 Ni Cr-Mo 合金材料制成， 这种材料具有非常好的抗热裂性能在使 用的过程中能够很好地避免因制动盘能 量传递速度较快而导致制动盘能量累积 而产生的高热情况，保证制动盘的使用 性能，这一材料设计是将一些合金元素 添加到正常使用的普通制动盘中。通过 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 大量的实践得知，这种新型的制动盘材 料在使用时能够降低制动过程中造成的 磨损，但其使用寿命一直是影响这一新 型制动盘使用的主要问题，为了能够解 决这一问题，如何降低材料成本是主要 的研究内容，但由于并没有找到新型的 耐热材料。这一问题一直没有得到有效 解决。而伴随着高速动力车的速度不断 提升，改善制动盘的使用性能是当前各 国高速动力车发展中需要重点解决的问 题。在当前，一些发达国家正在研究将 一些碳纤维等融入到制动盘中，以提高 制动盘的使用性能，像美国 F1 飞机中 的制动盘材料，其选择的材料是具有质 量轻和耐热性能较好等特点，具有较好 的发展前景。而在最近，德国已经研制 出了具有高性能的陶瓷铝合金制动盘， 这一材料的应用大大减少了制动盘本身 的重量，增加了制动盘的使用寿命，这 是由于该种材料中含有一些陶瓷颗粒， 其在使用的过程中能够很好地预防由于 铝材热稳定性不足造成制动盘使用性能 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 问题，从而提高制动盘的弹性极限等。 此外，陶瓷本身在硬度和耐磨性等方面 具有较好的效果，目前，这种材料已经 被广泛应用在德国的各种高速动力车中， 并取得了非常好的效果。通过实践研究 得知，这一材料的应用使得高速动力车 在运行过程中的制动盘能够承载更多的 机械负荷和热能负荷，保证高速动力车 的正常制动功能。 随着世界各国对高速列车的制动 盘研究不断深入，都逐渐从传统的制动 盘材料中脱离出来，各种新型材料的研 发和应用使得高速动力车的制动性能不 断提升，制动盘的使用寿命以及稳定性 也在逐渐提高。在我国的高速动力车制 动盘设计中，其借鉴德国高速动力车制 动盘的材料性能等研究出了耐热合金锻 钢，而为了保证制动盘使用过程中不会 出现温度过高问题，在制动盘内还添加 了一条冷却风道，这样能够有效地减少 制动过程中的热量积累。对于我国当前 的高速动力车制动系统设计，其采用的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 是 640mm 直径的制动盘，在高速动力 车运行的过程中，其能够对产生的热量 进行全部吸收，然后通过冷却风道等将 其中的 44%的热量消散掉，摩擦面中存 储的热量仅有 13.4%，对于这种制动模 式，其在高速动力车的速度达到 250km/h 时，冷却风道的作用却会受到 较大的影响，为了降低这些损失，发达 国家研究出了应对的整体锻钢制动盘， 其重量大幅度减小，而我国首次应用在 高速动力车上的却是不通风的合金锻钢 制动盘， 3 制动闸片材料和结构设计 对于制动闸片，其主要分为三种， 即铸铁闸片和合成闸片等，各种闸片的 使用时间和性能等之间存在着较大的差 异，像铸铁制动闸片，其具有耐用和成 本低等优点，但其在高速动力车中的使 用性能大大降低，像摩擦系数下降和磨 损严重等。而合成闸片是由多种材料的 粘合制成，这种材料的使用性能相对较 高，且其在使用的过程中还能够通过调 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 整不同材料之间的配比实现性能的改善， 提高制动闸片的使用寿命。对于当前各 国的制动闸片材料，其大部分采用的是 粉末冶金闸片，这种闸片是通过压力将 金属粉末进行压缩，