盘形制动具有制动性能稳定、热承载能力强等特点,在高速列车上被广泛应用。在实际制动过程中,制动盘与闸片的接触方式及接触面积是变化的,这种接触状态的改变易导致局部高温,造成热应力增加以及热变形程度的变化,从而使制动盘出现热裂纹,威胁到行车安全。因此研究接触方式及接触面积对制动盘温度场和摩擦性能的影响具有重要意义。本文针对四种接触方式及三种接触面积的三角形闸片,采用数值模拟与摩擦制动试验相结合的方法,探讨不同工况下,接触面积及接触方式对制动盘表面温度分布情况和摩擦系数的影响。(1)模拟结果表明接触面积及接触方式均对制动盘温度场有影响。接触面积越小,峰值温度越高,径向温差越大。在制动压力0.7MPa、速度200km/h条件下,接触面积减少20%,两侧接触方式的峰值温度升高16%,中间、中间偏外侧和中间偏内侧接触方式升高约9.5%。盘面温度及其分布形态对接触方式敏感,两侧接触方式热源分散,盘面温度分布均匀,峰值温度低,中间、中间偏外侧和中间偏内侧接触方式,摩擦区位于接触弧长长的区域,高温区集中于中部,峰值温度较两侧接触方式的分别高38.3%、41.8%和 41.4%。(2)模拟结果表明接触面积的减小引起盘面峰值温度的升高程度随制动速度和压力的增加而不同。两侧、中间、中间偏外侧和中间偏内侧接触方式,在制动速度80km/h时,接触面积减少20%,峰值温度分别升高9%、14.7%、8.1%和11.7%,速度增加到200km/h时,峰值温度分别升高16%、9.9%、9.9%和9.4%;制动压力的增加所造成的影响较小。接触方式改变,制动速度和压力对峰值温度的影响也不同。制动速度从80km/h增加到200km/h,两侧接触方式的峰值温度升高了 1.5倍,其他三种接触方式的峰值温度升高了 2倍;制动压力从0.3MPa增加到0.7MPa,四种接触方式的峰值温度均升高0.5倍左右。(3)试验结果表明盘面峰值温度与摩擦副的接触面积有关。在制动压力0.7MPa、速度200km/h时,两侧、中间和中间偏外侧接触方式,接触面积减小20%,峰值温度分别升高1.3%、9.3%和17.7%。摩擦副接触方式也影响到峰值温度,两侧接触方式的峰值温度最低,中间、中间偏外侧和中间偏内侧接触方式的峰值温度较两侧接触方式的分别高 12.7%、11.8%和 25.4%。(4)模拟计算与试验测试的温度场存在一定的偏差。中间和中间偏外侧接触方式下,试验与模拟具有较好的一致性,在低速条件下,由于初始温度的设定的差别,试验的温度高于模拟的温度,高速时,试验与模拟的温度分布吻合程度提高,峰值温度相近。(5)平均摩擦系数与摩擦副的接触方式和接触面积有关。接触面积越小,平均摩擦系数越低,接触面积减少20%,平均摩擦系数降低约0.01。平均摩擦系数对摩擦副接触方式较敏感,两侧接触方式的平均摩擦系数较高,其他三种接触方式的平均摩擦系数相近,且较两侧接触方式的平均摩擦系数低约30%。同时,平均摩擦系数随制动压力、制动速度增大而减小。