【摘 要】
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随着哈大线的开通,极端的低温环境对我国家高速铁路的发展带来了考验。制动盘及闸片作为制动系统中的关键部位,其性能的好坏对列车的安全起着至关重要的作用,而极端低温环境又对制动盘及闸片材料带来更大的考验。因此研究高寒地区低温环境下列车制动盘的制动摩擦性能对列车在高寒地区的安全运行有重要意义。课题开展了环境温度（-20℃、-10℃、0℃、20℃）,以及低温环境中制动速度（77.39km/h、69.65km
【基金项目】
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国家青年自然科学基金项目:低温环境下高速列车制动摩擦性能与失效分析；
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随着哈大线的开通,极端的低温环境对我国家高速铁路的发展带来了考验。制动盘及闸片作为制动系统中的关键部位,其性能的好坏对列车的安全起着至关重要的作用,而极端低温环境又对制动盘及闸片材料带来更大的考验。因此研究高寒地区低温环境下列车制动盘的制动摩擦性能对列车在高寒地区的安全运行有重要意义。课题开展了环境温度（-20℃、-10℃、0℃、20℃）,以及低温环境中制动速度（77.39km/h、69.65km/h、61.88km/h、54.15km/h）对列车制动摩擦特性影响的模拟实验研究,分析了制动盘及闸片的磨损及损伤形式并记录了制动盘温度场,同时对制动盘的温度场以及应力场进行了有限元仿真分析。主要内容如下:（1）为了探究温度对制动材料热力学性能影响,开展了制动盘材料热力学性能试验,得到了制动盘材料-40℃、-20℃、0℃、20℃、200℃、400℃温度下的导热系数、热扩散系数、比热容、泊松比以及密度,同时发现这些参数值在0℃左右波动较大。（2）为了研究环境温度对制动及摩擦性能影响,建立了仿真模型,结合试验研究发现制动盘表面最高温度随着环境温度的降低而降低,大致呈现出线性关系,在不同环境温度下盘面温升值基本稳定,在0℃时出现温升异常。同时盘面最大热应力与最高温度呈现出同样趋势。闸片和制动盘的损伤会随着环境温度的降低而加剧,闸片的损伤直接影响着制动盘的损伤。当环境温度降至0℃及以下时,闸片试样表面开始出现大量的石墨颗粒,并伴随着裂纹以及剥落等现象。剥落颗粒在高温高压的状态下形成硬质颗粒对制动盘造成更严重的损伤,盘面也因此出现了点蚀、剥落以及裂纹等损伤,结合材料的热力学性能分析,这可能是因为制动材料在0℃附近性能会发生改变,由韧性材料逐渐转变为脆性材料,从而导致在0℃时材料脱落激增,使得盘面升温异常。（3）为了分析低温下制动材料损伤性能,在20℃下开展了制动速度对制动材料摩擦磨损性能试验,结果表明制动盘的最高温度随着制动速度的降低而降低,大致呈现出线性关系,盘面最大应力值呈现出同样的变化趋势。在相同环境温度及制动压力下,制动速度是影响制动盘及闸片损伤的主要原因,制动速度的降低使得闸片表面损伤减小,突出石墨颗粒数量减小,盘面损伤也因此减弱。课题对高速列车制动材料在低温环境下的损伤特性做了相关研究,并就其温度场及应力场进行了仿真分析,为高速制动材料性能的低温摩擦特性及改进性研究提供了一定的基础。
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