【摘 要】
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节约资源成为我国的基本国策,交通委也已提出了交通强国、节支降耗、绿色环保的发展战略,车辆轻量化大势所趋。制动盘作为车辆簧下重量的重要组成部分,轻量化效果明显。高热耗散结构设计和轻量化材料是实现制动盘减重的主要途径。城轨列车制动频繁,钢铁制动盘的制动热量累积以及由此诱发的热损伤明显。本文以南京某线路地铁列车拟采用铝基复合材料制动盘为工程依托,通过热-流-固耦合与试验结合的方式,开展制动盘的高热耗散结
【基金项目】
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校重点基金项目:铝基复合材料制动盘质量与服役可靠性基础理论及关键技术研究;
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节约资源成为我国的基本国策,交通委也已提出了交通强国、节支降耗、绿色环保的发展战略,车辆轻量化大势所趋。制动盘作为车辆簧下重量的重要组成部分,轻量化效果明显。高热耗散结构设计和轻量化材料是实现制动盘减重的主要途径。城轨列车制动频繁,钢铁制动盘的制动热量累积以及由此诱发的热损伤明显。本文以南京某线路地铁列车拟采用铝基复合材料制动盘为工程依托,通过热-流-固耦合与试验结合的方式,开展制动盘的高热耗散结构设计。基于CFD分析的方法,采用Star CCM+软件,结合地铁列车的速度范围,针对轮装制动盘散热筋的类型和分布特征,研究了散热筋在不同速度下的散热性能和泵风功率,同时考虑到制动盘的成型工艺,优选出了制动盘的散热筋的类型和分布形式,即板状散热筋、整体径向分布。依据流场分析结果,结合制动盘的接口尺寸要求,完成了铝合金制动盘的结构设计,采用热-流-固耦合仿真计算方法,开展了制动盘在100 km/h三次紧急制动和100 km/h全程往返制动工况的热分析,对比分析了车轮内外两侧制动盘仿真结果的差异性。三次紧急制动的最高温度为183.0℃,最大应力为167 MPa,全程往返的最高温度为194.9℃,最高温度远小于铝基复合材料的许用温度350℃,最大应力也远小于材料对应温度下的抗拉强度。车轮外侧的制动盘相比车轮内侧的制动盘温度更高,应力幅更大,更容易出现失效。开展了所设计制动盘的台架试验研究,试验结果表明:温度仿真结果与试验测试结果具有较好的一致性,所设计的制动盘满足既定工况要求。论文研究成果能够推动铝基复合材料制动盘国产化和工程应用,具有较好的工程应用价值。
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