动车组制动闸片基体材料的设计开发

采用机械合金化方法制备特种工况动车组制动闸片的基体材料。以Cu50Fe50混合粉末为研究对象,研究了球磨时间、球磨转速、球料比、球磨介质等因素对材料压制性能的影响。结果表明:随球磨时间的延长,球料比增加,合金化粉末的粒度越小,材料的压制性能逐渐提高;选择无水乙醇作为球磨PCA的粉末表面无“疏水膜”具有更好的压制性能。针对Cu50Fe50粉末,以无水乙醇作为PCA、球料比20∶1、转速300 r/min、球磨48 h的混合粉末具有更好的压制特性,压制得到的粉末压坯密度高达7.12 g/cm^(3)。

动车组闸片磨损分析及寿命预测

针对动车组制动闸片磨损问题,基于热-力耦合有限元模型对其进行二次开发。通过Archard的磨损理论实现了闸片磨损的有限元计算,模拟分析了闸片的磨损演变分布规律,采用单一变量法研究了制动参数对闸片磨损的影响。根据闸片磨损仿真,建立磨损与制动参数对应关系的数据库,通过BP算法调取数据建立磨损预测模型,建立动车组闸片磨损量与行驶里程的对应关系,设计了动车组闸片寿命预测系统。结果表明:随着制动初速度的提高和制动压力的增大,闸片磨损深度增加,磨损变化率减小;寿命预测系统具有较高的精度,适用于闸片的寿命预测。

基于混合核函数GA-SVR的动车组制动闸片寿命预测

制动闸片是基础制动装置中的执行机构,对其使用寿命的精确预测直接关乎动车组的安全运行问题。为解决传统的SVR模型在寿命预测时存在着不能兼顾各类核函数优良性能的问题,进一步提高动车组制动闸片剩余寿命预测精度,提出一种基于遗传算法优化且集合了不同核函数优点的混合核SVR回归模型。首先分别采用具有优良泛化能力的多项式核函数和突出学习能力的RBF核函数构建2个单个核函数SVR回归模型。随后利用遗传算法以交叉验证方式下模型预测产生的均方误差和作为适应度函数,对2个单一核SVR回归模型的惩罚因子c和函数带宽g进行寻优求解,得到2个性能最佳的单核SVR回归模型。然后以均方误差最低为目标调整混合因数,将2个核矩阵融合为一个仍满足Mercer条件的混合核矩阵,作为新的GA-SVR模型核函数矩阵。最后基于得到的模型对动车组制动闸片剩余寿命进行评估。结果表明:混合核模型在各个时段预测时产生的累积相对误差均低于单一核模型,且在方上差也更为平稳。直接体现了所建立的模型在学习能力与泛化能力上都较单一核GA-SVR模型有了提高,有效提高了动车组制动闸片寿命预测的精度,更出色的泛化能力也表明了该模型具有一定的工程实用价值与普适性。

300 km/h动车组制动闸片低温摩擦性能与微观形貌演变

为了研究高速动车组制动闸片在低温冰冻环境下的摩擦磨损性能和表面形貌特征,采用1:1制动动力试验台模拟验证300 km/h,-20℃低温冰冻和夹砂环境下制动闸片的摩擦磨损性能,并对试验后制动闸片的表面微观形貌进行研究,结果表明:低温冰冻环境下制动闸片的摩擦因数与制动压力密切相关,随着制动压力的升高摩擦因数逐渐增大;低温冰冻环境下制动闸片的瞬时摩擦因数呈现出“磨合-上升-稳定”的变化趋势。

时速250 km速度等级城际动车组用制动盘和闸片的研发

基于国内某时速250 km速度等级的城际动车组平台,开展了动车组用制动盘和闸片的研制。按照动车组用制动盘和闸片技术条件和标准的要求,对制动盘和闸片进行了方案设计,制动盘的金相组织、力学性能、内部缺陷和表面缺陷等均满足技术要求;通过制动盘热负荷计算,制动盘在最高制动初速度下的连续两次紧急制动工况下的最高温度未超过制动盘的许用温度;最后通过1∶1制动动力试验及疲劳试验,测试制动盘在不同制动工况下的最高温度,考核制动盘的疲劳性能并验证制动盘和闸片的匹配性,试验结果均满足相关技术条件和标准的要求。研制的制动盘和闸片在国内某时速250 km速度等级的城际动车组上历经2年时间完成了60万km的运用考核,期间经历了雨雪、风沙、高温和重载等复杂运用工况的考验,运用情况良好。

动车组粉末冶金闸片研制

根据动车组制动系统对闸片的要求,研制动车组粉末冶金闸片。动车组制动系统要求闸片应具有耐磨、耐热及摩擦系数稳定等性能。因此研制的闸片:摩擦材料以铜基为主要成分,含有铁、二硫化钼、镍、钨、石墨及其他化学成分,通过材料选配,用正交设计方法优化得到各化学成分的含量;采用弹性结构;运用粉末冶金摩擦材料生产工艺进行生产。1∶1制动台架试验结果表明:闸片摩擦系数稳定,制动盘温升不超过500℃,磨耗量小于0.35 cm3.MJ-1,对制动盘无不良损伤现象;闸片的各项性能指标优良,符合UIC标准,能够满足动车组制动系统的技术要求;闸片的成本优势比较明显,可以批量生产。

和谐号动车组基础制动装置

和谐号动车组基础制动装置是高速列车在制动系统其他制动措施失效情况下的最后一道安全保障。在分析高速动车组基础制动装置基本要求的基础上,介绍了和谐号动车组基础制动装置的工作原理、组成、选型原则及试验方法。

高速动车组用弹性结构制动闸片的研制

通过对制动闸片配方设计和结构优化,研制出新型弹性结构制动闸片,并测试了其物理力学性能和摩擦磨损性能。试验结果表明:该制动闸片平均摩擦因数高,力学性能良好,安全可靠性较高,使用寿命长,可满足300km/h动车组的摩擦磨损制动性能要求。

高速动车组闸片寿命分布和检查周期的探讨

高速动车组的周期性检修以及重要零件的更换是高速铁路运用安全以及运营高效化的重要保障。我国动车组现有维修体制中,维修和更换周期的确定多来源于厂家经验以及部分客户的反馈,随着运营速度的提高,目前的维修模式已经不能完全满足我国高速铁路在安全性以及经济性方面的需要,修程修制的改革迫在眉睫。基于上述存在的问题,以动车组闸片寿命为例,采用三参数威布尔分布模型分析,极大似然方程进行参数估计,建立了寿命分布模型。并进一步采用此结果,以可靠度为中心,基于冗余系统条件可靠度的数学模型,对动车组闸片的检测更换周期做了讨论,得到间隔18 000km对闸片进行检测,仍可保证0.999 9的可靠度,直接证明了目前闸片的检测过于频繁。并且发现现有修程中还有很多零部件的检修和更换周期设计存在不合理之处,本例为以后的动车组修程制定提供了理论基础。

温福线CRH_(1B)型动车组拖车闸片磨耗问题分析

闸片磨耗问题是动车组运行过程中出现的突出问题之一,直接关系到运营单位的运营成本和检修成本。运用跟踪测量手段,从试验数据分析、运行交路情况、能量守恒、制动模式及司机操纵等方面对闸片磨耗原因进行分析,并提出建议。

CRH2型动车组用制动闸片瞬态温度场仿真分析

采用ANSYS有限元软件建立了高速动车组用制动闸片循环对称有限元三维模型,分析制动闸片几何尺寸对热流密度分配、对流散热和辐射散热的影响;并通过1∶1制动动力试验台的试验数据验证了采用分析模型的正确性。

动车组闸片寿命预测研究

以CR400BF型速度350 km/h复兴号动车组闸片为研究对象,介绍了一整套闸片磨耗数据采集及分析的方法,提出了"闸片厚度—里程线性拟合公式"和"闸片厚度—质量—里程一体化线性拟合公式"2种闸片寿命预测的理论模型。基于跟踪采集的闸片厚度、质量及运行里程样本数据,采用pearson相关系数法分析,发现闸片磨耗与运行里程极强相关。引入闸片偏磨分析,分别建立了动车闸片和拖车闸片寿命及磨损量预测的数学模型,预测了闸片的寿命和磨损量,数据一致性较好。

不同控车模式对闸片磨耗影响的分析

目前CRH6A-200城际动车组已在珠三角地区批量运行,该车辆采用ATO自动驾驶技术,并由ATO控制进行精确停车。据了解,CRH6A-200城际动车组在珠三角地区运行采用了不同的信号进行控车,其控制停车的模式不同,制动闸片磨耗程度不同。针对两种不同的制动停车控制方式对闸片磨耗的影响进行分析。

基于支持向量机与最小二乘支持向量机的闸片识别及磨耗趋势预测

针对检测动车组闸片剩余厚度的需求,设计闸片图像采集系统,通过高速相机与面阵光源的结合使用完成在线闸片图像的采集。介绍支持向量机(SVM)算法的概念,采用SVM对闸片边缘特征进行识别,进而检测剩余厚度。运用最小二乘支持向量机(LSSVM),将SVM的不等式约束变为等式约束,实现闸片剩余厚度的趋势预测。通过将LSSVM检测结果与现场人工测量结果进行对比,验证方法的可靠性。基于LSSVM算法精准预测闸片磨耗趋势,可提供更好的闸片状态修管理模式。

时速350 km标准动车组粉末冶金闸片的研究

根据时速350 km"复兴号"中国标准动车组现车车况及国内使用环境多样性的特点对闸片进行配方和结构设计研究。主要研究了闸片配方中各组元成分对制动性能的影响,制动闸片的制备工艺和试验验证技术,以及装车考核中闸片的实际运用状况等。结果表明:研制的粉末冶金闸片摩擦因数稳定、耐磨性能优异、抗热衰退性好、可靠性高,满足运行使用要求。

动车组PHM系统中制动闸片测量方法的探讨

针对目前人工检测制动闸片磨损费时费力的现状,文章提出一种基于PHM在线监测的动车组闸片磨损量的估算方法,即:“数学叠加”模型,用于动车组PHM系统中制动闸片磨损的监测,替代人工检测,并大幅降低维修成本。该方法经过实例验证,测量值与计算值的最大偏差为0.2mm;偏差的均方差为0.191,满足应用需求。

石墨在动车组制动闸片中的应用研究

对石墨在动车组制动闸片中的应用进行了研究,探讨了人造石墨和鳞片石墨对高铁制动闸片摩擦材料性能的影响。结果表明:鳞片石墨加入后摩擦体压坯成型性逐渐提高,压制力由710kN降低到了350kN;随着鳞片石墨加入量的增加,摩擦体剪切强度先提高后降低,当人造石墨和鳞片石墨加入量比例为46时,摩擦体剪切强度最高为32MPa;同时闸片的平均摩擦系数随着鳞片石墨的增加而减小。

动车组粉末冶金闸片摩擦性能试验研究

对批量运用的3种进口和国产粉末冶金闸片的摩擦性能进行对比试验,并对测得的平均摩擦系数进行分析研究,发现闸片压力、制动初速度和初始温度会对闸片的摩擦系数产生影响。根据该研究成果,在评价某种闸片性能优劣时,可以重点考核其在低压力、低速和高温初始条件下摩擦系数的稳定性。最终,挑选闸片A作为装车闸片,该闸片完成60万km载客运用考核后,制动盘摩擦面没有出现热斑、划伤、热裂纹等不良现象,闸片摩擦块状态良好,没有出现掉块等异常现象,证明该闸片可以满足250 km/h动车组使用要求。研究成果可以为今后修订闸片标准提供参考。

CRH5型动车组制动盘异常磨耗原因分析

调查分析了CRH5型动车组制动盘异常磨耗产物产生的原因。通过宏观及微观的检查分析发现:异常磨耗产物主要来自制动盘摩擦环;施加制动时制动盘及闸片之间产生高温,被切削下的金属碎屑在高温下发生焊合;多次制动后,异常磨耗产物便逐渐增大。分析表明,制动盘异常磨耗是极端寒冷的冰雪天气环境以及冷焊效应和淬火效应等共同作用的结果。