合成摩擦材料在轨道交通领域的应用与发展

合成摩擦材料以其重量轻、摩擦系数稳定、性能可调节性强等优点,成为轨道交通列车制动装置中的关键材料,主要产品应用于制动的合成闸片、合成闸瓦和用于踏面清扫及修形的研磨子。综合概述了合成摩擦材料在我国轨道交通领域的发展历程,详细介绍了3种产品的物理力学性能和摩擦性能特点,并就合成摩擦材料在铁路机车、城市轨道交通列车、动车组列车等轨道交通上的应用实例和发展情况做了分析。基于列车行驶和制动的复杂工况,对合成摩擦材料在使用过程中常见的金属镶嵌、裂纹、异常磨耗等问题进行成因剖析并提出解决策略。面对轨道交通“提速、重载、轻量化、安全”的发展趋势,提出合成摩擦材料在深化基础理论研究、更高速度等级应用及摩擦副匹配关系等方向的发展需求,为我国在合成摩擦材料的研究及应用提供参考和思路。

CRH380A型高速动车组制动闸片摩擦损伤分析

本研究中选取CRH380A型高速动车组服役中的制动闸片作为研究对象,利用微观分析测试手段分析了该闸片摩擦粒子的损伤特征及其原因,得出摩擦粒子的主要损伤特征为剥落和裂纹.根据闸片摩擦粒子形貌和成分分析结果,结合不同制动时刻摩擦粒子的应力分布状态,分析了形成以上两种主要损伤的原因和机理.结果表明:闸片摩擦粒子材料加工过程中形成的气穴、不同组元的硬度和耐磨性差异等应是导致其发生块状剥落的主要原因;而制动闸片切入端的摩擦粒子应力较大,这可能是导致制动闸片偏磨的主要原因之一,且摩擦粒子的中心圆孔附近存在应力集中现象,导致了裂纹更容易在圆孔周边萌生,同时材料加工过程中形成的气穴、不同组元之间结合强度不足等原因也导致了裂纹的萌生与扩展.

轨道车辆制动闸片摩擦块跑合阶段磨损分析

目的在轨道车辆制动闸片摩擦块的使用过程中,目前认为当接触面积达到85%即跑合完成,这种判定标准缺少理论支撑。通过深入分析跑合阶段的摩擦学行为,确定跑合结束时的摩擦学行为特点,为判定轨道车辆制动闸片摩擦块跑合完全与否提供理论判据,同时也为缩短跑合时间、延长摩擦块磨损寿命提供理论支撑。方法利用自行研制的盘型制动系统制动性能试验台进行制动闸片摩擦块的跑合试验,记录制动闸片摩擦块跑合过程中的接触压力、接触面积、磨损量和界面损伤等摩擦学行为变化情况。利用ABAQUS建立有限元模型,通过UMESHMOTION子程序和ALE自适应网格划分技术,基于Archard磨损模型实现考虑摩擦块磨损累积的跑合阶段摩擦学行为分析。结果跑合初期接触压力不均匀导致切入端迅速磨损,宏观接触面积增加使平均接触应力迅速减小;在跑合中期,产生的磨屑不断累积并压实,宏观接触面积增加幅度逐渐减慢,平均接触应力减小速率减缓;在跑合后期,宏观接触面积增加幅度进一步放缓,磨屑的压实与破坏达到一个动态平衡,平均接触应力保持稳定。结论根据跑合过程中平均接触应力先迅速减小、后缓慢减小、最后保持不变的特点,可将轨道车辆制动闸片摩擦块的跑合过程划分为迅速跑合阶段、过渡跑合阶段和稳定跑合阶段。因此,跑合阶段完成的判定标准为平均接触应力保持不变,即进入稳定跑合阶段。在本文的试验工况下,发现当摩擦块接触面积达到名义接触面积的90%时跑合完成。

基于机器视觉刹车蹄块片摩擦块表面裂纹检测法

通过构建基于机器视觉的刹车蹄块片图像采集系统,提出一种摩擦块表面裂纹检测方法。该方法首先应用多分辨率小波分析法计算刹车片梯度向量的模值,水平投影定位实现刹车片区域的提取;其次,进行二维离散小波两层分解和重构,保留纵向裂纹有关信息;最后,采用最大类间方差法(Ostu)提取摩擦块裂纹区域,依据垂直投影直方图判定摩擦块有无裂纹。实验结果表明:该方法能较好地实现裂纹的检测和定位,具有较好的应用价值。

一种基于SVM的刹车蹄块片摩擦块表面裂纹检测法

针对刹车片外观裂纹检测需求,通过构建刹车蹄块片图像采集系统,提出了一种基于支持向量机SVM的刹车蹄块片摩擦块表面裂纹检测法.该方法首先利用灰度图像的梯度模值信息,投影提取摩擦块所在区域;然后以局部窗口子图像为单位,计算灰度共生矩阵并提取相关特征量;最后采用分类样本对支持向量机分类模型进行训练,对摩擦块表面裂纹缺陷和正常区域进行分类预测.实验表明:该方法能较好地实现摩擦块表面裂纹缺陷和正常区域的分类,对表面裂纹缺陷存在与否的判定准确率可达98.33%.