轨道车辆制动副摩擦自激对车轮磨耗的影响

轮轨周期性磨耗会加剧轮轨动态相互作用,造成车辆系统关键部件发生疲劳断裂,引起车体的异常振动,对乘坐舒适性和运行安全性有较大影响,然而先前研究很少将制动副振动与车轮磨损进行联系。为研究车轮周期性磨耗的原因,通过考虑制动单元的自激振荡对车轮磨损的影响,建立考虑轮轨附着的列车制动系统扭转模型。利用数值方法对制动系统的振动状态进行求解,通过一些非线性理论的相关图谱(系统运动的分岔图、相图、庞加莱截面图、频谱图和时域图等),深入探究制动工况下系统的振动情况,得到制动单元内部因摩擦因数的负斜率特性引起的自激振荡对车轮磨损的影响。研究结果表明:制动系统因摩擦自激产生的不稳定运动仅在车速较低时发生,随着制动速度的降低,当车速低于12.88 km/h时,制动系统会从稳定区间进入振荡区间进而引发制动系统颤振。与此同时,制动系统的颤振会引起车轮蠕滑率的波动,进而影响轮轨间的切向力与轮轨磨损。当制动速度处于振荡区间时,车轮会出现不均匀磨损;当制动速度靠近振荡区间的临界值时,车轮磨损近似均匀;当制动速度处于稳定区间时,车轮纵向蠕滑力近似无波动,车轮不再因制动副的自激振荡产生异常磨损。最后探究了制动压力对系统运动稳定性与轮轨磨耗的影响,发现大制动压力下系统振幅增大,磨损更为明显。探究制动系统对车辆周期性磨耗的影响,可为车轮周期性磨耗机理的研究和控制措施的选用提供参考。

闸片沟槽织构对盘式制动尖叫的影响

为研究制动闸片沟槽织构对盘式制动系统制动尖叫的影响,基于摩擦自激振动理论,建立盘式制动系统普通闸片和沟槽闸片有限元模型,采用复特征值分析法研究该盘式制动系统的摩擦自激振动特性。利用该有限元模型开展沟槽的宽度和深度的参数化分析,获得其对制动尖叫的影响规律。结果表明:制动闸片与制动盘间的摩擦自激振动是导致制动尖叫发生的主要原因,沟槽型闸片对抑制制动尖叫具有明显效果;当闸片沟槽深度在5~20 mm区间内,盘式制动系统的稳定性随沟槽深度的增大而呈现逐渐降低的趋势,表明沟槽深度越小,发生摩擦自激振动的可能性越小;在沟槽宽度5~20 mm范围内,随沟槽宽度的增大,盘式制动系统的稳定性先增大后降低,在沟槽宽度为10 mm时,系统发生制动噪声的可能达到最大。

山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

目的探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨道系统的动力学特性。分别构建对应区段的轮对−钢轨−牵引系统和轮对−钢轨−制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆−轨道参数的最优解。结果在轮对−钢轨−牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为19.36。在轮对−钢轨−制动系统中存在不稳定振动频率443.92 Hz,其复特征值实部为4.9705。结论在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段。在制动工况下设置制动压力为5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨。

汽车盘式制动器尖叫研究进展

盘式制动器的制动尖叫是汽车工业界备受关注的质量问题,也是学术研究领域的一个热点和难点课题。研究盘式制动器尖叫的产生机理,在制动器设计开发阶段进行尖叫预估,并提出抑制措施,对于降低噪音污染、满足顾客要求、加快制动器的产品开发进度,乃至提高汽车产品竞争力,都具有十分重要的意义。从制动尖叫的产生机理、数值分析方法、试验研究方法、影响因素以及尖叫抑制新技术等方面对盘式制动器尖叫的近期研究进展进行综述,众多的研究表明盘式制动器尖叫存在复杂的产生机理,并受到多种因素的影响,利用复特征值和瞬态动力学方法,结合实车道路试验和台架试验,是研究制动尖叫机理、开发低尖叫倾向产品的重要途径。最后总结现有研究存在的问题并对进一步的研究作出展望。

机械系统摩擦动力学研究进展

摩擦环节对机械系统动力学行为有重要、甚至可能是关键的影响.深入研究摩擦及摩擦动力学特点,对于解决机械系统中摩擦带来的不利影响,发挥其有利作用,是非常重要的.本文介绍和评述了机械系统摩擦动力学的研究进展,包括常用的摩擦模型及其特性,摩擦系统自激振动、强迫振动和摩擦振动控制等.除理论研究方法之外,重点讨论了制动噪声振动、摩擦耗能和多领域摩擦振动控制等摩擦动力学的应用研究.

刹车系统摩擦自激振动的数值研究

建立了刹车系统的三自由度动力学方程,采用LuGre模型计算摩擦块、盘之间的摩擦力。通过数值模拟,揭示非内共振摩擦块的复杂动力学行为。研究表明,随着摩擦盘速度减小,切向静平衡状态失稳,依次出现完全滑动和非完全黏滞-滑动的干摩擦自激振动现象。当黏性摩擦系数非常大时,会导致带有非完全黏滞特征的混沌运动。扭转运动的非完全黏滞自激振动中,包含了速度快速抖动现象;而切向和扭转运动是导致低、高频噪声的原因。

汽车盘式制动器蠕动颤振试验与理论分析

进行了盘式制动器蠕动颤振的实车道路试验,理清该现象的发生工况与客观特征。在此基础上,以改进的Karnopp摩擦力模型为基础,建立了1/4车起步颤振机理模型和1/2车"弓状变形效应"影响机理模型,进行蠕动颤振再现与关键因素影响分析。结果表明,除摩擦副动静摩擦因数差之外,悬架系统的变形特性、驱动转矩、制动压力变化和前后轴间制动压力分配等都对制动器蠕动颤振有重要影响。

自励式缓速器制动力矩计算方法

基于Maxwell张量法和电磁理论,研究并推导了自励式缓速器发电装置电磁转矩和缓速装置制动扭矩的解析计算公式。通过对500N·m自励式缓速器制动力矩的理论计算值与试验值的比较可知,在中、低转速范围,其制动力矩的理论计算值与试验值基本吻合。该结果为进一步研究自励式缓速器制动力矩与各结构参数的关系及结构优化设计提供了理论基础。

基于线性化的电液制动器非线性控制器研究

为了缩短车辆制动系统反应时间,提高能量回收效率,设计了自激电液制动器,采用非线性控制系统,并对支撑压力进行仿真验证。给出了自激电液制动器装置简图,推导出制动执行器正、负阀开度方程式。针对输入和输出线性模型进行简化,设计了非线性控制系统,给出了自激电液制动器控制流程。在不同状态条件下,采用MATLAB软件对自激电液制动器支撑压力控制效果进行仿真,与线性控制系统形成对比。结果显示:采用线性控制系统,自激电液制动器支撑压力跟踪误差较大,自适应调节时间较长,而采用非线性控制系统,自激电液制动器支撑压力跟踪误差较小,自适应调节时间较短。同时,摩擦系数和阀阻尼系数都会影响到控制系统输出结果,但摩擦系数影响较大。因此,采用非线性控制系统,自激电液制动器制动反应较快,制动效果较好。

自励式缓速器制动力矩控制方法

为实现自励式缓速器制动力矩的智能化控制,以流过励磁线圈的电流为基准划分了制动力矩档位,提出了以可控硅导电角为控制对象的制动力矩控制方法.分析了励磁线圈驱动电路及可控硅导电角触发电路,并基于可控硅导电角时序图,推导了各种档位下可控硅导电角的计算公式及低车速时最高档位判别公式,为实现自励式缓速器制动力矩的智能化控制提供了理论指导.试验测试结果表明,自励式缓速器可基本上实现制动力矩控制的精确性和实时性.

转筒自励式电磁与摩擦制动集成系统设计与试验研究

分别从转筒式电磁制动器和永磁直流发电机两个方面对转筒自励式电磁与摩擦制动集成系统进行了设计,并在电磁与摩擦制动集成试验台架上对样机进行了制动特性试验,同时进行了发电机性能试验。试验结果表明,采用转筒自励式电磁与摩擦制动集成系统后,车辆制动时间明显缩短,其工作过程中的发电效率可达到540 W,提高了制动安全性,实现了制动能量再利用,减少了能源消耗。

自励式车桥缓速器制动性能

针对传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重,液力缓速器结构复杂、价格高以及拖挂车辆缓速器安装位置的特殊性,提出了一种自励式车桥电磁液冷缓速器.研究了自励式车桥缓速器的结构特点和工作原理,利用电磁学原理推导出缓速器气隙磁密和制动力矩的公式,建立制动系统和发电系统的数学分析模型,对制动系统的磁路和发电系统的性能进行分析.设计了2000 N·m自励式车桥缓速器的三维模型,利用有限元法对其电磁场分布、制动力矩和发电特性等进行瞬态仿真分析,得出影响制动力矩和发电性能的相关因素.最后对自励式车桥缓速器样机进行台架试验,对缓速器样机制动特性和发电特性进行测试,并将测试结果与理论计算结果进行对比,得出测试结果与理论计算结果误差在6%以内;在车桥缓速器转速为1000 r/min时,制动力矩达到2000 N·m,工作20 min后,制动力矩为1580 N·m,下降了20.8%,满足重型车辆的要求;在转速为1000 r/min时,发电机负载电流达到90 A,满足供电需求,证明自励式车桥缓速器设计合理,满足车辆制动要求.

自励式缓速器的研究现状和展望

为研究开发具有能量回收功能的汽车辅助制动装置,在分析比较几种辅助制动装置性能特性基础上,说明研究开发自励式缓速器(self-excited retarder,SER)的必要性,介绍了自励式缓速器的工作原理,分析了国内外有关自励式缓速器的研究进展,总结了自励式缓速器的关键技术,包括缓速器发电机理、发电量控制、制动力矩的计算与控制、热管理与冷却方式等。未来自励式缓速器的研究重点是:缓速器发电量的提升与发电品质优化;发电模式与缓速模式切换控制;能量管理与热平衡方式;自励式缓速器与主制动系的匹配设计和协调控制等。

桥式起重机运行机构反接制动时的动载荷研究

分析了桥式起重机反接制动过程中，车轮打滑和产生自激振动的原因，通过实验测得了动态扭矩的波形，确定了打滑的条件，推导了动载荷的计算公式，计算结果与实测值基本相符．对减缓机构动载荷提出了具体措施，对改善桥式起重机，特别是大型桥式起重机的工作性能有重要意义．

异步电机阻容制动中电容和电阻元件的选择

利用三相异步电机的稳态等效电路，导出了异步电机阻容制动时的数学模型，并编制了计算机仿真程序。通过样机测试，证实了仿真结果的正确性，通过仿真讨论了电容、电阻元件及转动惯量对制动过程的影响。利用仿真程序可方便地确定满足制动要求的电容、电阻元件并达到最佳匹配。

感应电动机电容自励制动的计算机仿真

利用三相感应发电机的稳态等效电路，导出了感应电动机电容自励制动的数学模型，实例仿真结果与实测结果相吻合。利用仿真结果讨论了励磁电容，负载电阻及转动惯量对制动过程的影响。

基于有限元的高速列车车轮多边形磨耗成因分析

研究了中国高速列车车轮多边形磨耗的形成原因,考虑轮对的旋转惯量,建立了高速列车轮对-轨道-盘式制动系统有限元模型.基于轮轨系统摩擦自激振动的理论,采用有限元复特征值分析法研究了高速列车制动时轮对-轨道-盘式制动系统的稳定性.研究了饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动系统摩擦力耦合作用对车轮多边形磨耗的影响,并调查了轮轨-轨道-盘式制动系统的参数敏感性.数值模拟结果表明:在饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动器摩擦力耦合作用下,轮轨系统的摩擦自激振动导致高速列车车轮多边形磨耗的产生,其导致的21~22阶和23~24阶车轮多边形磨耗占主导地位,这与中国高速列车高阶车轮多边形磨耗最为符合.饱和的轮轨蠕滑力主要影响较低阶车轮多边形磨耗,盘式制动器摩擦力主要影响较高阶车轮多边形磨耗.制动压力为13 kN时,车轮多边形磨耗形成的几率最小,发展速度最慢.过高或者过低的垂向悬挂力均不利于抑制车轮多边形磨耗.垂向悬挂力为75 kN时,车轮多边形磨耗形成的可能性最小,发展速度最慢.

轴盘制动对高速列车车轮多边形磨耗的影响

目的 研究高速列车轴盘制动引起车轮多边形磨耗的形成机理,并提出相应的抑制措施。方法 基于摩擦自激振动引起车轮多边形磨耗的观点,建立高速列车拖车轮对-轴盘制动-轨道系统的有限元模型。采用复特征值法,分析制动工况下制动盘和制动片摩擦激励的振动。根据等效阻尼比判断摩擦自激振动的不稳定性,等效阻尼比越小,则不稳定振动发生趋势越强。当等效阻尼比小于–0.001时,不稳定振动的振幅会克服系统阻尼逐渐增大。为了考虑模型中非线性因素的影响,采用瞬时动态仿真,获得制动时轮轨间的法向接触力,通过功率谱密度分析,获得轮轨振动主频。此外,分析轴盘制动系统安装位置和3种类型的制动片对车轮多边形磨耗的影响。结果 轴盘制动系统摩擦制动容易激励出637 Hz左右的不稳定振动,由于复特征值分析与瞬时动态分析求解方法不同,因此该不稳定振动频率的计算结果存在6%左右的相对误差。轴盘制动系统的安装位置对于不稳定振动的发生趋势具有重要影响,考虑到轴盘制动系统实际安装空间,当制动压力角为–10°-10°时,637Hz左右的振动对应的等效阻尼比随压力角的增大而减小。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,在制动时可引起602 Hz左右的不稳定振动。当制动片表面存在复合沟槽结构时,在550-650 Hz内,没有等效阻尼比小于–0.001的不稳定振动。结论 当高速列车运行速度为300 km/h时,轴盘摩擦制动引起的637 Hz左右的不稳定振动可通过轮对传导至轮轨系统中,引起轮轨摩擦功周期性波动,从而导致拖车车轮发生22-23阶多边形磨耗。在满足制动系统安装要求的条件下,适当增大压力角,可减轻由轴盘制动引起的车轮多边形磨耗。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,容易导致拖车车轮发生20-21阶多边形磨耗。在制动片表面添加复合沟槽结构,可抑制由轴盘制动引起的19-23阶车轮多边形磨耗。

自激动力制动在起重机中的应用

起重机起升机构调速系统的性能是起重机能否稳定运行的关键 ,自激动力制动保证了起升机构下降时能以较低的速度稳定运行。本文介绍了起重机的起升机构自激动力制动的电气调速方法的工作原理 ,并对其工作过程及性能做了介绍 ,为用户的使用。

高速铁路制动区间钢轨摩擦自激振动研究

为了探究高速铁路制动区间的典型钢轨波磨现象,基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点展开了研究,通过武广高速铁路制动区段的现场调研,掌握该区段的波磨特征并采集相应的轨道不平顺;基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点分别建立制动区段高速列车的动/拖车轮对-轨道-制动系统的有限元模型,并利用复特征值法进行动/拖车轮轨系统的摩擦自激振动分析,比较动/拖车轮轨系统在制动和非制动工况下系统发生摩擦自激振动的可能性,以及在制动工况下动车轮轨和拖车轮轨系统的摩擦自激振动情况;使用控制变量法研究了制动系统摩擦系数和扣件垂向刚度对动/拖车轮轨系统摩擦自激振动的影响规律.研究结果表明:制动工况更容易引起系统的摩擦自激振动;拖车轮轨系统更容易引起系统摩擦自激振动;控制制动装置摩擦系数约为0.30,扣件垂向刚度约为50 MN/m时能一定程度降低轮轨系统发生摩擦自激振动的可能性,进而抑制钢轨波磨的产生.