Simulation Analysis and Verifcation of Temperature and Stress of Wheel-Mounted Brake Disc of a High-Speed Train

During the braking process,a large amount of heat energy is generated at the friction surfaces between the brake disc and pads and rapidly dissipates into the disc volume.In this paper,a three-dimensional thermo-mechanical coupling model of high-speed wheel-mounted brake discs containing bolted joints and contact relationships is established.The direct coupling method is used to analyze the temperature and stress of the brake discs during an emergency braking event with an initial speed of 300 km/h.A full-scale bench test is also conducted to monitor the temperatures of the friction ring and bolted joints.The simulation result shows that the surface temperature of the friction ring reaches its peak value of 414°C after 102 s of braking,which agrees well with the bench test result.The maximum alternating thermal stress occurs in the bolt hole where the maximum circumferential compressive stress is−658 MPa and the maximum circumferential tensile stress is 134 MPa.During the braking process,the out-of-plane deformation of the middle part of the friction ring is larger than that of the edge,which increases the axial tensile load of the connecting bolt.This work provides support for the design of brake discs and connecting bolts.

高速列车轮装制动盘螺栓连接结构设计与分析

制动盘作为高速列车核心关键部件之一,关系到高速列车的运行安全,而制动盘材质选择直接影响列车的制动性能,在制动盘材质已经确定的情况下,制动盘结构设计在可靠性方面起着非常重要的作用。文章根据轮装制动盘的工作原理及结构特点,提出了轮装制动盘高强度螺栓连接结构设计中的关键问题,从螺栓受力、强度条件、材质选择三方面进行了设计与分析,并给出了解决方案,最后通过1∶1台架试验验证了高强度螺栓连接结构设计计算的准确性。上述研究为高速列车制动盘紧固件安全设计优化提供了理论参考。

高速动车组轮盘用紧固螺栓仿真分析

高速动车组轮装制动盘通过多个螺栓与车轮固定,制动过程中,由于制动盘和螺栓产生热变形,导致螺栓承受较大拉应力,存在失效可能。利用有限元软件ABAQUS,建立了与实际相符的高速动车组轮装制动盘、车轮、联接件、螺栓套的有限元模型,螺栓施加相应的预紧力。计算得到300km/h高速动车组制动盘和螺栓联接件的温度场和应力场结果,校核了螺栓强度,为不同时速的动车组轮装制动盘用螺栓提供了模拟计算方法。在1∶1台架试验上,验证了模型温度场计算的准确性。

高速动车组制动盘螺栓断裂分析及优化方案

针对高速动车组运用中出现制动盘螺栓断裂问题,选取典型断裂螺栓进行失效分析,并在振动和热负荷环境下对制动盘紧固结构受力状态进行试验和分析.研究发现:制动盘螺栓断裂为低应力疲劳断裂,在高于50g的振动水平下,根据不同的振动频率,摩擦环相对盘毂产生微小相对位移,螺栓承受一定弯曲应力;在长大坡道等极端工况下运行时动车组采用摩擦制动,制动盘各部件由于长时间承受高热负荷及较大的温度梯度,使螺栓承受弯曲应力.针对制动盘螺栓受力情况,提出了变截面螺栓的改进方案,弯曲疲劳试验结果对比表明,新结构螺栓弯曲疲劳性能显著增强,可用于既有动车组轴盘螺栓的替换.

在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机的设计和应用

设计的在线式轮装制动盘螺栓自动拧紧机,根据轮装制动盘螺栓的拧紧工艺和扭矩控制原理实现对螺栓拧紧力的控制;通过变距输送线体和丝杠变径机构,实现不同规格的轮盘拧紧;利用工业相机实现螺栓位置的识别,完成初始位置的确定;讨论了自动拧紧机控制系统的硬件组成和软件系统配置,并介绍了防错、防漏功能的设计流程。螺栓自动拧紧机可提高装配精度和操作效率。

动车组轮装制动盘螺栓安装工艺及其影响研究

动车组轮装制动盘螺栓的安装目标是保证安装后螺栓内部存在规定的预紧载荷。传统的安装方法是人工扭矩安装法,即通过人工施加一定的扭矩来间接保证规定预紧载荷的实现,缺点是准确性和一致性由于受影响因素较多,所以很难保证。针对轮装制动盘螺栓的安装提出了机器扭矩转角法代替目前的人工扭矩法。为证明新安装工艺的可行性,通过试验研究和有限元仿真,针对轮装制动盘螺栓的载荷情况、安装效果和运用状态等进行了两种工艺的研究。结果表明:相对人工扭矩法而言,机器扭矩转角法既能极大改进安装的准确性和一致性、提高生产效率,又能保证产品运用状态的稳定、减少潜在故障的发生,可推广并代替传统的人工扭矩法。

线膨胀系数对轮盘紧固螺栓力学性能的影响

基于热-机耦合有限元法,针对轮装制动盘结构,建立全六面体精细有限元模型,并对螺栓施加预紧力,通过对制动盘摩擦环施加热流密度的方式模拟制动时的传热过程,分析了螺栓材料线膨胀系数对螺栓温度场、应力场以及轴向力的影响,计算结果表明:线膨胀系数增大可以适当减少材料的应力幅值和轴向力变化幅值,但制动结束后会导致螺栓预紧力下降,应综合考虑选择合适的线膨胀系数;在典型制动工况下,螺栓的最大轴向力与初始预紧力相比增幅很大,在分析制动盘紧固螺栓力学性能时应全面考虑热应力的影响.

轮装制动盘螺栓预紧力计算及强度校核

制动盘螺栓作为连接制动盘与车轮的关键部件,其在制动过程中,承受盘体受热膨胀带来的轴向拉伸载荷,并且还承受到来自制动盘的热量,其强度直接决定了制动盘能否安全使用。文章通过建立制动盘整体模型,进行螺栓在有预紧载荷情况时的紧急制动工况模拟计算,根据螺栓预紧载荷对螺栓受力的影响,提出了螺栓预紧载荷的建议值,并对螺栓强度进行校核,从而保证螺栓满足使用要求。

一种新型摩托车防盗锁设计

摩托车作为现代社会人们出行的主要交通工具之一,给人们的工作和生活带来了诸多便利,然而由于当前的摩托车防盗锁设计简单,容易被盗窃分子开锁或破坏,摩托车丢失案件屡屡发生,已经给人民群众带来了较大的经济损失和内心困扰,也给社会治安秩序带来了不稳定因素。基于此,该设计推出了一款新型的碟刹密码多锁栓摩托车防盗锁。该防盗锁外壳设计采用通体钢板结构,内置多锁栓与控锁密码管相咬合的防控结构,通过拨动多个控锁密码管的方式开锁。

液压盘形闸制动力影响因素分析

提升机盘形闸制动力矩影响因素较多,除了闸瓦制动力距、摩擦系数、液压系统工作压力、闸瓦间隙之外。在现场使用中发现,当联接螺栓未胀紧,盘形闸制动力满足不了提升机制动力要求;碟形弹簧在闸瓦闭合过程中的相对变形量大于闸瓦间隙。通过逻辑推理的方式,从力学、机械学方面对上述2种情况进行推理分析,得出上述2种情况均严重影响盘形闸制动力矩。

高速动车组轮装制动盘装配工艺试验研究

紧固件作为轮装制动盘与车轮连接的关键部件,其设计和装配质量的好坏将直接影响轮装制动盘的安全性能。文章通过有限元计算得到制动盘紧固件的工作载荷,按照VDI 2230-1标准对制动盘紧固件进行设计校核,并提出了紧固件组装预紧力要求。通过模拟组装试验对比了扭矩法和扭矩转角法两种方法对制动盘螺栓轴向力离散度和精度的影响,同时研究了扭矩转角法中起始扭矩和转角两个关键参数对螺栓连接性能的影响,确定了最优的扭矩转角工艺参数,也为制动盘螺栓设计计算和装配工艺制定提供了思路。

制动盘螺栓扭矩校验用机器人生产线设计

制动盘是动车组制动系统的核心部件之一。动车组制动过程中,制动卡钳夹住制动盘能够起到减速或者停车的作用。目前,国内动车组检修时,制动盘螺栓扭矩采用人工校验。这种校验方式需要人员较多,作业强度大,误检率高,信息化水平低。为解决检修过程中的工艺难点,研发了基于视觉识别的制动盘螺栓扭矩校验用机器人生产线,提高了螺栓校验的自动化和信息化水平,降低了劳动强度和人力成本,保证了作业质量以及精准度。

持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律

制动盘螺栓紧固结构的完整性对于保证良好的制动性能至关重要。通过建立热-机耦合有限元分析模型,研究列车在长大下坡持续制动过程中轴装制动盘螺栓的载荷演化规律。结果表明,在制动表面产生的热量向制动盘内部及其他连接结构传递的过程中,制动盘中的温度梯度是导致螺栓载荷出现变化的主导因素。螺栓的轴向拉伸载荷出现先下降后反弹的演化规律,不均匀的温度场使螺栓内部出现弯曲载荷,且螺栓的周向弯曲载荷明显大于径向弯曲载荷。对流换热系数的增加可以减小螺栓轴向拉伸载荷和弯矩的变化,但当对流换热系数增加到一定值时,这种影响逐步减小。螺栓与周围结构热膨胀系数的差异会加剧螺栓载荷的变化,可能会导致螺栓自松的风险增加或者螺栓弯曲失效。螺栓预紧力对螺栓弯矩变化没有影响,而对螺栓轴力变化有一定的影响。

动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上,在某客运专线,对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况,总测试里程为6546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性,给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果,评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明,正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化;故障工况下,动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高,且随着空气制动增加,制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同,两者膨胀变形存在差异,导致制动盘螺栓应力有较大变化。

考虑接触热阻的高速列车制动盘热机耦合行为分析

接触界面间存在的接触热阻对制动盘内部热流传递过程有重要影响,进而影响制动盘热机耦合仿真分析的准确性。通过建立考虑接触热阻的有限元模型,结合制动台架试验,系统分析某高速列车轮装制动盘在紧急制动过程中的温度分布、盘面变形、螺栓载荷以及螺栓孔边应力等热机耦合行为。结果表明,选定的接触热阻模型得到的仿真结果与台架试验结果在较大的速度范围内吻合较好。制动系统内的温度梯度导致制动盘体产生较大的热应力并发生离面变形,是导致螺栓载荷增大的主要原因。制动盘面螺栓孔边沿制动盘半径方向的0°和180°位置附近的周向应力变化量较大,且处在较高的平均应力水平,是最容易产生制动热疲劳裂纹的两个方向。

考虑旋转效应的制动盘螺栓弯矩分布规律

制动盘螺栓对保证列车制动和运行安全具有十分重要的作用,掌握制动盘螺栓弯矩分布规律对确保其使用寿命具有重要意义。采用高速动车组制动盘螺栓弯矩载荷测试技术,对国内多条实际线路的制动盘螺栓弯矩进行测试,获得了制动盘螺栓弯矩与动车组运行速度的关系。依据轮装制动盘螺栓连接结构的尺寸和工作环境开展理论分析,获得了螺栓杆弯矩分布的理论值。建立轮装制动盘车轮结构有限元模型,模拟仿真车轮高速旋转过程中螺栓杆受力情况,得到不同速度下螺栓杆的弯矩分布有限元解。研究结果表明,螺栓杆上的弯矩与列车运行速度密切相关,且运行速度越大,螺栓杆上弯矩越大。理论推导和有限元仿真结果均表明螺栓杆上各截面的弯矩大小和方向并不一致,在内外侧截面和中间截面出现弯矩极值,且方向相反。由于车轮内外结构的不对称性,导致螺栓杆上靠近轮缘一侧的截面弯矩大于外侧截面弯矩。研究工作为进一步研究制动盘螺栓的结构可靠性奠定了基础。

铸钢轮装制动盘螺栓孔裂纹产生原因分析

以存在螺栓孔裂纹的铸钢轮装制动盘为研究对象,通过裂纹断口宏微观形貌观察、显微组织分析、拉伸性能测试、冲击性能测试、布氏硬度测试等手段分析了制动盘摩擦面螺栓孔裂纹的性质和成因。结果表明:裂纹属于热疲劳裂纹,螺栓孔倒棱处及摩擦面附近存在缩孔、疏松等铸造缺陷是导致制动盘在制动过程中循环交变热应力驱动下产生裂纹的主要原因;粗大的沿枝晶状分布组织降低了制动盘的强度、韧性和热疲劳性能,加速了裂纹的扩展。