收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

摩擦块界面特征对列车制动尖叫噪声及磨损行为的影响

唐斌  
【摘要】:列车制动时,制动摩擦界面不稳定振动所产生的制动尖叫噪声造成了严重的环境污染,并影响乘客乘坐列车的舒适性和体验感,成为制约高速列车继续推广发展的重要因素。而随着列车运行速度的不断提高,制动盘与制动闸片之间的接触界面处于更强摩擦、更高热负荷的开放式环境工况下,这对制动闸片的低噪声要求和摩擦学性能要求提出了更严苛的挑战。目前,大多数研究者尝试通过对制动摩擦材料的成分及其比例进行调控以达到改善制动性能的目的,他们重点考虑的是制动闸片材料特性对制动噪声和界面磨损行为的影响,而忽略了制动闸片自身结构的复杂性及摩擦块不同界面特征的影响。高速列车制动闸片通常是由多个摩擦块组成的,而摩擦块的形状、结构及其排布方式等界面特征不仅影响了摩擦界面的接触特性,还会对界面接触力、磨屑的产生、摩擦热分布等方面产生影响,这些因素的变化都会对制动噪声特性和磨损行为产生重要的作用。因此,本研究从界面摩擦学的角度出发,基于高速列车制动摩擦噪声缩比试验台,系统研究了摩擦块的形状、摩擦切入端特征、开孔结构对制动界面噪声特性及磨损行为的影响机制,开展的主要工作和结论如下:(1)采用实际的高速列车制动闸片和制动盘材料加工成的样品作为对磨副进行了一系列的制动尖叫试验,并结合声压分析、振动幅值分析,频谱分析等信号处理手段,系统深入研究制动参数对制动系统尖叫噪声特性的影响,并探讨了其影响机理。结果表明制动参数对系统振动噪声的产生及演变等特性具有重要影响,相应的尖叫频率成分在不同的制动参数下也呈现出较大的差异。转速在一定的范围内的增高,其噪声发生的概率及噪声声压级都有增加的趋势。然而在一个特定压力下,无论制动盘转速如何,制动系统均呈现最不稳定的状态。此外,制动压力的改变会导致制动盘与制动片之间的接触位置发生变化,这应该是不同制动压力下尖叫噪声频率特性存在巨大差异的重要因素之一。(2)研究在干态、湿态两种摩擦接触环境中,摩擦块的界面形状对列车制动尖叫噪声特性及磨损行为的影响。揭示了摩擦块界面形状对制动界面尖叫噪声的影响机理以及界面振动与表面磨损特性的关联性。将粉末冶金材料加工成三种不同形状(圆形、三角形、六边形)但横截面面积相等的摩擦块样品,在两种界面摩擦环境中进行制动摩擦试验。结果表明干态摩擦环境中,三种摩擦块均呈现出连续的振动噪声现象,这是由于摩擦块摩擦切入端应力集中所导致的。而三角形摩擦块摩擦切入端是在尖角附近,应力集中更为明显,因此三角形摩擦块呈现出最高强度的振动噪声情况。在湿态摩擦环境中,水分的存在打断了界面的连续振动,圆形摩擦块处于相对稳定的状态,而三角形和六边形摩擦块在试验过程中则呈现出不同程度的间歇性振动噪声。此外,对比三种摩擦块的振动强度和磨损形貌发现,制动界面的振动增强会使界面磨损加剧。(3)以三角形摩擦块为研究对象,系统阐述了摩擦块摩擦切入端特征对制动界面振动噪声的影响机制以及界面热和摩损行为之间的关系。对四种不同安装方向下的三角形摩擦块,即呈现四种不同摩擦切入端特征的摩擦块进行拖曳制动试验。结果显示当摩擦块的一条边作为摩擦切入端时,系统主要表现为低频噪声,而当三角形摩擦块的一个角作为摩擦切入端、最先进入摩擦区域时,系统呈现出较大的振动加速度幅值和高强度的尖叫噪声。将该摩擦块倒大半径圆角后,摩擦块表面应力集中和高强度的振动噪声问题都得到改善。这验证了摩擦块的摩擦切入端的应力集中是导致制动界面尖叫噪声的重要原因。此外,界面磨损分析表明在磨屑堆积的区域,第三体磨屑层成为了摩擦块与制动盘接触的主要接触平台,增大了真实的摩擦接触面积,进而增大了该区域的摩擦力,并最终导致该区域温度上升较快。(4)选用了开孔与未开孔两种摩擦块作为试验样品,探讨了摩擦块的孔结构如何对界面磨屑行为产生影响,进而影响磨损行为、界面热分布以及界面尖叫噪声特性。结果表明孔结构的存在会能够收集磨屑、改变磨屑在摩擦块表面的分布。而磨屑分布特点严重影响着摩擦块的表面磨损情形。磨屑堆积严重的区域,由于磨屑的反复碾压摩擦的作用使得该区域经历着严重的磨损,同时被压实的磨屑承载着摩擦界面主要的接触压力及摩擦力,使得该区域的温度较高;而磨屑堆积较小的区域,初始平台为主要承载平台,磨损相对轻微,且有更多的石墨材质露出表面,由于石墨的润滑作用使得该区域受到的摩擦力相对较小,使得该区域温度较低。对比两种摩擦块的试验结果可以发现,在摩擦切入端附近区域经历的磨损较轻微的开孔摩擦块呈现出相对较低的噪声声压级。(5)和第四项研究工作类似,同样选用开孔与未开孔两种摩擦块作为试验样品。研究了在砂砾介入条件下,摩擦块孔结构的存在对界面砂砾分布的影响,进而影响其它的界面摩擦学行为。着重探讨了砂砾介入后,两种摩擦块表面磨损行为、热分布特征、尖叫噪声特性的演变规律。结果表明砂砾介入摩擦界面条件下,无孔摩擦块表面磨损情况较干态条件下严重,大量的接触平台被破坏,因此引起高强度尖叫噪声。同时,高强度的振动使界面磨屑堆积较少,因而界面温升较低。而开孔摩擦块由于孔结构的存在收集并堆积了大量的砂砾,这些砂砾在制动摩擦过程中会逐渐在孔结构所在的摩擦环带堆积起来,形成的砂砾摩擦层成为制动界面主要的承力平台,造成材料表面砂砾堆积区域的高温现象。同时,界面大量砂砾的摩擦作用对材料表面带来了严重的磨粒磨损,造成材料表面大范围的材料脱落现象。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 项载毓;范志勇;刘启昂;吴元科;莫继良;周仲荣;;高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响[J];摩擦学学报;2021年01期
2 孙广合;;物联网环境下的列车制动系统气控阀装配单元研究与应用[J];铁道机车车辆;2020年06期
3 田鹏勇;李磊;杨芳;;便携式列车制动速度传感器检测装置研究[J];科技风;2021年04期
4 鲍鹏宇;陈志强;王建敏;于晓娜;张友兵;张贵娟;;基于粒子群优化的列车制动曲线分段方法研究[J];铁路通信信号工程技术;2021年07期
5 ;吴松[J];课堂内外创新作文(高中版);2017年09期
6 刘豫湘;方长征;万建兵;;列车制动系统技术现状及发展趋势[J];电力机车与城轨车辆;2014年05期
7 吴海俊;丁勇;毛保华;姚宪辉;;基于模糊神经网络的列车制动控制智能算法研究[J];交通与计算机;2008年01期
8 霍吉芹;安笑飞;;高速列车制动技术发展方向初探[J];长沙铁道学院学报(社会科学版);2008年03期
9 张友兵;陈志强;王建敏;张国振;;高速铁路列车制动曲线速度分段方法[J];中国铁道科学;2021年05期
10 金剑峰;;某线路城轨列车制动系统控制逻辑优化[J];铁道车辆;2021年04期
11 张省伟;;列车制动管压力控制策略分析[J];内燃机与配件;2019年16期
12 应之丁;高伟航;;应用于列车制动性能分析的分配阀模拟软件的研究[J];齐齐哈尔大学学报(自然科学版);2017年05期
13 陈黎仙;;高速列车制动系统控制策略的研究[J];科技信息;2012年01期
14 曹祥;程浩忠;周悦;王霄桦;金宇;;列车制动能量回馈及仿真研究[J];水电能源科学;2010年05期
15 严书荣;;一类高速列车制动故障诊断专家系统方案研究[J];电脑知识与技术;2010年32期
16 严彬;黄丹;张浩;;基于ZigBee的铁路列车制动简略试验监控系统设计[J];科技视界;2015年14期
17 于振宇;陈德旺;;城轨列车制动模型及参数辨识[J];铁道学报;2011年10期
18 淡鹏飞;刘泉;舒旭;;神朔、朔黄万吨组合列车制动手把操纵模式的探讨[J];电力机车与城轨车辆;2008年06期
19 左人友;货物列车制动有效距离的一种简化算法[J];内燃机车;2001年06期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 卿立勇;石鹏飞;刘蔚;;地铁列车制动数字指令控制策略的对比分析[A];第四届全国智慧城市与轨道交通学术会议暨轨道交通学组年会论文集[C];2017年
2 曹宏发;郑琼林;李和平;;城轨列车制动系统故障导向安全设计[A];中国铁道学会牵引动力委员会制动学组2008年学术年会——高速铁路动车组和重载列车制动技术研讨会论文集[C];2008年
3 朱长松;;工矿编组列车制动气路改造及分析[A];第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2014年
4 缪许敏;沈国金;;城市轨道列车制动系统KBGM模拟电路板的研制[A];《今日轨道交通》物资版2015年05月[C];2015年
5 纪铅磊;王海涛;霍苗苗;赵欣;;北京地铁5号线列车制动系统国产化研制[A];智慧城市与轨道交通2016[C];2016年
6 李娟;陆建军;陆现彩;欧阳冰洁;王朝华;朱婷婷;;Acidithiobacillus ferrooxidans氧化黄铁矿的表界面特征研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
7 吴萌岭;马天和;田春;杨俊;陈茂林;;铁道车辆制动技术发展趋势探讨[A];和谐共赢创新发展——旅客列车制动技术交流会论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 唐斌;摩擦块界面特征对列车制动尖叫噪声及磨损行为的影响[D];西南交通大学;2020年
2 张勇;列车节能优化操纵理论及应用研究[D];北京交通大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 史来诚;基于黏着与滑模控制的高速列车制动方法研究[D];湖南工业大学;2019年
2 金永泽;高速列车制动过程建模与参数辨识方法[D];西安理工大学;2019年
3 赵付泽;列车制动实验系统中EBCU功能的设计与检测[D];大连交通大学;2017年
4 谭结清;列车制动系统的性能分析与研究设计[D];中南大学;2010年
5 张青;列车制动热对制动噪声的影响分析[D];西南交通大学;2016年
6 董图南;列车制动故障诊断系统的设计与实现[D];东南大学;2017年
7 李海峰;天兴洲大桥列车制动及地震反应的被动控制[D];武汉理工大学;2007年
8 周杰;高含水下CO_2-原油—水体系界面特征分子动力学模拟研究[D];中国石油大学(华东);2017年
9 翟苑琳;支付类APP菜单界面特征对用户搜索效率影响的眼动研究[D];天津师范大学;2018年
10 岳胜涛;基于运行时图形界面特征的安卓应用重打包检测[D];南京大学;2018年
11 简园园;旋转摩擦挤压制备CNTs/Mg复合材料的组织及界面特征[D];南昌航空大学;2017年
12 郭锐辛;地铁列车制动系统可靠性研究[D];兰州交通大学;2020年
13 曹吉康;基于单轴控制的城轨列车制动系统研发及可靠性分析[D];南京航空航天大学;2015年
14 曲轶松;基于高斯过程的数据处理的研究[D];北京交通大学;2014年
15 宋亚儒;基于LORA的货运列车制动监测系统研究与设计[D];中北大学;2020年
16 张佳玉;重载列车速度防护算法优化研究[D];北京交通大学;2018年
17 孙海龙;基于Labview的地铁列车制动性能检测和故障诊断系统设计[D];西南交通大学;2015年
18 何冬冬;城市轨道列车制动能量回馈系统研究与应用[D];华南理工大学;2019年
19 刘泽彤;高速列车制动模型建模与验证方法研究[D];北京交通大学;2015年
20 关莹;列车制动过程热—机耦合的数值仿真[D];大连铁道学院;2002年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 邓俊德;多措并举筑牢列车制动屏障[N];人民铁道;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978