摘要
中国西部区高速铁路，具有速度高、坡道长大等特点，对动车组的制动技术提出了更高的要求。目前盘形制动是高速铁路中应用最为广泛的制动装置，为了适应更复杂的运用条件，需对制动盘材料以及制动盘结构进行改进设计，从而进一步提升制动性能。表面织构化加工是改善制动盘制动性能的一种新方法，在干摩擦条件下能够提高制动盘的摩擦系数，降低因制动摩擦产生的磨损。因此，本论文以中国正在建设的川藏铁路工程为背景，以对动车组在30‰坡道紧急制动的复杂工况为条件，针对CRH5型动车组制动盘沟槽织构，进行制动条件下的热应力和动态特性分析，探究沟槽织构排布角度对制动盘性能的影响规律，以期为中国西部山区铁路动车组设计提供技术支撑。 本文首先根据制动过程涉及的传热学理论，基于ANSYS Workbench软件，建立了CRH5型动车组制动盘热流密度模型、对流换热模型和热辐射模型。 其次针对川藏铁路长大坡道的运用条件，仿真得到高寒地区不同环境温度下的温度场和热应力场，得到在低温环境下进行紧急制动时需要较高制动性能，计算初速度160km/h的CRH5型动车组在川藏铁路中30‰坡道紧急制动所需制动距离，指出川藏铁路30‰坡道下的制动安全问题，为了保证制动安全，需提高动车组制动盘的制动性能或者应依据规定进行限速。 再次结合沟槽织构对制动盘进行表面结构改进，仿真得到六种模型的温度场和热应力场，探究了沟槽织构角度对制动性能的影响规律，提出了具有较好散热性能的沟槽织构制动盘设计方案。 最后采用瞬态动力学模块进行制动过程仿真，对六种制动盘分别进行动态特性分析。计算结果表明，60°和120°沟槽织构显著提高了制动盘的制动效能，减少制动所需时间，大幅度降低制动过程中等效应力的最大值和平均值，且等效应力变化曲线波动较小，在提高制动稳定性的同时，能够显著地提高制动盘的耐磨性能。综上所述，本文所选沟槽织构角度中，60°和120°沟槽织构为最优设计。
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