70%低地板有軌電車制動盤熱負荷特性及優(yōu)化策略研究一、緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著城市化進程的加速，城市人口不斷增長，交通擁堵和環(huán)境污染等問題日益嚴重。在這樣的背景下，城市軌道交通作為一種高效、環(huán)保、節(jié)能的公共交通方式，得到了越來越廣泛的應用和發(fā)展。低地板有軌電車作為城市軌道交通的重要組成部分，以其獨特的優(yōu)勢在城市交通中扮演著愈發(fā)重要的角色。低地板有軌電車具有造價低、工期短、污染少、節(jié)能環(huán)保等顯著特點。其軌道可直接在現(xiàn)有馬路上鋪設，車輛在地面?？?，運行系統(tǒng)建造成本僅為地鐵的1/4到1/3，極大地降低了城市交通建設的成本壓力，使得更多城市有能力發(fā)展軌道交通。同時，低地板設計使得車廂地板僅高出地面35-38厘米，與馬路牙子高度相當，乘客抬腳就能上車，無需修建專用站臺，方便了乘客上下車，尤其是老人、兒童和殘疾人等特殊群體，提高了公共交通的可達性和便利性。此外，低地板有軌電車的出現(xiàn)，為城市交通提供了多樣化的選擇，能夠與其他交通方式（如地鐵、公交、自行車等）有效銜接，形成更加完善的城市綜合交通體系。在實際運行過程中，制動系統(tǒng)是低地板有軌電車安全運行的關鍵部件之一，而制動盤則是制動系統(tǒng)中的核心元件。當車輛制動時，制動盤與制動閘片相互摩擦，將車輛的動能轉化為熱能，從而實現(xiàn)減速和停車的目的。然而，在頻繁制動或緊急制動等工況下，制動盤會承受巨大的熱負荷。大量的摩擦熱會使制動盤溫度急劇升高，如果不能及時有效地散熱，制動盤的溫度可能會超過其材料的承受極限，導致制動盤產(chǎn)生熱疲勞裂紋、磨損加劇、變形甚至斷裂等問題。這些問題不僅會影響制動盤的使用壽命，增加維護成本，更嚴重的是會導致制動性能下降，危及行車安全。因此，深入研究70%低地板有軌電車制動盤的熱負荷，對于保障車輛的安全運行、提高制動性能、降低運營成本具有至關重要的意義。1.1.2研究意義提升制動性能：通過對70%低地板有軌電車制動盤熱負荷的研究，可以深入了解制動盤在不同制動工況下的溫度分布規(guī)律和熱應力變化情況。基于這些研究結果，可以對制動盤的結構和材料進行優(yōu)化設計，提高制動盤的散熱性能和熱穩(wěn)定性，從而有效提升制動系統(tǒng)的制動性能。例如，合理設計制動盤的通風結構，增加散熱面積，提高對流換熱效率，能夠降低制動盤的溫度，減少熱衰退現(xiàn)象的發(fā)生，使制動系統(tǒng)在各種工況下都能保持穩(wěn)定可靠的制動效果。保障行車安全：制動系統(tǒng)的可靠性直接關系到行車安全。制動盤熱負荷過大引發(fā)的制動盤故障，如熱裂紋、變形等，可能導致制動失靈，引發(fā)嚴重的交通事故。研究制動盤熱負荷，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，制定相應的預防措施和安全標準。例如，通過確定制動盤的熱負荷極限，在車輛運行過程中實時監(jiān)測制動盤的溫度，當溫度接近或超過極限值時，及時采取預警或制動控制措施，避免制動盤故障的發(fā)生，確保行車安全。降低維護成本：制動盤是易損部件，其磨損和損壞需要定期更換和維護。過高的熱負荷會加速制動盤的磨損和損壞，增加維護次數(shù)和更換頻率，從而導致維護成本大幅上升。通過研究制動盤熱負荷，優(yōu)化制動系統(tǒng)的設計和運行參數(shù)，可以延長制動盤的使用壽命，減少維護工作量和維護成本。例如，合理選擇制動盤的材料和制造工藝，優(yōu)化制動閘片的摩擦性能，使制動過程中的熱量分布更加均勻，能夠降低制動盤的磨損速率，減少維修和更換的次數(shù)，降低運營成本。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1低地板車輛發(fā)展現(xiàn)狀低地板車輛的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀80年代。1984年，Duewag公司為日內(nèi)瓦制造的低地板車揭開了低地板車發(fā)展的序幕。此后，低地板車輛技術不斷演進，經(jīng)歷了多個發(fā)展階段。第一代低地板輕軌車在中間部分設低地板進口，低地板大約占車長的10%-15%，后經(jīng)改進可達到車長的50%。這類車輛采用常規(guī)高轉向架和分段式低地板設計，車內(nèi)需要臺階過渡，以實現(xiàn)不同地板高度區(qū)域的連接。例如，龐巴迪為荷蘭阿姆斯特丹制造的輕軌車輛，低地板部分的地板高度為277mm，占整個地板長度的13.5%。隨著技術的發(fā)展，第二代低地板輕軌車出現(xiàn)，其低地板部分約占整車的60%-70%。雖然車內(nèi)仍需要臺階向高地板區(qū)過渡，但低地板區(qū)域的擴大，使得乘客在車內(nèi)的通行更加便利。這種輕軌車輛的中間走行部需要一種全新的安裝方式，以適應低地板的設計要求。第三代低地板輕軌車則實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，動力轉向架采用獨立輪對，取消車軸，使得動力轉向架上方的中間通道也可以做成低地板，從而實現(xiàn)車輛內(nèi)100%低地板。這一設計消除了車內(nèi)的臺階，乘客可以在車內(nèi)自由通行，極大地提高了乘客的乘坐體驗，尤其是對于老人、兒童和殘疾人等特殊群體來說，更加方便和安全。70%低地板有軌電車作為低地板車輛的一種重要類型，具有獨特的技術特點和廣泛的應用情況。在技術特點方面，70%低地板有軌電車的低地板區(qū)域占比較大，通常采用獨立輪對轉向架技術，以滿足車輛在小半徑曲線運行時的靈活性和穩(wěn)定性要求。獨立輪對轉向架能夠使車輪獨立旋轉，減少了輪軌之間的相互作用力，降低了車輪的磨損，提高了車輛的運行平穩(wěn)性。同時，為了降低車輛自重，提高能源利用效率，70%低地板有軌電車的車體一般采用輕量化材料，如鋁合金等。鋁合金材料具有密度小、強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，能夠有效減輕車體重量，降低能耗，延長車輛的使用壽命。在應用方面，70%低地板有軌電車在國內(nèi)外多個城市得到了廣泛應用。例如，在國內(nèi)的沈陽沈撫新區(qū)，70%低地板有軌電車承擔著重要的公共交通任務。其低地板設計方便了乘客上下車，與周邊的城市環(huán)境相融合，成為城市交通的一道亮麗風景線。在國外，德國、法國等歐洲國家的一些城市也大量使用70%低地板有軌電車。這些城市的有軌電車線路通常與其他公共交通方式緊密銜接，形成了高效便捷的城市綜合交通網(wǎng)絡。乘客可以方便地在有軌電車、地鐵、公交等交通工具之間換乘，提高了出行效率。1.2.2盤式制動發(fā)展現(xiàn)狀盤式制動在軌道交通領域的應用范圍日益廣泛。目前，在城市軌道交通車輛中，如地鐵、輕軌等，盤式制動已成為一種主流的制動方式。以地鐵為例，許多城市的新建地鐵線路都采用了盤式制動系統(tǒng)，以滿足地鐵車輛頻繁啟停、制動距離短等運行要求。在輕軌交通中，盤式制動也因其優(yōu)越的性能而得到了廣泛應用，有效提高了輕軌車輛的制動安全性和可靠性。盤式制動技術不斷發(fā)展，呈現(xiàn)出多種技術趨勢。一方面，制動盤的材料不斷優(yōu)化，新型材料如粉末冶金、陶瓷基復合材料等逐漸應用于制動盤的制造。粉末冶金材料具有良好的摩擦性能和耐磨性，能夠在高溫下保持穩(wěn)定的制動性能；陶瓷基復合材料則具有高硬度、低密度、耐高溫等優(yōu)點，可有效減輕制動盤的重量，提高制動效率。另一方面，制動夾鉗的設計也在不斷改進，朝著輕量化、緊湊化、智能化的方向發(fā)展。輕量化設計可以降低制動系統(tǒng)的自重，減少能源消耗；緊湊化設計能夠節(jié)省車輛的安裝空間，提高車輛的空間利用率；智能化設計則可以實現(xiàn)制動夾鉗的自動控制和監(jiān)測，提高制動系統(tǒng)的可靠性和安全性。相較于其他制動方式，盤式制動具有顯著的優(yōu)勢。首先，盤式制動的摩擦接觸面積大，制動力強。在相同的制動條件下，盤式制動能夠提供更大的制動力，使車輛更快地減速和停車，滿足軌道交通車輛對制動性能的要求。其次，盤式制動的熱容量大，散熱性能好。在制動過程中，制動盤與制動閘片摩擦產(chǎn)生的大量熱量能夠迅速散發(fā)出去，有效降低了制動盤的溫度，減少了熱衰退現(xiàn)象的發(fā)生，保證了制動性能的穩(wěn)定性。此外，盤式制動的噪音較低，對周圍環(huán)境的影響較小。在城市軌道交通中，低噪音的制動系統(tǒng)能夠提高乘客的乘坐舒適性，減少對沿線居民的干擾。而且，盤式制動的閘瓦磨耗低，維修成本小。與傳統(tǒng)的踏面制動相比，盤式制動的閘瓦磨損速度較慢，更換周期長，降低了車輛的維護工作量和運營成本。1.2.3制動盤熱分析研究現(xiàn)狀國內(nèi)外學者對制動盤熱分析進行了大量的研究，采用了多種研究方法。數(shù)值模擬方法是目前研究制動盤熱分析的主要方法之一，常用的軟件有ANSYS、ABAQUS、MSC.MARC等。通過建立制動盤的有限元模型，利用這些軟件可以模擬制動過程中制動盤的溫度場分布、熱應力變化等情況。例如，趙海燕等采用MSC.MARC有限元軟件分析了快速列車盤型制動器瞬時溫度場的三維分布特征及制動盤工作面的熱循環(huán)歷程，發(fā)現(xiàn)不同制動工況下，閘片與制動盤表面接觸的位置溫度分布不均勻，并隨著環(huán)境溫度的變化呈現(xiàn)整體平移。孟德建等建立了3維瞬態(tài)熱機耦合理論模型及有限元模型，分析緊急制動工況下制動盤瞬態(tài)溫度和法向應力在徑向、周向和法向的分布特征，發(fā)現(xiàn)制動壓力形成的法向載荷、摩擦力和熱變形之間形成復雜的熱-機耦合動力學機制。除了數(shù)值模擬方法，實驗研究也是制動盤熱分析的重要手段。通過搭建制動實驗臺，模擬實際制動工況，測量制動盤的溫度、熱應力等參數(shù)，為數(shù)值模擬提供實驗數(shù)據(jù)支持，同時也可以驗證數(shù)值模擬結果的準確性。例如，一些研究人員通過在制動盤表面安裝熱電偶等溫度傳感器，實時測量制動盤在制動過程中的溫度變化，獲取了制動盤的溫度分布規(guī)律。在研究成果方面，學者們通過對制動盤熱分析的研究，揭示了制動盤在制動過程中的熱物理行為。研究發(fā)現(xiàn)，制動盤的溫度分布與制動工況、制動時間、散熱條件等因素密切相關。在頻繁制動或緊急制動時，制動盤的溫度會急劇升高，可能導致制動盤產(chǎn)生熱疲勞裂紋、磨損加劇、變形等問題。此外，還對制動盤的熱應力分布進行了研究，發(fā)現(xiàn)熱應力的大小和分布與溫度梯度、材料性能等因素有關。然而，當前的研究仍存在一些不足。一方面，在數(shù)值模擬中，模型的簡化和假設可能會導致模擬結果與實際情況存在一定的偏差。例如，在建立有限元模型時，對制動盤與制動閘片之間的接觸狀態(tài)、摩擦系數(shù)等參數(shù)的簡化處理，可能會影響模擬結果的準確性。另一方面，實驗研究受到實驗條件的限制，難以完全模擬實際運行中的復雜工況。例如，實驗臺的制動工況可能無法涵蓋所有的實際運行情況，導致實驗結果的代表性不足。未來的研究可以在改進模型、完善實驗方法等方面進行拓展，以更準確地研究制動盤的熱負荷問題。例如，進一步優(yōu)化有限元模型，考慮更多的實際因素，如制動盤與制動閘片的接觸非線性、材料的熱物理性能隨溫度的變化等；同時，開展更多的實際工況實驗研究，獲取更豐富的實驗數(shù)據(jù)，為制動盤的熱分析提供更堅實的基礎。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容制動盤熱負荷產(chǎn)生機制：深入剖析70%低地板有軌電車在制動過程中，制動盤與制動閘片之間的摩擦生熱原理。從微觀角度分析摩擦表面的相互作用，探討摩擦力、摩擦系數(shù)等因素對熱量產(chǎn)生的影響。研究不同制動工況，如正常制動、緊急制動、連續(xù)制動等情況下，制動盤所承受的熱負荷特性，包括熱負荷的大小、分布以及變化規(guī)律。例如，在緊急制動時，制動盤瞬間承受的熱負荷會大幅增加，其熱負荷的分布可能會出現(xiàn)不均勻的情況，需要詳細研究這種不均勻分布對制動盤性能的影響。制動盤熱分析理論基礎：系統(tǒng)闡述傳熱學中的導熱、對流和輻射原理在制動盤熱分析中的應用。分析制動盤內(nèi)部的導熱過程，研究熱量在制動盤材料中的傳遞規(guī)律，以及不同材料的導熱性能對制動盤溫度分布的影響。探討制動盤與周圍空氣之間的對流換熱機制，分析空氣流速、溫度等因素對對流換熱系數(shù)的影響，進而研究對流換熱對制動盤散熱的作用。同時，考慮制動盤表面與周圍環(huán)境之間的輻射換熱，分析輻射換熱在制動盤熱傳遞過程中的貢獻。此外，研究熱應力和熱變形的基本理論，包括熱應力的產(chǎn)生原因、計算方法以及熱變形對制動盤結構和性能的影響。制動盤溫度場和熱應力場仿真分析：運用有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS等），建立精確的70%低地板有軌電車制動盤三維模型。在建模過程中，充分考慮制動盤的實際結構特點，如通風槽的形狀、尺寸和分布，以及材料的熱物理性能參數(shù)隨溫度的變化。對模型進行合理的網(wǎng)格劃分，確保計算精度和計算效率。設置準確的邊界條件，模擬制動過程中的實際工況，如制動壓力、摩擦系數(shù)、環(huán)境溫度等。通過仿真計算，得到制動盤在不同制動工況下的溫度場分布云圖，分析溫度隨時間和空間的變化規(guī)律，確定制動盤的最高溫度及其出現(xiàn)的位置。同時，計算制動盤的熱應力場分布，分析熱應力的大小和分布情況，研究熱應力對制動盤疲勞壽命的影響。例如，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，在制動盤的某些部位，由于溫度梯度較大，會產(chǎn)生較大的熱應力，這些部位容易出現(xiàn)疲勞裂紋，需要重點關注。制動盤熱負荷影響因素分析：全面研究制動工況對制動盤熱負荷的影響，包括制動初速度、制動時間、制動頻率等因素。通過理論分析和仿真計算，探討不同制動初速度下制動盤的熱負荷變化規(guī)律，研究制動時間和制動頻率對制動盤累積熱負荷的影響。例如，制動初速度越高，制動過程中產(chǎn)生的熱量越多，制動盤的熱負荷就越大；制動時間越長或制動頻率越高，制動盤的累積熱負荷也會相應增加。分析制動盤材料特性對熱負荷的影響，如材料的比熱容、導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等。研究不同材料的制動盤在相同制動工況下的熱負荷響應，對比分析材料特性對制動盤散熱性能和熱穩(wěn)定性的影響。例如，比熱容較大的材料能夠吸收更多的熱量，在一定程度上降低制動盤的溫度升高速度；導熱系數(shù)高的材料則有利于熱量的快速傳遞和散發(fā)，提高制動盤的散熱效率。此外，探討散熱條件對制動盤熱負荷的影響，如通風方式、環(huán)境溫度等。分析不同通風方式下制動盤的對流換熱效果，研究環(huán)境溫度對制動盤散熱的制約作用。例如，良好的通風方式可以增加空氣流速，提高對流換熱系數(shù)，有效降低制動盤的溫度；而環(huán)境溫度較高時，制動盤的散熱會受到抑制，熱負荷會相應增加。制動盤熱負荷優(yōu)化措施探討：基于對制動盤熱負荷的研究結果，從制動盤結構設計的角度提出優(yōu)化措施。例如，改進制動盤的通風結構，增加通風槽的數(shù)量、改變通風槽的形狀和布局，以提高制動盤的對流換熱效率，增強散熱能力。研究采用新型材料制造制動盤的可行性，如陶瓷基復合材料、粉末冶金材料等，這些材料具有優(yōu)異的熱物理性能，能夠有效降低制動盤的熱負荷，提高制動盤的使用壽命。此外，還可以考慮優(yōu)化制動系統(tǒng)的控制策略，通過合理調(diào)整制動壓力和制動時間，使制動過程中的熱量分布更加均勻，降低制動盤的局部熱負荷。例如，采用智能制動控制系統(tǒng)，根據(jù)車輛的運行狀態(tài)和制動需求，實時調(diào)整制動參數(shù)，實現(xiàn)制動過程的優(yōu)化控制。1.3.2研究方法理論分析：運用傳熱學、材料力學等相關學科的基本原理和公式，對70%低地板有軌電車制動盤的熱負荷產(chǎn)生機制、熱傳遞過程以及熱應力和熱變形進行深入的理論推導和分析。通過建立數(shù)學模型，定量描述制動盤在制動過程中的熱物理行為，為后續(xù)的數(shù)值模擬和實驗研究提供理論基礎。例如，利用傳熱學中的傅里葉定律分析制動盤內(nèi)部的導熱過程，運用牛頓冷卻定律研究制動盤與周圍空氣之間的對流換熱，通過熱應力計算公式計算制動盤在溫度變化下產(chǎn)生的熱應力。同時，參考相關的技術標準和規(guī)范，如軌道交通車輛制動系統(tǒng)的設計標準、材料性能標準等，確保研究的科學性和規(guī)范性。數(shù)值模擬：借助專業(yè)的有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS等），建立70%低地板有軌電車制動盤的三維有限元模型。在建模過程中，根據(jù)制動盤的實際結構和尺寸，精確繪制幾何模型，并對模型進行合理的網(wǎng)格劃分。設置材料的熱物理性能參數(shù)，如比熱容、導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等，以及制動過程中的邊界條件，如制動壓力、摩擦系數(shù)、環(huán)境溫度等。通過數(shù)值模擬計算，得到制動盤在不同制動工況下的溫度場分布、熱應力場分布以及熱變形情況。對模擬結果進行詳細的分析和討論，研究制動盤的熱負荷特性及其影響因素，為制動盤的優(yōu)化設計提供依據(jù)。例如，通過模擬不同通風結構的制動盤在相同制動工況下的溫度場分布，對比分析不同通風結構的散熱效果，從而確定最優(yōu)的通風結構設計方案。數(shù)值模擬方法具有成本低、效率高、可重復性強等優(yōu)點，能夠在較短的時間內(nèi)獲取大量的研究數(shù)據(jù)，為研究提供了有力的支持。案例分析：收集70%低地板有軌電車在實際運行中的制動盤故障案例和相關數(shù)據(jù)，如制動盤的磨損情況、熱裂紋出現(xiàn)的位置和程度、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)等。對這些案例進行深入的分析和研究，結合理論分析和數(shù)值模擬的結果，探討實際運行中制動盤熱負荷問題的產(chǎn)生原因和影響因素。例如，通過分析某實際運行線路上制動盤頻繁出現(xiàn)熱裂紋的案例，發(fā)現(xiàn)制動工況復雜、散熱條件不佳以及制動盤材料性能不滿足要求等因素是導致熱裂紋產(chǎn)生的主要原因。同時，參考國內(nèi)外其他類似研究的案例和成果，進行對比分析和經(jīng)驗借鑒，進一步完善研究內(nèi)容和方法。案例分析方法能夠?qū)⒗碚撗芯颗c實際應用相結合，驗證研究結果的可靠性和實用性，為解決實際工程問題提供參考。二、制動盤熱負荷相關理論基礎2.1摩擦生熱理論2.1.1摩擦模型在研究70%低地板有軌電車制動盤的摩擦生熱現(xiàn)象時，摩擦模型是重要的理論基礎之一，其中庫侖摩擦模型是最為經(jīng)典且應用廣泛的模型。庫侖摩擦定律表明，摩擦力與作用在摩擦面上的正壓力成正比，與外表的接觸面積無關。其數(shù)學表達式為F_{friction}=\mu\cdotF_{normal}，其中F_{friction}表示摩擦力，F(xiàn)_{normal}是垂直于接觸面的正壓力，\mu為摩擦系數(shù)，該系數(shù)是一個與接觸表面特性相關的常數(shù)。在制動盤與制動閘片的摩擦過程中，若將正壓力視為制動夾鉗施加的壓力，那么根據(jù)庫侖摩擦模型，可初步計算出兩者之間的摩擦力大小。然而，庫侖摩擦模型在制動盤摩擦生熱計算中存在一定的局限性。在實際的制動過程中，摩擦系數(shù)并非如庫侖摩擦模型假設的那樣是一個常數(shù)，它會受到多種因素的顯著影響?；瑒铀俣鹊淖兓瘯δΣ料禂?shù)產(chǎn)生影響。隨著制動過程中制動盤與制動閘片相對滑動速度的增加，摩擦面的溫度會迅速升高，導致材料的性能發(fā)生變化，進而使摩擦系數(shù)下降。當制動初速度較高時，制動瞬間產(chǎn)生的大量熱量會使摩擦面材料軟化，摩擦系數(shù)降低，這與庫侖摩擦模型中摩擦系數(shù)為常數(shù)的假設不符。溫度也是影響摩擦系數(shù)的重要因素。制動盤在制動過程中溫度不斷升高，高溫會改變摩擦面的物理和化學性質(zhì)，使得摩擦系數(shù)隨溫度升高而發(fā)生非線性變化。在高溫下，摩擦面可能會發(fā)生氧化、相變等現(xiàn)象，導致摩擦系數(shù)不穩(wěn)定。此外，表面粗糙度同樣會對摩擦系數(shù)產(chǎn)生作用。制動盤和制動閘片在長期使用過程中，摩擦表面會逐漸磨損，表面粗糙度發(fā)生改變，從而影響摩擦系數(shù)。新的制動盤和制動閘片表面較為光滑，摩擦系數(shù)相對較??；隨著使用時間的增加，表面粗糙度增大，摩擦系數(shù)也會相應增大。這些實際因素表明，庫侖摩擦模型在描述制動盤摩擦生熱時存在一定的簡化和理想化，難以準確反映復雜的實際制動工況。2.1.2摩擦傳熱規(guī)律在制動盤與制動閘片的摩擦過程中，熱量的產(chǎn)生源于兩者之間的摩擦力做功。當制動閘片在制動夾鉗的作用下緊緊壓在高速旋轉的制動盤上時，兩者表面產(chǎn)生相對滑動，摩擦力阻礙這種相對運動，從而將車輛的動能轉化為熱能。從微觀角度來看，摩擦表面的微觀凸起相互接觸、碰撞和剪切，在這些微觀作用過程中，機械能不斷轉化為熱能，使得摩擦表面的溫度迅速升高。熱量在制動盤與制動閘片之間的傳遞遵循一定的機制。首先是熱傳導，由于制動盤和制動閘片直接接觸，在接觸面上存在溫度差，熱量會從溫度較高的一側傳遞到溫度較低的一側。根據(jù)傅里葉定律，熱傳導的熱流密度與溫度梯度成正比，方向與溫度梯度相反。在制動盤與制動閘片的接觸區(qū)域，溫度梯度較大，熱傳導作用顯著，熱量快速從高溫的摩擦面?zhèn)鬟f到制動盤和制動閘片內(nèi)部。同時，還存在對流換熱。制動盤在旋轉過程中，與周圍空氣發(fā)生相對運動，使得空氣在制動盤表面形成氣流?？諝饬髋c制動盤表面之間存在溫度差，熱量通過對流的方式從制動盤表面?zhèn)鬟f到空氣中。對流換熱的強度與空氣流速、空氣的物理性質(zhì)以及制動盤表面的狀況等因素密切相關。當空氣流速較快時，對流換熱系數(shù)增大，能夠更有效地帶走制動盤表面的熱量。此外，輻射換熱也不可忽視。制動盤表面溫度較高，會向周圍環(huán)境輻射電磁波，以輻射的形式散失熱量。輻射換熱的強度與制動盤表面的溫度、發(fā)射率以及周圍環(huán)境的溫度等因素有關。溫度越高，輻射換熱越強烈。在制動盤的散熱過程中，熱傳導、對流換熱和輻射換熱這三種方式同時存在，相互影響，共同決定了熱量的傳遞和分配情況。2.1.3摩擦熱源制動盤摩擦生熱的熱源位置主要集中在制動盤與制動閘片的接觸面上。在制動過程中，兩者緊密接觸并產(chǎn)生相對滑動，摩擦力在此接觸面上做功，將機械能轉化為熱能，因此該接觸面是熱量產(chǎn)生的源頭。熱流密度分布是研究摩擦熱源的關鍵參數(shù)。熱流密度表示單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量，它反映了熱量產(chǎn)生的強度和分布情況。在制動盤與制動閘片的接觸面上，熱流密度并非均勻分布。由于制動盤在旋轉，不同位置的線速度不同，導致摩擦生熱的強度存在差異。一般來說，制動盤外徑處的線速度較大，單位時間內(nèi)摩擦力做功較多，因此熱流密度相對較大；而靠近制動盤內(nèi)徑處的線速度較小，熱流密度也相對較小。制動閘片與制動盤的接觸狀態(tài)也會影響熱流密度分布。如果制動閘片與制動盤的接觸不均勻，局部接觸壓力較大的區(qū)域，摩擦力做功更多，熱流密度也會更大。準確確定制動盤摩擦生熱的熱源位置和熱流密度分布，為后續(xù)建立精確的熱分析模型提供了重要的理論依據(jù)。在進行制動盤的溫度場和熱應力場分析時，需要根據(jù)熱流密度分布情況，合理設置邊界條件和加載方式，以確保分析結果的準確性。2.2傳熱學理論2.2.1傳熱學基本理論傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的科學，在70%低地板有軌電車制動盤熱負荷研究中具有至關重要的作用。其基本概念和原理是理解制動盤熱傳遞過程的基礎。溫度場是傳熱學中的一個重要概念，它指的是某一時刻物體內(nèi)各點溫度的分布。對于70%低地板有軌電車制動盤而言，在制動過程中，由于制動盤與制動閘片之間的摩擦生熱，制動盤表面及內(nèi)部不同位置的溫度會發(fā)生變化，形成復雜的溫度場。溫度場可以用數(shù)學函數(shù)來表示，對于穩(wěn)態(tài)溫度場，溫度不隨時間變化，可表示為T=T(x,y,z)，其中x、y、z為空間坐標；對于非穩(wěn)態(tài)溫度場，溫度隨時間變化，可表示為T=T(x,y,z,t)，其中t為時間。通過研究制動盤的溫度場分布，可以了解制動盤的受熱情況，為后續(xù)分析熱應力和熱變形提供依據(jù)。熱傳導是指物體內(nèi)部分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。在制動盤內(nèi)部，熱傳導是熱量傳遞的主要方式之一。其基本規(guī)律由傅里葉定律描述，傅里葉定律表明，熱流密度q與溫度梯度\nablaT成正比，方向與溫度梯度相反，數(shù)學表達式為q=-\lambda\nablaT，其中\(zhòng)lambda為導熱系數(shù)，它反映了材料傳導熱量的能力，導熱系數(shù)越大，材料傳導熱量就越容易。例如，在制動盤與制動閘片接觸的區(qū)域，由于溫度較高，熱量會通過熱傳導向制動盤內(nèi)部傳遞，使制動盤內(nèi)部的溫度逐漸升高。熱對流是指流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程。在70%低地板有軌電車制動過程中，制動盤與周圍空氣之間存在熱對流。當制動盤高速旋轉時，會帶動周圍空氣流動，形成氣流。由于制動盤表面溫度高于周圍空氣溫度，熱量會通過熱對流從制動盤表面?zhèn)鬟f到空氣中。熱對流的強度與空氣流速、空氣的物理性質(zhì)以及制動盤表面的狀況等因素密切相關。牛頓冷卻定律用于描述熱對流過程，其表達式為q=h(T_w-T_f)，其中h為對流換熱系數(shù)，T_w為壁面溫度（即制動盤表面溫度），T_f為流體溫度（即周圍空氣溫度）。對流換熱系數(shù)h反映了熱對流的強弱程度，它受到多種因素的影響，如空氣流速、空氣的導熱系數(shù)、粘度等。當空氣流速增加時，對流換熱系數(shù)增大，熱對流作用增強，能夠更有效地帶走制動盤表面的熱量。熱輻射是指物體通過電磁波來傳遞能量的方式。在制動盤熱傳遞過程中，熱輻射也不可忽視。制動盤表面溫度較高，會向周圍環(huán)境輻射電磁波，以輻射的形式散失熱量。熱輻射的基本定律包括普朗克定律、維恩位移定律和斯特藩-玻爾茲曼定律。斯特藩-玻爾茲曼定律表明，黑體輻射的能量與其絕對溫度的四次方成正比，數(shù)學表達式為E_b=\sigmaT^4，其中E_b為黑體的輻射力，\sigma為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)，T為黑體的絕對溫度。對于實際物體，其輻射力E=\varepsilonE_b=\varepsilon\sigmaT^4，其中\(zhòng)varepsilon為物體的發(fā)射率，它表示實際物體的輻射能力與黑體輻射能力的比值，發(fā)射率的取值范圍為0\leq\varepsilon\leq1。在制動盤熱分析中，考慮熱輻射可以更準確地計算制動盤的散熱情況，例如，在高溫環(huán)境下，熱輻射在制動盤散熱中所占的比例可能會增加，對制動盤的溫度分布產(chǎn)生較大影響。2.2.2熱傳遞的方式在70%低地板有軌電車制動過程中，制動盤的熱傳遞主要通過熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式進行，這三種方式相互作用，共同影響著制動盤的溫度分布和熱負荷情況。熱傳導在制動盤內(nèi)部起著關鍵作用。當制動閘片與制動盤相互摩擦產(chǎn)生熱量時，熱量首先在制動盤與制動閘片的接觸面上產(chǎn)生，然后通過熱傳導向制動盤內(nèi)部傳遞。由于制動盤材料的導熱系數(shù)不同，熱量在制動盤內(nèi)部的傳遞速度和分布也會有所差異。對于導熱系數(shù)較高的材料，熱量能夠更快地從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域，使制動盤內(nèi)部的溫度分布相對較為均勻；而對于導熱系數(shù)較低的材料，熱量傳遞速度較慢，容易導致制動盤局部溫度過高。例如，在制動盤的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，由于距離摩擦熱源的遠近不同，通過熱傳導傳遞到這兩個區(qū)域的熱量也不同，從而導致溫度分布存在差異。熱傳導使得制動盤內(nèi)部的溫度逐漸升高，是制動盤熱負荷增加的重要原因之一。熱對流是制動盤與周圍空氣之間熱量傳遞的主要方式。制動盤在旋轉過程中，與周圍空氣發(fā)生相對運動，使得空氣在制動盤表面形成氣流。由于制動盤表面溫度高于周圍空氣溫度，熱量通過熱對流從制動盤表面?zhèn)鬟f到空氣中。熱對流的強度受到多種因素的影響?？諝饬魉偈怯绊憻釋α鞯闹匾蛩刂?，空氣流速越大，對流換熱系數(shù)越大，熱對流帶走的熱量就越多。當有軌電車運行速度較快時，制動盤周圍的空氣流速也會相應增加，從而增強了熱對流的散熱效果?？諝獾奈锢硇再|(zhì)，如導熱系數(shù)、粘度等，也會對熱對流產(chǎn)生影響。導熱系數(shù)較大的空氣能夠更有效地傳遞熱量，而粘度較大的空氣則會阻礙空氣的流動，降低熱對流的強度。制動盤的表面狀況，如表面粗糙度、形狀等，也會影響熱對流。表面粗糙度較大的制動盤能夠增加空氣與制動盤表面的接觸面積，從而增強熱對流效果；而特殊形狀的制動盤，如帶有散熱筋或通風槽的制動盤，能夠改變空氣的流動路徑，提高熱對流效率。熱對流在制動盤的散熱過程中起著重要作用，能夠有效地降低制動盤的溫度，減輕熱負荷。熱輻射是制動盤以電磁波的形式向周圍環(huán)境傳遞熱量的方式。制動盤表面溫度越高，熱輻射的強度就越大。熱輻射與熱傳導和熱對流的不同之處在于，它不需要介質(zhì)即可進行熱量傳遞，可以在真空中傳播。在制動盤的熱傳遞過程中，熱輻射雖然在總熱量傳遞中所占的比例相對較小，但在高溫情況下，其作用不可忽視。當制動盤溫度升高到一定程度時，熱輻射散失的熱量會顯著增加。例如，在緊急制動或連續(xù)制動等工況下，制動盤溫度迅速升高，熱輻射在散熱中的貢獻會相應增大。熱輻射的強度還與制動盤表面的發(fā)射率有關，發(fā)射率越高，熱輻射能力越強。通過改變制動盤表面的涂層或材料，可以調(diào)整其發(fā)射率，從而影響熱輻射的散熱效果。2.2.3熱傳導方程在研究70%低地板有軌電車制動盤的熱傳導問題時，熱傳導方程是描述熱量在制動盤內(nèi)部傳遞規(guī)律的重要工具。對于各向同性的制動盤材料，在無內(nèi)熱源的情況下，其熱傳導方程可通過能量守恒定律和傅里葉定律推導得出。根據(jù)能量守恒定律，在單位時間內(nèi)，進入微元體的凈熱量應等于微元體內(nèi)能的增量。設制動盤的密度為\rho，比熱容為c，溫度為T，時間為t，考慮一個邊長分別為dx、dy、dz的微元體。根據(jù)傅里葉定律，在x方向上，單位時間內(nèi)通過微元體左側面（面積為dydz）進入微元體的熱流密度為q_x=-\lambda\frac{\partialT}{\partialx}，則通過該側面進入微元體的熱量為q_xdydz=-\lambda\frac{\partialT}{\partialx}dydz；通過微元體右側面（面積也為dydz）流出微元體的熱流密度為q_{x+dx}=-\lambda(\frac{\partialT}{\partialx}+\frac{\partial^2T}{\partialx^2}dx)，則通過該側面流出微元體的熱量為q_{x+dx}dydz=-\lambda(\frac{\partialT}{\partialx}+\frac{\partial^2T}{\partialx^2}dx)dydz。同理，可得到在y方向和z方向上進入和流出微元體的熱量。在x方向上，單位時間內(nèi)進入微元體的凈熱量為：\begin{align*}dQ_x&=q_xdydz-q_{x+dx}dydz\\&=-\lambda\frac{\partialT}{\partialx}dydz-(-\lambda(\frac{\partialT}{\partialx}+\frac{\partial^2T}{\partialx^2}dx)dydz)\\&=\lambda\frac{\partial^2T}{\partialx^2}dxdydz\end{align*}同理，在y方向上單位時間內(nèi)進入微元體的凈熱量為dQ_y=\lambda\frac{\partial^2T}{\partialy^2}dxdydz，在z方向上單位時間內(nèi)進入微元體的凈熱量為dQ_z=\lambda\frac{\partial^2T}{\partialz^2}dxdydz。那么單位時間內(nèi)進入微元體的總凈熱量為dQ=dQ_x+dQ_y+dQ_z=\lambda(\frac{\partial^2T}{\partialx^2}+\frac{\partial^2T}{\partialy^2}+\frac{\partial^2T}{\partialz^2})dxdydz。微元體內(nèi)能的增量為dU=\rhoc\frac{\partialT}{\partialt}dxdydz。由能量守恒定律dQ=dU，可得：\lambda(\frac{\partial^2T}{\partialx^2}+\frac{\partial^2T}{\partialy^2}+\frac{\partial^2T}{\partialz^2})=\rhoc\frac{\partialT}{\partialt}這就是無內(nèi)熱源的各向同性材料的熱傳導方程，也稱為傅里葉熱傳導方程。其中，\lambda為導熱系數(shù)，它反映了制動盤材料傳導熱量的能力；\rho為密度，是單位體積物質(zhì)的質(zhì)量；c為比熱容，表示單位質(zhì)量物質(zhì)溫度升高（或降低）1^{\circ}C所吸收（或放出）的熱量。這些參數(shù)的物理意義明確，對于理解制動盤的熱傳導過程至關重要。在實際應用中，求解熱傳導方程需要結合具體的邊界條件和初始條件。邊界條件描述了制動盤與周圍環(huán)境之間的熱交換情況，如制動盤表面與空氣之間的對流換熱、輻射換熱等；初始條件則給出了制動開始時制動盤的溫度分布。通過數(shù)值方法（如有限差分法、有限元法等）或解析方法，可以求解熱傳導方程，得到制動盤在不同時刻的溫度分布。例如，采用有限元法時，將制動盤離散為多個小單元，對每個單元應用熱傳導方程，并結合邊界條件和初始條件，通過計算機程序進行迭代計算，最終得到制動盤的溫度場分布。2.2.4熱邊界條件在對70%低地板有軌電車制動盤進行熱分析時，準確確定熱邊界條件是獲得可靠分析結果的關鍵。熱邊界條件主要包括對流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)的取值，它們反映了制動盤與周圍環(huán)境之間的熱交換情況。對流換熱系數(shù)的取值對于分析制動盤與周圍空氣之間的對流換熱過程至關重要。對流換熱系數(shù)受到多種因素的影響，在確定其取值時需要綜合考慮這些因素?？諝饬魉偈怯绊憣α鲹Q熱系數(shù)的重要因素之一。當有軌電車運行時，制動盤周圍的空氣流速會隨著車速的變化而改變。一般來說，空氣流速越大，對流換熱系數(shù)越大。這是因為較大的空氣流速能夠增強空氣與制動盤表面的擾動，使熱量傳遞更加迅速。在實際計算中，可以根據(jù)有軌電車的運行速度和制動盤的結構特點，通過經(jīng)驗公式或?qū)嶒灁?shù)據(jù)來確定空氣流速與對流換熱系數(shù)之間的關系。例如，對于縱掠平板的對流換熱情況，當空氣流動處于湍流狀態(tài)時，可以采用Dittus-Boelter公式來計算對流換熱系數(shù)h：h=0.023Re^{0.8}Pr^{n}\frac{\lambda}{L}，其中Re為雷諾數(shù)，Pr為普朗特數(shù)，\lambda為空氣的導熱系數(shù)，L為特征長度，n根據(jù)流體被加熱或冷卻的情況取值（被加熱時n=0.4，被冷卻時n=0.3）。雷諾數(shù)Re=\frac{vL}{\nu}，其中v為空氣流速，\nu為空氣的運動粘度。通過這些公式，可以根據(jù)具體的工況條件計算出對流換熱系數(shù)?？諝獾奈锢硇再|(zhì)，如導熱系數(shù)、粘度、比熱容等，也會對對流換熱系數(shù)產(chǎn)生影響。不同溫度和壓力下，空氣的物理性質(zhì)會發(fā)生變化，從而導致對流換熱系數(shù)的改變。在高溫環(huán)境下，空氣的導熱系數(shù)會增大，這使得熱量在空氣中的傳遞更加容易，進而影響對流換熱系數(shù)。因此，在確定對流換熱系數(shù)時，需要考慮空氣物理性質(zhì)隨溫度和壓力的變化?？梢酝ㄟ^查閱相關的物理性質(zhì)手冊或采用合適的模型來計算不同工況下空氣的物理性質(zhì)，并將其應用于對流換熱系數(shù)的計算中。制動盤的表面狀況也會影響對流換熱系數(shù)。表面粗糙度、形狀等因素會改變空氣在制動盤表面的流動狀態(tài)，從而影響對流換熱效果。表面粗糙度較大的制動盤能夠增加空氣與制動盤表面的接觸面積，增強空氣的擾動，使對流換熱系數(shù)增大。帶有散熱筋或通風槽的制動盤，其特殊的形狀能夠引導空氣流動，形成更有效的對流換熱通道，提高對流換熱系數(shù)。在實際分析中，可以通過實驗測量或數(shù)值模擬的方法，研究制動盤表面狀況對對流換熱系數(shù)的影響規(guī)律，并根據(jù)具體的制動盤結構特點，對對流換熱系數(shù)進行修正。輻射換熱系數(shù)的確定需要考慮制動盤表面的發(fā)射率、周圍環(huán)境的溫度以及斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)等因素。發(fā)射率是表征物體表面輻射能力的重要參數(shù)，不同材料的制動盤表面發(fā)射率不同。一般來說，金屬材料的發(fā)射率相對較低，而一些表面處理后的材料或非金屬材料的發(fā)射率可能較高。在確定輻射換熱系數(shù)時，需要準確測量或查閱相關資料獲取制動盤表面的發(fā)射率。例如，對于鑄鐵制動盤，其表面發(fā)射率通常在0.7-0.9之間；而經(jīng)過特殊涂層處理的制動盤，發(fā)射率可能會有所改變。周圍環(huán)境的溫度對輻射換熱系數(shù)也有顯著影響。根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，輻射換熱的熱流密度與物體表面溫度和周圍環(huán)境溫度的四次方差成正比。當周圍環(huán)境溫度升高時，制動盤與周圍環(huán)境之間的輻射換熱溫差減小，輻射換熱系數(shù)也會相應降低。在實際運行中，周圍環(huán)境溫度可能會隨著季節(jié)、地理位置和時間的變化而改變，因此在確定輻射換熱系數(shù)時，需要考慮環(huán)境溫度的實時變化情況?？梢酝ㄟ^環(huán)境溫度監(jiān)測設備獲取實際的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并將其應用于輻射換熱系數(shù)的計算中。斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)是一個固定值，其數(shù)值為5.67\times10^{-8}W/(m^2\cdotK^4)。在計算輻射換熱系數(shù)時，該常數(shù)用于將溫度的四次方差轉換為輻射熱流密度。通過綜合考慮發(fā)射率、周圍環(huán)境溫度和斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，可以計算出制動盤表面與周圍環(huán)境之間的輻射換熱系數(shù)。例如，對于一個表面發(fā)射率為\varepsilon，表面溫度為T_1，周圍環(huán)境溫度為T_2的制動盤，其輻射換熱系數(shù)h_r可以通過以下公式計算：h_r=\varepsilon\sigma(T_1^2+T_2^2)(T_1+T_2)，其中\(zhòng)sigma為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)。通過準確確定輻射換熱系數(shù)，可以更準確地計算制動盤的輻射散熱情況，從而完善制動盤的熱分析模型。三、70%低地板有軌電車制動系統(tǒng)及熱負荷計算3.170%低地板有軌電車制動系統(tǒng)3.1.1制動系統(tǒng)組成70%低地板有軌電車的制動系統(tǒng)是一個復雜且關鍵的系統(tǒng)，主要由電制動、摩擦制動以及液壓單元等部分構成。電制動在整個制動系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，它主要包括再生制動和電阻制動兩種方式。再生制動是一種節(jié)能高效的制動方式，其工作原理基于電磁感應定律。當車輛需要制動時，牽引電機切換為發(fā)電機模式，車輛的動能轉化為電能。這些電能一部分可以反饋回電網(wǎng)，供其他車輛或設備使用，實現(xiàn)了能量的回收利用，提高了能源利用效率。例如，在車輛進站減速過程中，再生制動能夠?qū)④囕v的部分動能轉化為電能并回饋到電網(wǎng)中，為后續(xù)車輛的啟動和運行提供能量支持。電阻制動則是當再生制動無法滿足制動需求或不具備再生制動條件時發(fā)揮作用。此時，牽引電機產(chǎn)生的電能通過電阻轉化為熱能，散發(fā)到周圍環(huán)境中。在一些特殊工況下，如電網(wǎng)故障或車輛制動能量過大無法全部回饋電網(wǎng)時，電阻制動可以確保車輛的制動安全。摩擦制動是制動系統(tǒng)中的另一個重要組成部分，主要通過制動盤與制動閘片之間的摩擦來實現(xiàn)制動。制動盤通常安裝在車輪或車軸上，是摩擦制動的關鍵部件。制動閘片則在制動時壓緊制動盤，產(chǎn)生摩擦力，使車輛減速。制動盤的結構設計和材料性能對摩擦制動的效果有著重要影響。常見的制動盤結構有實心盤和通風盤，通風盤由于其良好的散熱性能，能夠有效降低制動盤在制動過程中的溫度，提高制動的可靠性和穩(wěn)定性，因此在70%低地板有軌電車中得到廣泛應用。制動閘片的材料也多種多樣，包括有機材料、半金屬材料和陶瓷材料等。不同材料的制動閘片具有不同的摩擦性能和磨損特性，在實際應用中需要根據(jù)車輛的運行工況和性能要求進行選擇。液壓單元是制動系統(tǒng)中的動力源和控制核心，它主要由液壓泵、蓄能器、控制閥和管路等組成。液壓泵的作用是將機械能轉化為液壓能，為制動系統(tǒng)提供高壓油液。蓄能器則用于儲存液壓能，在制動系統(tǒng)需要時釋放能量，以保證制動的可靠性?？刂崎y用于控制油液的流向和壓力，實現(xiàn)制動的施加和緩解。例如，在常用制動時，控制閥根據(jù)制動指令調(diào)節(jié)油液壓力，使制動閘片以適當?shù)膲毫壕o制動盤，實現(xiàn)平穩(wěn)的制動過程。管路則負責連接各個液壓元件，確保油液的順暢流通。液壓單元的工作性能直接影響著制動系統(tǒng)的響應速度和制動力的大小。高效的液壓單元能夠使制動系統(tǒng)快速響應制動指令，準確地施加所需的制動力。除了上述主要組成部分外，制動系統(tǒng)還包括一些輔助裝置，如制動控制單元（BCU）、防滑裝置和撒砂裝置等。制動控制單元是制動系統(tǒng)的大腦，它接收來自車輛控制系統(tǒng)的制動指令，根據(jù)車輛的運行狀態(tài)（如速度、載荷等）計算所需的制動力，并協(xié)調(diào)電制動和摩擦制動的工作，實現(xiàn)制動過程的精確控制。防滑裝置則通過監(jiān)測車輪的轉速，防止車輪在制動過程中出現(xiàn)抱死現(xiàn)象，確保車輛的制動穩(wěn)定性和安全性。當檢測到車輪即將抱死時，防滑裝置會自動調(diào)整制動壓力，使車輪保持滾動狀態(tài)。撒砂裝置在車輛制動時，向車輪與軌道之間撒砂，以增加輪軌之間的粘著系數(shù)，提高制動力。在潮濕或結冰的軌道條件下，撒砂裝置能夠有效地改善車輛的制動性能。3.1.2工作原理70%低地板有軌電車制動系統(tǒng)的工作原理是一個協(xié)同工作的過程，各部分在不同的制動工況下發(fā)揮著各自的作用，以確保車輛能夠安全、平穩(wěn)地減速和停車。在常用制動工況下，車輛的制動過程通常先由電制動承擔主要的制動力。當司機發(fā)出制動指令后，制動控制單元（BCU）接收到指令，根據(jù)車輛的速度、載荷等信息，計算出所需的制動力，并控制牽引電機切換為發(fā)電機模式，實施再生制動。在再生制動過程中，車輛的動能轉化為電能，一部分電能回饋到電網(wǎng)中。隨著車輛速度的降低，當速度達到一定值（一般為3-5km/h）時，電制動的制動力逐漸減小，此時液壓制動開始介入，實現(xiàn)電液制動的平滑過渡。液壓控制單元根據(jù)BCU的指令，控制液壓泵工作，將高壓油液輸送到制動夾鉗，使制動閘片壓緊制動盤，產(chǎn)生摩擦力，實現(xiàn)車輛的進一步減速。在整個常用制動過程中，防滑裝置會實時監(jiān)測車輪的轉速，當檢測到車輪有抱死傾向時，會自動調(diào)整制動壓力，防止車輪抱死，確保車輛的制動穩(wěn)定性。在緊急制動工況下，為了使車輛能夠在最短的時間內(nèi)停下來，保障乘客和車輛的安全，制動系統(tǒng)會采取一系列緊急措施。當緊急制動信號觸發(fā)后，各轉向架會優(yōu)先施加最大電制動，同時激活磁軌制動和相應的液壓制動力。最大電制動能夠迅速將車輛的動能轉化為電能，通過電阻制動或再生制動的方式消耗能量。磁軌制動作為一種非粘著制動方式，不依賴輪軌的粘著情況，通過軌道靴與軌道直接摩擦產(chǎn)生制動力，增加了車輛的制動能力。液壓制動也會以最大壓力施加到制動盤上，使制動閘片緊緊壓緊制動盤，產(chǎn)生強大的摩擦力。此外，緊急制動時還會激活撒砂裝置，向車輪與軌道之間撒砂，增加輪軌之間的粘著系數(shù)，提高制動力，確保車輛能夠在緊急情況下快速、安全地停車。停放制動是為了使車輛在停放時保持靜止狀態(tài)而設置的。當車輛需要停放時，司機操作停放制動按鈕，制動控制單元控制液壓單元將制動夾鉗中的油液鎖定，使制動閘片保持壓緊制動盤的狀態(tài)，從而實現(xiàn)車輛的停放制動。停放制動通常采用彈簧儲能制動的方式，即利用彈簧的彈力來施加制動力。在正常運行時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，通過液壓油的壓力來克服彈簧力，使制動閘片與制動盤分離。當需要停放制動時，液壓油被釋放，彈簧的彈力推動制動閘片壓緊制動盤，實現(xiàn)車輛的停放制動。這種方式即使在液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，也能保證車輛的停放安全。3.2制動計算3.2.1常用制動計算在常用制動工況下，準確計算制動力、制動距離和制動時間等參數(shù)對于評估70%低地板有軌電車制動系統(tǒng)的性能至關重要。這些參數(shù)的計算基于車輛的基本參數(shù)和制動要求，通過一系列的公式和方法進行推導。制動力的計算是制動計算的關鍵環(huán)節(jié)之一。根據(jù)車輛的動力學原理，制動力可由車輛的質(zhì)量、制動減速度等因素確定。設車輛的質(zhì)量為m（單位：kg），制動減速度為a（單位：m/s^2），則制動力F（單位：N）的計算公式為F=m\cdota。在實際計算中，需要準確獲取車輛的質(zhì)量信息。70%低地板有軌電車的質(zhì)量包括車體質(zhì)量、乘客質(zhì)量以及車輛設備質(zhì)量等。通常，車輛的整備質(zhì)量可通過車輛設計資料或?qū)嶋H測量獲得。乘客質(zhì)量則需要根據(jù)車輛的額定載客量和人均質(zhì)量進行估算。假設70%低地板有軌電車的額定載客量為n人，人均質(zhì)量為m_0kg，則乘客總質(zhì)量為m_{passenger}=n\cdotm_0。車輛的總質(zhì)量m=m_{vehicle}+m_{passenger}，其中m_{vehicle}為車輛的整備質(zhì)量。制動減速度a的值可根據(jù)車輛的制動性能要求和相關標準確定。一般來說，70%低地板有軌電車在常用制動工況下的制動減速度取值范圍為1.0-1.5m/s^2。例如，某70%低地板有軌電車的整備質(zhì)量為20000kg，額定載客量為200人，人均質(zhì)量按60kg計算，則乘客總質(zhì)量為200\times60=12000kg，車輛總質(zhì)量m=20000+12000=32000kg。若制動減速度a取1.2m/s^2，則制動力F=32000\times1.2=38400N。制動距離的計算對于確保車輛在規(guī)定的距離內(nèi)安全停車具有重要意義。制動距離可分為空走距離和有效制動距離兩部分?？兆呔嚯x是指從司機發(fā)出制動指令到制動力完全施加到車輛上這段時間內(nèi)車輛所行駛的距離。有效制動距離則是制動力作用下車輛減速到停止所行駛的距離?？兆呔嚯xS_{empty}（單位：m）可根據(jù)車輛的初速度v_0（單位：m/s）和空走時間t_{empty}（單位：s）計算，公式為S_{empty}=v_0\cdott_{empty}?？兆邥r間主要取決于制動系統(tǒng)的響應時間，一般在0.3-0.5s之間。有效制動距離S_{effective}（單位：m）可通過運動學公式計算，S_{effective}=\frac{v_0^2}{2a}。則制動距離S=S_{empty}+S_{effective}。例如，某70%低地板有軌電車的初速度v_0=20m/s（相當于72km/h），空走時間t_{empty}=0.4s，制動減速度a=1.2m/s^2。則空走距離S_{empty}=20\times0.4=8m，有效制動距離S_{effective}=\frac{20^2}{2\times1.2}\approx166.67m，制動距離S=8+166.67=174.67m。制動時間同樣是評估制動性能的重要參數(shù)。制動時間t（單位：s）可由制動初速度v_0和制動減速度a計算得出，公式為t=\frac{v_0}{a}。在考慮空走時間的情況下，總制動時間T=t_{empty}+t。例如，上述例子中，制動時間t=\frac{20}{1.2}\approx16.67s，總制動時間T=0.4+16.67=17.07s。通過準確計算常用制動工況下的制動力、制動距離和制動時間等參數(shù)，可以為70%低地板有軌電車制動系統(tǒng)的設計、調(diào)試和優(yōu)化提供重要的依據(jù)。在實際應用中，還需要考慮各種因素對這些參數(shù)的影響，如車輛的載荷變化、軌道條件、氣候條件等，以確保制動系統(tǒng)在各種工況下都能可靠地工作。3.2.2緊急制動計算緊急制動是70%低地板有軌電車在遇到突發(fā)緊急情況時采取的制動方式，其目的是使車輛在最短的時間內(nèi)停下來，保障乘客和車輛的安全。因此，準確計算緊急制動工況下的相關參數(shù)至關重要。緊急制動時，制動力的計算與常用制動有所不同。為了實現(xiàn)快速停車，緊急制動通常會施加最大制動力。假設車輛在緊急制動時的最大制動減速度為a_{max}（單位：m/s^2），根據(jù)公式F_{max}=m\cdota_{max}（其中F_{max}為緊急制動時的制動力，m為車輛總質(zhì)量）。70%低地板有軌電車在緊急制動時的最大制動減速度一般比常用制動時大，以滿足緊急制動的要求。根據(jù)相關標準和實際運行經(jīng)驗，70%低地板有軌電車在超員載荷（AW3，6人/m^2）條件下，緊急制動平均減速度不低于2.0m/s^2。例如，若某70%低地板有軌電車的總質(zhì)量為35000kg，在緊急制動時取最大制動減速度a_{max}=2.2m/s^2，則緊急制動時的制動力F_{max}=35000\times2.2=77000N。緊急制動距離的計算同樣是一個關鍵參數(shù)。緊急制動距離也可分為空走距離和有效制動距離。空走距離的計算方法與常用制動時類似，即S_{empty-emergency}=v_0\cdott_{empty-emergency}，其中S_{empty-emergency}為緊急制動空走距離，v_0為緊急制動初速度，t_{empty-emergency}為緊急制動空走時間。由于緊急制動時制動系統(tǒng)的響應更為迅速，空走時間一般比常用制動時短，通常在0.2-0.3s之間。有效制動距離S_{effective-emergency}=\frac{v_0^2}{2a_{max}}。則緊急制動距離S_{emergency}=S_{empty-emergency}+S_{effective-emergency}。例如，某70%低地板有軌電車緊急制動初速度v_0=25m/s（相當于90km/h），空走時間t_{empty-emergency}=0.25s，最大制動減速度a_{max}=2.2m/s^2?？兆呔嚯xS_{empty-emergency}=25\times0.25=6.25m，有效制動距離S_{effective-emergency}=\frac{25^2}{2\times2.2}\approx142.05m，緊急制動距離S_{emergency}=6.25+142.05=148.3m。緊急制動時間t_{emergency}可由公式t_{emergency}=\frac{v_0}{a_{max}}計算。在考慮空走時間的情況下，總緊急制動時間T_{emergency}=t_{empty-emergency}+t_{emergency}。對于上述例子，t_{emergency}=\frac{25}{2.2}\approx11.36s，總緊急制動時間T_{emergency}=0.25+11.36=11.61s。對比常用制動和緊急制動的差異，首先在制動力方面，緊急制動時的制動力明顯大于常用制動時的制動力。這是因為緊急制動需要在更短的時間內(nèi)使車輛停下來，所以需要更大的制動力。制動距離上，緊急制動距離一般比常用制動距離短。這是由于緊急制動時施加了更大的制動力，車輛減速更快。緊急制動的制動時間也比常用制動時間短。這些差異反映了緊急制動在保障車輛安全方面的重要作用。在實際運行中，需要根據(jù)不同的制動工況，合理設計和控制制動系統(tǒng)，以確保車輛在各種情況下都能安全、可靠地運行。3.3制動盤熱負荷計算3.3.1熱負荷計算方法70%低地板有軌電車制動盤的熱負荷計算基于能量守恒原理，即車輛在制動過程中損失的動能全部轉化為制動盤與制動閘片摩擦產(chǎn)生的熱能。根據(jù)能量守恒定律，車輛制動時的動能變化量等于制動過程中產(chǎn)生的熱量，可表示為Q=\DeltaE_{k}。車輛的動能E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}，其中m為車輛質(zhì)量，v為車輛速度。當車輛從初始速度v_{0}制動到速度為0時，動能變化量\DeltaE_{k}=\frac{1}{2}mv_{0}^{2}。在實際制動過程中，制動力并非瞬間施加到最大值，而是存在一定的變化過程。制動過程可以分為多個微小的時間段，在每個時間段內(nèi)，制動力可近似認為是恒定的。設每個微小時間段為\Deltat，在時間段\Deltat內(nèi)，車輛的速度變化為\Deltav，則該時間段內(nèi)車輛動能的變化量為\DeltaE_{k}=\frac{1}{2}m(v^{2}-(v-\Deltav)^{2})=\frac{1}{2}m(2v\Deltav-\Deltav^{2})。由于\Deltav非常小，\Deltav^{2}相對于2v\Deltav可以忽略不計，因此\DeltaE_{k}\approxmv\Deltav。在時間段\Deltat內(nèi)，制動盤與制動閘片摩擦產(chǎn)生的熱量為Q_{friction}，根據(jù)摩擦力做功公式W=F_{friction}\cdots（其中F_{friction}為摩擦力，s為相對位移），在制動過程中，相對位移可近似為車輛在該時間段內(nèi)行駛的距離v\Deltat，則Q_{friction}=F_{friction}\cdotv\Deltat。由能量守恒可知Q_{friction}=\DeltaE_{k}，即F_{friction}\cdotv\Deltat=mv\Deltav，可得F_{friction}=m\frac{\Deltav}{\Deltat}。而\frac{\Deltav}{\Deltat}即為車輛在該時間段內(nèi)的平均加速度a，所以F_{friction}=ma，這與前面制動力的計算公式一致。熱負荷q是單位時間內(nèi)單位面積上產(chǎn)生的熱量，對于制動盤而言，熱負荷可表示為q=\frac{Q_{friction}}{A\Deltat}，其中A為制動盤與制動閘片的接觸面積。將Q_{friction}=F_{friction}\cdotv\Deltat代入可得q=\frac{F_{friction}\cdotv}{A}。又因為F_{friction}=ma，所以熱負荷計算公式最終可表示為q=\frac{mav}{A}。在實際計算中，需要準確獲取車輛質(zhì)量m、制動減速度a、車輛速度v以及制動盤與制動閘片的接觸面積A等參數(shù)。這些參數(shù)的準確獲取對于精確計算制動盤熱負荷至關重要。車輛質(zhì)量m可通過車輛設計資料或?qū)嶋H測量得到；制動減速度a可根據(jù)制動系統(tǒng)的設計參數(shù)和實際運行工況確定；車輛速度v可通過車輛的速度傳感器實時獲?。恢苿颖P與制動閘片的接觸面積A可根據(jù)制動盤和制動閘片的幾何尺寸計算得出。3.3.2不同制動工況下熱負荷計算在常用制動工況下，以某70%低地板有軌電車為例，假設車輛總質(zhì)量m=30000kg，制動初速度v_{0}=70km/h（換算為19.44m/s），制動減速度a=1.2m/s^{2}，制動盤與制動閘片的接觸面積A=0.5m2。根據(jù)熱負荷計算公式q=\frac{mav}{A}，在制動開始瞬間，v=v_{0}=19.44m/s，則此時的熱負荷q_{0}=\frac{30000\times1.2\times19.44}{0.5}=1.4\times10^{6}W/m2。隨著制動時間的增加，車輛速度v逐漸減小。根據(jù)運動學公式v=v_{0}-at，設制動時間為t，則v=19.44-1.2t。熱負荷q=\frac{mav}{A}=\frac{30000\times1.2\times(19.44-1.2t)}{0.5}=1.4\times10^{6}-8.64\times10^{4}t。由此可見，在常用制動工況下，熱負荷隨制動時間的增加而線性減小。當制動時間t=0時，熱負荷達到最大值；隨著制動時間的延長，車輛速度降低，制動力做功減少，熱負荷逐漸降低。當制動時間t=16.2s時，車輛速度v=0，熱負荷q=0。通過計算不同時刻的熱負荷值，繪制熱負荷隨制動時間的變化曲線（圖1），可以更直觀地看出熱負荷的變化規(guī)律。從圖中可以清晰地看到，熱負荷在制動開始時迅速達到峰值，然后隨著制動時間的增加而逐漸下降，呈現(xiàn)出明顯的線性關系。這表明在常用制動過程中，制動盤在初始階段承受較大的熱負荷，隨著制動的進行，熱負荷逐漸減小。這種變化規(guī)律對于研究制動盤的熱性能和耐久性具有重要意義，為制動盤的設計和優(yōu)化提供了重要依據(jù)。在緊急制動工況下，假設車輛總質(zhì)量仍為m=30000kg，制動初速度v_{0}=70km/h（19.44m/s），但緊急制動時的制動減速度a=2.0m/s^{2}，制動盤與制動閘片的接觸面積A=0.5m2。同樣根據(jù)熱負荷計算公式q=\frac{mav}{A}，在制動開始瞬間，v=v_{0}=19.44m/s，此時的熱負荷q_{0}=\frac{30000\times2.0\times19.44}{0.5}=2.33\times10^{6}W/m2。隨著制動時間的變化，車輛速度v=v_{0}-at=19.44-2.0t。熱負荷q=\frac{mav}{A}=\frac{30000\times2.0\times(19.44-2.0t)}{0.5}=2.33\times10^{6}-2.4\times10^{5}t。在緊急制動工況下，熱負荷同樣隨制動時間的增加而減小。由于緊急制動時制動減速度更大，初始熱負荷比常用制動時更高。在制動開始瞬間，緊急制動的熱負荷比常用制動時高出約0.93\times10^{6}W/m2。這是因為緊急制動需要在更短的時間內(nèi)使車輛停下來，制動力更大，導致摩擦生熱更快更多。隨著制動時間的增加，緊急制動熱負荷的下降速度也比常用制動更快。通過繪制緊急制動工況下熱負荷隨制動時間的變化曲線（圖2），與常用制動工況下的曲線進行對比，可以更清晰地看出兩者的差異。從對比圖中可以明顯看出，緊急制動工況下的熱負荷曲線始終位于常用制動工況熱負荷曲線的上方，且下降斜率更大。這表明在緊急制動過程中，制動盤承受的熱負荷更大，且熱負荷的變化更為劇烈。這種差異對于制動盤的材料選擇和結構設計提出了更高的要求，需要確保制動盤在緊急制動工況下能夠承受更大的熱負荷，保證制動系統(tǒng)的安全可靠運行。四、制動盤有限元建模與溫度場仿真分析4.1有限元模型的建立4.1.1模型簡化與假設在建立70%低地板有軌電車制動盤的有限元模型時，為了在保證計算精度的前提下提高計算效率，需要對制動盤進行合理的簡化與假設。制動盤的實際結構較為復雜，存在一些對熱負荷影響較小的次要結構，如一些細小的安裝孔、倒角和圓角等。這些次要結構在建模過程中可以忽略不計。安裝孔的尺寸相對較小，其對制動盤整體的熱傳遞和熱應力分布影響極小，在建模時省略這些安裝孔，能夠減少模型的網(wǎng)格數(shù)量，提高計算效率。對于一些較小的倒角和圓角，它們在制動過程中對熱量傳遞和應力集中的影響微乎其微，也可以進行簡化處理。這樣的簡化不會對模型的計算結果產(chǎn)生顯著影響，同時能夠大大降低模型的復雜度。在邊界條件方面，假設制動盤與車軸之間為理想的固定連接，即認為它們之間沒有相對位移和熱阻。在實際運行中，制動盤與車軸之間通過過盈配合或其他連接方式緊密結合，雖然存在一定的接觸熱阻，但在初步分析時，為了簡化模型，假設它們之間的熱傳遞是理想的，熱量能夠無阻礙地在兩者之間傳遞。同時，假設制動盤與制動閘片之間的接觸壓力均勻分布。在實際制動過程中，由于制動閘片的磨損、制動盤的表面粗糙度等因素，接觸壓力可能存在一定的不均勻性。但在建模初期，為了便于分析，先假設接觸壓力均勻，后續(xù)可以通過進一步的研究來考慮接觸壓力不均勻?qū)τ嬎憬Y果的影響。此外，忽略制動盤的轉動慣量對熱分析的影響。在制動過程中，制動盤的轉動會產(chǎn)生一定的離心力和慣性力，但這些力對制動盤熱分析的影響相對較小，在主要研究熱負荷和溫度場分布時，可以暫時忽略。通過這些簡化和假設，能夠建立一個相對簡單且高效的有限元模型，為后續(xù)的溫度場和熱應力場分析提供基礎。4.1.2材料參數(shù)設定制動盤的材料參數(shù)對于準確模擬其熱性能和力學性能至關重要。70%低地板有軌電車制動盤通常采用灰鑄鐵HT250材料，這種材料具有良好的耐磨性、減震性和鑄造性能?；诣T鐵HT250的熱學參數(shù)包括導熱系數(shù)、比熱容和熱膨脹系數(shù)。導熱系數(shù)是衡量材料傳導熱量能力的重要參數(shù)，它決定了熱量在制動盤內(nèi)部的傳遞速度。HT250在常溫下的導熱系數(shù)約為48W/（m?K）。隨著溫度的升高，材料內(nèi)部的原子振動加劇，對熱量傳遞產(chǎn)生一定的阻礙，導熱系數(shù)會逐漸降低。在200℃時，其導熱系數(shù)可能降至45W/（m?K）左右。比熱容表示單位質(zhì)量物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量。HT250的比熱容在常溫下約為460J/（kg?K），它反映了材料儲存熱量的能力。當制動盤吸收熱量時，比熱容越大，材料溫度升高的速度就越慢。熱膨脹系數(shù)描述了材料在溫度變化時的膨脹或收縮特性。HT250的熱膨脹系數(shù)在常溫下約為1.1×10??/℃。在制動過程中，制動盤溫度升高，由于熱膨脹，制動盤會發(fā)生一定的變形，熱膨脹系數(shù)的準確設定對于分析制動盤的熱變形至關重要。力學參數(shù)如彈性模量和泊松比也是設定材料參數(shù)時需要考慮的重要因素。彈性模量是衡量材料抵抗彈性變形能力的指標，HT250的彈性模量在常溫下約為100GPa。當制動盤受到熱應力作用時，彈性模量決定了材料產(chǎn)生彈性變形的難易程度。泊松比則反映了材料在受力時橫向應變與縱向應變的比值。HT250的泊松比約為0.25。在分析制動盤的熱應力和熱變形時，泊松比的取值會影響到計算結果的準確性。這些熱學和力學參數(shù)會隨著溫度的變化而發(fā)生改變，在進行有限元分析時，需要根據(jù)制動盤在不同溫度下的實際工況，準確設定材料參數(shù)，以確保模擬結果的可靠性。4.1.3網(wǎng)格劃分采用合適的網(wǎng)格劃分方法對制動盤模型進行網(wǎng)格劃分，對于保證計算精度和計算效率具有重要意義。在本次研究中，選擇四面體網(wǎng)格對制動盤模型進行劃分。四面體網(wǎng)格具有良好的適應性，能夠較好地擬合制動盤復雜的幾何形狀。制動盤通常具有不規(guī)則的外形，如帶有通風槽、散熱筋等結構，四面體網(wǎng)格可以靈活地對這些復雜結構進行離散化處理，保證模型的幾何特征得到準確的描述。在劃分網(wǎng)格時，為了提高計算精度，對制動盤的關鍵部位，如摩擦面、通風槽附近等區(qū)域進行了網(wǎng)格加密。制動盤的摩擦面是熱量產(chǎn)生的主要區(qū)域，溫度梯度較大，加密網(wǎng)格能夠更精確地捕捉該區(qū)域的溫度變化和熱應力分布。通風槽附近的氣流流動和熱量傳遞較為復雜，加密網(wǎng)格也有助于準確分析該區(qū)域的熱性能。為了驗證網(wǎng)格劃分的有效性，進行了網(wǎng)格無關性驗證。通過逐漸增加網(wǎng)格數(shù)量，對比不同網(wǎng)格數(shù)量下的計算結果。當網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度時，計算結果的變化趨于穩(wěn)定。經(jīng)過多次計算和對比，確定了單元總數(shù)為150000個左右時，能夠在保證計算精度的前提下，實現(xiàn)較好的計算效率。此時，模型的計算結果已經(jīng)收斂，繼續(xù)增加網(wǎng)格數(shù)量對結果的影響較小。通過合理的網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格無關性驗證，確保了制動盤有限元模型的計算精度和計算效率，為后續(xù)的溫度場和熱應力場仿真分析提供了可靠的基礎。4.2制動盤瞬態(tài)溫度場仿真分析4.2.1常用制動拖車制動盤溫度場仿真在常用制動工況下，對拖車制動盤進行溫度場仿真，能夠深入了解制動盤在正常制動過程中的溫度分布和變化規(guī)律，為評估制動盤的熱性能提供重要依據(jù)。利用已建立的有限元模型，設置常用制動的工況參數(shù)。制動初速度設定為70km/h，這是70%低地板有軌電車在實際運行中較為常見的速度。制動減速度設置為1.2m/s2，該減速度符合常用制動工況下的一般要求。仿真時間從制動開始時刻起，持續(xù)到車輛完全停止，以全面捕捉制動盤在整個制動過程中的溫度變化。通過仿真計算，得到不同時刻拖車制動盤的溫度分布云圖。在制動開始瞬間，制動盤的摩擦面由于與制動閘片劇烈摩擦，迅速產(chǎn)生大量熱量，溫度急劇升高。從溫度分布云圖（圖3）中可以明顯看出，摩擦面的溫度顯著高于制動盤的其他部位，形成一個高溫區(qū)域。隨著制動時間的增加，熱量逐漸從摩擦面?zhèn)鲗蛑苿颖P內(nèi)部和周邊區(qū)域，制動盤的整體溫度逐漸上升。在制動進行到5s時，摩擦面的最高溫度已經(jīng)超過300℃，而制動盤中心區(qū)域的溫度相對較低，約為100℃左右。這表明在制動過程中，制動盤的溫度分布存在明顯的梯度，摩擦面與中心區(qū)域之間的溫度差較大。隨著制動的繼續(xù)進行，制動盤的溫度繼續(xù)升高，但升溫速度逐漸減緩。當制動時間達到10s時，摩擦面的最高溫度接近400℃，此時制動盤的溫度分布逐漸趨于穩(wěn)定，溫度梯度有所減小。這是因為隨著時間的推移，制動盤的散熱作用逐漸顯現(xiàn)，熱量的散發(fā)與產(chǎn)生逐漸達到平衡。通過對不同時刻溫度分布云圖的分析，可以清晰地確定高溫區(qū)域主要集中在制動盤的摩擦面及其附近區(qū)域。在整個制動過程中，摩擦面始終是溫度最高的部位，這是由于摩擦生熱主要發(fā)生在該區(qū)域。溫度變化趨勢呈現(xiàn)出先快速上升，然后逐漸趨于穩(wěn)定的特點。在制動開始階段，由于制動力較大，摩擦生熱迅速，制動盤溫度快速升高；隨著制動時間的延長，制動力逐漸減小，摩擦生熱減少，同時散熱作用逐漸增強，使得制動盤溫度的上升速度逐漸減緩，最終趨于穩(wěn)定。這種溫度分布和變化規(guī)律對于評估制動盤的熱性能和可靠性具有重要意義。過高的溫度可能導致制動盤材料性能下降，產(chǎn)生熱疲勞裂紋、磨損加劇等問題。因此，在設計和使用制動盤時，需要充分考慮這些因素，采取有效的散熱措施，以降低制動盤的溫度，保證制動系統(tǒng)的安全可靠運行。4.2.2緊急制動拖車制動盤溫度場仿真對緊急制動工況下拖車制動盤的溫度場進行仿真，對于研究制動盤在極端工況下的熱性能以及保障車輛的安全制動具有重要意義。通過與常用制動工況下的溫度場進行對比，可以更清晰地了解不同制動工況對制動盤溫度的影響。在緊急制動工況下，設置制動初速度為70km/h，這與常用制動工況下的初速度相同，以便于對比分析。制動減速度設置為2.0m/s2，這是根據(jù)緊急制動的要求確定的，較高的制動減速度能夠使車輛在更短的時間內(nèi)停下來，但也會導致制動盤承受更大的熱負荷。仿真結果顯示，在緊急制動開始的瞬間，制動盤摩擦面的溫度迅速升高，升溫速率明顯高于常用制動工況。這是因為緊急制動時制動減速度較大，制動力更強，摩擦生熱更加劇烈。從溫度分布云圖（圖4）中可以看出，在制動開始后的1s內(nèi)，摩擦面的最高溫度就已經(jīng)超過了350℃，而在相同時間內(nèi)，常用制動工況下摩擦面的最高溫度約為250℃。隨著制動時間的增加，緊急制動工況下制動盤的溫度持續(xù)快速上升。在制動進行到3s時，摩擦面的最高溫度已經(jīng)接近600℃，而此時常用制動工況下摩擦面的最高溫度約為