基于有限元的地铁车辆热负荷计算分析

张 昕，孔德鹏，王超恒，宋传云，刁有彬，张维坤

(1.中车青岛四方车辆研究所有限公司 制动事业部，山东 青岛 266031； 2.中车青岛四方车辆研究所有限公司 市场部，山东 青岛 266031)

长期以来，采用空气制动作为地铁车辆紧急(安全)制动一直没有改变。由于紧急制动作用迅猛，施加了全部制动能力，因此轴制动功率高，制动过程产生的热量大。踏面闸瓦承担热负荷的能力决定了地铁车辆能否采用踏面制动形式。本文通过对某A型地铁车辆典型制动工况的有限元热分析计算，为最高运行速度在80 km/h及以下的地铁车辆制动选型设计、使用维护等提供参考。

1 地铁车辆参数及典型制动工况

1.1 地铁车辆参数

表1为热分析计算涉及的地铁车辆相关参数配置表。

表1 车辆参数配置表

1.2 典型制动工况

在车辆参数确定的情况下，车辆轮径、牵引加速度、制动减速度、停站时间等直接影响热容量计算结果[1]。考虑可能出现的极限情况，一般按照全磨耗轮分别对施加纯空气最大常用全制动模拟运营工况及连续3次紧急制动工况进行热计算[2]。表2为3种地铁车辆制动计算工况。

表2 地铁车辆制动计算工况

1.3 计算初始条件

表3为热计算中环境温度、平均加速度等计算初始条件。

表3 计算初始条件

1.4 运行图

以国内某典型地铁运行图为计算输入条件，单程共设置32站，相邻两站之间站间距均不相同，其中最长站间距为3 394 m，最短站间距为542 m，相邻两站之间的停站时间按照30 s计算，终点站折返时间按照120 s计算。……