浮动式制动闸片压力分布的数值模拟*

陈吉光

（大连交通大学 教育部连续挤压工程研究中心， 辽宁大连 116028）

列车盘式制动器具有较好的制动效能和稳定性，是高速列车的必备安全装置。 列车紧急制动时制动盘和闸片由于剧烈摩擦产生大量热量，使制动盘和闸片的温度急剧升高。张建等在研究中注意到制动盘转动状态下，接触压力中心向转动方向移动，与摩擦块形心之间发生偏离，压力分布非常不均匀［1］。

德国铁路公司较早提出了改善接触模式的ISOBAR™新型闸片使得制动盘上所有点的压力均衡化，提高重载制动盘性能，并减少制动器噪声。其在结构上消除了传统UIC 闸片用燕尾槽安装与插板固定的缺点，使闸片和制动盘的磨损显著减小，峰值温度也从900 ℃左右降到600 ℃［2］。

弹性结构闸片在摩擦块与闸片钢背之间安装有弹性元件，可在一定程度上实现闸片的弹性调整，提高制动过程中的有效接触面积、降低噪音如图1 所示；王磊等设计的某浮动式制动闸片有3 级调整机构，与制动盘接触均匀，可避免摩擦块损伤，减少制动盘热斑和裂纹，用于300 km/h 以上高速列车上［3］。

图1 浮动闸片原理

文中讨论针对浮动式制动闸片进行数值模拟，采用有限元热机耦合法去分析和揭示其压力分布改善的作用机理。

1 研究现状

1.1 热机耦合分析方法（温度场、热弹性变形、应力场）

摩擦热导致摩擦材料发生热降解、变形、粘结剂气化，摩擦因数发生变化，制动性能降低，出现热衰退现象；也使制动盘发生局部材料的相变与热变形，出现局部热点［4］。……