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高速列车轮装锻钢制动盘结构与工艺设计
| 论文题名： | 高速列车轮装锻钢制动盘结构与工艺设计 |
| 关键词： | 高速列车;轮装制动盘;锻钢材料;结构设计;工艺流程 |
| 摘要： | 目前，高速列车普遍采用盘形制动作为列车的基础制动方式。制动盘是盘形制动装置关键的组成部分，其性能由所用材料、外形结构与成形方式等因素决定，并直接影响列车运行的安全性与可靠性。 本文针对200km/h～250km/h高速列车，对新型轮装锻钢制动盘进行了设计与试制。采用有限元模拟的方法对制动盘结构与锻造成形工艺进行了仿真计算，指导结构工艺设计与实际生产环节，最终制出了合格的制动盘样件，并通过1∶1制动动力试验验证了新型锻钢制动盘能够满足我国200km/h～250km/h高速列车的使用要求。本文的主要研究内容及结论如下: 以纯净化处理的ZDPH低合金钢为高速列车制动盘材料，开展了热处理工艺试验及力学性能研究，利用优选的热处理工艺可使ZDPH材料具有优异的综合力学性能，相关性能指标满足我国动车组锻钢制动盘材料的标准要求。 根据我国高速列车车轮的接口尺寸，以降低制动盘服役时螺栓受力、便于锻造成形为出发点，对轮装制动盘结构进行了初步设计。利用有限元软件对不同结构的轮装制动盘进行了模拟计算。将摩擦环厚度、散热筋数量作为结构特征进行优选计算，最终确定了18mm厚度摩擦环、36片筋板的制动盘结构。通过对其进行275km/h初速度下一次紧急制动与250km/h初速度下连续两次紧急制动的模拟，结果表明轮装制动盘具有足够的热容量与结构强度，安全系数较高，能够满足250km/h速度级高速列车紧急制动的设计要求。 根据轮装制动盘盘体结构，进一步开展了制动盘盘体锻件、锻造模具、坯料与锻造工艺参数等设计与选择。有限元模拟计算表明，本文设计的轮装制动盘锻件结构及其成形工艺可以获得尺寸合格、无缺陷的制动盘盘体锻件。 以模拟结果为指导，对轮装制动盘进行样品试制，并获得了尺寸合格、成形质量良好的制动盘锻件。利用优选的ZDPH材料热处理工艺对制动盘盘体进行了调质处理，通过对随炉试块及制动盘本体取样进行力学性能测试，证明制动盘样品力学性能优异。超声探伤和磁粉探伤结果表明，制动盘内部及表面无明显缺陷，满足我国动车组轮装制动盘标准要求。 依据TJ/CL310-2014标准对轮装制动盘进行了1∶1制动动力试验，试验后制动盘表面无热裂纹也无异常磨耗，摩擦系数平稳。结果表明该轮装制动盘的性能满足我国250km/h高速列车使用要求。 本文的轮装锻钢制动盘设计及相关试验研究工作为我国的轨道车辆制动盘自主研发和生产提供了技术储备，对我国高速铁路的自主化进程有一定的积极意义。 |
| 作者： | 支运龙 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李卫京 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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