貨車鑄鋼車輪踏面制動(dòng)熱損傷行為研究.pdf

1、隨著鐵路系統(tǒng)的不斷提速，我國(guó)貨車也朝著高速、重載的方向持續(xù)發(fā)展。但是，隨之而來(lái)的制動(dòng)問(wèn)題也越來(lái)越突出。我國(guó)重載貨車目前仍然采用踏面制動(dòng)，那么踏面制動(dòng)過(guò)程中摩擦作用產(chǎn)生的熱負(fù)荷就會(huì)造成車輪的熱疲勞損傷。因此，熱損傷問(wèn)題成為了重載貨車運(yùn)輸過(guò)程中亟待研究解決的課題。
　　本文主要研究了重載貨車用鑄鋼車輪在循環(huán)往復(fù)的緊急制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱疲勞損傷現(xiàn)象。主要工作包括以下幾個(gè)方面:首先，文章先介紹了車輪損傷的幾種主要形式，其中，重點(diǎn)介紹了熱裂

2、紋的形成機(jī)理;接著，將從Solidworks中畫的車輪三維模型導(dǎo)入ANSYS中，設(shè)定邊界條件、計(jì)算熱流密度和對(duì)流換熱系數(shù)、設(shè)置載荷步等參數(shù)，對(duì)緊急制動(dòng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真分析;最后，為了輔助仿真研究，制定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行鑄鋼材料的熱疲勞實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)裂紋斷口表面形貌進(jìn)行電鏡掃描觀察。
　　仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)緊急制動(dòng)過(guò)程中，車輪最高溫度始終出現(xiàn)在車輪的踏面上;但是，對(duì)于最高熱應(yīng)力來(lái)說(shuō)

3、，制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)在踏面上，制動(dòng)結(jié)束后會(huì)向著輪輞外圓角和輪轂內(nèi)圓角移動(dòng)。
　　(2)從踏面中心向兩側(cè)距離越遠(yuǎn)，或者距離踏面表面徑向深度越深，達(dá)到的最大溫度和熱應(yīng)力都會(huì)越小，并且達(dá)到最大溫度和應(yīng)力的時(shí)刻會(huì)有所延遲。
　　(3)從不同循環(huán)上限溫度下裂紋長(zhǎng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線可以看出，650℃循環(huán)上限溫度產(chǎn)生的裂紋明顯比400℃循環(huán)上限溫度要長(zhǎng)。循環(huán)上限溫度越低，材料的抗熱疲勞性能越好，越不容易產(chǎn)生裂紋。
　　(4)電鏡掃描

4、發(fā)現(xiàn)斷口上有夾雜物，極有可能是裂紋源;而氣孔的存在則降低材料強(qiáng)度;循環(huán)上限溫度為600℃時(shí)斷口上發(fā)現(xiàn)了穿晶斷裂的二次裂紋，說(shuō)明比循環(huán)上限溫度為400℃時(shí)的材料破損更嚴(yán)重。
　　從研究結(jié)果可以看出，制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的溫度高低是影響車輪熱損傷的關(guān)鍵因素。制動(dòng)中產(chǎn)生最大溫度梯度越低，產(chǎn)生的最大熱應(yīng)力也會(huì)降低，越不易產(chǎn)生裂紋，不容易造成損傷，對(duì)車輪越有利。所以，在重載貨車鑄鋼車輪的制動(dòng)運(yùn)用過(guò)程中，我們應(yīng)該改善使用環(huán)境或者使用新閘瓦材料等因素