鐵路貨車高摩擦系數(shù)合成閘瓦評價體系研究
發(fā)表時間：2014-11-02 12:20 作者：admin 來源：未知 瀏覽：
中國鐵路貨運以重載高速為發(fā)展方向,。貨車時速達到80公里,軸重從21噸提高至23噸,在部分運煤專線,軸重達到25噸,。作為制動系統(tǒng)的關鍵部件,高摩擦系數(shù)合成閘瓦的性能與行車安全密切相關,?？茖W評價高摩擦系數(shù)合成閘瓦的性能尤為重要,。 本文主要由四部分組成,分別為：合成閘瓦使用現(xiàn)狀調查,；合成閘瓦力學性能研究；合成閘瓦摩擦學性能研究,；合成閘瓦老化性能研究,。 研究從合成閘瓦的使用現(xiàn)狀調查入手,對合成閘瓦在使用過程中出現(xiàn)的各種問題進行了大量,、廣泛、深入的收集研究,并對數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計分析,。通過調研與統(tǒng)計分析,基本摸清了合成閘瓦的使用狀況,。最終把閘瓦出現(xiàn)的問題確定為四類：摩擦體破損；瓦體變形,；偏磨,；金屬鑲嵌。其中摩擦體破損主要為掉渣,、掉塊兩種情況,破損率達到25.91%,；瓦體變形率為3.59%；偏磨率為20.29%,；金屬鑲嵌率為42.24%,。 力學性能研究部分主要內容為：把在調研中收集到的16家合成閘瓦制作成標準試塊,測試了其各項力學性能,包括沖擊強度、壓縮強度,、壓縮模量,、粘接強度、洛氏硬度,并研究了力學性能從室溫到300℃的變化規(guī)律,。在此基礎上,用有限元法分析了閘瓦摩擦體部分的應力分布情況,并推斷閘瓦瓦體破損過程為變形——裂紋——梅花孔松脫——瓦體瓦背脫離,。然后用等級相關法判斷了沖擊強度與閘瓦破損的關聯(lián)性,發(fā)現(xiàn)在95%顯著水平上沖擊強度與閘瓦破損呈現(xiàn)顯著相關。進而討論了閘瓦破損情況隨沖擊強度變化的規(guī)律,結果表明將沖擊強度下限提高至3kJ/m2有望使閘瓦破損率降低至30%以下,。最后從閘瓦的縱向受力分析以及某一典型閘瓦的使用情況入手,分析了壓縮強度和彈性模量的指標設定,認為壓縮強度下限可降低至20MPa,而對于原來未設限的壓縮彈性模量,其下限應加以限定。 摩擦性能研究部分的主要內容包括三方面：合成閘瓦摩擦性能測試方法的比較,；影響摩擦性能的各項因素分析,；合成閘瓦金屬鑲嵌情況研究。在測試方法比較部分,以16家閘瓦試樣為測試樣本,比較了銷盤試驗機,、定速實驗試驗機,、慣性制動試驗機的測試結果的關聯(lián)性,以及它們與現(xiàn)場使用情況的聯(lián)系。結果表明：銷盤試驗機與定速試驗機的測試結果關聯(lián)性較好,并且與現(xiàn)場使用情況契合較好,；而慣性實驗結果與前兩者的關聯(lián)性較差,與現(xiàn)場使用情況契合度不高,。因而建議推廣銷盤試驗方式在合成閘瓦性能評價領域的使用。在摩擦性能影響因素分析部分,以銷盤試驗機測試結果為依據(jù),采用聚類對比分析的方法,對在銷盤測試中結果較好的a類試樣和結果較差的c類試樣分別使用熱分析儀,、表面輪廓測試儀,、掃描電子顯微鏡、能譜儀研究了類別之間熱失重溫度特點,、對偶表面輪廓特征,、表面形貌、表面元素含量,尋找具有統(tǒng)計意義,、代表性強的影響因素,。結果表明摩擦性能穩(wěn)定的材料具有如下的特點：初始熱分解溫度較高,平均達到318℃；摩擦對偶的粗糙度較低,平均為N4級；疲勞磨損為主要磨損方式,鮮見磨粒磨損和黏著磨損,；摩擦界面層成分以鐵,、氧、碳三種元素為主,其中鐵氧元素的原子比例接近3：4,、碳元素含量為10%左右,。而摩擦性能不穩(wěn)的材料特點為：初始熱分解溫度較低,平均達到281.1℃；摩擦對偶的粗糙度較高,平均為N5至N6級,；可觀測到明顯的磨粒磨損和黏著磨損狀態(tài),；界面層中碳元素含量遠高于10%,鐵氧元素比例失調,鐵的價態(tài)遠離穩(wěn)定價態(tài)。在合成閘瓦金屬鑲嵌研究部分,同樣采用聚類分析方式,根據(jù)調研結果,分別把三種金屬鑲嵌最嚴重和三種最不嚴重的閘瓦歸為兩類,結合小盤實驗測試結果,分析兩類閘瓦中各種指標的差異,發(fā)現(xiàn)兩類閘瓦在對偶表面輪廓微觀平均高度Rpm和閘瓦洛氏硬度HRR兩項指標上有明顯的類別性差異,。進而通過等級相關檢測法證明了上述兩項指標與金屬鑲嵌率在95%顯著水平上存在關聯(lián)性,。通過散點圖發(fā)現(xiàn)Rpm和HRR分別與閘瓦金屬鑲嵌率呈現(xiàn)近似的線性關系。因此,采用二元線性回歸方程建立了合成閘瓦金屬鑲嵌率預測模型：P=0.029423+0.050717Rpm-0.00301HRR,。參數(shù)均通過了90%顯著性檢驗,模型的修正自由度系數(shù)達0.8471,。此模型可以較好的預測合成閘瓦金屬鑲嵌情況。 文中最后一部分研究了合成閘瓦在熱氧老化過程中各項性能的變化情況,。分別以典型的酚醛樹脂和丁腈橡膠體系為基礎制作了兩類試樣,測試了老化過程中力學性能和摩擦性能的變化,并推導了老化速率動力學方程,。結果表明：以酚醛樹脂為基體的閘瓦性能衰減幅度小于丁腈橡膠；以丁腈橡膠為基體的閘瓦沖擊性能和粘接性能衰減方式可用Boltzmann函數(shù)精確擬合,可決系數(shù)分別為0.9915和0.9975,；動力學分析說明老化速率與氧含量的1/2次方成正比,與丁腈橡膠活性鏈段含量的3/2次方成正比,。 本文的主要創(chuàng)新點為： 1)首次提出合成閘瓦破損方式,并對其主要影響因素加以分析。 2)首次提出合成閘瓦金屬鑲嵌情況與對偶表面輪廓微觀平均高度呈顯著正相關,與閘瓦表面硬度呈顯著負相關,。并依此建立了預測合成閘瓦金屬鑲嵌率的模型,。模型的修正自由度系數(shù)達到0.8471。 3)首次研究了老化過程對熱固性樹脂和丁腈橡膠兩種典型合成閘瓦粘結劑體系的影響,并推導動力學方程,討論了老化速率的影響因素,。 此項研究可為進一步完善合成閘瓦評價體系提供有益的參考,。
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