Моделирование распределения тепловых полей на поверхностях трения композиционных тормозных накладок дисковых тормозов железнодорожного подвижного состава
Ключевые слова:
подвижной состав, дисковые тормоза, тормозной диск, тормозные накладки, коэффициент трения, плотность теплового потока, конечно-элементный анализ, тепловое полеАннотация
В статье рассматривается важная роль скоростного и высокоскоростного подвижного состава в железнодорожном транспорте Российской Федерации. Для обеспечения необходимого уровня безопасности движения требуются тормозные системы с высокими характеристиками. К подобным тормозным системам относятся дисковые тормоза. Одним из решений, обеспечивающих нужные технические характеристики дисковых тормозов, является проведение компьютерного моделирования работы выбранного типа тормозного оборудования, в частности моделирования тепловых процессов, возникающих в ходе торможения. Указано, что дисковые тормоза больше всего подходят для скоростного и высокоскоростного подвижного состава, так как они обладают значительными техническими достоинствами. Выявлен основной недостаток стандартных колодочных тормозов локомотивов и вагонов. Отмечено, что следует учитывать температуру нагрева элементов трения в конструкции тормозов подвижного состава, так как от данного фактора зависит величина коэффициента трения и, следовательно, эффективность торможения. Рассмотрена конструкция и назначение важнейших элементов и узлов дисковых тормозов на примере электропоезда ЭС1 «Ласточка». Смоделированы в системе автоматизированного проектирования «Компас-3D» композиционные тормозные накладки с различной степенью износа для проведения дальнейшего исследования. Произведен расчет изменения коэффициента трения и тормозной силы в процессе торможения подвижного состава, оснащенного дисковыми тормозами. Согласно теории пропорциональности механической и тепловой мощности, выделяемой в ходе трения тормозных накладок о диск, определена плотность теплового потока. Установлены коэффициенты теплового потока как для тормозного диска, так и для тормозных накладок. Описан процесс конечно-элементного анализа в среде MSC Patran/Marc. Приведены результаты моделирования с иллюстрацией распределения тепловых полей на поверхностях трения тормозных накладок с различной степенью и формой износа. Сделаны выводы о влиянии износов на максимальную температуру нагрева тормозных накладок.
Библиографические ссылки
Родченко В.А., Зандарашвили Д.С. Высокоскоростное железнодорожное движение. Мировой опыт и перспективы в России. М. : МГУПС (МИИТ), 2015. 116 с.
Ксенофонтова Т.Ю., Коклева Н.Е., Далингер Я.М. Роль инновационных технологий скоростного движения железнодорожного транспорта в инфраструктурном развитии регионов // Экономика устойчивого развития. 2022. № 2 (50). С. 110–114.
Куренков П.В., Поляева Т.И. Развитие скоростного железнодорожного движения в КНР // Вестник транспорта. 2011. № 9. С. 37–43.
Быкадоров С.А. Проблемы повышения скорости движения на железнодорожном транспорте // Регион: Экономика и Социология. 2005. № 1. С. 150–163.
Быкадоров С.А. Современные проблемы высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте // Логистика – евразийский мост : материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 2018. Ч. 1. С. 36–48.
Мошков А.А., Сипягин Е.С. Разработка дискового тормоза для отечественного скоростного железнодорожного транспорта // Транспорт Российской Федерации. 2013. № 6 (49). С. 62–65.
Применение методов термического анализа при исследовании влияния температуры на фрикционную основу тормозных колодок автомобиля / Л.В. Дашко, A.В. Довбня, B.Ю. Ключников и др. // Пожаровзрывобезопасность. 2013. Т. 22. № 6. С. 68–73.
Анисимов П.С. Тормозное оборудование высокоскоростных поездов // Железнодорожный транспорт. 2011. № 2. С. 72–77.
Петров А.О. Влияние тепловых процессов в колесе вагона на безопасность движения поездов // Вызовы глобализации и развитие цифрового общества в условиях новой реальности : сб. материалов IX Междунар. науч.-практ. конф. Пятигорск, 2023. С. 33–37.
Сравнительный анализ колодочных и дисковых тормозных систем железнодорожного подвижного состава / Д.Ю. Белан, М.С. Давыдов, Н.С. Прокопенко и др. // Молодежь и системная модернизация страны : сб. науч. ст. междунар. науч. конф. студентов и молодых ученых. Курск, 2016. Т. 2. С. 175–178.
Полозков А.В. Применение дискового тормоза на электроподвижном составе // Организация производства, экономика и менеджмент : тр. III студен. науч.-практ конф. Воронеж, 2022. С. 89–91.
Об утверждении правил тяговых расчетов для поездной работы : распоряжение ОАО «РЖД» от 12.05.16 № 867р (ред. 02.02.2018). Доступ из справ.-правовой системы АСПИЖТ в локал. сети.
Исследование температуры тормозных колодок с разной степенью износа в процессе фрикционного торможения / П.Ю. Иванов, А. М. Худоногов, Е. Ю. Дульский и др. // Вестн. Урал. гос. ун-та путей сообщ. 2020. № 3 (47). С. 27–34.
Study of the influence of the brake shoe temperature and wheel tread on braking effectiveness / P.Yu. Ivanov, A.M. Khudonogov, E.Yu. Dulskiy et al. // International scientific conference energy management of municipal facilities and sustainable energy technologies. Voronezh, 2019. Vol. 1614. DOI 10.1088/1742-6596/1614/1/012086.
Тищенко П.А. Нестационарные температурные поля в элементах дискового тормоза скоростного вагона с учетом нестабильности теплового контакта : дис. … канд. техн. наук. Брянск, 2003. 175 с.
Мишин А.А. Математическое моделирование нестационарных температурных полей и напряжений в деталях дискового тормоза вагона : дис. … канд. техн. наук. Брянск, 2011. 161 с.
Мишин А.А. Расчет температурных полей и напряжений в деталях дискового тормоза скоростного вагона // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. 2010. № 6. С. 38–42.
Моисеенко М.А., Сакало В.И. Моделирование температурных полей в деталях дискового тормоза // Вестн. Брян. гос. техн. ун-та. 2009. № 2 (22). С. 57–64.
