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高速列车制动过程中,制动盘与闸片完全贴合,可使接触压力均匀地分布,达到磨损和温度均匀的目的。然而,实际制动过程中,由于加工和装配精度的偏差,以及闸片更换等因素的影响,总会存在制动盘与闸片局部接触情况,局部接触必然引发应力集中和局部高温,从而加快了制动盘的磨损,导致制动盘过早失效。因此,研究摩擦副接触方式对制动盘温度场和摩擦性能的影响具有一定的实际意义。本文采用有限元模拟与制动试验相结合的方法,探讨了不同接触方式对制动盘温度场的影响,并通过观察制动结束后闸片表面形貌,分析了制动过程中摩擦系数变化的原因,得出以下结论:(1)局部接触对温度分布和峰值温度影响明显,完全接触状态下,能量分布均匀,峰值温度和温度梯度小;局部接触时,随接触位置不同,温度分布发生变化。两侧接触状态有利于生热和散热间的平衡,使盘面温度分布程度均匀大,峰值温度低;当接触区域限制在中间、内侧和外侧时,热源集中程度高,峰值温度高出20%~30%。(2)制动试验表明,局部接触的位置不同导致的盘面峰值温度的最大差值会随着制动初速度和压力的增大而增大,50km/h的工况下,中间接触模式的峰值温度为92.8℃,与两侧接触的峰值温度相差25℃左右。当制动初速度提高到200km/h时,峰值温度的最大差值在100℃左右;高速工况下,制动压力对最大差值的影响较大,200km/h的工况下,0.5MPa、0.75 MPa和1.0 MPa三种制动压力峰值温度的最大差值分别为68℃、114.6℃和141.7℃。(3)当局部接触区集中在摩擦半径大、周向接触弧长大、闸片接触中心,都会加剧盘面温度分布的不均匀程度和提高峰值温度。原因在于这些区域为摩擦功率高和散热能量差的区域。(4)模拟计算考虑的接触面的应力为均匀分布,而试验过程总存在应力不均匀状况,这种差别导致计算模拟结果与试验测试不一致。低速低压条件下的摩擦试验的接触压力均匀程度差,导致测试结果高于模拟计算的。当制动压力超过0.75MPa,速度超过200km/h,接触压力均匀性好,两者有较好的一致性。(5)接触方式也影响到摩擦系数,完全接触状态的摩擦系数最高。在低速工况下,摩擦系数随着制动压力的升高而增大;在高速工况下,摩擦系数随着制动压力的升高而降低。局部接触形成的高温加剧了摩擦系数的降低程度。