基于有限元比亞迪F3制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【說明書+CAD+PROE】
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中文翻譯
應(yīng)用熱工
三維制動(dòng)器瞬態(tài)溫度場的緊急制動(dòng)
為了準(zhǔn)確掌握在葫蘆的緊急制動(dòng)蹄片的溫度場的變化規(guī)律，制動(dòng)時(shí)，三維（3- D）的瞬態(tài)溫度場的理論模型，根據(jù)熱傳導(dǎo)，能量轉(zhuǎn)換和分布規(guī)律的理論，以及礦山提升機(jī)運(yùn)行的緊急情況制動(dòng)。一種溫度場的解析推導(dǎo)了采用積分變換法。此外，溫度模擬實(shí)驗(yàn)場進(jìn)行了溫度場和溫度梯度和內(nèi)部的變化規(guī)律獲得。同時(shí)，通過模擬葫蘆的緊急制動(dòng)條件下，實(shí)驗(yàn)測量制動(dòng)蹄的溫度，同時(shí)進(jìn)行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過比較模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即三維瞬態(tài)溫度場模型的制動(dòng)蹄片是有效和實(shí)用，和分析解決方案解決了積分變換方法是正確的。
1、 簡介
提升機(jī)的緊急制動(dòng)是一個(gè)轉(zhuǎn)變過程機(jī)械能轉(zhuǎn)化為對制動(dòng)摩擦熱能量。該礦山提升機(jī)緊急制動(dòng)過程中具有以下特點(diǎn)高速，重載，而這種情況更糟糕的是比剎車條件的車輛，火車等[1-3,6,10,11]。以前對剎車片的溫度場的重點(diǎn)工作[1-4,10,12,13]。特別是，由于制動(dòng)蹄是固定的過程中緊急制動(dòng)，所以有更強(qiáng)烈的溫度上升制動(dòng)器蹄片。制動(dòng)蹄片是一種復(fù)合材料，以及溫度上升，從摩擦產(chǎn)生的熱能是最重要的因素影響制動(dòng)器蹄片摩擦磨損性能同制動(dòng)安全性能[5-10]。因此，有必要調(diào)查關(guān)于制動(dòng)器蹄片的溫度場來調(diào)查剎車片的。
制動(dòng)器蹄片的溫度場目前的理論模型基于一維或二。 Afferrante[11]建立了一個(gè)二維（2- D）的多層模型來估計(jì)瞬態(tài)演化在多盤離合器溫度擾動(dòng)和在操作過程中剎車。納吉[12]建立了一維數(shù)學(xué)模型來描述一個(gè)制動(dòng)熱行為系統(tǒng)。 Yevtushenko和Ivanyk[13]推導(dǎo)了瞬態(tài)溫度場的一軸對稱熱傳導(dǎo)問題2三維坐標(biāo)。這是困難的這些模式，以反映制動(dòng)器蹄片真實(shí)溫度場的三維幾何圖形。
解決的方法剎車片的三維瞬態(tài)溫度場集中有限元法[1-3,14-17]，近似集成的方法[4,18]，格林函數(shù)法[12]和Laplace變換方法[9,13]等，前三者方法是數(shù)值求解方法和低是相對的準(zhǔn)確性。例如，有限元方法可以解決復(fù)雜熱傳導(dǎo)問題，但計(jì)算精度解決方案是比較低，這是影響網(wǎng)密度，步長等。雖然拉普拉斯變換解決方法是分析方法，它是難以解決的方程復(fù)雜邊界的熱傳導(dǎo)。因此，所謂的解析解積分變換方法通過[19]，因?yàn)樗墙鉀Q問題的合適非均質(zhì)瞬態(tài)熱傳導(dǎo)。為了掌握制動(dòng)器蹄片的溫度變化規(guī)律在葫蘆的緊急制動(dòng)領(lǐng)域，提高安全可靠性制動(dòng)，一個(gè)3- D的制動(dòng)器蹄片瞬態(tài)溫度場研究了在積分變換方法的基礎(chǔ)上，和有效性證明了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。
2、 理論分析
2、1理論模式
圖1顯示了葫蘆的制動(dòng)摩擦副示意圖。為了分析制動(dòng)器蹄片的三維溫度場，圓柱坐標(biāo)（r，，z）是通過結(jié)構(gòu)來描述幾何如圖所示。 2，其中R是剎車點(diǎn)之間的距離和制動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)軸; 為圓心角;這三者之間的制動(dòng)蹄摩擦點(diǎn)和表面的距離。至于幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和圖2所示。它看到，顯然，這是制動(dòng)器蹄片的溫度T是函數(shù)的圓柱坐標(biāo)（r，，z）和時(shí)間（t）。根據(jù)熱理論傳導(dǎo)，三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)微分方程是獲得如下：
（1）
其中a是熱擴(kuò)散，；是熱導(dǎo)率；為密度；是比熱容量。
2.2、邊界條件
2.2.1、熱流量及其分布系數(shù)
這是在緊急制動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱難要在短時(shí)間內(nèi)發(fā)出，因此它幾乎完全吸收剎車對。由于制動(dòng)器蹄片是固定的，摩擦溫度多面大幅上升，這最終會(huì)影響其摩擦學(xué)更嚴(yán)重的行為。為了掌握真實(shí)該制動(dòng)器蹄片溫度場在緊急制動(dòng)時(shí)，熱流量及其分布系數(shù)摩擦表面必須確定準(zhǔn)確。根據(jù)操作緊急制動(dòng)，條件假設(shè)制動(dòng)速度光盤隨時(shí)間呈線性，熱流量，得到公式
（2）
其中q為熱摩擦表面流動(dòng); P是比壓之間的制動(dòng)對; 的和是最初的線性和角速度在制動(dòng)盤; l是剎車副之間的摩擦系數(shù); 是整個(gè)制動(dòng)時(shí)間，k是熱分布流系數(shù)。假設(shè)摩擦熱量轉(zhuǎn)移到完全制動(dòng)運(yùn)動(dòng)鞋和制動(dòng)盤，分布的熱流量系數(shù)根據(jù)得到的一維熱傳導(dǎo)分析。圖。 3顯示了聯(lián)系兩個(gè)半平面示意圖。在一維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的條件，對摩擦表面（z = 0處）的溫度上升，得到公式
（3）
其中q為在平面吸收一半熱流。和熱流量是從Eq獲得的
（4）
假設(shè)兩個(gè)半飛機(jī)具有相同的溫度上升，對摩擦表面，然后在熱流量比進(jìn)入兩個(gè)半平面可表示為
其中下標(biāo)S和D意味著制動(dòng)器蹄片和制動(dòng)盤，分別。根據(jù)Eq。（5），分配系數(shù)熱流根據(jù)這個(gè)公式獲得進(jìn)入制動(dòng)器蹄片。
2.2.2、在邊界系數(shù)對流換熱
至于側(cè)面和頂面制動(dòng)器蹄片，得到他們的對流換熱系數(shù)，分別按自然對流換熱邊界條件直立板和橫板
圖1-制動(dòng)摩擦副示意圖 圖2、三維幾何模型的制動(dòng)器蹄片。
圖3、兩個(gè)半平面示意圖
其中下標(biāo)L和U代表側(cè)面和頂部表面，h分別為對流換熱系數(shù)在邊界上，DT是之間的溫差邊界和環(huán)境，L是較短維邊界。
2.2.3、初始和邊界條件
制動(dòng)器蹄片之間的接觸和制動(dòng)盤表面受到不斷熱流在緊急制動(dòng)過程qs的。
制動(dòng)蹄片的邊界都用空氣的自然對流。邊界和初始條件可以表示為
其中是制動(dòng)器蹄片在t=0的初始溫度。
2.3。積分變換求解方法
積分變換的方法有兩個(gè)解決問題的步驟。首先，只有作出適當(dāng)?shù)姆e分變換空間
變量，熱傳導(dǎo)原方程可以簡化由于考慮到時(shí)間與常微分方程變量t然后，通過采取逆變換關(guān)于解常微分方程的解析解在關(guān)于空間和時(shí)間變量溫度場可以得到的。積分變換方法應(yīng)用于求解方程。 （1）邊界條件方程。（8）。用積分變換有關(guān)空間變量（r，，z）的反過來，他們可能會(huì)偏微分方程是''消滅“。編寫公式來表示的運(yùn)作采取逆變換與積分變換方面到Z，這些被定義為
其中是的積分變化，是特征函數(shù)。
提交Eq，獲得以下方程：
以同樣的方式，逆變換與積分變換關(guān)于和r分別定義
最后，根據(jù)上面的積分變換，方程1）（8）可以簡化為如下：
解決方案可以獲得通過解式。(16)。以反變換關(guān)于根據(jù)Eqs。(九)、(12)和(14),的解析制動(dòng)器的三維瞬態(tài)溫度場分布
3.仿真和實(shí)驗(yàn)
圖4顯示了一半的制動(dòng)器剖面樣品。線c、d的中心線,底線的橫截面上的分別。樣品的尺寸是:一個(gè)= 137.5 mm,b = = 1 / 6毫米,半162.5 rad,l = 6毫米。閘瓦的材料和盤式制動(dòng)器是石棉和16Mn,分別。他們的參數(shù)和條件的緊急制動(dòng)見表1。
假設(shè)摩擦系數(shù)和制動(dòng)襯墊比壓在緊急制動(dòng)過程是不變的?；谝陨戏治瞿Ｐ?模擬閘瓦的三維溫度場進(jìn)行與到…= 7.23 s。溫度的變化規(guī)律
圖4 把剖面的一半剎車蹄的樣品
表1剎車副的基本參數(shù)和緊急制動(dòng)條件
與內(nèi)部溫度梯度場進(jìn)行了分析。什么是顯示在無花果里都是片面的。5 - 9的仿真結(jié)果相符合。
什么是顯示在圖5是閘瓦的三維溫度場當(dāng)時(shí)間7.23 s。它被認(rèn)為是從圖5的最高溫度是396.534閘瓦制動(dòng),其K后最低溫度和熱是能量293歐幾里得主要集中
圖5 三維溫度場的剎車蹄(t = 7.23 s)
圖6 溫度的改變對摩擦表面與時(shí)間t
圖7 溫度的改變對線d用時(shí)間t
圖8 溫度梯度的變化與時(shí)間線c t
圖9 溫度的改變不同深度隨時(shí)間的線c t
層上的摩擦表面的熱影響層(命名),既體現(xiàn)了熱diffusibility閘瓦的很差。為了靈便的溫度變化規(guī)律的摩擦表面,在緊急制動(dòng)過程的摩擦表面的變化的溫度與時(shí)間t進(jìn)行了模擬。什么是在圖6中顯示,揭示了摩擦表面的溫度,然后增加首先減小的趨勢。這是因?yàn)?高速度的盤式制動(dòng)器是在開始的時(shí)候,結(jié)果造成大heat-flow而對流換熱系數(shù)低邊界上的那一刻,所以溫度增加;后期的制動(dòng)的heatflow量減少的速度,而對流換熱系數(shù)高,由于溫差較大的差異,從而導(dǎo)致減少邊界溫度。無花果。6、7,反映了溫度變化規(guī)律進(jìn)行了徑向尺寸:在外面的溫度高于閘瓦里面,并且外面的溫度變化較大。
圖8論證了溫度梯度的變化規(guī)律的方向沿z。最高溫度梯度的摩擦層是由3.739 105 K / m與方向會(huì)急驟下降沿z。最低價(jià)值只是4.597 1011 K / m。在開始的時(shí)候,溫度梯度的熱影響層是最高,而溫度接近周圍的溫度。象剎車的推移,溫度梯度漸次降低,直到最后。圖9所示的是變化的溫度不同深度隨時(shí)間的線c t。溫度會(huì)急驟下降隨著z,、邊界條件等影響有窩內(nèi)部溫度。溫度增高但z P0.0006米。一旦z是由0.002米,制動(dòng)過程中溫度的差別小于3 k .這表明,熱能集中在熱影響層,其厚度是關(guān)于0.002米。
為了證明的解析模型,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了摩擦試驗(yàn)機(jī),如圖10。實(shí)驗(yàn)原理如下:當(dāng)剎車開始,兩種制動(dòng)蹄制動(dòng)圓盤也要被推遲到一定壓力p和溫度點(diǎn)e在摩擦表面熱電偶測量。因?yàn)樵嚇雍穸忍?而且摩擦試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)是有限的,很難固定熱電偶在剎車蹄。因此,熱電偶是固定的直接對盤式制動(dòng)器是封閉,點(diǎn)e列圖。10。圖11顯示的溫度變化規(guī)律的兩種情況下點(diǎn)在e的緊急制動(dòng)。
從圖11,觀察點(diǎn)e增加時(shí)的溫度,在第一,然后減少,最高溫度低于,通過仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也落后。在圖11a,模擬溫度達(dá)到最大427.14凱西在3.6 s而來的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和最大435.65凱西在3.8秒。在圖11b,仿真結(jié)果達(dá)到最大469.55凱西在4.5 s而來到479.68實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)K在5秒。它被認(rèn)為是從圖11,通過實(shí)驗(yàn)測量溫度低于仿真結(jié)果,在第一,然后它相反的。這是因?yàn)闊犭娕急旧淼哪芰课諢崃块l瓦在開始,然后將其釋放到剎車蹄當(dāng)溫度下降。對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果表明,仿真結(jié)果表明,兩者吻合較好,誤差的實(shí)驗(yàn),他們的最高溫度是1.99%
圖10 圖解的摩擦測試儀。
圖11a 溫度的變化規(guī)律與時(shí)刻t的e點(diǎn)(p = 1.38 = 0 - 1兆帕,證明米/秒)。
圖11b 溫度的變化規(guī)律與時(shí)刻t的e點(diǎn)(p = 1.5895%兆帕,證明=長1 - 2.5米/秒)。
和2.16%,分別。這表明,解析解的三維瞬態(tài)溫度場是正確的。
4.結(jié)論
(1)的理論模型建立了三維瞬態(tài)溫度場的理論根據(jù)熱傳導(dǎo)及緊急制動(dòng)條件的礦山提升機(jī)。這個(gè)積分變換方法應(yīng)用于解決的理論模型,并對溫度場的解析解,推導(dǎo)出。這表明,積分變換方法是有效解決這一問題的三維瞬態(tài)溫度場。
(2)基于解析解的理論模型,并采用數(shù)值分析模擬溫度分布的變化規(guī)律下緊急制動(dòng)狀態(tài)。仿真結(jié)果表明:摩擦表面溫度的增加降低;首先,然后在開始的溫度梯度的熱影響層的最高,其次是溫度增加迅速,正如制動(dòng)過程正在進(jìn)行中,溫度梯度溫度的增加呈減少趨勢;窩;邊界條件影響了內(nèi)部溫度上升;熱能量都集中在熱影響層,其厚度約2毫米。
(3) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果吻合良好,誤差對他們的最高溫度是大約2%,這證明了積分變換方法的正確性求解理論模型的三維瞬態(tài)溫度場。解析模型能夠反映出的變化規(guī)律閘瓦的三維瞬態(tài)溫度場在緊急剎車。
出處
本項(xiàng)目是支持的重點(diǎn)工程,中國教育部(批準(zhǔn)號:)資助107054)和程序?yàn)樾率兰o(jì)優(yōu)秀人才(批準(zhǔn)號:)資助的大學(xué)。NCET-04-0488)。
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