本文選題：礦車盤式制動器 + 有限元分析��； 參考：《南昌大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：大型礦車在礦山開采運輸中擔任著主力作用,制動器則是礦車安全運行的可靠保障。在礦車大型化、智能化和安全化發(fā)展的今天,每年因制動失效原因造成巨大損失,引起人們對制動器安全可靠性的進一步重視和研究。制動器在工作中摩擦副連續(xù)生成并較快積聚熱能并產(chǎn)生熱應(yīng)力,容易誘發(fā)制動器摩擦副熱裂紋、熱衰退、熱翹曲等問題,甚至將導(dǎo)致制動器失效,對大型礦車盤式制動器的深入分析和研究引起國內(nèi)外研究者和生產(chǎn)者的關(guān)注。本文以某大型礦車盤式制動器為研究對象,在研究其工作原理和工況的基礎(chǔ)上,采用通用CAE工具軟件ANSYS,用有限元數(shù)值模擬方法,針對某一大型礦車盤式制動器的實際尺寸和工況,建立三維瞬態(tài)有限元模型。在不同工況條件下,運用熱力學(xué)理論,模擬分析了大型礦車盤式制動器溫度和應(yīng)力場,并對溫度場和應(yīng)力場及其分布進行詳細系統(tǒng)的分析。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)介紹了大型礦車及盤式制動器的主要性能參數(shù)及工作方式,總結(jié)了國內(nèi)外盤式制動器熱-力耦合研究現(xiàn)狀及分析了不足,闡述了熱-力耦合相關(guān)的基礎(chǔ)理論,包含摩擦接觸原理、摩擦熱及熱傳遞、熱力耦合方法等相關(guān)基礎(chǔ)理論。(2)結(jié)合某大型礦車盤式制動器的實際參數(shù),建立了制動器有限網(wǎng)格劃分模型,分析了考慮初始和邊界條件、材料熱物理性等因素,通過循環(huán)等位移的方法施加熱流密度,對多種工況下的制動盤展開溫度狀態(tài)模擬。結(jié)果表明,溫度場的分布具有區(qū)域性、周期性和非軸對稱性的特點,制動盤表面區(qū)域溫度梯度最大,里層節(jié)點有緩慢和較為明顯的升溫滯后現(xiàn)象。不同工況制動時間的不同,溫度最高點峰值的出現(xiàn)時刻也不同,工況制動時間越長,峰值出現(xiàn)的越晚,但溫度最高點峰值大致都出現(xiàn)在制動總時長約3/5的地方,表明制動中后期更容易引起材料的熱膨脹變形且受熱沖擊作用更大,盤表面此時段更易產(chǎn)生裂紋。(3)將不同工況制動盤接觸面點溫度曲線進行對比分析,發(fā)現(xiàn)初速度與制動盤表面溫升速度成正比,制動總時長與盤表面最高溫值成反比。緊急工況下溫升速度要高于正常工況,且最高溫值高出160℃左右,總體溫度比正常工況要高,更容易出現(xiàn)熱損傷。制動過程中制動盤表面最高溫度集中在盤、片的摩擦接觸區(qū)域,該區(qū)域節(jié)點溫度在制動過程有震蕩現(xiàn)象,這種制動過程中的周期性熱回蕩沖擊容易引發(fā)熱衰退與熱疲勞使制動器失效。(4)在緊急工況下,對制動器有限元模型下進行摩擦副的機械應(yīng)力分析,制動盤兩側(cè)應(yīng)力與摩擦片的應(yīng)力基本對稱分布,摩擦片尖角區(qū)域應(yīng)力較大而且比較集中。說明可能摩擦片外圍磨損會相對嚴重一點,側(cè)面也證實了實際情況中對摩擦片邊緣做倒角或弧形處理緩和尖角應(yīng)力的原因。機械應(yīng)力最高處在制動盤的內(nèi)孔邊緣處值為67.8MPa,遠低于45Mn的屈服極限；用間接耦合法將溫度場結(jié)果作為體載荷,采用循環(huán)加載溫度場方式來求解熱應(yīng)力場。應(yīng)力云圖呈現(xiàn)環(huán)形分布,但周向分布情況并不對稱,而且分布并不均勻,應(yīng)力隨著制動時間的延續(xù)有向盤內(nèi)和非摩擦區(qū)域移動的趨勢。應(yīng)力出現(xiàn)最早范圍不但存在摩擦區(qū)域內(nèi),還存在于非摩擦區(qū)孔內(nèi)徑周圍。最小應(yīng)力值發(fā)生于靠近摩擦區(qū)域的環(huán)形帶中。可見,在制動盤最小摩擦半徑周向的應(yīng)力梯度比較大,該區(qū)域比較容易引起材料的應(yīng)力變形,存在破壞隱患。耦合場下的Von Mises等效應(yīng)力與單一場應(yīng)力最值都出現(xiàn)在制動摩擦區(qū)域接觸區(qū),但前者最大力值比后者大了一個數(shù)量級之多,可見,對制動盤高應(yīng)力產(chǎn)生的研究重點應(yīng)放在制動盤熱應(yīng)力的分析中。本文針對大型礦車盤式制動器摩擦副實際參數(shù)和工況進行的分析與研究,對摩擦副的工作情況和失效分析提供了理論依據(jù),可為大型礦車盤式制動器安全結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供參考。
[Abstract]:In this paper , the main performance parameters and working methods of large mining car disc brakes are analyzed . The main research contents of this paper are as follows : ( 1 ) The main performance parameters and working methods of the disc brakes of large mining vehicles are analyzed . The results show that the temperature field distribution has the characteristics of regional , periodic and non - axisymmetric . ( 3 ) The temperature curve of brake disc in different working conditions is compared and analyzed . It is found that the initial speed is proportional to the temperature rising speed of the brake disc surface . The temperature rise of the brake disc is higher than the normal working condition , and the temperature is higher than the normal working condition . The temperature of the brake disc is higher than the normal working condition , and the temperature of the friction plate is higher than the normal working condition .
In this paper , the thermal stress field is solved by means of the indirect coupling method , the temperature field results are used as the body load , and the thermal stress field is solved by cyclic loading temperature field . The stress cloud chart shows the annular distribution , but the distribution is not uniform .

【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD50

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本文編號：1803562