轨道车辆制动盘仿生耦合表面的摩擦磨损性能

【摘要】制动盘作为轨道车辆制动系统中的关键部件，其摩擦磨损性能直接关系到列车行驶的安全与稳定，进而影响国家财产与人身安全。铸铁因具有良好的铸造、减振和耐磨性能以及低廉的制造成本被广泛应用于轨道列车制动盘。然而，随着我国轨道车辆向高速化、重载化方向发展，传统铸铁制动盘已不能满足列车制动性能要求，进一步提高制动盘的耐磨性和稳定性势在必行。实际上，针对轨道车辆制动盘摩擦磨损与工作稳定性的研究一直是国内外学者致力于探索的重要方向。在多样的自然界中，生物经过亿万年自然选择与优胜劣汰，形成了具有优异性能的体表形态、结构与材料，为我们解决工程问题提供了天然模本。例如，生活在潮间带环境中的扇贝、毛蚶等，形成了非光滑的体表形态和软硬相间的力学结构，可抵抗海水的冲刷和泥沙的磨损。将软硬、强韧相间的刚柔耦合结构应用于轨道车辆制动盘表面，在保证基体材料基本性能的基础上，可进一步改善其摩擦磨损性能，提高其服役寿命。本论文以耦合仿生原理为理论依据依据，将激光熔覆技术作为耦合仿生表面制备的基本手段，制备了形态、结构、材料三元耦合的多种仿生试样，探讨了激光熔凝二元耦合、激光熔覆三元耦合仿生试样和普通表面试样的形态、结构与材料特征；比较研究了耦元特征和工况条件对仿生耦合试样摩擦磨损性能的影响；重点考察了多种熔覆材料对轨道车辆制动盘摩擦磨损性能的作用效果，并分析了所含陶瓷颗粒质量分数对制动盘摩擦磨损的影响规律，研究表明：1）随着陶瓷颗粒的熔入，使仿生耦合体在凝固过程中形核数增多，晶粒细化并弥散分布，产生固溶强化，从而致使高强度、高硬度和高质量的仿生耦合体形成；2）随着陶瓷颗粒质量分数的提高，仿生耦合试样的摩擦系数提高、耐磨性增强；3）网格型分布的仿生耦合试样其耐磨性优于条纹形试样，但摩擦系数相对较低；反之，条纹型分布试样摩擦系数增加，但耐磨性减弱；而激光熔覆三元耦合仿生试样较激光熔凝二元耦合仿生试样具有更高的耐磨性和稳定的摩擦系数；4）载荷增加导致仿生耦合试样耐磨性降低，而转速对试样耐磨性影响不大，表明仿生耦合制动盘表面具有高且稳定的摩擦系数、超强的耐磨性。
【作者】王亮；
【导师】张志辉；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】制动盘；仿生耦合；激光熔覆；摩擦磨损；轨道车辆；

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