Page 103 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 王任侠, 等: 闸片摩擦块尺寸设计对高速列车制动振动噪声的调控作用 737

Φ28.64 Φ31.84 Φ35.08 Φ38.28
r=D h /D i =8.9/28.64=0.31 r=D h /D i =9.9/31.84=0.31 r=D h /D i =10.9/35.08=0.31 r=D h /D i =11.9/38.28=0.31

Sizes of different friction blocks R14.32 R4.45 R15.92 R4.95 R17.54 R5.45 R19.14 R5.95

D i D h
R6 R6
18 R6 18 R6

18 18
Unit: mm Unit: mm Unit: mm Unit: mm

Fig. 2 Design of friction block test samples and corresponding machining dimensions
图 2 摩擦块试验样品设计及相应的加工尺寸

块样品表面加工误差对试验结果的影响，并在抛光处 生的摩擦振动噪声存在显著差异，其中，当摩擦块尺
理后对摩擦块表面进行清洗以去除表面杂质. 每次实 寸为28.64 mm时，其与制动盘滑动摩擦产生了强烈的
验结束后，制动盘表面也进行相同的处理. 摩擦振动噪声，切向振动加速度、法向振动加速度和

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1.3 试验过程 声压的均方根值分别达到192.88 m/s 、146.33 m/s 和
制动摩擦学试验中，制动盘转速为100 r/min (相 30.08 Pa，且摩擦振动噪声信号的时域演变表现出强
当于9 km/h的制动速度)，制动压力为500 N (制动力 烈的间歇性波动，表明制动系统的振动极不稳定. 当
37.5 kN). 在开展正式的测试之前，需要对摩擦块样品 摩擦块尺寸增加到31.84和35.08 mm时，制动系统的
进行跑合试验以保证摩擦块和制动盘面具有充分的 摩擦振动噪声强度明显降低. 摩擦振动噪声的均方根
接触(摩擦块与制动盘的贴合度达到85%以上). 样品 值计算结果表明，Φ35.08摩擦块与制动盘滑动摩擦
跑合完成后，需要关闭试验台使样品冷却至室温方可 时产生振动噪声强度在本研究中是最小的，切向振
开展正式测试，正式的测试时间为10 min，试验过程中 动加速度、法向振动加速度和声压的均方根值分别为
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实验室的温度控制在22~27 ℃，相对湿度为60%±12%. 55.27 m/s 、49.74 m/s 和8.38 Pa，这相较于Φ28.64摩擦
三向加速度传感器、麦克风和数据采集仪的参数可参 块减小近4倍. 此外，该摩擦振动噪声信号较为平顺，
见文献[8]. 此外，正式试验中每间隔30 s使用热成像 没有表现出间歇性波动，然而，随着摩擦块尺寸的进
仪采集制动界面温度分布信息，以获得界面温度随制 一步增大(Φ38.28)，其与制动盘滑动摩擦产生的摩擦
动时间的演化过程. 为了证明实验的可靠性，每个样 振动噪声却显著增强，且表现出比较明显的间歇性波
品开展5次重复试验. 动. 因此，摩擦块尺寸的变化显著影响了制动摩擦振

动噪声的产生和演变以及强度，根据高速列车制动系
2 试验结果分析及讨论 统的实际结构和服役工况，设计合适的摩擦块大小，

2.1 摩擦振动噪声特性 可有效抑制制动摩擦振动噪声.
图3所示为200~205 s时间段内切向振动加速度、 进一步地，对图3所示的制动摩擦振动噪声信号
法向振动加速度和声压信号的时域演变规律，并计算 进行快速傅里叶变换(FFT)以获取其频谱特性，结果
了该时间段内振动加速度和噪声的均方根值(RMS). 如图4所示. 可以看出，不同尺寸的摩擦块与制动盘滑
可以看出，不同尺寸的摩擦块与制动盘滑动摩擦时产 动摩擦时都产生了高频的摩擦振动噪声，但在频谱特