Page 105 - 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 739

振动噪声频率较小且成分单一，能量聚集也明显小于 互平行的对角线，若对角线较长且相互之间距离较
其他尺寸的摩擦块. 短，则表示信号演化规律性强；若对角线为许多不连
针对摩擦振动噪声的演变规律，本文中采用相空 续的小线段，且彼此之间距离较大，则表示信号演化
间重构方法对切向振动加速度(图3)做进一步的分析， 规律具有很大的不确定性，相空间重构方法的更多信
获得递归图如图5所示. 递归图通常表现为一系列相 息可参见文献[13-14].

0.5 0.5 0.5 0.5

0.4 0.4 0.4 0.4
0.3 0.3 0.3 0.3
j j j j
0.2 0.2 0.2 0.2
0.1 0.1 0.1 0.1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
i i i i
Φ28.64 Φ31.84 Φ35.08 Φ38.28
0 50
The distance to the nest recursive point
Fig. 5 Recursive graph of riction-induced vibration generated by the sliding friction process
between friction blocks of different sizes and brake discs
图 5 不同尺寸摩擦块与制动盘滑动摩擦产生的摩擦自激振动的递归图

可以看出，Φ28.64摩擦块与制动盘滑动摩擦产生 并没有太多的能量转换为热能，这也使得制动盘表面
的摩擦自激振动的递归图表现为较短且不连续的对 温度在数值上没有明显差异.
角线，具有较多的蓝色和白色区域，说明对角线之间
100

的距离较大，可以判断该摩擦自激振动演变规律的不 Φ28.64
确定性尤为显著. 相应地，Φ31.84和Φ35.08摩擦块的 80 Φ31.84
摩擦自激振动递归图则由相对较长的对角线构成，整 Φ35.08 a
Φ38.28
体上对角线之间的距离较为恒定，说明这2个摩擦块 Temperature/℃ 60 b
构成的制动系统摩擦噪声的演变较为规律. 然而，随
着摩擦块尺寸的进一步增大(Φ38.28)，递归图上又出 40
现了白色区域，即对角线的距离较大，相应的摩擦自 a b
20
激振动演变规律的不确定性也较为显著. 总的来说， 110 120 130 140 150 160
Φ35.08摩擦块与制动盘滑动摩擦产生的摩擦振动噪 Displacement/mm
声不仅强度较小，而且也较为稳定. Fig. 6 The radial temperature distribution on the brake disc

surface at the end of the friction braking test
2.2 制动摩擦热
图 6 制动摩擦学试验结束时制动盘表面径向温度分布
制动盘及摩擦块表面的温度分布可有效反映制
动界面的接触状态，为此通过热成像仪获取二者摩擦 进一步地，分析试验结束时摩擦块与制动盘表面
表面的温度分布并做进一步的分析. 图6所示为试验 温度分布以讨论摩擦块尺寸的变化对制动界面接触
结束时制动盘表面径向温度分布，可以看出，制动盘 特性的影响，结果如图7所示. 可以看出，所有制动盘
径向上有2个明显的温度峰值，分别对应制动盘上的 表面都有2个明显的热环，这与图6所示的结果一致.
2个热环，而且热环之间的距离随着摩擦块尺寸的增 Φ28.64和Φ38.28摩擦块表面温度呈现出2个明显的集中
大而增大，但不同尺寸摩擦块与制动盘滑动摩擦产生 区域，而且温度数值较大，因此这2个摩擦块与制动盘
的摩擦热并没有显著差异. 由于本文试验中制动盘转 滑动摩擦过程中界面接触压力较为集中，容易发生异
速设置为100 r/min (相当于9 km/h的制动速度)，属于 常磨损现象，进而导致制动系统产生高强度摩擦振动
典型的低速制动工况，摩擦块与制动盘滑动摩擦过程 噪声. 相比之下，Φ31.84摩擦块表面温度分布主要集中