Page 109 - 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 743

进一步地，提取了不同尺寸摩擦块与制动盘滑动 此，摩擦块的磨损也主要集中于切入端，这个现象与试
摩擦过程中摩擦块表面接触应力分布以及磨损深度， 验所测得的界面热分布情况是一致的. 此外，摩擦块上
结果如图12所示. 可以看出，4个摩擦块都出现了偏磨 的最大界面接触应力随着摩擦块尺寸的增大而减小，这
现象，即接触应力都集中在切入端. 摩擦力在拖曳过 也使得Φ31.84和Φ35.08摩擦块的振动噪声低于Φ28.64
程中会造成夹钳弯曲变形，使得摩擦块的切入端与制 摩擦块. 然而，如果摩擦块尺寸进一步增大，可能会加
动盘接触，导致大部分接触应力集中于摩擦块切入端，因 剧摩擦块表面的磨损，使得振动噪声进一步加剧.

Color bar Φ28.64 Φ31.84 Φ35.08 Φ38.28
7.500

5.625
Friction direction 3.750 Contact stress/MPa

1.875
0.000
14.0 Max: 6.835 MPa Max: 5.794 MPa Max: 5.195 MPa Max: 4.391 MPa

6.5
−1.0 Wear depth/μm
−8.5

−16.0 Max: 11.68 μm Max: 12.22 μm Max: 9.313 μm Max: 7.43 μm

Fig. 12 The contact stress and wear depth of friction block surface during the sliding friction process
between friction blocks of different sizes and brake discs
图 12 不同尺寸摩擦块与制动盘滑动摩擦过程摩擦块表面接触应力及磨损深度

4 结论 动系统产生高强度摩擦振动噪声.

本文中设计不同尺寸的摩擦块并在自主研制的 c. 摩擦块尺寸对制动界面接触特性及摩擦振动
高速列车制动性能模拟试验台上开展制动摩擦学试 噪声具有显著影响，合理的摩擦块尺寸设计可实现制
验，基于试验装置主要结构构建其有限元模型并开展 动摩擦振动噪声的有效调控. 因此，在高速列车制动
复模态和瞬态动力学分析，探讨摩擦块大小对高速列 闸片设计中，应当结合制动系统结构及服役工况，开
车制动摩擦振动噪声的影响机理. 主要结论如下： 展摩擦块尺寸参数设计，以有效改善制动界面接触特
a. 摩擦块与制动盘滑动摩擦过程中，其结构尺寸 性并抑制摩擦振动噪声.
的变化可显著影响制动摩擦振动噪声的产生及演变.
参 考 文 献
尺寸参数适当的摩擦块可有效降低制动系统不稳定
[ 1 ] Yao Pingping, Xiao Yelong, Zhang Zhongyi, et al. Progress in
振动强度，相应的摩擦振动噪声强度较小且演变规律
powder metallurgical brake materials for high-speed trains[J].
较为稳定，然而，摩擦块的尺寸参数设计不合适将显 Materials China, 2019, 38(2): 116–125 (in Chinese) [姚萍屏, 肖叶
著增强制动系统的不稳定振动，诱导制动界面产生高 龙, 张忠义, 等. 高速列车粉末冶金制动材料的研究进展[J]. 中国
强度且演变规律难以预测的摩擦振动噪声. 材 料 进 展 , 2019, 38(2): 116–125]. doi: 10.7502/j.issn.1674-3962.
b. 摩擦块尺寸对制动系统固有特性未产生明显 2019.02.06.
[ 2 ] Zhou Suxia, Shao Jing, Sun Yuduo, et al. Study on implementation
影响，但显著影响了制动界面接触应力分布和数值，
method of brake disc in situ detection system for high-speed train[J].
尺寸适当的摩擦块具有较好的界面接触特性，界面接
Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(12): 188–196 (in
触热分布较为均匀，没有出现较为严重的偏磨现象.
Chinese) [周素霞, 邵京, 孙宇铎, 等. 高速列车制动闸片原位检测
相反地，摩擦块的设计不合适时将使得制动界面热分 系统实现方法研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(12): 188–196]. doi:
布极不均匀且主要集中于摩擦块切入端，进而使得制 10.3901/JME.2022.12.188.