賴劼修　張燕

摘 要：采用ABAQUS工程模擬有限元軟件對礦車盤式制動器溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬分析，通過得到不同制動工況下礦車盤式制動器的各摩擦副的溫度變化曲線及失效的原因，從而為礦車盤式制動器的設(shè)計提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：礦車盤式制動器 溫度場數(shù)值模擬 有限元分析 ABAQUS

中圖分類號：TD5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0069-01

對于礦車中的濕式多盤制動器，其具有制動力強(qiáng)、使用壽命長、磨損小的特點，但是，在制動過程中，容易因摩擦副間的摩擦作用產(chǎn)生熱能而導(dǎo)致摩擦盤和冷卻油的溫度升高，因此，采用基于ABAQUS的濕式多盤制動器的熱-機(jī)耦合有限元模型分析制動器性能是非常有意義的。

1 礦車盤式制動器有限元模型的建立

建立基于ABAQUS的濕式多盤制動器，其是一套功能比較強(qiáng)大工程模擬有限元軟件，主要作用是解決相對簡單的線性問題到復(fù)雜的非線性問題，基于ABAQUS的濕式制動器的實體模型主要由摩擦盤和對偶盤組成，并且每個摩擦盤主要由1個摩擦芯片和2個摩擦襯片組成，在每個摩擦襯片的兩面，均開有8個徑向油槽。

2 零部件邊界條件及參數(shù)分析

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

對于摩擦盤和對偶盤，其實濕式多盤制動器的核心零部件，制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)可參照濕式多盤制動器零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)，針對ABAQUS有限元軟件中Property模塊的建立，其可以參照濕式制動器核心零件材料熱物性參數(shù)來定義摩擦盤和對偶盤的材料屬性。

2.2 確定模型傳熱參數(shù)

由于模型中接觸對的法向接觸屬于硬接觸，因此，選取與壓力相關(guān)的熱傳導(dǎo)系數(shù)值為5×107 W/（m2·C）[1]。由于濕式多盤制動器浸在冷卻潤滑油中將會發(fā)生摩擦生熱，所以，在模擬分析中，需要充分考慮摩擦表面與環(huán)境的對流換熱，以及摩擦表面與油槽的對流環(huán)熱，然而，對流換熱系數(shù)的選取，一般取決于流體的流動狀態(tài)、比熱容和熱導(dǎo)率等流體的物理性質(zhì)及盤的表面溫度和表面形狀，本文取對流換熱系數(shù)為1700 W/（m2·C）。

另外，對于模型運動參數(shù)和約束條件的選取，由于摩擦盤主要作減速運動，因此，分析井下工程車輛用的濕式多盤制動器在緊急制動工況和下坡持續(xù)制動工況下模型的運動參數(shù)，在制動過程中，在偶盤保持不動和摩擦盤作圓周運動的情況下，對偶盤的一面和中間對偶向上軸x，y的自由度進(jìn)行固定約束，并對對歐盤x，y，z三個方向上施加固定約束，對于建立的兩個參考點，需要充分考慮參考點周向旋轉(zhuǎn)的自由度和其余各個方向自由度的約束。

3 盤式制動器溫度場數(shù)值模擬分析

對于基于ABAQUS濕式多盤制動器的有限元模型分析，采用C3D8RT單元形式進(jìn)行有限元模型的網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行制動器溫度場數(shù)值模擬。

3.1 緊急制動下溫度場數(shù)值模擬分析

在緊急制動工況下，根據(jù)分析結(jié)果表明[1]，對偶盤和摩擦襯片的溫度場呈中心對稱分布，并且溫度較高的區(qū)域主要集中在盤面的中部圓環(huán)處，其主要原因是在制動過程中摩擦襯片受摩擦熱因素的影響小于對偶盤受摩擦因素的熱影響，出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要受材料不同的影響，摩擦襯片主要采用燒結(jié)的、具有熱擴(kuò)散性能小的青銅材料，在緊急制動工況下，產(chǎn)生的摩擦熱是很難在短時間內(nèi)傳遞到摩擦到摩擦襯片內(nèi)部，然而，對偶盤主要采用的是優(yōu)良的導(dǎo)熱材料65Mn鋼，在制動過程中，其可以吸收大量的摩擦熱。

分析濕式多盤制動器各摩擦副的溫度變化曲線，如圖1所示，其中，圖1中1～6的序號分別表示盤式制動器從施壓端至遠(yuǎn)離端的六對摩擦副，從圖1中可以看出，制動器兩側(cè)摩擦副的溫度低于中間摩擦副的溫度，然而，在中間摩擦副中，靠近施壓端的摩擦副溫度明顯高于遠(yuǎn)離端摩擦副的溫度，其主要原因是制動器摩擦副兩側(cè)的熱傳導(dǎo)和熱對流等散熱條件明顯高于中間摩擦副。

3.2 下坡持續(xù)制動下的溫度場數(shù)值模擬分析

在下坡持續(xù)制動工況下，需要滿足車輛滿載、初始速度和制動強(qiáng)度需要維持以20 km/h勻速行駛、在30%坡度情況下需要進(jìn)行持續(xù)制動等條件，通過分析得出，在持續(xù)制動狀態(tài)下，車輛的的制動強(qiáng)度較小，摩擦副之間的熱流密度比緊急制動狀態(tài)下的熱流密度小，但是，受制動時間長的影響，在持續(xù)制動狀態(tài)下制動器產(chǎn)生的總熱量高于緊急制動狀態(tài)下的總熱量。分析持續(xù)制動工況下不同摩擦副溫度的變化曲線，如圖2所示，其中，圖2中的1～4序號分別代表制動器從施壓端到遠(yuǎn)離端的四對摩擦副，從圖中可以看出，摩擦副的溫度在開始階段是呈直線上升的，在中后期階段，其溫度保持在180 ℃左右，由此可知，中間摩擦副的溫度比制動器兩側(cè)摩擦副溫度高，熱傳導(dǎo)作用后，中間摩擦副與兩側(cè)摩擦副的溫度趨于一致。

4 結(jié)語

建立基于ABAQUS的濕式多盤制動器的有限元模型，待制動器的邊界條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)及模型傳熱參數(shù)確定后，分析在緊急制動工況下和下坡持續(xù)制動工況下的溫度場數(shù)值模擬，可得出盤式制動器在熱傳導(dǎo)作用下和熱對流效果下的散熱條件比較好?？偟膩碚f，分析礦車盤式制動器的數(shù)值模擬，為礦車盤式制動器的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 何建成，張文明，姜勇，等.基于ABAQUS的濕式多盤制動器溫度場數(shù)值模擬分析[J].礦山機(jī)械，2012（10）：29-33.

[2] 劉瑩，胡育勇，任奇鋒，等.基于ANSYS汽車盤式制動器溫度場和熱應(yīng)力數(shù)值模擬[J].南昌大學(xué)學(xué)報：工科版，2013（3）：276-280，290.