(大連交通大學(xué)連續(xù)擠壓教育部工程研究中心 遼寧大連 116028)

盤形制動(dòng)由于具有制動(dòng)性能穩(wěn)定、熱承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1-2]，被高速列車廣泛采用。在盤形制動(dòng)過程中，摩擦副常常處于高溫、高應(yīng)力狀態(tài)下，尤其是在制動(dòng)初速度高于200 km/h時(shí)，制動(dòng)盤面臨著更苛刻的溫度和應(yīng)力，這將直接影響到行車安全[3]。因此，認(rèn)識(shí)制動(dòng)盤的溫度分布規(guī)律一直是這個(gè)領(lǐng)域許多學(xué)者關(guān)注的問題[4-8]。李繼山等[9]、夏毅敏等[10]采用數(shù)值模擬的方法分別對(duì)高速動(dòng)車組制動(dòng)盤進(jìn)行了溫度場(chǎng)仿真分析，PANIER等[11]利用紅外熱像儀，在1∶1試驗(yàn)臺(tái)上研究了制動(dòng)盤表面熱梯度。DEGALLAIX等[12]以1∶1試驗(yàn)臺(tái)結(jié)合有限元計(jì)算的手段研究了制動(dòng)盤失效機(jī)制，利用熱電偶測(cè)試了摩擦副溫度的變化情況。這些研究結(jié)果對(duì)于分析制動(dòng)盤的溫度分布、預(yù)測(cè)制動(dòng)盤的使用壽命具有很大的參考價(jià)值。然而，由于這些研究所用的模擬計(jì)算條件、測(cè)試方法都各不相同，所得結(jié)果難以判定是否一致；同時(shí)，由于所采用的測(cè)試方法不同，這些測(cè)試結(jié)果之間究竟有多大偏差，也為人們正確認(rèn)識(shí)制動(dòng)過程中溫度變化規(guī)律增加了困難。因此，對(duì)各種測(cè)試方法如紅外熱像儀、熱電偶等得到的列車制動(dòng)盤溫度場(chǎng)，與模擬計(jì)算所得制動(dòng)盤溫度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，探討各種方法之間差異，對(duì)于認(rèn)識(shí)真實(shí)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律是非常有意義的。

本文作者通過1∶1列車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行列車制動(dòng)盤制動(dòng)試驗(yàn)，利用紅外熱像儀、熱電偶法測(cè)試了不同工況條件下的制動(dòng)盤溫度場(chǎng)的變化，并與數(shù)值模擬法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，探討了不同測(cè)試方法與數(shù)值模擬所得溫度之間存在的誤差及原因，以達(dá)到認(rèn)識(shí)列車制動(dòng)盤溫度場(chǎng)變化規(guī)律的目的。

1 試驗(yàn)部分

制動(dòng)試驗(yàn)的閘片材料為銅基粉末冶金材料，它是由10個(gè)三角形摩擦塊鑲嵌在制動(dòng)鋼背上組合而成(如圖1所示)，其中單個(gè)摩擦塊的面積為2 973 mm2，高度為20 mm，閘片總面積為29 730 mm2。制動(dòng)盤外徑和內(nèi)徑分別為640 mm和226 mm，平均摩擦半徑為247 mm。

圖1 制動(dòng)閘片結(jié)構(gòu)Fig 1 Brake pad structure

制動(dòng)試驗(yàn)在1∶1試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，在進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)前，在制動(dòng)初速度120 km/h及閘片雙側(cè)壓力32 kN的條件下，對(duì)閘片進(jìn)行多次磨合，使閘片與制動(dòng)盤的接觸面積達(dá)到85%以上。磨合完成后，在干摩擦的條件下進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，選擇制動(dòng)初速度分別為80、120、160、200和250 km/h，閘片雙側(cè)壓力分別為14、21.5、32 kN，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1 129 kg·m2。

采用熱電偶和PYROVIEW 640M紅外熱像儀2種方法測(cè)量制動(dòng)盤盤面溫度。熱電偶在制動(dòng)盤上的裝配位置如圖2所示，分別安裝在每側(cè)盤面盤半徑的287、247、207 mm位置處，且距制動(dòng)盤摩擦表面約4 mm。紅外熱像儀檢測(cè)溫度范圍為200～700 ℃，發(fā)射率為0.84。試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速和通風(fēng)條件如表1所示。

圖2 熱電偶在制動(dòng)盤上的裝配位置Fig 2 The assembly position of the thermocouple on the brake disc表1 1∶1試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速和通風(fēng)條件Table 1 Speed and ventilation condition of 1∶1 test bench

km·h-1

2 數(shù)值模擬

采用ADINA有限元軟件模擬制動(dòng)過程中制動(dòng)盤溫度場(chǎng)的變化情況?？紤]到盤體結(jié)構(gòu)、熱載荷的對(duì)稱性，為節(jié)省時(shí)間和降低問題的復(fù)雜性，在模擬計(jì)算中，將摩擦副簡(jiǎn)化為實(shí)際模型的1/2，建立后的三維幾何模型如圖3所示。

圖3 列車摩擦副幾何模型Fig 3 Geometric model of train friction pair

在進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)做出如下假設(shè)：

(1)摩擦副之間為面面接觸，忽略接觸面之間的磨損；

(2)摩擦副表面粗糙度均勻，且摩擦過程中，材料的性能參數(shù)不隨溫度的變化而變化，摩擦因數(shù)恒定；

(3)制動(dòng)壓力均勻作用在制動(dòng)鋼背上；

(4)副擦副之間的散熱方式為強(qiáng)制對(duì)流換熱。

模擬過程中摩擦副與空氣之間的強(qiáng)制對(duì)流換熱關(guān)系式[13]如下：

(1)

(2)

(3)

則對(duì)流換熱系數(shù)為

(4)

模擬計(jì)算時(shí)設(shè)定的摩擦副材料性能參數(shù)如表2所示。

表2 摩擦副材料性能參數(shù)Table 2 Performance parameters of friction materials

3 結(jié)果分析與討論

3.1 制動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試與模擬制動(dòng)時(shí)間的對(duì)比

表3所示為單側(cè)制動(dòng)壓力分別為10.75、7、16 kN時(shí)，不同制動(dòng)初速度下試驗(yàn)測(cè)試和模擬的制動(dòng)時(shí)間?？梢姡褐苿?dòng)壓力為10.75 kN，制動(dòng)初速度為80 km/h的工況下，試驗(yàn)測(cè)試制動(dòng)時(shí)間與模擬制動(dòng)時(shí)間最為接近，兩者的相差僅為0.4 s；制動(dòng)壓力為16 kN，制動(dòng)初速度為250 km/h的工況下，兩者制動(dòng)時(shí)間相差最大，為19 s，相對(duì)偏差高達(dá)27.9%；同等壓力下，試驗(yàn)制動(dòng)時(shí)間大于數(shù)值模擬制動(dòng)時(shí)間，且數(shù)值模擬制動(dòng)時(shí)間與試驗(yàn)制動(dòng)時(shí)間的差異會(huì)隨著制動(dòng)初速度的增大而增大。

表3 不同工況下試驗(yàn)測(cè)試與模擬的制動(dòng)時(shí)間Table 3 Braking time of test and simulation under different working conditions

試驗(yàn)制動(dòng)時(shí)間大于數(shù)值模擬時(shí)間的原因可能是：試驗(yàn)過程中，閘片與制動(dòng)盤為不完全接觸(局部接觸)，且閘片表面壓力分布不均勻。兩者制動(dòng)時(shí)間差別隨著制動(dòng)初速度的增大而增大的原因可能是：隨著制動(dòng)初速度的提高，摩擦副產(chǎn)生的熱能變大，制動(dòng)盤表面的溫度增加，在盤表面形成“第三體”數(shù)量增加，“第三體”的潤(rùn)滑作用導(dǎo)致摩擦因數(shù)在制動(dòng)過程中波動(dòng)較大，然而數(shù)值模擬計(jì)算中，設(shè)置摩擦因數(shù)是恒定的，導(dǎo)致兩者之間偏離變大，從而導(dǎo)致了模擬計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)試的制動(dòng)時(shí)間的差異會(huì)隨著制動(dòng)初速度的增大而增大。

3.2 數(shù)值模擬與紅外測(cè)試溫度的對(duì)比

3.2.1 模擬計(jì)算與紅外測(cè)試制動(dòng)盤溫度場(chǎng)變化情況的對(duì)比

由于數(shù)值模擬和試驗(yàn)制動(dòng)時(shí)間并不完全相同，為了使數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)試的溫度場(chǎng)具有可比性，選取數(shù)值模擬和試驗(yàn)中制動(dòng)盤角速度相一致的時(shí)刻進(jìn)行分析，換算關(guān)系如下：

(5)

式中:t試和t模分別為選取的某一時(shí)刻試驗(yàn)時(shí)間和相對(duì)應(yīng)的模擬制動(dòng)時(shí)間。t1和t2分別為試驗(yàn)測(cè)試制動(dòng)總時(shí)間和模擬制動(dòng)總時(shí)間。

圖4所示為制動(dòng)壓力為10.75 kN，制動(dòng)初速度為200 km/h工況條件下，不同時(shí)刻制動(dòng)盤盤面溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬分布。從盤面的徑向上看，在制動(dòng)盤的不同半徑處，盤面溫度有所不同，徑向上存在較大的溫度梯度；從周向上來看，盤表面溫度變化不明顯。從制動(dòng)過程來看，在制動(dòng)初期，會(huì)在制動(dòng)盤的外側(cè)形成環(huán)狀高溫帶，內(nèi)側(cè)帶狀高溫帶不明顯；隨著制動(dòng)的進(jìn)行，在制動(dòng)時(shí)間為20 s時(shí)，摩擦區(qū)域內(nèi)側(cè)的高溫帶也明顯出現(xiàn)，摩擦區(qū)域外側(cè)的環(huán)狀高溫帶溫度越來越高；在制動(dòng)時(shí)間到達(dá)31 s時(shí)，摩擦區(qū)域內(nèi)側(cè)高溫帶與盤外側(cè)高溫帶融合，盤面達(dá)到峰值溫度；在制動(dòng)后期，環(huán)狀高溫區(qū)溫度逐漸降低，并向整個(gè)制動(dòng)盤邊緣擴(kuò)散，制動(dòng)時(shí)間為72 s時(shí)，盤面溫度分布較均勻。

圖4 數(shù)值模擬的制動(dòng)盤制動(dòng)過程中盤面溫度場(chǎng)變化(10.75 kN，200 km/h)Fig 4 The change of the temperature field of the disc surface during the braking process by numerical simulation(10.75 kN，200 km/h)

圖5所示為在1∶1制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，單側(cè)制動(dòng)壓力為10.75 kN，制動(dòng)初速度為200 km/h工況條件下，試驗(yàn)測(cè)試的不同時(shí)刻制動(dòng)盤盤面溫度場(chǎng)分布情況。在制動(dòng)初期(7 s)，制動(dòng)盤摩擦區(qū)域的外側(cè)出現(xiàn)狹窄的高溫帶，內(nèi)側(cè)高溫帶不明顯；制動(dòng)時(shí)間為20 s時(shí)，盤面溫度進(jìn)一步升高，兩條高溫帶的徑向?qū)挾茸儗挘渲心Σ羺^(qū)域外側(cè)高溫帶的溫度達(dá)到了478 ℃，此時(shí)盤面溫度最高；隨著制動(dòng)的進(jìn)行，當(dāng)制動(dòng)時(shí)間為31 s時(shí)，處于摩擦區(qū)域外側(cè)的高溫區(qū)溫度下降，而內(nèi)側(cè)高溫區(qū)溫度持續(xù)升高；制動(dòng)時(shí)間達(dá)到45 s時(shí)，兩條高溫帶溫度基本一致并逐漸開始融合，此時(shí)摩擦區(qū)域溫度開始均勻化；當(dāng)制動(dòng)時(shí)間為56 s時(shí)，摩擦區(qū)域溫度降低，高溫帶逐漸消失；制動(dòng)結(jié)束時(shí)(72 s)，整個(gè)盤面溫度分布較均勻，徑向、周向上基本沒有溫度梯度。

圖6示出了數(shù)值模擬的盤面溫度與試驗(yàn)測(cè)試的盤面溫度的對(duì)比，圖中給出同一種工況條件下2次重復(fù)試驗(yàn)的曲線及數(shù)值模擬曲線?？芍簲?shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)得的制動(dòng)過程中的溫度場(chǎng)具有相類似的變化規(guī)律，在制動(dòng)的前45 s內(nèi)，制動(dòng)盤表面徑向溫度曲線都呈“M型”分布，其中，模擬與試驗(yàn)測(cè)試的盤面波峰溫度在7 s時(shí)偏差最大，為129 ℃；制動(dòng)時(shí)間為20 s時(shí)，模擬與試驗(yàn)所得溫度在波谷位置(盤半徑250 mm處)偏差最大，為151 ℃，同時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得的盤面波峰溫度與波谷溫度梯度最大，梯度值為12.7 ℃/mm，從而引起的熱應(yīng)力最大；制動(dòng)時(shí)間為56 s到制動(dòng)結(jié)束時(shí)，盤表面徑向溫度曲線由“M型”分布變化為“倒V型”分布。在制動(dòng)前期(前20 s),數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)得的高溫區(qū)(波峰位置)都位于盤半徑的230和280 mm處(由摩擦塊的排布方式可知，兩波峰處摩擦接觸弧長(zhǎng)最長(zhǎng))，但在制動(dòng)盤的徑向方向上，數(shù)值模擬的溫度梯度要比試驗(yàn)測(cè)得的溫度梯度小得多；隨著制動(dòng)的進(jìn)行，試驗(yàn)測(cè)得的第一個(gè)波峰位置由“1”變化到“2”，盤徑向溫度梯度變??；在制動(dòng)中后期兩者的溫度逐漸趨于一致。

圖5 紅外測(cè)試的制動(dòng)盤制動(dòng)過程中盤面溫度場(chǎng)變化(10.75 kN，200 km/h)Fig 5 The change of the temperature field of the disc surface during the braking process by infrared test (10.5 kN，200 km/h)

圖6 數(shù)值模擬和紅外測(cè)試的制動(dòng)盤表面沿徑向的溫度分布 (10.75 kN，200 km/h)Fig 6 The radial temperature distribution of the brake disc surface by numerical simulation and infrared test(10.75 kN，200 km/h)

綜上，在10.75 kN、200 km/h工況下，數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)得的溫度值具有一定的差別，這可能與模擬條件的設(shè)定和實(shí)際試驗(yàn)過程中條件很難一致有關(guān)。在制動(dòng)初期，摩擦制動(dòng)中存在閘片與制動(dòng)盤不均勻接觸的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致接觸各點(diǎn)壓力分布不均勻，局部摩擦生熱不同，且由于制動(dòng)時(shí)間較短，熱傳導(dǎo)不充分，所以制動(dòng)盤徑向溫度梯度較大；而數(shù)值模擬過程中，摩擦副之間設(shè)定為面面接觸，接觸壓力分布均勻，閘片與制動(dòng)盤摩擦產(chǎn)生的熱能取決于各點(diǎn)所在弧長(zhǎng)和線速度，因此，盤表面徑向溫度梯度較試驗(yàn)測(cè)得的溫度梯度小；隨著制動(dòng)的進(jìn)行，試驗(yàn)過程中摩擦副之間材料發(fā)生磨損，閘片與制動(dòng)盤貼合程度變好，接觸狀態(tài)與數(shù)值模擬中設(shè)定的趨于一致，同時(shí)在制動(dòng)后期熱傳導(dǎo)占據(jù)主導(dǎo)地位，使得后期制動(dòng)中兩者徑向溫度變化曲線更加一致。因此，在試驗(yàn)測(cè)試過程中，當(dāng)制動(dòng)盤和閘片貼合較好的情況下，數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)試的溫度場(chǎng)具有相同的變化趨勢(shì)，這將為預(yù)測(cè)不同工況條件下，試驗(yàn)測(cè)試制動(dòng)盤表面溫度場(chǎng)的變化提供理論依據(jù)。

3.2.2 模擬計(jì)算與紅外測(cè)試峰值溫度的對(duì)比

圖7所示為不同壓力、速度下數(shù)值模擬和試驗(yàn)得到的制動(dòng)盤峰值溫度曲線，圖中給出同一種工況條件下2次重復(fù)試驗(yàn)的曲線及數(shù)值模擬曲線。由圖7(a)可見：在制動(dòng)壓力為7 kN時(shí)，數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)得的峰值溫度曲線變化規(guī)律相同，都呈現(xiàn)出線性上升的趨勢(shì)；在120和160 km/h的制動(dòng)初速度下，2種方法所得的峰值溫度基本相同，隨著制動(dòng)初速度的提高，在200 km/h時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得的峰值溫度比數(shù)值模擬所得溫度高接近30 ℃。隨著制動(dòng)壓力的增大，由圖7(b)可得：在10.75 kN的制動(dòng)壓力下，模擬與試驗(yàn)測(cè)得的峰值溫度之差進(jìn)一步變大，試驗(yàn)峰值溫度大于數(shù)值模擬溫度，溫度之差在50 ℃范圍內(nèi)。而由圖7(c)可見：16 kN制動(dòng)壓力下，數(shù)值模擬和試驗(yàn)得到的制動(dòng)盤表面峰值溫度變化曲線與制動(dòng)壓力7、10.75 kN時(shí)的溫度變化曲線并不一致，在制動(dòng)初速度為160 km/h時(shí)，試驗(yàn)測(cè)試溫度值高于模擬計(jì)算值210 ℃，但在速度為200 km/h時(shí)，兩者又十分相近。造成這種差異的原因如圖8所示，在試驗(yàn)過程中，由于之前連續(xù)做過多次制動(dòng)試驗(yàn)，且最高溫度在摩擦區(qū)外側(cè)位置處形成(如圖8(a)所示)，造成此處摩擦副磨損嚴(yán)重，接觸開始不完全；隨著制動(dòng)試驗(yàn)的進(jìn)行，在22 s時(shí)，摩擦副摩擦區(qū)外側(cè)磨損進(jìn)一步加劇，降低了這個(gè)區(qū)域的接觸壓力，而內(nèi)側(cè)接觸壓力增加，導(dǎo)致高溫帶位置向內(nèi)側(cè)偏移，盤面峰值溫度下降(如圖8(b)所示)。而在模擬計(jì)算中，忽略了摩擦副材料的磨損，造成了數(shù)值模擬與試驗(yàn)得到的溫度相差較大。

圖7 數(shù)值模擬和紅外測(cè)試的制動(dòng)盤表面峰值溫度Fig 7 The peak temperature of the brake disc surface by numerical simulation and infrared test

圖8 紅外測(cè)試的部分時(shí)刻制動(dòng)盤盤面溫度場(chǎng)分布(16 kN，200 km/h)Fig 8 Temperature distribution of disc surface by infrared test at part time(16 kN，200 km/h)

3.2.3 模擬計(jì)算與紅外測(cè)試的盤面最大溫度偏差

圖9所示為不同工況下，紅外測(cè)試溫度相對(duì)于數(shù)值模擬盤面最大溫度偏差情況?？梢姡涸谥苿?dòng)前期，紅外測(cè)試溫度相對(duì)于數(shù)值模擬溫度偏差較大；如圖9(a)所示，在制動(dòng)初速度120 km/h、制動(dòng)壓力10.75 kN下的溫度偏差最大，差值為89 ℃；隨著制動(dòng)初速度的提高，如圖9(b)所示，在16 kN的制動(dòng)壓力下，制動(dòng)減速到140 km/h時(shí)，試驗(yàn)與模擬溫度偏差最大，偏差值為169 ℃；當(dāng)制動(dòng)初速度提高到200 km/h時(shí)，如圖9(c)所示，在10.75 kN的制動(dòng)壓力下，減速到180 km/h時(shí)，紅外測(cè)試與模擬溫度偏差最大，差值為150 ℃。隨著制動(dòng)的進(jìn)行，在制動(dòng)中后期，2種方法所得盤面最大溫度偏差變小，溫度偏差控制在50 ℃范圍內(nèi)。造成前期溫度偏差大的原因是：試驗(yàn)過程中盤面前期接觸不充分，壓力分布不均勻，盤面局部溫度升高較快。

圖9 紅外測(cè)試與數(shù)值模擬的盤面最大溫度偏差隨制動(dòng)速度的變化Fig 9 The change of the disc surface maximum temperature deviation between infrared test and numerical simulation with the braking speed

3.3 數(shù)值模擬與熱電偶測(cè)試溫度偏差3.3.1 模擬計(jì)算與熱電偶測(cè)試盤面最大溫度偏差

盤面布置6個(gè)熱電偶，在制動(dòng)過程中，選擇其中的一個(gè)最大值與模擬計(jì)算得到最大值進(jìn)行比較。圖10所示為不同工況下，熱電偶測(cè)試溫度相對(duì)于數(shù)值模擬盤面最大溫度偏差情況。由圖10(a)、(b)可見：在120、160 km/h制動(dòng)初速度下，從制動(dòng)開始到制動(dòng)結(jié)束，熱電偶所測(cè)盤面溫度都小于數(shù)值模擬溫度；如圖10(a)所示，在120 km/h制動(dòng)初速度下，熱電偶測(cè)試溫度相對(duì)于數(shù)值模擬盤面溫度偏差會(huì)隨著制動(dòng)壓力的增大而增大，其中在16 kN的制動(dòng)壓力下，最大溫度偏差可達(dá)到90 ℃；隨著制動(dòng)初速度的提高，如圖10(c)所示，制動(dòng)初速度由200 km/h減速到120 km/h時(shí)，在10.75 kN的制動(dòng)壓力下，溫度偏差值最大，偏差值為232 ℃，在制動(dòng)中后期，模擬計(jì)算溫度開始小于試驗(yàn)熱電偶所測(cè)溫度。

圖10 熱電偶測(cè)試與數(shù)值模擬的盤面最大溫度偏差隨制動(dòng)速度的變化Fig 10 The change of the disc surface maximum temperature deviation between thermocouple test and numerical simulation with the braking speed

在試驗(yàn)制動(dòng)前期，摩擦副有局部接觸情況，局部溫度升高較快，而6個(gè)熱電偶位于制動(dòng)盤上某一固定位置，并不一定為盤面最大溫度處，因此，試驗(yàn)與計(jì)算溫度偏差較大。隨著制動(dòng)的進(jìn)行，摩擦副均勻接觸程度增加，同時(shí)，在制動(dòng)后期，熱傳導(dǎo)作用占據(jù)主導(dǎo)地位，此時(shí)熱電偶所測(cè)溫度更能反映盤面的整體溫度，所以，在制動(dòng)后期數(shù)值模擬溫度與試驗(yàn)熱電偶所測(cè)盤面溫度偏差值逐漸變小。高速下(200 km/h)，在制動(dòng)后期，模擬計(jì)算溫度開始小于試驗(yàn)熱電偶所測(cè)溫度是由于隨著制動(dòng)初速度的增大，摩擦副之間摩擦生熱變大，制動(dòng)時(shí)間增加，熱傳導(dǎo)變好所致。

3.3.2 模擬計(jì)算與熱電偶測(cè)試的盤面平均溫度偏差

在制動(dòng)過程中，選擇6個(gè)熱電偶所測(cè)盤面平均溫度與模擬計(jì)算(熱電偶的對(duì)應(yīng)位置)得到盤面平均溫度值進(jìn)行比較。圖11所示為不同工況下，試驗(yàn)熱電偶相對(duì)于數(shù)值模擬盤面平均溫度偏差情況。可見：數(shù)值模擬的盤面平均溫度大于熱電偶所測(cè)盤面平均溫度，盤面平均溫度偏差隨制動(dòng)速度的變化曲線呈“V”型分布；在制動(dòng)過程中，2種方法所得盤面平均溫度偏差隨制動(dòng)壓力、制動(dòng)初速度的增大而增大；如圖11(a)所示，當(dāng)制動(dòng)初速度為120 km/h時(shí)，7、16 kN制動(dòng)壓力下的平均溫度偏差最大值分別為55和83 ℃；如圖11(c)所示，當(dāng)制動(dòng)初速度為200 km/h時(shí)，7、16 kN制動(dòng)壓力下的平均溫度最大偏差分別為115和176 ℃；隨著制動(dòng)的進(jìn)行，在制動(dòng)后期，兩者所得盤面平均溫度偏差減小。

圖11 熱電偶測(cè)與數(shù)值模擬的盤面平均溫度偏差隨制動(dòng)速度的變化Fig 11 The change of the disc surface average temperature deviation between thermocouple test and numerical simulation with the braking speed

綜上，在制動(dòng)過程中，紅外熱像儀所測(cè)得的不同工況下制動(dòng)盤盤面溫度與模擬所得溫度最為接近，且隨著制動(dòng)的進(jìn)行，在制動(dòng)中后期，2種方法所得盤面溫度偏差變小。

4 結(jié)論

(1)通過數(shù)值計(jì)算、紅外測(cè)試、熱電偶測(cè)試3種方法得到的制動(dòng)過程中的盤面溫度，存在一定的不一致性。

(2)在制動(dòng)過程中，紅外熱像儀所測(cè)盤面溫度與模擬所得溫度最為接近。由于模擬計(jì)算是建立在摩擦表面完全接觸的基礎(chǔ)上，而實(shí)際制動(dòng)過程中接觸狀況是不均勻的，在制動(dòng)初期，局部接觸易形成高溫，從而導(dǎo)致模擬計(jì)算的溫度低于紅外測(cè)試溫度，在制動(dòng)中后期，摩擦副接觸均勻，2種方法所得盤面溫度偏差變小。

(3)熱電偶測(cè)試溫度受到數(shù)量的限制，檢測(cè)到的最大溫度和平均溫度與模擬計(jì)算溫度偏差較大，且隨制動(dòng)初速度的增大而增大。熱電偶測(cè)試的平均溫度低于模擬計(jì)算溫度。