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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題 目：機(jī)車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析
學(xué) 院：
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學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：
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開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求
1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效。
2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按此電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)。
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打印）在本開(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊(cè)），其中至少應(yīng)包括1篇外文資料；對(duì)于重要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開(kāi)題報(bào)告的最后。
4．統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)》等資料裝入文件袋中。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
1．文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)2500字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。
機(jī)車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析
0.前言
鐵路行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈 ,是擔(dān)負(fù)客、貨運(yùn)量最大和最主要的一種運(yùn)輸工具 ,在中長(zhǎng)途客、貨運(yùn)輸中顯示著巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前 ,國(guó)內(nèi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)保持著健康、穩(wěn)定、持續(xù)的增長(zhǎng) ,鐵路作為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行官 ,其中 ,機(jī)車(chē)車(chē)輛的技術(shù)裝備水平應(yīng)該根據(jù)更好更高的要求 ,通過(guò)技貿(mào)合作 ,不斷采用高新技術(shù) ,使之快速提高 ,以促進(jìn)鐵路運(yùn)輸能力的快速增長(zhǎng) ,適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。
制動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)車(chē)車(chē)輛的重要系統(tǒng) ,直接涉及到列車(chē)的運(yùn)行性能和安全 ,影響著乘客乘坐的舒適度。制動(dòng)系統(tǒng)的性能好壞 ,關(guān)系到車(chē)輛運(yùn)行速度的提高 ,運(yùn)能的增長(zhǎng)。因此 ,制動(dòng)技術(shù)更應(yīng)優(yōu)先于機(jī)車(chē)車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展。
1.中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)概況
與世界各國(guó)一樣中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)機(jī)的發(fā)展也是與鐵路貨運(yùn)和車(chē)輛的發(fā)展密切聯(lián)系的。
多年以來(lái)中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)機(jī)一直沿用AAR系統(tǒng)的二壓力制式直接緩解式制動(dòng)機(jī)。在提速前中國(guó)鐵路普遍客貨列車(chē)制動(dòng)距離均為800m。
1950年初，中國(guó)貨車(chē)以30—40噸級(jí)為主。在貨車(chē)上主要適用K1,K2型三通閥。它們配用6~10英寸制動(dòng)缸，使用灰鑄鐵閘瓦，滿足時(shí)速50Km以?xún)?nèi)，制動(dòng)距離800m的需要。
1958年在K2型制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，研制了GK型制動(dòng)機(jī)，即改K制動(dòng)機(jī)。它采用了較大的14英寸制動(dòng)缸，增強(qiáng)了制動(dòng)力。同時(shí)采用了手動(dòng)空重車(chē)調(diào)整裝置，解決了空車(chē)位制動(dòng)力過(guò)大的問(wèn)題。此外，還采用了緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力分三階段躍升的性能，減少列車(chē)縱向沖動(dòng)。基本上解決了50t貨車(chē)只懂技術(shù)問(wèn)題。在大量推廣后，提高了當(dāng)時(shí)列車(chē)每百?lài)嶉l瓦壓力。從而從制動(dòng)方面保障了貨物列車(chē)運(yùn)行速度的提高。GK型制動(dòng)機(jī)原定為過(guò)度性產(chǎn)品，初衷是為解決50t貨車(chē)的急需，但在重載60t的貨車(chē)也應(yīng)用，知道90年代末120閥研制成功，才全面退役。
1965~1968年研制成功103型空氣分配閥。它采用了間接作用方式，除滑閥仍保留金屬研磨密封外，其余均采用了膜板，O型圈及止閥等全橡膠密封結(jié)構(gòu)，增設(shè)緊急部并內(nèi)置空重車(chē)調(diào)整部，具有制動(dòng)波速高，適應(yīng)各種直徑的制動(dòng)缸及檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是緩解波速不高，不能適應(yīng)萬(wàn)噸重載長(zhǎng)達(dá)列車(chē)。
2.中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)近年來(lái)的發(fā)展與特點(diǎn)
90年代，特別是近幾年，車(chē)輛重載提高到70~80t，運(yùn)行速度提高到120Km/h。研制了以120型空氣控制閥為代表的新一代貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)不斷完善，逐步形成了目前我國(guó)鐵路貨車(chē)主型制動(dòng)系統(tǒng)，包括：120型空氣控制閥、無(wú)極空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置、新高摩合成閘瓦、運(yùn)心集塵器、球芯折角塞門(mén)、旋壓密封式制動(dòng)缸、閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器、新型組合式制動(dòng)梁、不銹鋼管系。嵌入式不銹鋼風(fēng)缸、NSW手制動(dòng)機(jī)等。
2.1 120型空氣制動(dòng)機(jī)
120型空氣制動(dòng)機(jī)是在103型空氣制動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，保留103型空氣制動(dòng)機(jī)原有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)為適應(yīng)萬(wàn)噸列車(chē)的運(yùn)用要求，增加了加速緩解作用及壓力保持操作功能。120閥與美國(guó)AB系列閥均屬于有金屬滑閥的二壓力直接作用式閥，與ABD閥水平相當(dāng)，但可靠性較差，主要表現(xiàn)在檢修周期短。隨著貨車(chē)技術(shù)水平的提高和列車(chē)編組數(shù)量的增加，運(yùn)煤專(zhuān)線開(kāi)行10000~20000t重載貨物列車(chē)，控制閥應(yīng)能適應(yīng)長(zhǎng)大列車(chē)制動(dòng)性能要求，并增加常用加速制動(dòng)和緊急制動(dòng)增壓功能。
2.2空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置
空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置是制動(dòng)機(jī)的另一重要組成部分，起作用是保證車(chē)輛具有足夠的制動(dòng)能力，避免車(chē)輪擦傷和減輕列車(chē)縱向沖動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)貨車(chē)制動(dòng)機(jī)空重車(chē)裝置的自動(dòng)無(wú)極調(diào)整，鐵料院和眉山車(chē)輛廠還研制了KZW—4G和TWG—1型以及KZW—AI系列無(wú)極空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置，于本世紀(jì)初投入生產(chǎn)，在新造及提速造車(chē)上全面推廣使用。不但大量節(jié)省運(yùn)用部門(mén)勞動(dòng)力，并且解決了手動(dòng)調(diào)整時(shí)的誤調(diào)與漏調(diào)問(wèn)題。
2.3列車(chē)脫軌制動(dòng)裝置
列車(chē)脫軌是鐵道車(chē)輛運(yùn)行中的重大行車(chē)事故。車(chē)輛脫軌后由于列車(chē)工作人員沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛仍在機(jī)車(chē)牽引下繼續(xù)行駛，引發(fā)更多車(chē)輛相繼脫軌或傾覆，從而使脫軌事故擴(kuò)大，造成車(chē)輛、貨物、軌枕、路基及道旁設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。
為了有效地降低車(chē)輛脫軌損失，在充分消化吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)脫軌檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)了適合我國(guó)鐵路實(shí)際情況的鐵道貨車(chē)脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置。該裝置采用機(jī)械作用方式，在車(chē)輛脫軌時(shí)能及時(shí)使主風(fēng)管連通大氣，致使列車(chē)產(chǎn)生緊急制動(dòng)，從而避免脫軌事故的擴(kuò)大。
2.4其他制動(dòng)部件
目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)了多種旋壓密封式制動(dòng)缸以滿足不同貨車(chē)的需要，現(xiàn)12旋壓密封式制動(dòng)缸借鑒UIC制動(dòng)缸的優(yōu)點(diǎn)增設(shè)了推桿復(fù)原裝置，較好地解決了基礎(chǔ)制動(dòng)裝置緩解復(fù)位的問(wèn)題。在基礎(chǔ)制動(dòng)方面也相應(yīng)配套地采用球芯塞門(mén)，法蘭接頭，閘瓦間隙調(diào)整器，新型制動(dòng)梁以及高摩合成閘瓦等。具有方便檢修，延長(zhǎng)檢修期，消除漏泄及減少列車(chē)火災(zāi)等等優(yōu)點(diǎn)。
2.5試驗(yàn)裝置
制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，與其試驗(yàn)裝備的發(fā)展與完善密不可分。試驗(yàn)裝備包括新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的研究性試驗(yàn)裝置和成熟產(chǎn)品生產(chǎn)、檢修用的檢驗(yàn)、試驗(yàn)裝置。在生產(chǎn)檢修用試驗(yàn)裝置方面，目前正在進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)儀器進(jìn)行有計(jì)劃地完善和更新，逐步實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)微機(jī)化已取得了較大的發(fā)展。到目前為止眉山、鐵科院等單位相繼研制了120閥微機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、空重車(chē)自調(diào)裝置微機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、微機(jī)單車(chē)試驗(yàn)器等試驗(yàn)設(shè)備。微機(jī)試驗(yàn)設(shè)備不僅能對(duì)受試件進(jìn)行完全的性能試驗(yàn)還能進(jìn)行精確的定量試驗(yàn)，不論是試驗(yàn)效率和測(cè)試精度較手動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)都有了很大晨讀的提高。微機(jī)試驗(yàn)設(shè)備在全路的大量推廣使用，極大的提高了貨車(chē)空氣控制閥等產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢修質(zhì)量。
在研究性試驗(yàn)裝置方面，綜合性的環(huán)境試驗(yàn)室、仿真振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、客車(chē)列車(chē)試驗(yàn)臺(tái)、動(dòng)車(chē)組試驗(yàn)臺(tái)、專(zhuān)用和綜合耐久試驗(yàn)臺(tái)、老化試驗(yàn)臺(tái)裝置等也正在完善和實(shí)施。
3.鐵路車(chē)輛制動(dòng)的主要方式和發(fā)展方向
3.1發(fā)展方向
根據(jù)鐵道部關(guān)于發(fā)布《鐵路主要技術(shù)政策》的通知：鐵路技術(shù)發(fā)展的總目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化。逐步建立客運(yùn)快速、貨運(yùn)快捷和重載、行車(chē)高密技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，高新技術(shù)與適用技術(shù)并重，不同層次技術(shù)裝備并存的具有中國(guó)鐵路特點(diǎn)的技術(shù)體系。
客車(chē)采用盤(pán)形制動(dòng)。推廣電空制動(dòng)、雙管供風(fēng)、防滑器、小間隙自動(dòng)車(chē)鉤和密接式車(chē)鉤等裝備。機(jī)車(chē)采用空電聯(lián)合制動(dòng)及新型基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，研究減少列車(chē)縱向沖動(dòng)的技術(shù)措施。貨車(chē)采用120型空氣制動(dòng)機(jī)及空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置，逐步淘汰GK、103等舊型制動(dòng)機(jī)，積極采用高摩合成閘瓦，發(fā)展整體鑄鋼輪?？爝\(yùn)貨車(chē)采用新型基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。
3.1.1采用高摩合成閘瓦
在列車(chē)的高速及低速運(yùn)行階段,高摩合成閘瓦的摩擦系數(shù)均較高,且比較均衡,這是滿足提高速度和重載要求的最簡(jiǎn)便和最有效的措施之一。
3.1.2 采用無(wú)級(jí)空重車(chē)自動(dòng)調(diào)整裝置
它是一種提高貨物列車(chē)制動(dòng)力、提高運(yùn)行速度的重要部件。應(yīng)合理選擇參數(shù),尤其要妥善解決稱(chēng)重方法及其準(zhǔn)確性,以充分利用粘著力,提高列車(chē)的均衡制動(dòng)力。
3.1.3 雙側(cè)閘瓦制動(dòng)
目前,我國(guó)鐵路貨物列車(chē)均采用單側(cè)閘瓦制動(dòng),列車(chē)制動(dòng)力已越來(lái)越不適應(yīng)貨物列車(chē)運(yùn)行速度不斷提高的新要求,可以考慮采用雙側(cè)閘瓦制動(dòng),這也是一項(xiàng)提高貨物列車(chē)制動(dòng)力和運(yùn)行速度的重要措施。
3.1.4 改進(jìn)120 型空氣分配閥
現(xiàn)有120 型空氣分配閥的性能參數(shù)是針對(duì)速度相對(duì)較低(小于或等于90 km/ h) 、列車(chē)重量較大(5 000 t～10 000 t ) 的長(zhǎng)大貨物列車(chē)設(shè)計(jì)的,采用了相應(yīng)較慢的制動(dòng)、緩解與充氣特性。這對(duì)快運(yùn)貨車(chē)而言,則會(huì)造成空走距離過(guò)長(zhǎng),引起閘瓦制動(dòng)功率增高等問(wèn)題。同時(shí),為了運(yùn)營(yíng)方便,快運(yùn)貨車(chē)有時(shí)需要附掛在旅客列車(chē)中混編運(yùn)行,此時(shí)120 型分配閥與104 型客車(chē)分配閥的制動(dòng)、緩解性能差異較大,容易產(chǎn)生縱向沖動(dòng)或抱閘等問(wèn)題。因此,迫切需要改進(jìn)120型空氣分配閥以適應(yīng)快運(yùn)貨車(chē)的運(yùn)行環(huán)境。采用120 K型(快速120 閥) 制動(dòng)系統(tǒng),可縮短空走時(shí)間。
3.1.5 盤(pán)形制動(dòng)+ 單元制動(dòng)+ 防滑器
制動(dòng)盤(pán)、合成閘瓦、單元制動(dòng)缸組成一個(gè)盤(pán)形制動(dòng)機(jī),整體結(jié)構(gòu)緊湊,沒(méi)有復(fù)雜的桿件傳動(dòng),傳動(dòng)效率高。單元制動(dòng)缸是盤(pán)形制動(dòng)機(jī)的施力機(jī)構(gòu),同時(shí)踏面清掃器也采用單元制動(dòng)缸的結(jié)構(gòu)。防滑器和盤(pán)形制動(dòng)(機(jī)械式) 一起使用可提高粘著利用率。盤(pán)形制動(dòng)具有良好的摩擦性能,且運(yùn)用經(jīng)濟(jì),維護(hù)簡(jiǎn)單。
3.1.6 貨車(chē)制動(dòng)鋁合金化
我國(guó)鐵路鋁合金貨車(chē)已開(kāi)始批量推廣運(yùn)用,制動(dòng)產(chǎn)品輕量化、鋁合金化已迫在眉睫。1996年,120 型貨車(chē)空氣控制閥的8 種壓鑄件(主閥上蓋、主閥下蓋、主閥前蓋、緩解閥上蓋、緩解閥下蓋、緩解閥體、緊急閥上蓋、緊急閥下蓋) 已開(kāi)始批量裝車(chē)。這8種鋁合金壓鑄件對(duì)改善120 型制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)性能及制動(dòng)部件輕量化起到了積極的促進(jìn)作用,但在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)用中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。120 閥主閥體、緊急閥體、中間體三大件的鋁合金化2003年下半年已通過(guò)部級(jí)審查,2004 年上半年開(kāi)始小批量裝車(chē)。 120 閥的8種壓鑄件屬于壓力鑄造,材質(zhì)為YZAlSi8Cu3;120 主閥體、緊急閥體、中間體三大件屬于重力鑄造,材質(zhì)為ZAlSi9Cu2Mg。隨著120閥的鋁合金化及其他鋁合金化制動(dòng)部件在鐵路上的逐漸推廣運(yùn)用,有必要對(duì)上述鋁合金表面處理問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。
3.1.7 ECP 制動(dòng)技術(shù)
ECP是電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)的縮寫(xiě)，是用微機(jī)系統(tǒng)直接控制副風(fēng)缸向制動(dòng)缸充風(fēng)制動(dòng)及制動(dòng)缸緩解，空氣是制動(dòng)力產(chǎn)生的來(lái)源，但空氣不作為制動(dòng)指令傳遞的介質(zhì)。采用ECP 制動(dòng)系統(tǒng)能很好地解決重載貨物列車(chē)的一系列制動(dòng)技術(shù)難題, 它具有如下基本功能: (1) 階段制動(dòng)和階段緩解; (2) 向副風(fēng)缸連續(xù)充風(fēng); (3) 根據(jù)車(chē)輛載荷調(diào)整車(chē)輛制動(dòng)力; (4) 連續(xù)故障檢測(cè)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視; (5) 空氣制動(dòng)作備用。
為使我國(guó)盡快開(kāi)行20000t重載貨物列車(chē),可先引進(jìn)國(guó)外成熟的ECP制動(dòng)技術(shù),并運(yùn)用到重載列車(chē)上。在此基礎(chǔ)上,消化吸收,自行研制,爭(zhēng)取早日研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ECP 制動(dòng)系統(tǒng),使我國(guó)貨車(chē)制動(dòng)技術(shù)邁上一個(gè)新臺(tái)階
3.2 主要方式
早期貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置基本上采用單側(cè)踏面制動(dòng)。隨著車(chē)輛速度和載重量的提高，對(duì)轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置也提出了新的要求。由于不同國(guó)家對(duì)制動(dòng)距離的要求不盡相同，所以高速貨車(chē)轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)方式有較大差異，雙側(cè)踏面制動(dòng)和盤(pán)形制動(dòng)得到廣泛應(yīng)用。歐洲鐵路對(duì)制動(dòng)距離要求較高，120km/h以下的貨車(chē)采用單側(cè)或雙側(cè)踏面制動(dòng)，當(dāng)速度為120km/h以上時(shí)，普遍采用盤(pán)形制動(dòng)加防滑器的方式。北美鐵路對(duì)制動(dòng)距離的要求不高，且受三大件轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的制約，難以實(shí)現(xiàn)雙側(cè)踏面制動(dòng)和盤(pán)形制動(dòng)，故仍采用單側(cè)踏面制動(dòng)。采用何種方式的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置,可通過(guò)其軸制動(dòng)功率來(lái)確定：式中q0為軸重；V0為制動(dòng)初速；FB為制動(dòng)力； 為平均減速度。
最大軸制動(dòng)功率取決于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置所能承受的熱負(fù)荷性能。計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算和試驗(yàn)表明，840mm直徑的車(chē)輪,軸重為21噸，相應(yīng)的赫茲接觸應(yīng)力為850N/mm2左右,其允許的最大熱應(yīng)力約300N/mm2。對(duì)于采用鑄鐵閘瓦踏面制動(dòng)，其最大極限軸制動(dòng)功率為240KW，采用合成閘瓦為340KW，若采用盤(pán)形制動(dòng)則可達(dá)到760KW，目前歐洲國(guó)家運(yùn)用的時(shí)速為160km/h的高速貨車(chē)轉(zhuǎn)向架，其緊急制動(dòng)時(shí)的軸制動(dòng)功率已超過(guò)踏面制動(dòng)的最大極限軸制動(dòng)功率，達(dá)到350KW左右，故高速貨車(chē)必須采用盤(pán)形制動(dòng)。因中國(guó)新頒布的《鐵路主要技術(shù)政策》對(duì)制動(dòng)距離的規(guī)定同歐洲鐵路基本相近，故可吸取歐洲國(guó)家高速貨車(chē)轉(zhuǎn)向架采用盤(pán)形制動(dòng)的方式。采用盤(pán)形制動(dòng)的方式不僅能大大提高最大的軸制動(dòng)功率，而且由于制動(dòng)盤(pán)與閘片間的摩擦系數(shù)相對(duì)于閘瓦與踏面間的摩擦系數(shù)來(lái)說(shuō)要穩(wěn)定得多，故還可降低制動(dòng)時(shí)的縱向沖動(dòng)。
制動(dòng)方式是指制動(dòng)時(shí)列車(chē)動(dòng)能的轉(zhuǎn)移方式或制動(dòng)力獲取的方式。從作用力與列車(chē)的關(guān)系來(lái)看，驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)都需要列車(chē)作用以外力。從能量的觀點(diǎn)看，驅(qū)動(dòng)是機(jī)車(chē)將燃料所具有的能量或電廠所發(fā)出的電能轉(zhuǎn)變成列車(chē)的動(dòng)能；制動(dòng)就是設(shè)法將此動(dòng)能從列車(chē)上轉(zhuǎn)移出去，使列車(chē)減速或停止。采取什么制動(dòng)方式使列車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)移出去，采取什么制動(dòng)方式獲取這種外力—制動(dòng)力，是制動(dòng)的基本問(wèn)題。因此，制動(dòng)方式的研究是制動(dòng)研究的基礎(chǔ)。
3.2.1 列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)移方式
分兩類(lèi)：“熱逸散”和可用能。
（1）熱逸散
動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后消散于大氣中。摩擦制?dòng)：把列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ翢崮堋ＤΣ林苿?dòng)分固體摩擦制動(dòng)和液體摩擦制動(dòng)；動(dòng)力制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)將牽引電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)，通過(guò)它將列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。動(dòng)力制動(dòng)分電阻制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)和軌道渦流(線性渦流)制動(dòng)：
1）固體摩擦制動(dòng)：
① 閘瓦制動(dòng)(踏面制動(dòng))：用鑄鐵
或合成材料制成的閘瓦壓緊滾動(dòng)
的車(chē)輪，使輪瓦間發(fā)生摩擦，列車(chē)
動(dòng)能極大部分變成熱能，最終消散
于大氣中。是目前鐵路使用最廣泛
的一種制動(dòng)方式。（見(jiàn)右圖）
② 盤(pán)型制動(dòng)；用制動(dòng)夾鉗使閘片(一般用
合成材料制成)夾緊裝固在車(chē)軸或車(chē)輪輻
板上的制動(dòng)圓盤(pán)(一般為鑄鐵盤(pán))，上閘片
與制動(dòng)圓盤(pán)間產(chǎn)生摩擦，把動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊?
能，消散于大氣中。
③ 軌道電磁制動(dòng)(磁軌制動(dòng))；制動(dòng)時(shí)，安裝
在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁下的下方，電磁鐵勵(lì)磁，
與鋼軌產(chǎn)生吸力。列車(chē)的動(dòng)能通過(guò)電磁鐵下
的磨耗板與鋼軌的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)鋼軌
和磨耗板，最終散于大氣。
（2）列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)變成可用能
1）再生制動(dòng)：
與電阻制動(dòng)相似，也是將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。不同的是將電能反饋回電網(wǎng)，而不是變成熱能消散掉。很明顯，再生制動(dòng)方式既節(jié)約能源又減少制動(dòng)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，并且基本上無(wú)磨耗，因此是一種非常理想的動(dòng)力制動(dòng)方式。但只能用于由電網(wǎng)供電的電力機(jī)車(chē)和電動(dòng)車(chē)組，反饋回電網(wǎng)的電能要馬上由正在牽引運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)或電動(dòng)車(chē)組接受和利用。
在各種制動(dòng)方式中，唯有再生制動(dòng)方式幾乎不需要在列車(chē)上增加任何部件，因此它已成為高速列車(chē)極為重要的一種制動(dòng)方式。列車(chē)的再生制動(dòng)能力不但取決于電機(jī)的功率，更受制于線路供電網(wǎng)的網(wǎng)壓。
4.中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)下一步的重點(diǎn)研究方向
4.1制動(dòng)能力提升與輪瓦關(guān)系問(wèn)題的研究
重載列車(chē)主要是編組輛數(shù)遠(yuǎn)多于一般貨物列車(chē)的超長(zhǎng)列車(chē)，此外還具有一個(gè)重要特點(diǎn)是使用大軸重的貨車(chē)車(chē)輛。貨車(chē)提高軸的重不僅能增加牽引重量，還能減少列車(chē)編組輛數(shù)，從而有利于司機(jī)操縱和縮短站線有效長(zhǎng)度，對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)有重大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高軸重增加列車(chē)編組輛數(shù)是國(guó)際重載列車(chē)的兩個(gè)重要發(fā)展方向。
軸重增加必然會(huì)同時(shí)導(dǎo)致車(chē)輪載荷條件的惡化，進(jìn)而影響車(chē)輪和鋼軌的使用壽命。為此，當(dāng)前北美鐵路協(xié)會(huì)（AAR）要求根據(jù)S—660標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新車(chē)輪進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，以檢驗(yàn)其應(yīng)力水平，主要考慮機(jī)械載荷（垂向載荷和橫向載荷）及制動(dòng)熱負(fù)荷的作用。按照AARS—660規(guī)范，100噸載荷條件相當(dāng)于軸重30t貨車(chē)車(chē)輪的使用條件，最大軸重32.5t的重載貨車(chē)則比標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪載重增加9%以上，故而需要采用直徑915mm的車(chē)輪。我國(guó)貨車(chē)車(chē)軸近年來(lái)已確定新造貨車(chē)以23t軸重為設(shè)計(jì)便準(zhǔn)，對(duì)大秦線這樣的重載專(zhuān)線則以25t軸重的貨車(chē)為標(biāo)準(zhǔn)，特別是已經(jīng)正式開(kāi)行的2萬(wàn)噸級(jí)重載列車(chē)基本上使用C80等25噸軸重的貨車(chē)。隨著貨運(yùn)通道的發(fā)展，鐵道通用貨車(chē)軸重將達(dá)到27t，專(zhuān)用貨車(chē)軸重達(dá)到30t以上。隨著鐵路貨運(yùn)車(chē)輛的載重（總重）、列車(chē)編組長(zhǎng)度不斷增加，其所需要的制動(dòng)力也相應(yīng)增加，形成目前困擾車(chē)輛制動(dòng)距離、運(yùn)行速度、牽引噸位與輪瓦關(guān)系、縱向沖動(dòng)等相互制約、相互矛盾的問(wèn)題越來(lái)越突出。
另外，重載列車(chē)的車(chē)輪制動(dòng)熱負(fù)載問(wèn)題需要深入的研究。制動(dòng)熱負(fù)荷可能導(dǎo)致3種類(lèi)型的車(chē)輪問(wèn)題，即車(chē)輪踏面的裂紋、熱失效和熱機(jī)剝離。國(guó)內(nèi)外對(duì)重載車(chē)輪制動(dòng)熱負(fù)荷問(wèn)題的大量試驗(yàn)研究結(jié)果標(biāo)明，坡道制動(dòng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)最為嚴(yán)重，是影響閘瓦更換和車(chē)輪維修的主要原因。因此，應(yīng)重視制動(dòng)熱負(fù)荷問(wèn)題，作為改善輪瓦磨耗、延長(zhǎng)重載車(chē)輛車(chē)輪使用壽命的重要研究方向。
5 結(jié)論
隨著機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，不僅需要專(zhuān)門(mén)的制動(dòng)行業(yè)的工程技術(shù)人員的參入，而且在不久的將來(lái)將會(huì)有多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)的交溶發(fā)展。制動(dòng)系統(tǒng)將涉及到電氣控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、信號(hào)通訊等不同的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。因此，需要多方面合作，盡早出現(xiàn)具有中國(guó)特色的知名的制動(dòng)機(jī)公司，在國(guó)際制動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)占有一席之地。
綜上所述，需要解決目前鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，加以進(jìn)一步完善。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)鐵路貨車(chē)的發(fā)展，積極吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造機(jī)技術(shù)，研制作用性能優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)與模塊化集成的新一代貨車(chē)制動(dòng)機(jī)，形成具有世界一流水平的中國(guó)鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 閘瓦踏面制動(dòng)熱過(guò)程的仿真研究 姚偉偉/何忠 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,金屬及化學(xué)研究所 2010.1.22
[2] 城市軌道交通車(chē)輛踏面制動(dòng)熱應(yīng)力仿真分析 劉海波/厲硯磊/石啟龍/楊建偉 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2012
[3] 列車(chē)制動(dòng) 饒忠 北京：中國(guó)鐵道出版社 2004
[4] 鐵路車(chē)輛用聚合物基復(fù)合材料制動(dòng)閘瓦 黃凱兵/杜植院/陳憲宏等 電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛 2004
[5] 高速列車(chē)制動(dòng)方式的比較研究 楊成美 江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州機(jī)電分院2005.1
[6] 一種窄軌電機(jī)車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng) 寧永芳/熊鐵鋼/劉小軍 湘潭電機(jī)股份有限公司 2008.1
[7] 窄軌電機(jī)車(chē)技術(shù)及發(fā)展展望 陳清理/錢(qián)明華 湘潭電機(jī)股份有限公司 2011.2
[8] 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 劉極峰 高等教育出版社 2004.7
[9] 有限元基礎(chǔ)教程 曾攀 高等教育出版社 2009.7
[10] 機(jī)械設(shè)計(jì) 徐錦康 高等教育出版社 2004.4
[11] 機(jī)械原理 朱理 高等教育出版社 2010.4
[12] 互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ) 胡鳳蘭 高等教育出版社 2010.8
[13] 材料力學(xué) 劉鴻文 高等教育出版社 2004.1
[14] 理論力學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 高等教育出版社 2009.7
[15] 內(nèi)燃機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的探討 丁峰 中國(guó)北車(chē)集團(tuán) 2004.12
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
２．開(kāi)題報(bào)告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施
機(jī)車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析
一．課題的目的與意義
本課題是針對(duì)礦工電機(jī)車(chē)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵部件的有限元分析。在科技高速發(fā)展的今天，不管是客運(yùn)列車(chē)還是貨運(yùn)列車(chē)都有了很大的變化，高速、重載。機(jī)車(chē)車(chē)輛的技術(shù)裝備水平根據(jù)更好更高的要求 ,通過(guò)技貿(mào)合作 ,不斷采用高新技術(shù) ,快速提高 ,促進(jìn)了鐵路運(yùn)輸能力的快速增長(zhǎng) ,適應(yīng)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。正由于機(jī)車(chē)的高速、重載，使得制動(dòng)系統(tǒng)成了機(jī)車(chē)車(chē)輛最重要的系統(tǒng)之一，其直接涉及到列車(chē)的運(yùn)行性能和安全。制動(dòng)系統(tǒng)的好壞，關(guān)系到列車(chē)運(yùn)行速度的提高，運(yùn)能的增長(zhǎng)。因此，課題的目的在于設(shè)計(jì)合理的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以滿足機(jī)車(chē)制動(dòng)距離及制動(dòng)時(shí)間的要求，并且分析其關(guān)鍵部件的應(yīng)力及應(yīng)變等，了解閘瓦磨損的原因。
課題研究的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、制動(dòng)安全、經(jīng)濟(jì)。通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件的有限元分析，建立虛擬裝配模型?？梢院?jiǎn)化制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，降低了成本，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，通過(guò)課題的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們改善結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的能力，使我們更熟練地運(yùn)用UG做三維建模及設(shè)計(jì)仿真。
二．課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望
機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)目前多用在窄軌電機(jī)機(jī)車(chē)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中要求用機(jī)械鎖止方法保證機(jī)車(chē)在原地停止不動(dòng)，在任何情況下不至于滑動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單、操作輕便、安全、成本較低。
隨著貨運(yùn)列車(chē)的發(fā)展，高速、重載已經(jīng)成為主要的發(fā)展方向，但是安全問(wèn)題不容忽視，為了能使機(jī)車(chē)能在規(guī)定的距離范圍內(nèi)減速或停車(chē)，制動(dòng)系統(tǒng)是必不可少的系統(tǒng)。對(duì)礦運(yùn)機(jī)車(chē)來(lái)說(shuō)，機(jī)械制動(dòng)已成為其主流的發(fā)展方向?？紤]到貨運(yùn)機(jī)車(chē)屬于窄軌機(jī)車(chē)，所需的制動(dòng)力相對(duì)小，因此，采取手輪式的機(jī)械制動(dòng)方式。由于該系統(tǒng)是由人力來(lái)操作的，因此要求杠桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要使手輪操作力不大于160N力。
即便目前機(jī)車(chē)的制動(dòng)方式多用電氣制動(dòng)及空氣制動(dòng)，但機(jī)械制動(dòng)操作方便，司機(jī)帶動(dòng)強(qiáng)度低，制動(dòng)系統(tǒng)工作敏捷、迅速、空行程短等特點(diǎn)，使得機(jī)械制動(dòng)在未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展中仍然占有比較大的比重。特別是礦運(yùn)窄軌機(jī)車(chē)，對(duì)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景。
三．課題主要內(nèi)容和要求
1.總體方案設(shè)計(jì)計(jì)算
2.設(shè)計(jì)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并對(duì)主要零件進(jìn)行計(jì)算分析
3.建立制動(dòng)系統(tǒng)三維模型，裝配模型
4.建立制動(dòng)系統(tǒng)虛擬樣機(jī)
5.進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)主要零件有限元分析，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，分析失效形式和原因
6.工程圖設(shè)計(jì)
7.撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，字?jǐn)?shù)15000以上
8.指導(dǎo)老師評(píng)閱、學(xué)生修改及打印說(shuō)明書(shū)
9.畢業(yè)答辯
四．研究方法、步驟和措施
1.研究方法
查閱機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析的相關(guān)資料與手冊(cè)，進(jìn)行總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。按照機(jī)車(chē)粘重及制動(dòng)距離對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2.步驟和措施
（1）確定制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
（2）按要求對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)主要零件進(jìn)行計(jì)算分析
（3）利用UG對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部件三維建模，并進(jìn)行裝配
（4）利用UG對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析，分析其應(yīng)力、應(yīng)變等
（5）分析關(guān)鍵部件的失效形式和原因，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化
（6）建立制動(dòng)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專(zhuān)業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日