火车刹车片摩擦性能检测系统研究

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1、《材料加工检测与控制》课程学习报告武汉理工大学火车刹车片摩擦性能检测系统研究课程名称：材料加工检测与控制指导教师：姓名:班级：材料加工工程学号：年月日火车刹车片摩擦性能检测系统研究1.引言当今高科技发展的时代，火车作为交通运输的主要方式之一，使我们对它的安全性要求越来越高。由于火车的工作环境比较恶劣，其制动系统的安全性显得尤为重要。其中，火车刹车片的摩擦性能在关系行车安全和运行可靠性方面起着非常重要的作用。目前我国对火车刹车片检测技术落后，工作效率低，无法快速、准确掌握出轮对状态，严重制约着我国铁路车辆的提速。此外，我国铁路长期处于低

2、装备率、高使用率、高强度运输状态。1992年，我国铁路货物周转量为11549亿/千米，仅次于俄罗斯和美国一级铁路，居世界第三位，旅客周转量，远高于俄罗斯，日本和其它国家，居世界第一位，铁路运输密度达2743.8，居世界第一位。从火车单位功率生产率来看，我国火车的单位功率负荷率居世界之首。目前，正在服役的无毒害刹车片材料为橡胶—树脂—金属纤维—碳纤维组成的复合材料。例如，H300型制动盘的合成刹车片是以腰果液改性酚醛树脂和丁苯橡胶掺合型作为粘结剂的高摩擦系数有机合成刹车片。合成刹车片分为两种牌号：一种为HZ408牌号合成刹车片（普通双层

3、客车用），另一种为HZ5445牌号合成刹车片（准高速客车用）。合成刹车片的特点是：（1）热稳定性好。树脂分解温度高，实际测定温度为377℃；（2）压缩弹性低，噪声小，温度分配均匀；（3）粘结性强，既有树脂的耐老化性，又有橡胶的韧性，热衰退率低，恢复性好；（4）耐磨性好，表面有良好的再现性.由于国民经济快速发展的需要，铁道部几次规定火车提速。当前，我国列车已处于第三次提速阶段。随着运输密度的提高，刹车片的磨耗更加严重。由于刹车片故障而导致的事故时有发生。很多是由于刹车片的摩擦性能下降但未及时发现所引起的，这样给人民的生命财产安全带来严重

4、威胁。火车不断提速以及运输密度的提高势必对刹车片的摩擦性能要求进一步提高，加上摩擦材料更加日新月异，火车刹车片制造厂家为适应市场的要求，必须不断的研发出新型刹车片。开发新的刹车片的同时，也需要我们进一步研制对各性能参数都进行高效试验的刹车片测试试验台。2.摩擦片创新试验台的结构与工作原理根据需要，火车刹车片测试系统要求实现以下功能：首先，建立一个可以模拟火车制动过程的试验台；其次，试验台应具有较高的自动化水平，可对刹车片的温度、压力以及车轮转速进行实时监测；最后，测试系统可对已测参数进行分析，得出刹车片的摩擦特性曲线。2.1摩擦片创新

5、试验台结构机车刹车片惯性制动计算机检测装置——CX-1创新实验台由计算机系统，机械系统，运动控制系统和检测系统组成，火车片刹车系统总体框图如图1所示。图1火车刹车片测试系统总体框图该系统主要设备有：计算机1套；MITSUBISHIFX2N-64MR可编程逻辑控制器1台；FX2N-2AD数模转换器2台；ESD2000-4T0100G/B变频调速器1台；机电装置1套；压力发生器1套；2B-0.11/8空气压缩装置一套。检测传感器：霍尔电流脉冲传感器1个；光电非接触测温传感器1套；接触测温热电偶1对；应变式力传感器及信号放大装置1套；应变式

6、压力传感器1个。①采集软件编程（VB）；②可编程逻辑控制器编程（PLC梯形图）；③数模转换选用与安装；④传感器的装调及抗干扰。图2到图4分别为火车刹车片摩擦性能测试系统的现场图、三维图和总体机构布置图。图2火车刹车片测试系统现场图图3火车刹车片系统三维实体图图4火车刹车片CX-1创新试验台总体机构布置2.2工作原理CX-1创新试验台具体的试验过程为：（1）交流电动机通过联轴器与制动盘中轴相连，从而带动制动盘，采用变频器控制电机使制动盘以预定的速度转动，转速由光电编码器测量。（2）制动盘达到一定的转速后，离合器脱开并由加载钳使试件压紧制

7、动盘。加载是通过带压力表的气缸提供一定的压力传递到气缸中，在气压的作用下推动活塞运动，通过活动铰链将试件以一定的压力压紧在制动盘表面上实现制动。（3）光电编码器还可以测量从开始制动到制动盘静止的转数。制动盘达到一定的转速后，在变频器控制电机减速的同时气缸启动加压并同时记录制动转数，以保证试验结果的准确性。该试验台还安装有热电偶，以测量刹车片材料表面的摩擦温度。2.2.1速度测试原理在转速测试系统中常见的转速检测方式有测速发电机和光电编码器两种。前者的输出为电压信号，主要用于测量精度要求小高的场合，后者的输出为脉文冲信号，常用于测量精度

8、要求较高的数字测速场合。本测控系统采用了LEC-50-G05E增量式光电旋转编码器，它是一种角位移传感器，可将角位移转换为一系列脉冲串，每转一周输出个脉冲，这样通过测量脉冲串的频率或周期即可得到转速值。在用ADuC841