Numeryczna i eksperymentalna analiza procesu wymiany ciepła w kolejowym hamulcu tarczowym

• Autorzy: Wolff Andrzej , Kukulski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.36137/1857P

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Skuteczność działania hamulców kolejowych jest silnie uzależniona od stanu cieplnego tarczy hamulcowej i okładzin ciernych. Efektywną metodą badawczą procesu wymiany ciepła w hamulcach jest symulacja komputerowa, a także badania eksperymentalne na pełnowymiarowym stanowisku dynamometrycznym. W artykule zaprezentowano dwuwymiarowy, osiowo-symetryczny model numeryczny nieustalonego przewodnictwa cieplnego w hamulcu kolejowym. Przyjęto stosowne warunki brzegowe dotyczące ciepła generowanego w hamulcu oraz odprowadzanego do otoczenia. Zagadnienie rozwiązano za pomocą metody elementów skończonych. Wstępnie porównano wyniki badań eksperymentalnych i symulacyjnych intensywnego hamowania pociągu od prędkości 320 km/h do zatrzymania. Uzyskano zbliżone wartości maksymalnych temperatur w końcu hamowania – około 500°C, przy pewnym zróżnicowaniu przebiegów temperatur w trakcie analizowanego procesu. Wskazane jest dalsze rozwijanie badań tego zagadnienia.

Słowa kluczowe

PL

stanowisko dynamometryczne; wymiana ciepła; hamulec; badania symulacyjne

• Wydawca: Instytut Kolejnictwa
• Czasopismo: Problemy Kolejnictwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Z. 185
• Strony: 59--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Wolff Andrzej

• Politechnika Warszawska, Wydział Transportu

autor

Kukulski Jacek

• Instytut Kolejnictwa, Laboratorium Badań Taboru

Bibliografia

• 1. Eriksson M., Bergman F., Jacobson S.: On the nature of tribological contact in automotive brakes, Wear 252, pp. 26–36, 2002.
• 2. Hwang P., Wu X., Jeon Y. B.: Thermal-mechanical coupled simulation of a solid brake disc in repeated braking cycles, Proc. Inst. Mech. Eng., Vol. 223, Part J: J. Engineering Tribology, pp. 1041-1048, 2009.
• 3. Jung S. P. et.al.: Finite element analysis of thermoelastic instability of disc brakes, Proc. of the World Congress on Engineering, 2010, Vol II, London, 2010.
• 4. Kim M.: Development of the Braking Performance Evaluation Technology for High-speed Brake Dynamometer, Intern. Jour. of Systems Applications, Engineering & Development, Issue 1, Vol. 6, 2012.
• 5. Konowrocki R. et.al.: Temperature field analysis of brake discs for high speed train using infrared technology, Advanced Rail Technologies 5th Intern. Konferencja, Warszawa, 2016.
• 6. Konowrocki R. et.al.: Dystrybucja energii cieplnej w elementach układu hamulcowego pojazdów dużych prędkości, Pojazdy Szynowe, Vol.2, pp.1-14, 2014, Supl. na płycie CD.
• 7. Lozia Z., Wolff A.: Th ermal state of automotive brakes after braking on the road and on the rollstand, SAE Special Publication No 1229 / SAE Technical Paper No 971040, pp. 107-115, Detroit (USA), 1997.
• 8. Mackin T.J. et al.: Th ermal cracking in disc brakes, Engineering Failure Analysis 9, pp. 63-76, 2002.
• 9. Nisonger R.L., Yen Chih-Hung, Antanaitis D.: High temperature brake cooling – characterization for brake system modeling in race track and high energy driving conditions, SAE Paper 2011-01-0566, 2011.
• 10. Palmer E. et.al.: Analysis of air flow and heat dissipation from a high performance GT car front brake, SAE Paper No. 2008-01-0820, 2008.
• 11. Shahzamanian M. et.al.: Transient and thermal contact analysis for the elastic behavior of functionally graded brake disks due to mechanical and thermal loads, Materials and Design 31, pp. 4655–4665, 2010.
• 12. Schuetz T.: Cooling analysis of a passenger car disk brake, SAE Paper 2009-01-3049, 2009.
• 13. Tonchev A., Hirschberg W., Jagsch S.: Investigation of the thermal vehicle brake behavior during the vehicle’s development phase by c o-simulation, SAE Paper No. 2007-01-3935, 2007.
• 14. Wiśniewski S.: Wymiana ciepła, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne (wyd. 6), Warszawa, 2009.
• 15. Wolff A.: Teoretyczno-eksperymentalna analiza procesu wymiany ciepła w hamulcach samochodowych, praca doktorska, Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, Warszawa, 1992.
• 16. Wolff A.: A method to achieve comparable thermal states of car brakes during braking on the road and on a high-speed roll-stand, Archives of Transport, Vol. XXII, No.2, pp. 259-273, 2010.
• 17. Wolff A.: Analiza numeryczna i eksperymentalna procesu wymiany ciepła w hamulcach samochodowych, Postępy Nauki i Techniki, nr 14, s. 250-261, Lublin 2012.
• 18. Wolff A.: Modelowanie i symulacja numeryczna procesu wymiany ciepła w hamulcach samochodowych, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, Transport, Oficyna Wydawnicza PW, nr 112, 2016, s. 411-421.
• 19. Yildiz Y., Duzgun M.: Stress analysis of ventilated brake discs using the fi nite element method, Intern. Journal of Automotive Technology, Vol. 11, No. 1, pp. 133−138, 2010.
• 20. Zienkiewicz O.C., Morgan K.: Finite Elements and Approximation, John Wiley & Sons, Inc. NY, 1983.