矿机车盘式制动器热裂纹的摩擦热力学分析与预防

本文主要探讨了矿机车盘式制动器在实际运行中因热裂纹导致制动失效的问题，并深入研究了制动过程中摩擦热力学的计算方法。针对制动盘在制动过程中动能转化为热能的现象，文章强调了热应力对制动盘性能的影响，特别是在极端条件下可能导致热裂纹的形成，从而影响制动系统的稳定性和可靠性。 首先，作者介绍了热-结构耦合方法的研究背景，指出在制动盘的复杂非稳态温度场和热应力场中，传统的理论分析面临挑战。直接法和间接法是两种常用的耦合分析方法，文中采用了间接法，通过摩擦功率法来确定热流密度。这种方法首先基于摩擦力在制动盘和摩擦片之间的分布，计算出单位时间内摩擦产生的功率，进而推导出热流密度的表达式。 公式（1）和（2）展示了摩擦力与摩擦系数、压力和摩擦片面积的关系，以及摩擦力随时间和位置的变化。公式（3）进一步展示了摩擦功率与线速度、摩擦系数、周向距离等因素的关联。通过对这些物理量的计算，文章确定了制动盘热力学模型的基础。 接着，文章详细探讨了热分析的边界条件，即考虑了热对流和热辐射的影响，这在实际制动环境中是至关重要的，因为它们会显著影响热能的传递和分布。通过建立具有表面径向裂纹的制动盘有限元模型，作者能够模拟这种复杂的热-结构交互作用。 通过子模型技术，作者实现了热-结构耦合分析，结果显示温度变化引起的最小熵效应对裂纹发展有显著影响。特别是，热载荷作用下，制动盘裂纹的远心端点会产生较大的拉应力，这正是裂纹扩展的关键区域。这一发现对于理解和预测制动盘的热稳定性具有重要意义，有助于预防制动失效和提高制动系统的维护效率。 本文通过深入研究矿机车盘式制动器的摩擦热力学，提出了有效的热-结构耦合分析方法，为制动盘的设计优化和故障预防提供了理论依据，对于提升煤矿机械的安全性和生产效率具有实用价值。