碳纳米管复合橡胶磨损颗粒物影响因素的试验研究

碳纳米管复合橡胶轮胎是一种应用前景非常广阔的新型高性能轮胎，然而碳纳米管复合橡胶轮胎磨损颗粒物(TWPs)安全性隐患为这类轮胎的广泛应用带来了极大的不确定性. 采用自行设计的摩擦磨损试验机，研究了碳管含量、负载、滚动速度和滑移率对碳纳米管复合橡胶磨损颗粒物性态的影响，分析了这些因素与磨损颗粒物性态及橡胶磨损机理的关系. 结果表明:碳纳米管能够显著增强橡胶耐磨性能并降低胎面温度，增加碳纳米管含量可以有效抑制磨损颗粒物特别是微小颗粒物(≤3 μm)数量. 碳纳米管可以使复合橡胶硬度增加，使微小磨损颗粒物的增长速率高于未添加CNTs的橡胶. 力-化学效应导致的胎面热氧化发黏现象会使磨屑更易团聚粘附在胎面，从而减少微小磨损颗粒物排放. 负载变化主要影响胎面磨损形态，速度和滑移率变化主要影响胎面附着的颗粒物数量和状态. 研究结果可以为防控碳纳米管复合橡胶因磨损而导致的次生危害提供科学参考.      

摩擦粒子填充材料对高速列车闸片制动性能的影响

在自行研制的制动缩比试验台上,对中心孔填充不同材料的高速列车制动闸片摩擦粒子进行拖曳制动试验,并采用有限元分析方法进行制动系统复特征值和接触应力分析,探讨填充不同材料对磨损特性、振动噪声和热分布的影响. 结果表明:原始摩擦粒子中心孔填充材料后,对制动系统的摩擦系数和模态耦合特性未产生显著影响,但对界面磨损行为和系统振动噪声特性产生明显影响. 填充粉末冶金后排屑行为下降,磨损行为更为复杂,制动系统产生的噪声增大;而填充紫铜、石墨和铸铁后的制动噪声均有所降低,尤其填充铸铁后表面磨损相对均匀,其摩擦学性能相较于其他粒子得到一定的改善. 填充材料产生的磨屑及相应的界面磨损行为是影响制动摩擦振动噪声和表面热分布的关键因素,填充合理的材料有助于降低制动噪声和改善制动界面磨损行为及表面热分布.      

高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响

在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.      

纳米铜添加剂改善钢-铝摩擦副摩擦磨损性能的研究

采用环-块摩擦磨损试验机对比考察了钢-铝摩擦副在液体石蜡与含纳米铜颗粒液体石蜡润滑下的摩擦磨损特性,研究了对纳米铜添加剂添加量与载荷对其摩擦磨损性能的影响,通过对磨损表面粗糙度、形貌及其主要元素的能谱分析,探讨了纳米铜颗粒作为添加剂时钢-铝摩擦副的润滑机制.结果表明:含0.25%纳米铜颗粒液体石蜡时,钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能最优;在不同载荷下纳米铜颗粒可以改善铝的摩擦磨损性能,特别在中等载荷(50～125 N)下,其抗磨减摩作用更明显;纳米铜颗粒能够在磨损表面形成一层低剪切强度的铜保护膜,有效地避免粘着磨损,同时阻止铝元素向钢表面的转移,从而显著改善钢-铝摩擦副的摩擦磨损性能.     

往复滑动干摩擦条件下碳烟颗粒的摩擦学特性研究

采用往复摩擦磨损试验机分别研究了生物质燃油碳烟颗粒和0#柴油碳烟颗粒对滑动干摩擦条件下铸铁/铸铁摩擦副摩擦磨损行为的影响;借助扫描电镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪等分析测试设备探讨了不同碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:引入碳烟颗粒后,铸铁摩擦副的摩擦磨损明显减轻,摩擦系数和磨损量均随往复频率的增加而增大;且生物质燃油碳烟颗粒的抗磨减摩效果优于柴油碳烟颗粒.其原因归于碳烟颗粒自身的力学特性、自润滑性以及摩擦副表面特性,主要包括含碳烟颗粒摩擦表面膜的形成、摩擦诱导铁基氧化物的生成,以及摩擦表面有序化碳含量的增加.     

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。     

轮胎磨损颗粒物形貌及产生机理的实验研究

采用自行设计的磨损试验机采集轮胎-路面摩擦副产生的轮胎磨损颗粒物,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析和讨论了不同负载、速度和胎压工况影响下磨损颗粒物的表面形貌、粒度及磨损胎面形貌,建立了磨损颗粒物与胎面磨损形态的关系.结果表明:轮胎磨损颗粒物的粒度和数量类似正态分布,粒度主要集中在100~300μm.轮胎磨损颗粒物的主要产生机理是胎面疲劳剥落,形式主要为片状剥落和卷曲磨损共存,卷曲磨损会导致更多的磨损颗粒物脱离.载荷可使两种磨损形式的主导地位发生转变.接触界面应力提高会使团絮状胎面磨损颗粒物增多,速度增大会明显减小磨损颗粒物粒度.对小于10μm颗粒物来说,工况对其数量影响的主次顺序依次为速度、胎压和载荷.本研究可以为减少因轮胎磨损而导致的磨屑次生危害提供可供借鉴的理论指导.     

导磁制动副摩擦磁化行为及机理研究

利用盘式制动器模拟制动试验台，研究了由磁性有机摩擦片与HT250制动盘构造的导磁制动副在制动过程中的摩擦诱导磁化行为，探讨了制动初速度和制动压力对摩擦磁化的影响规律及作用机理. 结果表明:制动初速度增大将会导致摩擦面温度升高，致使热退磁效应出现，进而使导磁制动副摩擦磁化感应强度减小，这是削弱摩擦磁化的主要因素；随着制动压力的增大，摩擦面温度略微增加但变化不大，但摩擦表面的摩擦磨损程度逐渐加剧，铁镍元素总含量明显上升，导致导磁制动副摩擦磁化磁感应强度增大，从而摩擦磁化获得增强. 研究结果不仅可以为磁控摩擦制动技术的发展提供理论支撑，也可为其他宏观机械和微纳系统界面摩擦磁化研究提供有益理论参考.      

制动工况对汽车半金属刹车片磨损性能的影响

刹车片是汽车制动器的重要部件材料,其磨损特性直接影响制动器工作性能和使用寿命,现有研究主要采用小样试验,不能真实反映刹车片实际使用工况. 采用汽车盘式制动器模拟制动试验台,分析了制动初速度、制动压力、摩擦面温度对刹车片磨损的影响规律. 结果表明:随制动压力、制动初速度或摩擦面温度的增大,磨损量曲线均呈上升趋势,其中制动压力的变化对磨损量的影响较小,制动初速度的变化对其影响最大. 通过几组补充试验得到,没有外界热源干预,制动初速度和制动压力共同作用比摩擦面温度对磨损量的影响更明显. 基于试验结果数据,利用SPSS软件拟合了制动工况参数与磨损量之间的经验公式. 研究结果对于指导汽车刹车片的设计制造和使用维护具有一定理论意义和实用价值.      

碳纤维增强纸基摩擦材料磨损机理研究

以碳纤维为主要增强纤维,采用湿法工艺制备出1种纸基摩擦材料.研究了不同制动次数条件下样品的摩擦磨损行为,通过分析不同制动次数后样品磨损表面的粗糙度特征、三维轮廓形貌、微观形貌和热失重过程,探讨了碳纤维增强纸基摩擦材料的磨损机理.结果表明：随着制动次数的增加,磨损表面粗糙度大幅度降低,材料磨损过程经历了从＂跑合磨损＂到＂稳定磨损＂的转变;材料在磨损过程中微凸体逐渐被磨平,孔隙逐渐被填充,表现出疲劳磨损的特征;磨损后样品表层的热重曲线在320～450℃之间出现了新的剧烈失重峰,表明产生了热磨损;但是磨粒磨损的特征并不明显.     

基于有限元的高速列车车轮多边形磨耗成因分析

研究了中国高速列车车轮多边形磨耗的形成原因,考虑轮对的旋转惯量,建立了高速列车轮对-轨道-盘式制动系统有限元模型. 基于轮轨系统摩擦自激振动的理论,采用有限元复特征值分析法研究了高速列车制动时轮对-轨道-盘式制动系统的稳定性. 研究了饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动系统摩擦力耦合作用对车轮多边形磨耗的影响,并调查了轮轨-轨道-盘式制动系统的参数敏感性. 数值模拟结果表明:在饱和的轮轨蠕滑力和盘式制动器摩擦力耦合作用下,轮轨系统的摩擦自激振动导致高速列车车轮多边形磨耗的产生,其导致的21~22阶和23~24阶车轮多边形磨耗占主导地位,这与中国高速列车高阶车轮多边形磨耗最为符合. 饱和的轮轨蠕滑力主要影响较低阶车轮多边形磨耗,盘式制动器摩擦力主要影响较高阶车轮多边形磨耗. 制动压力为13 kN时,车轮多边形磨耗形成的几率最小,发展速度最慢. 过高或者过低的垂向悬挂力均不利于抑制车轮多边形磨耗. 垂向悬挂力为75 kN时,车轮多边形磨耗形成的可能性最小,发展速度最慢.      

刹车速度对C／C复合材料制动摩擦性能的影响

在MM－1000型摩擦磨损试验上考察了碳布叠层结构的C／C复合材料在不同速度下的制动摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜观察分析了试样磨损表面形貌,结果表明：随着刹车速度的增大,摩擦系数增大,在20－25m/s速度范围出现峰值;当刹车速度增大至28－30m/s时,摩擦系数仍保持较高,体现了优良的高能摩擦特性;磨损量在低速时较小,当刹车速度大于15m/s,磨损量迅速增大,低速时磨损表面由一层薄的磨屑层所覆盖,当速度大于15m／s,大量的磨屑形成一层较厚的磨屑层,高速时由于剧烈的氧化和剪切作用,很多基质碳被氧化剥落,炭纤维被磨断、拔出,使磨损增大。     

基于CBAM-CNN的高速列车制动闸片摩擦块偏磨状态监控

为了解决高速列车制动闸片偏磨状态特征提取困难的问题,提出了一种基于二维图像识别的多尺度卷积和卷积注意力模块(CBAM)结合的状态监控模型. CBAM分别对数据的通道和空间给予不同的关注度以提取出关键的信息,使模型能够准确的对偏磨的状态特征进行提取. 模型的多尺度卷积模块则是增加模型对卷积核尺度的适应性,以提取到更加丰富的特征. 此外,为了防止模型训练过程中梯度爆炸和梯度消失的现象,在模型中加入残差连接. 最后,将所提方法应用于自行研制的高速列车自制试验台得到的制动闸片偏磨数据集,实验结果表明,该模型不仅能够准确有效的识别制动闸片各种偏磨状态,平均准确率达到99.89%,而且也具有较强的稳定性.      

盘式制动器摩擦噪声特性的试验分析

盘式制动器制动时产生的摩擦噪声不仅影响车辆的驾乘舒适性，还会带来严重的环境噪声污染. 摩擦噪声具有瞬时性与不确定性的特点，至今尚未形成对制动器摩擦噪声机理的统一论断. 基于盘式制动器声振试验台，研究了摩擦系数、摩擦力波动系数和等效A声级三个参数在不同制动压力和制动初速度下的变化规律，结合对摩擦片微观特性的试验分析，从摩擦学角度揭示了盘式制动器摩擦噪声的发生规律及机理. 结果表明:摩擦噪声随制动初速度的增大而减小，随制动压力的增加而先增大后减小；制动摩擦噪声由于摩擦系统不稳定而产生，其产生原因是因为摩擦副表面的沟壑与黏着引起，沟壑与黏着程度与噪声的声压与频率呈正相关关系. 研究结果对于解释制动器摩擦噪声发生机理、控制制动器噪声污染具有重要理论意义和实际价值.      

填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟

利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型,重点探讨了填充质量一定时,Cu颗粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响.模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中,在45钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损;随着Cu粒径的增大,摩擦转移量呈增加趋势,说明一定范围内,较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成;滑动摩擦系数随着Cu粒径的增大呈减小趋势;PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小.     

硫化锑质量分数对汽车摩擦材料性能的影响

通过调整摩擦材料基础配方中硫化锑的质量分数,采用直接混合工艺制备出不同组分的摩擦材料,对其进行了理化性能、力学性能、摩擦性能及制动噪音测试,并用SEM、EDX和XRD对不同试样摩擦表面及磨屑进行了表征,分析了其摩擦磨损机制.结果表明:适量硫化锑的加入可促进摩擦表面摩擦膜的形成,从而提高摩擦材料摩擦系数的稳定性、降低磨损率、改善制动噪音.当硫化锑质量分数为5%时,试样的综合性能最佳.     

等离子喷涂铁－镍－钴－碳化钨涂层制动摩擦特性的研究

重载制动摩擦磨损特性制约着刹车装置的刹车性能及其使用寿命．在ＭＭ－１０００试验机上，对等离子喷涂Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ－ＷＣ涂层的重载制动摩擦特性进行了试验研究．结果表明：在相同的试验条件下，等离子喷涂涂层分别与石棉摩擦材料和半金属摩擦材料对摩时的摩擦系数均比与基体３５ＣｒＭｏ钢对摩时的高，制动时间短，制动效率和耐磨性能都明显提高，制动力矩峰比小，刹车平稳，制动特性好；制动摩擦系数与制动压力、速度和转动惯量等参数密切相关，压力增大，摩擦系数减小，速度和转动惯量增大，石棉材料摩擦副的摩擦系数降低，半金属材料摩擦副的摩擦系数升高，而且半金属材料的摩擦系数的热稳定性比石棉摩擦材料的好     

石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响

分别以铜包覆石墨和普通石墨作为润滑组元,采用放电等离子烧结技术制备了两种铜基粉末冶金摩擦材料. 在对两种材料进行微观组织、力学及物理性能检测和对比之后,利用MM1000-Ⅱ型惯性制动试验台测试了不同条件下两者的制动摩擦磨损性能,并通过对试验后两种材料的摩擦表面及其三维形貌特征、表面及近表层主要元素分布特点、磨屑特征和摩擦表面物相进行微观分析,研究了石墨表面金属包覆处理对制动条件下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为的影响,并结合热力学相关理论解释了引起两种材料制动摩擦学行为差异的原因. 结果表明:石墨表面经铜包覆处理后,会使烧结时石墨与Cu基体间的界面结合得到明显改善,且材料的硬度、致密度和导热系数也可显著提高. 随着制动速度的提高,两种材料的平均摩擦系数和磨损率均逐渐降低;在相同的制动条件下,采用铜包覆石墨作润滑剂时,材料的平均摩擦系数和磨损率均较低,同时材料摩擦表面的几何质量较好. 提高制动速度均能够促进两种材料表面形成摩擦膜,但分别采用铜包覆石墨和普通石墨作润滑组元时,材料表面摩擦膜的形成机制存在明显差异. 采用铜包覆石墨时,材料表面主要形成氧化膜,而采用普通石墨时,由于材料表面存在的较多石墨对氧化反应具有较强的抑制作用,而使得此时表面主要形成石墨膜,且其对材料表面的保护效果不及氧化膜.