16369

16369

مدلسازي حرارتي و طراحي ديسك ترمز بهينه در قطارهاي تندرو در حالت واقعي عملكرد

كارشناسي ارشد

ماشين هاي ريلي

آذر 1395

دكتر محمد رضا طلايي

راه آهن

تجزيه و تحليل حرارتي تقريبا در هر نوع از فرآيندهاي فيزيكي نقش دارد و مي‌توان آن را عامل محدود كننده براي بسياري از فرآيندها دانست، علاوه بر اين، اثرات حرارتي در اغلب موارد به عنوان يك نتيجه از ديگر پديده‌هاي فيزيكي در سيستم ترمز ظاهر مي‌شود. با توجه به گراديان دماي بالاي توليد شده به علت بار محوري زياد و همچنين افزايش سرعت در قطارهاي سريع السير موجب پيدايش نقاط داغ مي‌شود كه اين نقاط مستعد ايجاد ترك بوده و باعث كاهش عمر كاري ديسك مي‌شود. بنابراين، مطالعه آناليز حرارتي در ترمز ديسكي از اهميت حياتي برخوردار است. پيش بيني دقيق حداكثر درجه حرارت براي طراحي سيستم ترمز، به ويژه براي ديسك و لنت وچگونگي رسيدن ديسك در حال چرخش با سرعت بالا به نقطه اي از اين درجه حرارت بسيار مهم است. از اينرو بررسي انواع مختلف پره ديسك به منظور بدست آوردن پره بهينه از كارهاي انجام شده مي‌باشد. در اين تحقيق با توجه به عملكرد واقعي سيستم ترمزي قطارهاي پرسرعت، بمنظور محاسبه بيشترين دماي كاري ديسك در مدهاي مختلف ترمزگيري، مي توان از مد ترمزگيري اضطراري كه در آن ترمز ديسكي به تنهايي و از همان ابتداي ترمزگيري از سرعت 350 كيلومتر بر ساعت وارد مدار مي گردد، در تحليل و شبيه‌سازي استفاده نمود. بدين منظور براي بدست آوردن رفتار دمايي ديسك ترمز، ابتدا به حل معادلات حرارتي در مختصات استوانه‌اي با شرايط مرزي ديسك توپر با روش حل جدايي متغييرها پرداخته مي‌شود. همچنين در ادامه حل تحليلي مي توان با اعمال ضريب جابجايي خنك كاري بدست آمده از ديسك پره‌دار، به پروفيل دمايي ديسك پره‌دار نزديك‌تر شد. با توجه به هندسه و شرايط مرزي پيچيده مسئله (ديسك پره‌دار)، نياز به استفاده از حل‌هاي عددي داريم، براي شبيه سازي و حل عددي، نرم افزار آباكوس مورد استفاده قرار گرفته است. بيشينه دماي ديسك به حدود 750 درجه سانتيگراد مي رسد. نتايج نتايج حاكي از آن است كه دما در حالت فشار يكنواخت بيشتر از حالت سايش يكنواخت بدست آمده ولي بطور كلي ميانگين دمايي دو حالت با هم برابر مي‌باشد.

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

Thermal analysis plays a role almost in every physical process an​d could be a limiting agent for many processes. In addition, the thermal effects in many cases appear as a result of other physical phenomena in brake system. High temperature gradient produced by the high axial load an​d also the speed increase in express trains create hot points which are vulnerable to cracking an​d decrease the disk work life. Therefore, study of thermal analysis is critically important. Precise prediction of maximum temperature degree for designing brake system especially for disk an​d lining an​d how to reach a point with this temperature is very important. Therefore, study of various disk blades for achieving optimum blade is what have been done in this regard. In this research in order to attain the thermal behavior of brake disk, we first solve the thermal equations in cylindrical coordination with boundary conditions of filled disk by variables' separation method. Also, following analytic solving we could approach thermal profiles of bladed disk by applying cooling displacement coefficient. Considering the complex geometry an​d boundary conditions of this problem (bladed disk), the analytic solution could no longer respond to the equations which in this state we need digital solutions. For digital simulation an​d solution, we have to use ABAQUS software. Analytic an​d digital solution results in two states of uniform friction an​d uniform pressure are studied which the results imply that temperature in uniform pressure is more than uniform friction but generally, average temperature is the same in both cases. Also, it was determined that temperature in filled disk is more than bladed disk an​d in comparing the type of blades it was determined that a disk with razor blade has a better cooling than pin blade