20707

۲۰۷۰۷

شبيه سازي توزيع دما در كفشك ترمز قطار با مدلسازي عددي

كارشناسي ارشد

ماشين هاي ريلي

۹۵

1398/2/31

دكتر محمدرضا طلايي

راه آهن

ترمز كفشكي در قطارهاي باري و مسافري معمولي به عنوان بخش مهمي از ترمز وجود دارد، و حتي در برخي قطارهاي پر سرعت به عنوان ترمز نگهدارنده استفاده مي شود. اين نوع سيستم داراي نقايص و كاستي هايي است از جمله ايجاد گرماي شديد در چرخ كه سبب بروز آسيبهاي مختلفي در چرخ مي شود.بنابراين تحليل حرارتي يكي از گامهاي اوليه طراحي ترمز مي باشد و لازم است كه طراح، ارزيابي درستي از عملكرد حرارتي ترمز در شرايط هاي مختلف ترمز گري داشته باشد. در اين تحقيق به حل عددي مدل حرارتي سيستم ترمز گيري كفشكي پرداخته شده است. كفشك به عنوان قطاعي از يك استوانه ي سوراخ دار فرض شده كه در سطح داخلي ، مماس با سوراخ ، انتقال حرارت به كفشك ناشي از تماس با چرخ وجود دارد.ولي در سطح مقابل آن كه سطح بيروني استوانه است شرط عايق برقرار است . ساير سطوح به دليل تماس با هواي اطراف شرط مرزي انتقال حرارت جابه جايي دارند. براي حل عددي اين مدل از روش حجم محدود استفاده شده است. انتهاي حل به يك دستگاه معادله ماتريسي ختم مي شود.روش ساده و معمول براي حل اين معادله استفاده از ماتريس معكوس است اما در برخي اوقات مثل اين تحقيق سرعت حل را پايين مي آورد. براي همين از روش عددي ADI داگلاس و روش TDMA براي حل اين معادله ماتريسي استفاده مي شود. در انتها به معرفي و ارائه شبيه ساز انتقال حرارت با استفاده از اين روش حل عددي در كفشك ترمز قطار پرداخته شده است،با تغيير دادن نوع ترمز و نوع كفشك به دو مد ترمز گيري تدريجي و كامل و دو نوع كفشك چدني و كامپوزيت نتايج شبيه ساز با هم مقايسه شده است. نتيجه ي كار به صورت يك نرم افزار شبيه ساز ترمز كفشكي قطار مي باشد.در اين نرم افزار با تعيين پروفيل دمايي كفشك در شرايط مختلف مي توان از افزايش بيش از حد دما جلوگيري كرد. سازندگان كفشك هاي جديد مي توانند براي تست كفشك هاي خود و پيش بيني ميزان افزيش دما از آن استفاده كنند.همچنين رانندگان قطار مي توانند براي شبيه سازي فرآيند ترمز از آن بهره مند شوند.اين نرم افزار داده هاي ديگري مثل طول خط ترمز رابراي اطلاع بيشتري راننده در اختيار او قرار مي دهد.

1398/03/27

Thermal Analysis Simulation of a Brake Block by Numerical Methods

5/20/2020 12:00:00 AM

Abstract Temperature is one of the most important parameters in designing brake systems, the present reasearch describes an experimental test and a coupled contact-thermal analysis of a railway wheel/brake block system through the braking process. A coupled simulation method was developed including numerical frictional contact, transient thermal . In the 3D simulation, the effects of the friction, the thermal expansion , and the temperature-dependent material properties were also considered. A good agreement was found between the results of the test and the calculations, for the thermal results. First, a frictional contact FDM calculation is run. In this phase, the brake block is pressed against the wheel, which is rotating at a constant rotational speed according to the measurement. Based on the contact pressure distribution determined by the first simulation block, a transient thermal FDM calculation is performed next. The frictional heat increment is determined for each contacting node, and the frictional heat values are applied as point flux type boundary conditions in the thermal FDM model of the shoe brake.