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70%低地板有轨电车制动盘热负荷特性及优化策略研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

随着城市化进程的加速，城市人口不断增长，交通拥堵和环境污染等问题日益严重。在这样的背景下，城市轨道交通作为一种高效、环保、节能的公共交通方式，得到了越来越广泛的应用和发展。低地板有轨电车作为城市轨道交通的重要组成部分，以其独特的优势在城市交通中扮演着愈发重要的角色。

低地板有轨电车具有造价低、工期短、污染少、节能环保等显著特点。其轨道可直接在现有马路上铺设，车辆在地面停靠，运行系统建造成本仅为地铁的1/4到1/3，极大地降低了城市交通建设的成本压力，使得更多城市有能力发展轨道交通。同时，低地板设计使得车厢地板仅高出地面35-38厘米，与马路牙子高度相当，乘客抬脚就能上车，无需修建专用站台，方便了乘客上下车，尤其是老人、儿童和残疾人等特殊群体，提高了公共交通的可达性和便利性。此外，低地板有轨电车的出现，为城市交通提供了多样化的选择，能够与其他交通方式（如地铁、公交、自行车等）有效衔接，形成更加完善的城市综合交通体系。

在实际运行过程中，制动系统是低地板有轨电车安全运行的关键部件之一，而制动盘则是制动系统中的核心元件。当车辆制动时，制动盘与制动闸片相互摩擦，将车辆的动能转化为热能，从而实现减速和停车的目的。然而，在频繁制动或紧急制动等工况下，制动盘会承受巨大的热负荷。大量的摩擦热会使制动盘温度急剧升高，如果不能及时有效地散热，制动盘的温度可能会超过其材料的承受极限，导致制动盘产生热疲劳裂纹、磨损加剧、变形甚至断裂等问题。这些问题不仅会影响制动盘的使用寿命，增加维护成本，更严重的是会导致制动性能下降，危及行车安全。因此，深入研究70%低地板有轨电车制动盘的热负荷，对于保障车辆的安全运行、提高制动性能、降低运营成本具有至关重要的意义。

1.1.2研究意义

提升制动性能：通过对70%低地板有轨电车制动盘热负荷的研究，可以深入了解制动盘在不同制动工况下的温度分布规律和热应力变化情况。基于这些研究结果，可以对制动盘的结构和材料进行优化设计，提高制动盘的散热性能和热稳定性，从而有效提升制动系统的制动性能。例如，合理设计制动盘的通风结构，增加散热面积，提高对流换热效率，能够降低制动盘的温度，减少热衰退现象的发生，使制动系统在各种工况下都能保持稳定可靠的制动效果。

保障行车安全：制动系统的可靠性直接关系到行车安全。制动盘热负荷过大引发的制动盘故障，如热裂纹、变形等，可能导致制动失灵，引发严重的交通事故。研究制动盘热负荷，能够提前发现潜在的安全隐患，制定相应的预防措施和安全标准。例如，通过确定制动盘的热负荷极限，在车辆运行过程中实时监测制动盘的温度，当温度接近或超过极限值时，及时采取预警或制动控制措施，避免制动盘故障的发生，确保行车安全。

降低维护成本：制动盘是易损部件，其磨损和损坏需要定期更换和维护。过高的热负荷会加速制动盘的磨损和损坏，增加维护次数和更换频率，从而导致维护成本大幅上升。通过研究制动盘热负荷，优化制动系统的设计和运行参数，可以延长制动盘的使用寿命，减少维护工作量和维护成本。例如，合理选择制动盘的材料和制造工艺，优化制动闸片的摩擦性能，使制动过程中的热量分布更加均匀，能够降低制动盘的磨损速率，减少维修和更换的次数，降低运营成本。

1.2国内外研究现状

1.2.1低地板车辆发展现状

低地板车辆的发展历程可以追溯到20世纪80年代。1984年，Duewag公司为日内瓦制造的低地板车揭开了低地板车发展的序幕。此后，低地板车辆技术不断演进，经历了多个发展阶段。

第一代低地板轻轨车在中间部分设低地板进口，低地板大约占车长的10%-15%，后经改进可达到车长的50%。这类车辆采用常规高转向架和分段式低地板设计，车内需要台阶过渡，以实现不同地板高度区域的连接。例如，庞巴迪为荷兰阿姆斯特丹制造的轻轨车辆，低地板部分的地板高度为277mm，占整个地板长度的13.5%。

随着技术的发展，第二代低地板轻轨车出现，其低地板部分约占整车的60%-70%。虽然车内仍需要台阶向高地板区过渡，但低地板区域的扩大，使得乘客在车内的通行更加便利。这种轻轨车辆的中间走行部需要一种全新的安装方式，以适应低地板的设计要求。

第三代低地板轻轨车则实现了质的飞跃，动力转向架采用独立轮对，取消车轴，使得动力转向架上方的中间通道也可以做成低地板，从而实现车辆内100%低地板。这一设计消除了车内的台阶，乘客可以在车内自由通行，极大地提高了乘客的乘坐体验，尤其是对于老人、儿童和残疾人等特殊群体来说，更加方便和安全。

70%低地板有轨电车作为低地板车辆的一种重要类型，具有独特的技术特点和广泛的应用情况