材料一般有铸铁和合成材料2种类型，不同的材料对闸瓦制动性能有不同的影响，且同一种材料的不同物理特性也会对制动产生不同的影响。本文所用闸瓦为高摩合材料，根据《运转货车[2002]11号文：铁路货车高摩擦系数合成闸瓦技术条件》规定的技术条件可知闸瓦的性能：压缩强度σy≥25 MPa，洛氏硬度H≤90 HRR。此处分别选取3种不同的洛氏硬度：82 HRR、86 HRR、88 HRR，进行简要的计算分析。为方便计算，需找出硬度与弹性模量的关系，即硬度随着弹性模量的减小而减小，具体表达式如下：
（3）
式（3）中，σy为压缩强度，MPa;θ为压头的半角，根据文献可知其值为68°;H为硬度，HRR;E为弹性模量，MPa。
图7给出了在连续2次紧急制动情况下闸瓦硬度对车轮踏面产生的最高温度随时间变化的影响。可以看出，紧急制动时的最高温度变化规律没有变化，最高温度仍在第2次紧急制动过程中出现;随着硬度的增大，紧急制动的最高温度降低，降幅仍比较明显。在闸瓦与踏面干态制动过程中，温度的升高使闸瓦与踏面表面材料的性能发生了变化。图8给出了不同闸瓦硬度对应的等效热应力曲线。可以看出，随着硬度的增加，等效热应力降低，其值的变化趋势与对应的最高温度变化保持一致。
4 结论
本文以成都地铁车辆为研究对象，利用有限元软件ANSYS建立新轮踏面紧急制动模型，结合第二类边界条件的踏面热流密度值和第三类边界条件表面换热系数，求解出车轮踏面的温度以及对应的热应力变化情况;讨论了不同闸瓦宽度和闸瓦硬度对紧急制动热应力的影响。结果表明：温度越高，产生的热应力越大;闸瓦宽度对制动热有一定影响，闸瓦宽度越大，车轮踏面温度越低，产生的热应力越小;闸瓦硬度对制动热有较大的影响，随着闸瓦硬度的增加，车轮踏面温度降低，产生的热应力变小。
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收稿日期 2019-04-22
责任编辑 党选丽
Effect of brake shoe performance on thermal stress of metro wheel tread during emergency brake
Wu Tao， Li Linbo， Sun Zhi， et al.
Abstract： Taking Chengdu metro vehicle as a case study， the full-scale model of wheel tread emergency braking is established by using finite element software ANSYS. The tread temperature of the wheel during two consecutive emergency braking is analyzed by thermal analysis， and then the tread temperature is taken as thermal load to calculate and analyze the structural thermal stress of the wheel tread. The change of wheel tread temperature and corresponding thermal stress under different brake shoe widths is analyzed， and the change of tread temperature and thermal stress under different brake shoe hardness during two consecutive emergency brakes is analyzed.
Keywords： metro， emergency brake， wheel tread， brake shoe performance， tread thermal stress