600 km/h磁浮列车用C/C-SiC复合材料摩擦块的摩擦特性与热容量研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.013

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (8): 111-117.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.013

600 km/h磁浮列车用C/C-SiC复合材料摩擦块的摩擦特性与热容量研究

刘鹏^1,2, 李杨^1*, 袁雨青², 李鹏涛¹, 袁敏格¹, 张金煜², 郑涌², 肖鹏¹

1.中南大学粉末冶金研究院,长沙 410083;
2.中车青岛四方机车车辆股份有限公司,青岛 266111

收稿日期:2024-08-19 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-09-23
通讯作者: 李杨(1987—),博士,副教授,主要研究方向为碳基/陶瓷基复合材料、陶瓷功能材料和粉末冶金材料,liyang16@csu.edu.cn。
作者简介:刘鹏(1989—),博士,高级工程师,主要研究方向为纤维增强复合材料。
基金资助:
国家重点研发计划(2021YFB3703800);国家重点研发计划(2016YFB1200602-01)

Research on the friction characteristics and thermal capacity of C/C-SiC composite materials applied to the friction blocks for 600 km/h maglev train

LIU Peng^1,2, LI Yang^1*, YUAN Yuqing², LI Pengtao¹, YUAN Minge¹, ZHANG Jinyu², ZHENG Yong², XIAO Peng¹

1. Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China;
2. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111, China

Received:2024-08-19 Online:2025-08-28 Published:2025-09-23

摘要/Abstract

摘要： C/C-SiC复合材料作为滑橇摩擦块已在上海高速磁浮示范线以430 km/h安全运营近20年,随着600 km/h高速磁浮列车问世,亟需探究C/C-SiC复合材料摩擦块应用于600 km/h磁浮列车的摩擦特性与热容量分析。本文首先通过600 km/h高速摩擦试验获得C/C-SiC复合材料的摩擦系数和温升特性,在600 km/h恒定线速度、4 kN正压力、8 min持续摩擦试验条件下,测得摩擦块最高温度达到569.2 ℃且趋于稳定,远低于材料许用温度极限,平均摩擦系数低于0.1,符合高速摩擦环境下摩擦系数尽量小的技术要求。采用热容量仿真计算的方法复现高速摩擦试验温度,确定C/C-SiC复合材料与轨道轮之间摩擦热流密度的分配系数为0.020 54,以此参数为基础,仿真预测高速磁浮列车悬浮故障时C/C-SiC复合材料以600 km/h拖磨300 km的温度特性,为600 km/h高速磁浮列车设计优化与工程化应用提供支撑。

关键词: C/C-SiC复合材料, 600 km/h磁浮列车, 摩擦特性, 热容量

Abstract: C/C-SiC composite materials have been used as skid shoes and have operated safely at 430 km/h on the Shanghai High-Speed Maglev Demonstration Line for nearly 20 years. With the advent of 600 km/h high-speed maglev trains, it is urgent to investigate the friction characteristics and thermal capacity analysis of C/C-SiC composite material friction blocks for application in 600 km/h maglev trains. This paper first obtains the friction coefficient and temperature rise characteristics of the C/C-SiC composite material through 600 km/h high-speed friction tests. Under the test conditions of 600 km/h, a Z-direction pressure of 4 kN, and continuous friction for 8 min, the highest temperature recorded by the sensor reached 569.2 ℃ and tended to stabilize, which is far below the material’s allowable temperature limit. The average friction coefficient is below 0.1, meeting the technical requirement of minimizing the friction coefficient in high-speed friction environments. Using a thermal capacity simulation calculation method to replicate the high-speed friction test temperatures, the distribution coefficient of the friction heat flux density between the C/C-SiC composite material and the rail wheel is determined to be 0.020 54. Based on this parameter, the simulation predicts the temperature characteristics of the C/C-SiC composite material when it drags at 600 km/h for 300 km in the event of a suspension failure in the high-speed maglev train, providing support for the design optimization and engineering application of 600 km/h high-speed maglev trains.

Key words: C/C-SiC composite materials, 600 km/h maglev train, friction characteristics, thermal capacity

中图分类号:

TB332

刘鹏, 李杨, 袁雨青, 李鹏涛, 袁敏格, 张金煜, 郑涌, 肖鹏. 600 km/h磁浮列车用C/C-SiC复合材料摩擦块的摩擦特性与热容量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 111-117.

LIU Peng, LI Yang, YUAN Yuqing, LI Pengtao, YUAN Minge, ZHANG Jinyu, ZHENG Yong, XIAO Peng. Research on the friction characteristics and thermal capacity of C/C-SiC composite materials applied to the friction blocks for 600 km/h maglev train[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(8): 111-117.

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600 km/h磁浮列车用C/C-SiC复合材料摩擦块的摩擦特性与热容量研究

Research on the friction characteristics and thermal capacity of C/C-SiC composite materials applied to the friction blocks for 600 km/h maglev train

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