第一篇：車輛摩擦材料的發(fā)展現(xiàn)狀

車輛摩擦材料的發(fā)展現(xiàn)狀

------《汽車摩擦學(xué)》結(jié)課論文

現(xiàn)如今，隨著汽車工業(yè)的快速崛起，車輛的制造逐步向環(huán)保、高速和安全的方向發(fā)展，這對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高，而車輛中使用的摩擦材料的性能直接影響著車輛行駛過程中的安全和舒適性。汽車制動(dòng)的實(shí)質(zhì)是把汽車的大部分的動(dòng)能通過剎車片和制動(dòng)件之間的摩擦轉(zhuǎn)化為熱能，大部分的熱能又被制動(dòng)器吸收引起溫度升高的過程。

1.摩擦材料發(fā)展史

摩擦材料可以粗略地劃分為以下幾個(gè)階段:(1)1930年前，主要以石棉長纖維添加其他線類編織浸漬方式為主。

(2)1930年，研制出一種柔性樹脂粘合劑，具有很好的熱穩(wěn)定性，使得干法工藝有摻進(jìn)更多填料的可能，并研制出鼓式制動(dòng)片，在后續(xù)的30年，石棉原料仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。

(3)1950年，美國SKWEllMAN公司率先研制了用鐵粉、石墨和其他填料加樹脂作粘合劑熱壓的摩擦材料，即半金屬摩擦材料。1970年，半金屬摩擦材料被用于盤式制動(dòng)器，至今仍被廣泛應(yīng)用。

(4)1960年以來，由于汽車技術(shù)的不斷改進(jìn)，對(duì)制動(dòng)器摩擦性能的要求越來越高，石棉摩擦材料已經(jīng)不能滿足汽車的發(fā)展要求，尤其是石棉對(duì)環(huán)境污染和對(duì)人體健康問題的提出，迫使許多發(fā)達(dá)國家汽車公司開始研究并尋求石棉材料的替代品，如復(fù)合纖維摩擦材料等。這些新型摩擦材料具有良好的摩擦磨損性能，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。1980年以來，盤式制動(dòng)器和新型摩擦制動(dòng)襯片得到快速發(fā)展并大規(guī)模地應(yīng)用到汽車制動(dòng)系統(tǒng)，人們更加關(guān)注汽車的舒適、環(huán)保、安全、輕量化等方面，摩擦材料行業(yè)不得不加快新型材料的開發(fā)，提高剎車材料的制動(dòng)性能。另外，20世紀(jì)70年代中期研究者提出無石棉材料存在一些缺點(diǎn)，如半金屬摩擦材料的鋼纖維容易生銹，且對(duì)制動(dòng)盤有一定的損傷;摩擦熱引起制動(dòng)密封圈軟化和制動(dòng)液“氣阻現(xiàn)象”。纖維增強(qiáng)摩擦材料和復(fù)合纖維摩擦材料也存在一系列問題，如玻璃纖維浸潤性不佳以及制造工藝復(fù)雜等。復(fù)合纖維摩擦材料成本高，應(yīng)針對(duì)這一問題加以改進(jìn)，完善制備工藝。隨后出現(xiàn)的第二代和第三代半金屬摩擦材料具有低導(dǎo)熱率、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。

2.摩擦材料的種類和制備過程

按發(fā)展過程摩擦材料可以分為石棉摩擦材料和非石棉摩擦材料。石棉摩擦材料按使用條件可分為干式和濕式兩種；非石棉摩擦材料種類多，根據(jù)基體材質(zhì)的不同可以分為金屬基、半金屬基、非金屬基三類。2.1金屬基摩擦材料

金屬基摩擦材料主要有熔鑄金屬和粉末冶金摩擦材料兩種。熔鑄金屬主要指鋼、鑄鐵、青銅等，但單體金屬摩擦材料由于易粘結(jié)和高溫高速下摩擦系數(shù)低等缺點(diǎn)而逐漸被淘汰。粉末冶金摩擦材料又稱為燒結(jié)摩擦材料，是將鐵基、銅基粉狀物料混合、壓型，并在高溫下燒結(jié)而成。根據(jù)基體的類型一般可把粉末冶金摩擦材料分為鐵基、銅基及銅鐵基3種常用類型。鐵基摩擦材料有較高的耐熱性、高溫強(qiáng)度、硬度及熱穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性較好;銅基摩擦材料的摩擦因數(shù)穩(wěn)定且較小，導(dǎo)熱率高，耐磨性好;鐵銅基粉末冶金摩擦材料中鐵和銅的含量差不多，兼有鐵、銅優(yōu)異的力學(xué)、導(dǎo)熱性能和耐磨性能，在濕式和干式條件下都能應(yīng)用。粉末冶金材料適用于較高溫度下的制動(dòng)與傳動(dòng)工況條件，如飛機(jī)、載重汽車、重型工程機(jī)械的制動(dòng)與傳動(dòng)。

2.2半金屬基摩擦材料 半金屬基摩擦材料是以金屬纖維代替石棉纖維的無石棉摩擦材料。其材質(zhì)配方主要為粘結(jié)劑，石墨粉、腰果殼油等減磨劑，其余為橡膠粉鐵質(zhì)金屬物(如還原鐵粉、鐵鋼合金 纖維、泡沫鐵粉)，半金屬摩擦材料因此而得名。其主要特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)大，耐熱性好，吸收功率高，能滿足汽車在高速、重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)工況要求，但其存在制動(dòng)低頻噪音、邊 角脆裂等缺點(diǎn)。

2.3非金屬基摩擦材料

采用改性的高溫樹脂及橡膠作勤結(jié)劑，將纖維質(zhì)增強(qiáng)材料與增磨劑、減磨劑配料及混合后，通過壓制成形或熱壓及固化而成。其增強(qiáng)材料已經(jīng)改為非石棉纖維，現(xiàn)應(yīng)用較為普遍的有有機(jī)纖維(芳族聚酞胺纖維及其漿粕、碳纖維等)、金屬纖維(鋼纖維、銅纖維等)和無機(jī)礦物材料(玻璃纖維、硅灰石纖維等礦物)。在高溫條件下具有質(zhì)量輕、耐高溫能力強(qiáng)、使用壽命長等特點(diǎn)，使其在交通運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用，以飛機(jī)剎車為例:在波音747飛機(jī)上采用碳/碳復(fù)合剎車材料后，相比金屬剎車，質(zhì)量下降816.5kg，而熱庫是金屬剎車的3~5倍，在2000℃下材料強(qiáng)度不發(fā)生任何變化，3000℃以下模量反而增加，可在2200℃下安全工作，該條件下材料沒發(fā)現(xiàn)黏結(jié)變形。

2.4摩擦材料制備工藝

摩擦材料的制備過程主要分為配方篩選和批量生產(chǎn)，選用適當(dāng)?shù)呐浞剑?jīng)測(cè)試滿足需求后，投入批量生產(chǎn)。

主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括以下幾步:(1)檢驗(yàn)材料。對(duì)采用的原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)其物理化學(xué)指標(biāo)特性，對(duì)在配方中的比例進(jìn)行必要的調(diào)整。

(2)配料。按照配方確定的比例進(jìn)行計(jì)量。目前有人工計(jì)量和計(jì)算機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量兩種，后者先進(jìn)可靠。

(3)混料。將配好的原料進(jìn)行混合。分為濕法混料和半干法混料。常用混料機(jī)有三軸螺旋式、二軸式、犁耙式(較常用)。

(4)壓制成形。分為頂模一步成形法和板式模二步成形法。一步成形法就是將料裝進(jìn)模具，直接熱壓成形;二步法則是先將原料預(yù)壓成毛坯，再裝入熱壓模熱壓成形。

(5)熱處理。將熱壓成形的摩擦材料放進(jìn)能夠編程控溫的熱處理箱中進(jìn)行熱處理，使摩擦材料中的樹脂等有機(jī)組分的化學(xué)反應(yīng)完全充分。

(6)外形加工。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行必要的修整加工，如磨表面、倒角、噴漆等。

一般地，經(jīng)上述加工制成的摩擦材料，其摩擦磨損性能已經(jīng)確定，后續(xù)加工只能改變其外觀而不能改變其力學(xué)性能，但是“表面燒蝕處理”工序有助于摩擦材料工作初期的能穩(wěn)定。所謂燒蝕處理就是摩擦材料在出廠前經(jīng)過600~700℃高溫處理，使表面有機(jī)物迅速分解氣化，防止制動(dòng)初期氣墊和熱衰退的產(chǎn)生。

3.影響材料摩擦磨損性能的因素

摩擦材料通常由粘結(jié)劑、增強(qiáng)纖維、摩擦性能調(diào)節(jié)劑、工藝性能調(diào)節(jié)劑組成。這4種原料在配方中并非單一地起作用，好的配方在于恰到好處地發(fā)揮各種材料的互相作用能，確保摩擦材料在使用溫度范圍內(nèi)有合適并相對(duì)穩(wěn)定的摩擦性能和較長的磨損壽命。

粘結(jié)劑一般選用熱固性樹脂和橡膠，作用是將配方中的組分粘結(jié)在一起，形成具有足夠強(qiáng)度、適當(dāng)硬度、耐高溫和耐磨的固體。樹脂種類與含量對(duì)摩擦材料力學(xué)性能和磨損性能有重要影響，如腰果殼油改性酚醛樹脂為基體的摩擦材料的摩擦磨損性能優(yōu)于純酚醛樹脂基摩擦材料的性能，樹脂粘結(jié)劑含量增加時(shí)，摩擦材料的力學(xué)性能提高。當(dāng)樹脂粘結(jié)劑的含量為9%~12%時(shí)，摩擦材料具有優(yōu)異的摩擦磨損性能;樹脂粘結(jié)劑的含量小于6%時(shí)，摩擦系數(shù)較低且不穩(wěn)定;樹脂粘結(jié)劑的含量大于15%時(shí)，材料發(fā)生熱衰退現(xiàn)象。增強(qiáng)纖維必須有足夠的強(qiáng)度和好的耐熱性和耐磨性，而且不能刮傷對(duì)偶。玻璃纖維、礦物纖維、芳綸纖維和片狀硅石等組成的多維復(fù)合增強(qiáng)體系具有“微米和納米”尺度，“一維(纖維)和二維(片狀)”形態(tài)，“無機(jī)和有機(jī)”材質(zhì)等特點(diǎn)，經(jīng)過優(yōu)化配方制成的優(yōu)化多維

2-73復(fù)合增強(qiáng)汽車摩擦材料的沖擊強(qiáng)度為0.54J/cm，總磨損率為1.35X10cm/(N·m).摩擦系數(shù)的變異系數(shù)為5.86%，滿足了汽車摩擦材料在力學(xué)、摩擦磨損等各方面性能的要求。

摩擦性能調(diào)節(jié)劑可以提高和穩(wěn)定摩擦系數(shù)，如非金屬礦物BaSO4、鐵及鐵墨、Al2O3、陶土，它們的主要作用是使剎車具有足夠的摩擦系數(shù)，不僅在常溫段，而且在400~500℃的高溫區(qū)段都能產(chǎn)生滿足需要的制動(dòng)力。對(duì)于石墨、云母、滑石等，其硬度很低，起潤滑摩擦表面、穩(wěn)定摩擦系數(shù)的作用。

工藝性能調(diào)節(jié)劑有脫模劑和特殊填加劑。脫模劑使產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中順利脫模;特殊填加劑改善粘合劑性能，提高材料性能。

4.摩擦材料性能的評(píng)價(jià)與測(cè)試方法

摩擦材料性能分為理化性能和摩擦磨損性能。

在理化性能中，摩擦材料可壓縮性越來越引起人們的重視。隨著研究與使用的深入，人們發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器襯片的可壓縮性不但影響汽車制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)液需液量、制動(dòng)滯后特性，也影響制動(dòng)的平順性和舒適性，對(duì)ABS系統(tǒng)將影響其工作特性，更重要的是可壓縮性與密度密切相關(guān)，從而影響制動(dòng)器的固有頻率，容易產(chǎn)生摩擦振動(dòng)和噪聲。通過可壓縮性的測(cè)試，可間接獲得有關(guān)制動(dòng)噪聲的信息。因此，摩擦材料可壓縮性的評(píng)價(jià)和測(cè)試將成為一個(gè)重要課題。

摩擦磨損特性是摩擦材料最基本也是最重要的性能。評(píng)價(jià)摩擦磨損特性有許多方法，常用的有3種:采用標(biāo)準(zhǔn)試樣形式的小樣試驗(yàn);采用實(shí)際制動(dòng)總成件和對(duì)偶件，并模擬實(shí)際使用條件的慣性臺(tái)架試驗(yàn);裝車后的使用試驗(yàn)。對(duì)于摩擦材料企業(yè)來說，更注重于小樣試驗(yàn)和慣性臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。

小樣試驗(yàn)的試驗(yàn)條件與摩擦襯片工作時(shí)的實(shí)際工況條件有一定差別，但簡捷、快速、費(fèi)用低，主要用于企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制、配方研究及新產(chǎn)品開發(fā)的前期階段。

目前，在亞洲一些國家和地區(qū)，如中國、日本、馬來西亞、臺(tái)灣等地，小樣試驗(yàn)主要參照日本在20世紀(jì)40年代建立并經(jīng)多次修改的JISD-411-88的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其試驗(yàn)設(shè)備是定速試驗(yàn)機(jī)。北美國家的小樣試驗(yàn)采用美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)制定的SAEJ661試驗(yàn)規(guī)范，其試驗(yàn)設(shè)備主要是CHASE試驗(yàn)機(jī)，此外還有FAST試驗(yàn)機(jī)和MM1000試驗(yàn)機(jī)。歐洲國家不進(jìn)行小樣試驗(yàn)，只采用臺(tái)架試驗(yàn)。

臺(tái)架試驗(yàn)相對(duì)于小樣試驗(yàn)來說，具有優(yōu)良的模擬性和數(shù)據(jù)重現(xiàn)性，但試驗(yàn)過程復(fù)雜、周期長、費(fèi)用高。臺(tái)架試驗(yàn)的目的在于選擇摩擦副的合理結(jié)構(gòu)，校驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和在模擬實(shí)際工況條件下摩擦件的可靠性。因此，慣性臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)是制動(dòng)器制動(dòng)性能試驗(yàn)中最具權(quán)威性的測(cè)試設(shè)備。目前國內(nèi)外的慣性臺(tái)架實(shí)驗(yàn)幾乎都采用德國的KRAUSS型試驗(yàn)機(jī)，該機(jī)國內(nèi)己經(jīng)能夠生產(chǎn)，如吉林大學(xué)機(jī)電所的JF132、JF122等機(jī)型，其執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有德國大眾公司的P-V W3112、P-V W3212，配飛輪慣量系統(tǒng)后，可執(zhí)行VW-TL110美國SAEJ212、中國QC/T582-99、QC/T564-99等。

目前，慣性臺(tái)架己不局限于制動(dòng)器常規(guī)測(cè)試，其功能得到不斷擴(kuò)展，如JF122C型慣性臺(tái)架具有ABS和ASR測(cè)試功能，JF122N慣性臺(tái)架具有NVH功能。

20世紀(jì)90年代以前，全世界流行的基本都是機(jī)械模擬式臺(tái)架。近年來，隨電子及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，電模擬機(jī)械慣量的技術(shù)也日趨成熟，電模擬式臺(tái)架開始成為主流

經(jīng)過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同試驗(yàn)方法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可比性差，即使是同為小樣試驗(yàn)的定速試驗(yàn)和CHASE試驗(yàn)也是如此，更不用說小樣試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的可比性了。其主要原因是試驗(yàn)方法、試驗(yàn)工況及測(cè)試目的不同。

通過比較小樣試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，研究人員開始研究一種新的試驗(yàn)方法—采用相似理論的縮比臺(tái)架試驗(yàn)，按比例截取摩擦襯片的一部分作為試驗(yàn)對(duì)象，在縮比臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上，執(zhí)行1:1臺(tái)架的試驗(yàn)方法，如SAEJ2681等。按照相似理論，縮比臺(tái)架試驗(yàn)與1:1臺(tái)架將具有很好的數(shù)據(jù)可比性。縮比臺(tái)架試驗(yàn)可大幅降低試驗(yàn)設(shè)備投資和試驗(yàn)的成本，是摩擦磨損性能測(cè)試的又一重要手段。

在與國外同行的交流中了解到，目前，歐美一些國家正在起草一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)IS015484(草稿)，該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的目的是建立一個(gè)統(tǒng)一的摩擦材料摩擦磨損試驗(yàn)規(guī)范，以臺(tái)架試驗(yàn)為主，限制甚至取消所有的小樣試驗(yàn)，目前，正處于試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累階段。這說明摩擦材料性能評(píng)價(jià)方法和試驗(yàn)規(guī)范有統(tǒng)一的趨勢(shì)。

5.摩擦材料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，摩擦材料的工作條件越來越苛刻。傳統(tǒng)的石棉摩擦材料制品因高速制動(dòng)而出現(xiàn)瞬時(shí)高溫，使表面易產(chǎn)生嚴(yán)重的熱衰退，對(duì)環(huán)境有很大污染，已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求，新型耐高溫?zé)o石棉摩擦材料，如用玻璃纖維、礦物纖維、金屬纖維替代石棉的進(jìn)程得到快速發(fā)展。

1990年以來，西方發(fā)達(dá)國家著手研制低密度、高耐磨性和高溫穩(wěn)定的炭纖維增韌陶瓷基剎車材料，德國斯圖加特大學(xué)和德國航天研究所等單位的研究人員開始進(jìn)行C/C-SiC復(fù)合材料應(yīng)用于摩擦領(lǐng)域的研究，并研制出C/C-SiC剎車片應(yīng)用于保時(shí)捷轎車中，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室與HoneywellAdvanced Composite等公司合作正在研制低成本的C/C-SiC復(fù)合材料剎車片。近年來，以Al2O3陶瓷為基體的摩擦材料在摩擦領(lǐng)域中得到認(rèn)可。Al2O3基陶瓷摩擦材料成本低，使用壽命長，用其取代纖維/樹脂基材料，可使制動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命延長至少半年，而且使摩擦材料在高速工作狀況下的摩擦性能得到改善。Tucci則研究了滑動(dòng)系統(tǒng)中摩擦表面的第二相和物質(zhì)轉(zhuǎn)移;國內(nèi)陳志剛、陳曉虎等先后以Al2O3為基材添加潤滑組元，研究探索陶瓷基摩擦材料的摩擦磨損特性及組分構(gòu)成形態(tài)，為新型陶瓷摩阻材料的研發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。

少纖維或無纖維摩擦材料、納米摩擦材料等新型材料正處在探索研究階段，該摩擦材料具有無金屬、無Kevlar等化學(xué)纖維、無石棉和天然纖維的特點(diǎn)，有望進(jìn)入摩擦材料領(lǐng)域。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新型無污染綠色環(huán)保摩擦材料將會(huì)成為摩擦業(yè)界研究的重點(diǎn)。

6.結(jié)語

目前，國外已開發(fā)研制了多種無石棉汽車摩擦材料以及許多先進(jìn)的制造技術(shù)和設(shè)備，但摩擦材料的綜合性能仍有待進(jìn)一步全面提高為了適應(yīng)我國汽車工業(yè)發(fā)展的要求和環(huán)保要求，我國的汽車摩擦材料行業(yè)應(yīng)加快改革，改善管理，改進(jìn)工藝，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大力開發(fā)新型無石棉摩擦材料，積極參與國際競爭。

2016.04.12

第二篇：摩擦學(xué)的現(xiàn)狀與前沿

摩擦學(xué)的現(xiàn)狀與前沿

—— 機(jī)自09-8班姚安03091131

摩擦學(xué)作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)科學(xué)，它的形成和發(fā)展與社會(huì)生產(chǎn)要求和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步密切相關(guān)。它作為一門獨(dú)立的學(xué)科受到世界各國普遍重視，摩擦學(xué)理論與應(yīng)用研究進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代摩擦學(xué)研究的主要特征可以歸納為：

(1)在以往分學(xué)科研究的基礎(chǔ)上，形成了一支掌握機(jī)械、材料和化學(xué)等相關(guān)知識(shí)的專業(yè)研究隊(duì)伍，有利于對(duì)摩擦學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行多學(xué)科綜合研究，推動(dòng)了摩擦學(xué)機(jī)理研究的深入發(fā)展。

(2)由于摩擦學(xué)專業(yè)教育的發(fā)展和知識(shí)普及，以及摩擦學(xué)本身具有的實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)今工業(yè)界有大量的工程科技人員結(jié)合工程實(shí)際開展研究，促使摩擦學(xué)應(yīng)用研究取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)隨著理論與應(yīng)用的不斷完善，摩擦學(xué)研究模式開始從以分析摩擦學(xué)現(xiàn)象為主逐步向著分析與控制相結(jié)合，甚至以控制性能為目標(biāo)的研究模式發(fā)展。此外，摩擦學(xué)研究工作從以往的主要面向設(shè)備維修和改造逐步進(jìn)入機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

（4）交叉學(xué)科的發(fā)展。摩擦學(xué)作為一門技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科往往與其他學(xué)科相互交叉滲透從而形成新的研究領(lǐng)域，這是摩擦學(xué)發(fā)展的顯著特點(diǎn)。主要的交叉學(xué)科如下:摩擦化學(xué)、生物摩擦學(xué)、生態(tài)摩擦學(xué)及微機(jī)械學(xué)等。

當(dāng)今，相關(guān)科學(xué)技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)和納米科技的發(fā)展對(duì)摩擦學(xué)研究起著重要的推動(dòng)作用，主要表現(xiàn)在以下方面。

1.1 流體潤滑理論

以數(shù)值解為基礎(chǔ)的彈性流體動(dòng)力潤滑(簡稱彈流潤滑)理論的建立是潤滑理論的重大發(fā)展。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)值分析技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)于許多復(fù)雜的摩擦學(xué)現(xiàn)象都可能進(jìn)行精確的定量計(jì)算 目前薄膜潤滑研究尚處于起步階段，在理論和應(yīng)用上都將成為今后潤滑研究的新領(lǐng)域。

1.2 材料磨損與表面處理技術(shù)

現(xiàn)代材料磨損研究的領(lǐng)域已從以金屬材料為主體擴(kuò)展到非金屬材料包括陶瓷、聚合物及復(fù)合材料的研究。表面處理技術(shù)或稱表面改性是近20年來摩擦學(xué)研究中發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。它利用各種物理、化學(xué)或機(jī)械的方法使材料表面層獲得特殊的成分、組織結(jié)構(gòu)和性能，以適應(yīng)綜合性能的要求。就學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)而言，復(fù)合性材料的研究是材料科學(xué)的重點(diǎn)方向，而表面改性技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是研制表里具有不同材質(zhì)的復(fù)合性材料，因而受到摩擦學(xué)者廣泛的重視。

1.3 納米摩擦學(xué)

納米摩擦學(xué)提供了一種新的思維方式和研究模式，即從原子分子尺度上揭示摩擦磨損與潤滑機(jī)理，從而建立材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀特性之間的構(gòu)性關(guān)系，這將更加符合摩擦學(xué)的研究規(guī)律.目前，納米摩擦學(xué)的主要研究內(nèi)容包括材料微觀摩擦磨損機(jī)理與控制，以及表面和界面分子工程即通過材料表面微觀改性和納米涂層，或者建立有序分子膜潤滑，以獲得優(yōu)異的減摩耐磨性能。當(dāng)前的應(yīng)用研究主要集中在計(jì)算機(jī)磁記錄裝置以及超精密和微型機(jī)械。納米摩擦學(xué)是摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，迄今已有大量的研究報(bào)告發(fā)表，并出版了專著。

第三篇：攪拌摩擦焊 研究現(xiàn)狀

攪拌摩擦焊技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

攪拌摩擦焊的技術(shù)特點(diǎn)是焊接金屬不熔化，焊縫為鍛造的細(xì)晶組織，并且作業(yè)環(huán)境不受限，適合于大型結(jié)構(gòu)的焊接，同時(shí)工藝參數(shù)少、參數(shù)裕度大，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，是一項(xiàng)高效、低成本、環(huán)保的固相焊接新技術(shù)。

正是由于攪拌摩擦焊所具有的這些技術(shù)特色和優(yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)被稱之為焊接技術(shù)的一場(chǎng)革命，也使得這項(xiàng)技術(shù)從發(fā)明至今的短短十幾年內(nèi)，得到了其它焊接方法從未有過的快速發(fā)展，尤其是在國外，攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用的速度之快令人瞠目結(jié)舌。首先表現(xiàn)在攪拌摩擦焊應(yīng)用的材料上，除了各種鋁合金、鎂合金和銅合金以外、鈦、鋼甚至高溫合金等高熔點(diǎn)高熱強(qiáng)金屬材料的攪拌摩擦焊技術(shù)研究甚至工業(yè)應(yīng)用也已經(jīng)開始。當(dāng)前，攪拌摩擦焊單道一次焊透鋁板的能力為最厚100mm、最薄0.5mm，焊接銅板最厚達(dá)50mm，焊鈦合金最厚達(dá)25mm。從焊接方法的發(fā)展來看，攪拌摩擦焊已從最初的一體式攪拌頭焊接方法發(fā)展衍生出了分體攪拌頭（可回抽攪拌頭，固定軸肩攪拌頭）式攪拌摩擦焊、雙焊接頭（同面共主軸反向旋轉(zhuǎn)，雙面雙主軸）攪拌摩擦焊、雙軸肩攪拌摩擦焊、高轉(zhuǎn)速攪拌摩擦焊以及攪拌摩擦點(diǎn)焊等。由于攪拌摩擦焊是通過攪拌工具施加的運(yùn)動(dòng)和作用力使被焊材料形成焊縫的，焊接過程中的作用力很大，因此焊接設(shè)備本身剛性一般都很大、很笨重。但國外攪拌摩擦焊設(shè)備已從最初的類銑床結(jié)構(gòu)發(fā)展出了動(dòng)龍門動(dòng)橫梁多軸聯(lián)動(dòng)攪拌摩擦焊設(shè)備、機(jī)器人攪拌摩擦焊設(shè)備、移動(dòng)式攪拌摩擦焊設(shè)備甚至便攜式攪拌摩擦焊設(shè)備。焊接設(shè)備的發(fā)展，也使攪拌摩擦焊的適用對(duì)象從簡單規(guī)則形狀焊縫發(fā)展到了空間曲線焊縫的焊接和外場(chǎng)的維修補(bǔ)焊。最后，從工業(yè)應(yīng)用來看，攪拌摩擦焊已在先進(jìn)國家的航空、航天、兵器、電力電子、石油化工、船舶、軌道交通、汽車等制造領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，應(yīng)用部位已從非承力、次承力結(jié)構(gòu)發(fā)展到關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)上，攪拌摩擦焊在國外鋁、鎂等輕合金結(jié)構(gòu)制造上正在成為主導(dǎo)甚至必選的制造技術(shù)手段。

（相對(duì)于國外先進(jìn)工業(yè)國家的工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)實(shí)力，雖然攪拌摩擦焊這項(xiàng)專利技術(shù)是英國焊接研究所1991年發(fā)明的，但我國早在1996年就已開始這項(xiàng)焊接技術(shù)的研究，并且在近十年來取得了飛速的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。）至今我國已有近40家科研院所、高校和生產(chǎn)企業(yè)從事攪拌摩擦焊技術(shù)研究和工程化應(yīng)用，取得了顯著的技術(shù)突破和成果。典型實(shí)例包括攪拌摩擦焊制造的東風(fēng)系列導(dǎo)彈、航天運(yùn)載火箭、鋁合金高速船舶等已成功發(fā)射或試航，北京賽福斯特技術(shù)有限公司等單位已經(jīng)采用攪拌摩擦焊批量生產(chǎn)電力電子行業(yè)的散熱器、船用大型鋁合金帶筋壁板、鋁合金云爆彈等。當(dāng)前，針對(duì)大型飛機(jī)、新型軍用飛機(jī)、大型運(yùn)載火箭、高速列車的攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用研究也已經(jīng)開始。隨著攪拌摩擦焊技術(shù)研究和工程應(yīng)用在我國如火如荼地展開，相信在不遠(yuǎn)的將來，這項(xiàng)革命性的焊接技術(shù)一定會(huì)在我國工業(yè)制造領(lǐng)域綻放異彩、建造奇勛。

第四篇：國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀 前言

隨著鐵道車輛的高速發(fā)展和人民生活水的提高，旅客列車的乘坐舒適性越來越好，空調(diào)機(jī)組在鐵道車輛上以得到廣泛的應(yīng)用。我國的列車空調(diào)技術(shù)起步晚，現(xiàn)在還相對(duì)處于落后狀態(tài)。但這些年我國列車空調(diào)技術(shù)發(fā)展速度也很快，技術(shù)也越來越成熟。特別是90年代末以后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，列車空調(diào)技術(shù)不斷得到完善，但仍然還存在著一些問題。主題

一．國內(nèi)鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展 1．普通旅客列車空調(diào)

20世紀(jì)80年代以來，我國鐵路空調(diào)列車得到了迅猛發(fā)展。我國除50——70年代末,引進(jìn)和個(gè)別廠家制造、安裝分裝式空調(diào)外,目前我國鐵路空調(diào)列車普遍采用車頂單元式空調(diào)機(jī)組。通過近幾年的應(yīng)用實(shí)踐表明，該空調(diào)機(jī)組基本上能滿足夏、冬兩季的供冷和供熱要求，為旅客提供了比較舒適的乘車環(huán)境。但與世界先進(jìn)國家相比，無論是在技術(shù)還是在工藝方面，我國鐵路客車空調(diào)仍然處于相對(duì)落后的狀態(tài)并存在著諸多方面的問題。我國鐵路客車空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)形式主要分為：分裝式和車頂單元集中式兩種類型。分裝式空調(diào)機(jī)組通常是將壓縮機(jī)、冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)液罐安裝在車下，而將通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、膨脹閥和空氣預(yù)熱器等置于車頂?shù)囊欢?。這些機(jī)組的形式主要有KK一

30和KK一50型。目前除了由西德進(jìn)口的客車仍采用這些類型外，國產(chǎn)客車的空調(diào)機(jī)組己逐步被車頂單元集中式所取代。

分裝式機(jī)組的主要缺點(diǎn)是體積大，拆裝困難和檢修不方便，同時(shí)由于制冷設(shè)備管路較長，接頭較多，容易產(chǎn)生泄漏。車頂單元集中式空調(diào)機(jī)組是將壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、氣液分離器、干燥過濾器、毛細(xì)管(或膨脹閥)、通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器和空氣預(yù)熱器中在一個(gè)箱體里組成一個(gè)完整的單元，安裝在車體的一端或兩端，有的置于車體的中部。目前這類空調(diào)機(jī)組有KLD一

29、KLD一

40、KLP4.7A型等。集中式空調(diào)機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)組互換性好和檢修方便，同時(shí)，因空調(diào)機(jī)組安裝與車上，還可與避免車體排放的廢水和臟物對(duì)冷凝器的腐蝕，延長機(jī)組的使用壽命。集中式空調(diào)機(jī)組一體化以后，制冷設(shè)備管路大為縮短，不但可以節(jié)省大量的有色金屬，還可以減少泄漏。實(shí)際上，我國空調(diào)車所裝配的單元集中式空調(diào)機(jī)組均采用全封閉式制冷壓縮機(jī)，能量調(diào)節(jié)采用停、開壓縮機(jī)的辦法來實(shí)現(xiàn)。以空調(diào)硬座車為例，每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)制冷壓縮機(jī)，每車共四臺(tái)制冷壓縮機(jī)，可實(shí)現(xiàn)輸氣量的100%、75%、50%、25%、0五檔調(diào)節(jié)。但實(shí)際的運(yùn)行過程中，只能實(shí)現(xiàn)100%、50%、O三檔調(diào)節(jié)。輸氣量的調(diào)節(jié)也就是壓縮機(jī)的啟動(dòng)，由溫度控制器啟動(dòng)其停機(jī)溫度點(diǎn)，根據(jù)車內(nèi)熱負(fù)荷的變化可以不開壓縮機(jī)至全開壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)輸氣量調(diào)節(jié)。

2．高速列車空調(diào)高速列車空調(diào)的布置，由于速度高，必須降低安裝重心。動(dòng)車普遍采用車下安裝單元式空調(diào)機(jī)組并設(shè)計(jì)誘導(dǎo)通風(fēng)方式。CRH1動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)：司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)采用單元式空調(diào)機(jī)組；且安裝了地板加熱器。進(jìn)入司機(jī)室的氣流通過置于車頂和天花板之間的風(fēng)道進(jìn)行分配，且具有回風(fēng)功能。客室調(diào)系統(tǒng)共有兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組，采用的是分體式空調(diào)，壓縮機(jī)和冷凝器單元安裝在車下，空氣處理單元安裝在車內(nèi)。氣流通過置于車頂和天花板之間的矩形風(fēng)道進(jìn)行分配，并具有回風(fēng)功能。車廂兩端的車頂設(shè)置有排氣單元。通過安裝在車輛側(cè)墻內(nèi)的加熱器實(shí)現(xiàn)車內(nèi)供熱，并可通過空調(diào)系統(tǒng)控制器進(jìn)行控制。

CRH2動(dòng)車組的空調(diào)系統(tǒng)主要由空調(diào)裝置、換氣裝置及通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成；空調(diào)裝置由空調(diào)機(jī)組及車上配電柜內(nèi)的空調(diào)顯示設(shè)定器組成；為了降低車體的重心，適應(yīng)動(dòng)車組高速運(yùn)行，空調(diào)機(jī)組和通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)道分別設(shè)置在地板下及地板中間。司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)采用分體式結(jié)構(gòu)(變頻式)。司機(jī)室制冷設(shè)備由室外機(jī)、２臺(tái)室內(nèi)機(jī)、電源箱、變壓器、控制面板5部分組成。制冷動(dòng)作為3段手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的溫度控制。CRH2型動(dòng)車組在車底下部安裝供排氣一體的換氣裝置。換氣裝置采用變頻器控制送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，運(yùn)行速度高于160km/h時(shí)，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行；低于

160km/h時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。通過提高送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，能夠更好地抑制客室內(nèi)壓力的變動(dòng)，同時(shí)確保客室內(nèi)換氣量的要求。

CRH3動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)組成：安裝在車頂?shù)膯卧娇照{(diào)機(jī)組；安裝在車頂并貫穿于整車的供風(fēng)道；空調(diào)機(jī)組兩側(cè)的新、回風(fēng)混合箱；安裝在車下的廢排單元和布置在車內(nèi)的廢排風(fēng)道。在制冷模式下，大約有75％以上的風(fēng)量通過中間管道輸送，外側(cè)的暖氣管道輸送25％。廢排風(fēng)道分布在內(nèi)墻和地板之間的列車兩 側(cè)。CRH5 型動(dòng)車組的空調(diào)系統(tǒng)具有一些優(yōu)點(diǎn)：新風(fēng)量可調(diào)；雙制冷系統(tǒng)；整體噪聲小；具有防止車內(nèi)壓力波動(dòng)功能；更多的安全保護(hù)；先進(jìn)的控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能；采用先進(jìn)的渦旋壓縮機(jī)和環(huán)保型制冷劑。

3.地鐵車輛空調(diào)地鐵是采用第3軌供電的方式，這種方式在車頂不必設(shè)受電弓，可以使地鐵隧道的尺寸減小，車頂?shù)某叽缫部梢越咏淼赖某叽?。這樣，在車頂安置空調(diào)極為困難。所以，空調(diào)大都采用嵌入車體兩端上部的形式。

廣州地鐵二號(hào)線列車的每個(gè)空調(diào)單元由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷回路組成，每一個(gè)獨(dú)立的制冷回路都有其各自的壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器。蒸發(fā)器位于空調(diào)單元的前后側(cè)，冷凝器位于空調(diào)單元的左右側(cè)，兩個(gè)制冷回路在兩個(gè)蒸發(fā)器中并行布置，互不相交；而一號(hào)線空調(diào)每個(gè)單元中只有一條制冷回路。對(duì)比兩種不同布置的空調(diào)系統(tǒng)，二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加完善。當(dāng)某些故障使某壓縮機(jī)必須停止運(yùn)行時(shí)，對(duì)于一號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)，此時(shí)此空調(diào)單元的制冷過程會(huì)全部停止；而對(duì)于二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng),此時(shí)空調(diào)單元中的一個(gè)機(jī)組的制冷過程會(huì)停止,而另一個(gè)

機(jī)組會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，這樣就避免車廂內(nèi)出現(xiàn)明顯的溫差帶。二號(hào)線空調(diào)系統(tǒng)的緊急逆變器安裝在車底；一號(hào)線空調(diào)系統(tǒng)的緊急逆變器安裝在車頂空調(diào)單元內(nèi)部。就兩種緊急逆變器安裝位置而言，安裝在車底部分的緊急逆變器更可靠一些，因?yàn)榘惭b在空調(diào)單元內(nèi)部的緊急逆變器在空調(diào)運(yùn)行時(shí)，其周圍空氣的濕較大、溫度較高，這就要求緊急逆變器需要更高的IP防護(hù)等級(jí)雖然提高的IP等級(jí)，但在此種高溫、高濕度的環(huán)境下終究會(huì)對(duì)緊急逆變器有所影響；而對(duì)于安裝在車底的緊急逆變器，其運(yùn)行的外界環(huán)境就相對(duì)好一些，穩(wěn)定性更高，并且維修更換起來的工作量會(huì)相對(duì)減少。二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)采用渦旋式壓縮機(jī)。一號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)采用全封閉式螺桿式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)、螺桿機(jī)構(gòu)及供油系統(tǒng)組裝在一個(gè)密封的機(jī)殼內(nèi)。螺桿式壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、壓比大、對(duì)濕壓縮不敏感、平衡性能好等特點(diǎn)。由過往幾年的乘客集中反映來看，不同地鐵線路，甚至同一路線不同車廂內(nèi)的體感不一是最受關(guān)注的問題。某號(hào)線熱似火山，某號(hào)線又冷似冰箱某節(jié)車廂冷死了，某節(jié)車廂又熱暈了??為了解決乘客舒適乘車問題，上海地鐵已有60%的列車完成了空調(diào)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可以實(shí)現(xiàn)司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)，不過，由于需要乘客集體反映或者需要列車到終點(diǎn)后再行調(diào)節(jié)等問題，該舉措效果還是不甚明顯。今年，為了進(jìn)一步解決該問題，申通地鐵公司早早就開展了空調(diào)檢測(cè)與清潔。上海地鐵全網(wǎng)絡(luò)2500節(jié)車廂、5000個(gè)空調(diào)機(jī)組，將全部進(jìn)行例行檢查、功能測(cè)試和深度清潔。

每周更換一次海綿濾網(wǎng)，每月進(jìn)行一次徹底清潔，保證空調(diào)的潔凈和作業(yè)正常。同時(shí)，上海地鐵已有60%的列車完成了空調(diào)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可以實(shí)現(xiàn)司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)。

我們的司機(jī)可對(duì)列車內(nèi)的空調(diào)溫度進(jìn)行一個(gè)區(qū)間值的微調(diào)，比如說室外是35℃，那這個(gè)區(qū)間就是22-27℃。”比如2號(hào)線列車，以往的“西門子”列車，采用的是旋鈕式人工控制各節(jié)列車空調(diào)的系統(tǒng)，要調(diào)節(jié)每節(jié)車廂的溫度，司機(jī)或者檢修人員需要進(jìn)入車廂，手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕。這樣的操作，在早晚高峰乘客聚集時(shí)，顯然難以實(shí)現(xiàn)；而更新為新的司機(jī)室集中控制空調(diào)的“阿爾斯通”等車型后，司機(jī)在駕駛室內(nèi)就可以通過觸摸屏，在19-27℃范圍內(nèi)，即時(shí)調(diào)節(jié)整列車的溫度。二．

國外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展在日本,最初在鐵道車輛上安裝空是在當(dāng)時(shí)的特快列車上，用以調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫、濕度，以提高乘坐舒適度,至今已有50多年的歷史。當(dāng)時(shí),開發(fā)有各種各樣的調(diào)，但直到1964年東京奧運(yùn)會(huì)開幕之前，才在東海道新干線整列車上安裝空調(diào)裝置，當(dāng)時(shí)將空調(diào)安裝在車頂，近來，隨著列車的高速化，空調(diào)幾乎都安裝在車輛地板下。日本東武鐵道100系新型特快列車專用的新型空調(diào)系統(tǒng)：為了在一年四季都不使空調(diào)機(jī)閑置，采用熱泵式空調(diào)機(jī)，并裝用了變壓變頻能童調(diào)節(jié)裝置，以便根據(jù)空調(diào)負(fù)荷精確地調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的能量。這種熱泵可在-20℃的情況下起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，為彌補(bǔ)低溫時(shí)的能量不足，以及在梅雨期進(jìn)行除濕時(shí)不致過冷，空調(diào)裝置內(nèi)還安裝了PTC加熱器。1970年起，通勤車上也開始安裝空調(diào)，從而大大改善了上、下班高峰時(shí)的車內(nèi)環(huán)境。在車輛的車頂上設(shè)置1臺(tái)，空調(diào)控制器設(shè)置在空調(diào)附近的頂棚部，省略了與空調(diào)裝置連接的配線。此外，運(yùn)用模糊推論、全自動(dòng)功能、加熱除濕功能等，根據(jù)季節(jié)與乘客的狀況進(jìn)行控制。其缺點(diǎn)是：首先車輛頂部受到車輛限界的限制，其安裝空間有限，其次是使車輛的重 心提高，不利于高速化。三.列車空調(diào)現(xiàn)存的問題

1.新風(fēng)量不足我國鐵路客運(yùn)存在運(yùn)量和運(yùn)能的矛盾，因此空調(diào)列車經(jīng)常出現(xiàn)超員現(xiàn)象，特別是在春運(yùn)、寒暑假等假日，超員達(dá)30%以上，這就要求增加新風(fēng)量來削弱這一影響，而目前列車上的新風(fēng)量是不可調(diào)節(jié)的，這一缺陷也將導(dǎo)致新風(fēng)量不足。要使車廂內(nèi)的各項(xiàng)污染物均達(dá)到合格的要求，按照CO2濃度指標(biāo)所確定的新風(fēng)量最多。因此，車廂內(nèi)新風(fēng)量主要是依據(jù)車廂內(nèi)的CO2濃度來確定，而列車上的新風(fēng)量是不可調(diào)節(jié)的。因此，建議通過在列車上增設(shè)二氧化碳濃度傳感器控制系統(tǒng)，傳感器根據(jù)車廂內(nèi)的二氧化碳濃度來調(diào)節(jié)新風(fēng)量，使車廂內(nèi)的二氧化碳濃度維持在設(shè)定濃度值及其以下，以保證車廂內(nèi)良好的空氣品質(zhì)，改善旅客的乘車環(huán)境。

2.通風(fēng)系統(tǒng)存在缺陷空調(diào)列車的通風(fēng)系統(tǒng)由送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)三部分組成。空氣的送入、回流和排出，必然會(huì)引起車內(nèi)空氣的擾動(dòng)，引起車內(nèi)的空調(diào)溫度的波動(dòng)，影響人體的熱舒適感覺。例如，軟臥車在夏季運(yùn)行時(shí)，其車頂風(fēng)道前部（靠近通風(fēng)機(jī)出口）的風(fēng)壓大于后部，因此送風(fēng)口送風(fēng)量不均勻，結(jié)果導(dǎo)致處于風(fēng)道尾部的乘客感到悶熱；對(duì)于采用孔板送風(fēng)的硬臥車，由于設(shè)于車廂上側(cè)的孔板向下吹冷風(fēng)，結(jié)果導(dǎo)致上鋪的乘客感覺過冷。由于陰雨天氣和晚間，人們活動(dòng)次數(shù)少，新陳代謝速度

慢，按照設(shè)定的溫度工作，會(huì)使乘客感到寒冷。這些問題是可以解決的，在車上安裝溫度傳感器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，傳感器時(shí)刻對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)空調(diào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)人們的需要，夜間自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度低一些。對(duì)于臥鋪車廂，應(yīng)該在每個(gè)床位上方中部設(shè)置孔板式風(fēng)道，以改變上鋪冷的問題?？偨Y(jié)

鐵路客運(yùn)作為我國最主要的一種客運(yùn)方式，如何在新形勢(shì)下改善旅客乘車環(huán)境將成為一個(gè)迫切需要解決的問題。并且列車空調(diào)一旦發(fā)生故障，后果是很嚴(yán)重的。據(jù)美國媒體報(bào)道，德國當(dāng)局7月11日宣布，德國至少3趟列車因遭遇高溫天氣而出現(xiàn)故障，列車內(nèi)空調(diào)停止運(yùn)行，52名乘客因高溫身體出現(xiàn)不適，其中8人中暑虛脫，另有44人也需要醫(yī)療救助。報(bào)道指出，德國這種現(xiàn)代化的高速列車采用了封閉式車窗，無法打開，因此一旦空調(diào)系統(tǒng)崩潰，車廂內(nèi)的空氣循環(huán)將受到嚴(yán)重影響。

3趟列車當(dāng)?shù)貢r(shí)間10日晚從柏林開往德國西部，其中2輛列車的空調(diào)系統(tǒng)在即將到站時(shí)出現(xiàn)故障停止運(yùn)行，另外1輛列車的空調(diào)在抵達(dá)比勒費(fèi)爾德市之前，開始制熱而非制冷。當(dāng)局派出

91名前往比勒費(fèi)爾德火車站，對(duì)出現(xiàn)頭暈?zāi)垦?、頭疼、呼吸困難等癥狀的乘客進(jìn)行救援。德國聯(lián)邦鐵路公司表示，此次問題是由于天氣太熱，車外溫度過高引起的。當(dāng)?shù)鼐仍〗M的負(fù)責(zé)人表示，故障列車內(nèi)的氣溫高達(dá)50攝氏度?？梢?，列車空調(diào)對(duì)旅客旅途的生命安全也是相當(dāng)重要的，大力發(fā)展列車空調(diào)也極有必要。

第五篇：國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀綜述

國內(nèi)外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀

前言

隨著鐵道車輛的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，旅客列車的乘坐舒適性越來越好，空調(diào)機(jī)組在鐵道車輛上以得到廣泛的應(yīng)用。我國的列車空調(diào)技術(shù)起步晚，現(xiàn)在還相對(duì)處于落后狀態(tài)。但這些年我國列車空調(diào)技術(shù)發(fā)展速度也很快，技術(shù)也越來越成熟。特別是90年代末以后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，列車空調(diào)技術(shù)不斷得到完善，但仍然還存在著一些問題。

主題

一． 國內(nèi)鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展

1．普通旅客列車空調(diào)

20世紀(jì)80年代以來，我國鐵路空調(diào)列車得到了迅猛發(fā)展。我國除50——70年代末,引進(jìn)和個(gè)別廠家制造、安裝分裝式空調(diào)外,目前我國鐵路空調(diào)列車普遍采用車頂單元式空調(diào)機(jī)組。通過近幾年的應(yīng)用實(shí)踐表明，該空調(diào)機(jī)組基本上能滿足夏、冬兩季的供冷和供熱要求，為旅客提供了比較舒適的乘車環(huán)境。但與世界先進(jìn)國家相比，無論是在技術(shù)還是在工藝方面，我國鐵路客車空調(diào)仍然處于相對(duì)落后的狀態(tài)并存在著諸多方面的問題。

我國鐵路客車空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)形式主要分為：分裝式和車頂單元集中式兩種類型。分裝式空調(diào)機(jī)組通常是將壓縮機(jī)、冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)和儲(chǔ)液罐安裝在車下，而將通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、膨脹閥和空氣預(yù)熱器等置于車頂?shù)囊欢?。這些機(jī)組的形式主要有KK一30和KK一50型。目前除了由西德進(jìn)口的客車仍采用這些類型外，國產(chǎn)客車的空調(diào)機(jī)組己逐步被車頂單元集中式所取代。分裝式機(jī)組的主要缺點(diǎn)是體積大，拆裝困難和檢修不方便，同時(shí)由于制冷設(shè)備管路較長，接頭較多，容易產(chǎn)生泄漏。車頂單元集中式空調(diào)機(jī)組是將壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)、氣液分離器、干燥過濾器、毛細(xì)管(或膨脹閥)、通風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器和空氣預(yù)熱器等集中在一個(gè)箱體里組成一個(gè)完整的單元，安裝在車體的一端或兩端，有的置于車體的中部。目前這類空調(diào)機(jī)組有KLD一

29、KLD一40、KLP4.7A型等。集中式空調(diào)機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)組互換性好和檢修方便，同時(shí)，因空調(diào)機(jī)組安裝與車上，還可與避免車體排放的廢水和臟物對(duì)冷凝器的腐蝕，延長機(jī)組的使用壽命。集中式空調(diào)機(jī)組一體化以后，制冷設(shè)備管路大為縮短，不但可以節(jié)省大量的有色金屬，還可以減少泄漏。實(shí)際上，我國空調(diào)車所裝配的單元集中式空調(diào)機(jī)組均采用全封閉式制冷壓縮機(jī)，能量調(diào)節(jié)采用停、開壓縮機(jī)的辦法來實(shí)現(xiàn)。以空調(diào)硬座車為例，每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)制冷壓縮機(jī)，每車共四臺(tái)制冷壓縮機(jī)，可實(shí)現(xiàn)輸氣量的100%、75%、50%、25%、0五檔調(diào)節(jié)。但實(shí)際的運(yùn)行過程中，只能實(shí)現(xiàn)100%、50%、O三檔調(diào)節(jié)。輸氣量的調(diào)節(jié)也就是壓縮機(jī)的啟動(dòng)，由溫度控制器啟動(dòng)其停機(jī)溫度點(diǎn)，根據(jù)車內(nèi)熱負(fù)荷的變化可以不開壓縮機(jī)至全開壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)輸氣量調(diào)節(jié)。2．高速列車空調(diào)

高速列車空調(diào)的布置，由于速度高，必須降低安裝重心。動(dòng)車普遍采用車下安裝單元式空調(diào)機(jī)組并設(shè)計(jì)誘導(dǎo)通風(fēng)方式。

CRH1動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)：司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)采用單元式空調(diào)機(jī)組；且安裝了地板加熱器。進(jìn)入司機(jī)室的氣流通過置于車頂和天花板之間的風(fēng)道進(jìn)行分配，且具有回風(fēng)功能。客室空調(diào)系統(tǒng)共有兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組，采用的是分體式空調(diào)，壓縮機(jī)和

冷凝器單元安裝在車下，空氣處理單元安裝在車內(nèi)。氣流通過置于車頂和天花板之間的矩形風(fēng)道進(jìn)行分配，并具有回風(fēng)功能。車廂兩端的車頂設(shè)置有排氣單元。通過安裝在車輛側(cè)墻內(nèi)的加熱器實(shí)現(xiàn)車內(nèi)供熱，并可通過空調(diào)系統(tǒng)控制器進(jìn)行控制。

CRH2動(dòng)車組的空調(diào)系統(tǒng)主要由空調(diào)裝置、換氣裝置及通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成；空調(diào)裝置由空調(diào)機(jī)組及車上配電柜內(nèi)的空調(diào)顯示設(shè)定器組成；為了降低車體的重心，適應(yīng)動(dòng)車組高速運(yùn)行，空調(diào)機(jī)組和通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)道分別設(shè)置在地板下及地板中間。司機(jī)室空調(diào)系統(tǒng)采用分體式結(jié)構(gòu)(變頻式)。司機(jī)室制冷設(shè)備由室外機(jī)、２臺(tái)室內(nèi)機(jī)、電源箱、變壓器、控制面板5部分組成。制冷動(dòng)作為3段手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的溫度控制。CRH2型動(dòng)車組在車底下部安裝供排氣一體的換氣裝置。換氣裝置采用變頻器控制送風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，運(yùn)行速度高于160km/h時(shí)，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行；低于160km/h時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行。通過提高送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，能夠更好地抑制客室內(nèi)壓力的變動(dòng)，同時(shí)確保客室內(nèi)換氣量的要求。

CRH3動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng)組成：安裝在車頂?shù)膯卧娇照{(diào)機(jī)組；安裝在車頂并貫穿于整車的供風(fēng)道；空調(diào)機(jī)組兩側(cè)的新、回風(fēng)混合箱；安裝在車下的廢排單元和布置在車內(nèi)的廢排風(fēng)道。在制冷模式下，大約有75％以上的風(fēng)量通過中間管道輸送，外側(cè)的暖氣管道輸送25％。廢排風(fēng)道分布在內(nèi)墻和地板之間的列車兩側(cè)。

CRH5型動(dòng)車組的空調(diào)系統(tǒng)具有一些優(yōu)點(diǎn)：新風(fēng)量可調(diào)；雙制冷系統(tǒng) ；整體噪聲?。痪哂蟹乐管噧?nèi)壓力波動(dòng)功能；更多的安全保護(hù)；先進(jìn)的控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能；采用先進(jìn)的渦旋壓縮機(jī)和環(huán)保型制冷劑。

3.地鐵車輛空調(diào)

地鐵是采用第3軌供電的方式，這種方式在車頂不必設(shè)受電弓，可以使地鐵隧道的尺寸減小，車頂?shù)某叽缫部梢越咏淼赖某叽?。這樣，在車頂安置空調(diào)極為困難。所以，空調(diào)大都采用嵌入車體兩端上部的形式。

廣州地鐵二號(hào)線列車的每個(gè)空調(diào)單元由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的制冷回路組成，每一個(gè)獨(dú)立的制冷回路都有其各自的壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器。蒸發(fā)器位于空調(diào)單元的前后側(cè)，冷凝器位于空調(diào)單元的左右側(cè)，兩個(gè)制冷回路在兩個(gè)蒸發(fā)器中并行布置，互不相交；而一號(hào)線空調(diào)每個(gè)單元中只有一條制冷回路。對(duì)比兩種不同布置的空調(diào)系統(tǒng)，二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加完善。當(dāng)某些故障使某壓縮機(jī)必須停止運(yùn)行時(shí)，對(duì)于一號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)，此時(shí)此空調(diào)單元的制冷過程會(huì)全部停止；而對(duì)于二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng),此時(shí)空調(diào)單元中的一個(gè)機(jī)組的制冷過程會(huì)停止,而另一個(gè)機(jī)組會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，這樣就避免車廂內(nèi)出現(xiàn)明顯的溫差帶。二號(hào)線空調(diào)系統(tǒng)的緊急逆變器安裝在車底；一號(hào)線空調(diào)系統(tǒng)的緊急逆變器安裝在車頂空調(diào)單元內(nèi)部。

就兩種緊急逆變器安裝位置而言，安裝在車底部分的緊急逆變器更可靠一些，因?yàn)榘惭b在空調(diào)單元內(nèi)部的緊急逆變器在空調(diào)運(yùn)行時(shí)，其周圍空氣的濕度較大、溫度較高，這就要求緊急逆變器需要更高的IP防護(hù)等級(jí)，雖然提高的IP等級(jí)，但在此種高溫、高濕度的環(huán)境下終究會(huì)對(duì)緊急逆變器有所影響；而對(duì)于安裝在車底的緊急逆變器，其運(yùn)行的外界環(huán)境就相對(duì)好一些，穩(wěn)定性更高，并且維修更換起來的工作量會(huì)相對(duì)減少。二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)采用渦旋式壓縮機(jī)。一號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)采用全封閉式螺桿式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)、螺桿機(jī)構(gòu)及供油系統(tǒng)組裝在一個(gè)密封的機(jī)殼內(nèi)。螺桿式壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、壓比大、對(duì)濕壓縮不敏感、平衡性能好等特點(diǎn)。

由過往幾年的乘客集中反映來看，不同地鐵線路，甚至同一路線不同車廂內(nèi)的體感不一是最受關(guān)注的問題。某號(hào)線熱似火山，某號(hào)線又冷似冰箱；某節(jié)車廂冷死了，某節(jié)車廂又熱暈了??為了解決乘客舒適乘車的問題，上海地鐵已有60%的列車完成了空調(diào)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可以實(shí)現(xiàn)司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)，不過，由于需要乘客集體反映或者需要列車到終點(diǎn)后再行調(diào)節(jié)等問題，該舉措效果還是不甚明顯。

今年，為了進(jìn)一步解決該問題，申通地鐵公司早早就開展了空調(diào)檢測(cè)與清潔。上海地鐵全網(wǎng)絡(luò)2500節(jié)車廂、5000個(gè)空調(diào)機(jī)組，將全部進(jìn)行例行檢查、功能測(cè)試和深度清潔。每周更換一次海綿濾網(wǎng)，每月進(jìn)行一次徹底清潔，保證空調(diào)的潔凈和作業(yè)正常。

同時(shí)，上海地鐵已有60%的列車完成了空調(diào)系統(tǒng)的更新?lián)Q代，可以實(shí)現(xiàn)司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)溫度進(jìn)行微調(diào)。我們的司機(jī)可對(duì)列車內(nèi)的空調(diào)溫度進(jìn)行一個(gè)區(qū)間值的微調(diào)，比如說室外是35℃，那這個(gè)區(qū)間就是22-27℃?！北热?號(hào)線列車，以往的“西門子”列車，采用的是旋鈕式人工控制各節(jié)列車空調(diào)的系統(tǒng)，要調(diào)節(jié)每節(jié)車廂的溫度，司機(jī)或者檢修人員需要進(jìn)入車廂，手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕。這樣的操作，在早晚高峰乘客聚集時(shí)，顯然難以實(shí)現(xiàn)；而更新為新的司機(jī)室集中控制空調(diào)的“阿爾斯通”等車型后，司機(jī)在駕駛室內(nèi)就可以通過觸摸屏，在19-27℃范圍內(nèi)，即時(shí)調(diào)節(jié)整列車的溫度。

二． 國外鐵道車輛空調(diào)的發(fā)展

在日本,最初在鐵道車輛上安裝空調(diào)是在當(dāng)時(shí)的特快列車上，用以調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫、濕度，以提高乘坐舒適度,至今已有50多年的歷史。當(dāng)時(shí),開發(fā)有各種各樣的空調(diào)，但直到1964年東京奧運(yùn)會(huì)開幕之前，才在東海道新干線整列車上安裝空調(diào)裝置，當(dāng)時(shí)將空調(diào)安裝在車頂，近來，隨著列車的高速化，空調(diào)幾乎都安裝在車輛地板下。日本東武鐵道100系新型特快列車專用的新型空調(diào)系統(tǒng)：為了在一年四季都不使空調(diào)機(jī)閑置，采用熱泵式空調(diào)機(jī)，并裝用了變壓變頻能童調(diào)節(jié)裝置，以便根據(jù)空調(diào)負(fù)荷精確地調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的能量。這種熱泵可在-20℃的情況下起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，為彌補(bǔ)低溫時(shí)的能量不足，以及在梅雨期進(jìn)行除濕時(shí)不致過冷，空調(diào)裝置內(nèi)還安裝了PTC加熱器。1970年起，通勤車上也開始安裝空調(diào)，從而大大改善了上、下班高峰時(shí)的車內(nèi)環(huán)境。在車輛的車頂上設(shè)置1臺(tái)，空調(diào)控制器設(shè)置在空調(diào)附近的頂棚部，省略了與空調(diào)裝置連接的配線。此外，運(yùn)用模糊推論、全自動(dòng)功能、加熱除濕功能等，根據(jù)季節(jié)與乘客的狀況進(jìn)行控制。其缺點(diǎn)是：首先車輛頂部受到車輛限界的限制，其安裝空間有限，其次是使車輛的重心提高，不利于高速化。

三.列車空調(diào)現(xiàn)存的問題

1.新風(fēng)量不足

我國鐵路客運(yùn)存在運(yùn)量和運(yùn)能的矛盾，因此空調(diào)列車經(jīng)常出現(xiàn)超員現(xiàn)象，特別是在春運(yùn)、寒暑假等假日，超員達(dá)30%以上，這就要求增加新風(fēng)量來削弱這一影響，而目前列車上的新風(fēng)量是不可調(diào)節(jié)的，這一缺陷也將導(dǎo)致新風(fēng)量不足。要使車廂內(nèi)的各項(xiàng)污染物均達(dá)到合格的要求，按照CO2濃度指標(biāo)所確定的新風(fēng)量最多。因此，車廂內(nèi)新風(fēng)量主要是依據(jù)車廂內(nèi)的CO2濃度來確定，而列車上的新風(fēng)量是不可調(diào)節(jié)的。因此，建議通過在列車上增設(shè)二氧化碳濃度傳感器控制系統(tǒng)，傳感器根據(jù)車廂內(nèi)的二氧化碳濃度來調(diào)節(jié)新風(fēng)量，使車廂內(nèi)的二氧化碳濃度維持在設(shè)定濃度值及其以下，以保證車廂內(nèi)良好的空氣品質(zhì)，改善旅客的乘車環(huán)境。

2.通風(fēng)系統(tǒng)存在缺陷

空調(diào)列車的通風(fēng)系統(tǒng)由送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)三部分組成?？諝獾乃腿?、回流和

排出，必然會(huì)引起車內(nèi)空氣的擾動(dòng)，引起車內(nèi)的空調(diào)溫度的波動(dòng)，影響人體的熱舒適感覺。例如，軟臥車在夏季運(yùn)行時(shí)，其車頂風(fēng)道前部（靠近通風(fēng)機(jī)出口）的風(fēng)壓大于后部，因此送風(fēng)口送風(fēng)量不均勻，結(jié)果導(dǎo)致處于風(fēng)道尾部的乘客感到悶熱；對(duì)于采用孔板送風(fēng)的硬臥車，由于設(shè)于車廂上側(cè)的孔板向下吹冷風(fēng)，結(jié)果導(dǎo)致上鋪的乘客感覺過冷。由于陰雨天氣和晚間，人們活動(dòng)次數(shù)少，新陳代謝速度慢，按照設(shè)定的溫度工作，會(huì)使乘客感到寒冷。這些問題是可以解決的，在車上安裝溫度傳感器調(diào)節(jié)系統(tǒng)，傳感器時(shí)刻對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)空調(diào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)人們的需要，夜間自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度低一些。對(duì)于臥鋪車廂，應(yīng)該在每個(gè)床位上方中部設(shè)置孔板式風(fēng)道，以改變上鋪冷的問題。

總結(jié)

鐵路客運(yùn)作為我國最主要的一種客運(yùn)方式，如何在新形勢(shì)下改善旅客乘車環(huán)境將成為一個(gè)迫切需要解決的問題。并且列車空調(diào)一旦發(fā)生故障，后果是很嚴(yán)重的。據(jù)美國媒體報(bào)道，德國當(dāng)局7月11日宣布，德國至少3趟列車因遭遇高溫天氣而出現(xiàn)故障，列車內(nèi)空調(diào)停止運(yùn)行，52名乘客因高溫身體出現(xiàn)不適，其中8人中暑虛脫，另有44人也需要醫(yī)療救助。報(bào)道指出，德國這種現(xiàn)代化的高速列車采用了封閉式車窗，無法打開，因此一旦空調(diào)系統(tǒng)崩潰，車廂內(nèi)的空氣循環(huán)將受到嚴(yán)重影響。3趟列車當(dāng)?shù)貢r(shí)間10日晚從柏林開往德國西部，其中2輛列車的空調(diào)系統(tǒng)在即將到站時(shí)出現(xiàn)故障停止運(yùn)行，另外1輛列車的空調(diào)在抵達(dá)比勒費(fèi)爾德市之前，開始制熱而非制冷。當(dāng)局派出91名前往比勒費(fèi)爾德火車站，對(duì)出現(xiàn)頭暈?zāi)垦！㈩^疼、呼吸困難等癥狀的乘客進(jìn)行救援。德國聯(lián)邦鐵路公司表示，此次問題是由于天氣太熱，車外溫度過高引起的。當(dāng)?shù)鼐仍〗M的負(fù)責(zé)人表示，故障列車內(nèi)的氣溫高達(dá)50攝氏度。

可見，列車空調(diào)對(duì)旅客旅途的生命安全也是相當(dāng)重要的，大力發(fā)展列車空調(diào)也極有必要。

參考文獻(xiàn)

[1] 張玲.空調(diào)客車的變風(fēng)量調(diào)節(jié)與PLC控制.西南交通大學(xué)研究生論文

[2] 典型動(dòng)車組空調(diào)系統(tǒng).PPT.北京交通大學(xué)

[3] 劉國良.廣州地鐵二號(hào)線列車空調(diào)系統(tǒng)分析.亞波軌道交通車輛系統(tǒng)(上海)有限公司

[4] 周洲.列車空調(diào)系統(tǒng)幾個(gè)現(xiàn)存問題的討論.制冷與空調(diào),2007(9);74—76

[5] 馬兆玉.日本東武鐵道100系新型特快列車專用的新型空調(diào)系統(tǒng).譯自《電氣車 科學(xué)》,1991,22—26

[6] 潑谷、康雄(日).鐵道車輛用空調(diào)裝置.國外鐵道車輛,2003(1)