矿用电机车作为矿井下的主要运输工具,对矿井下的生产过程具有重要意义。盘式制动器因其具有体积小、结构紧凑、制动力矩大、制动效能稳定、散热性能好等特点,被逐步应用于矿用电机车上。盘式制动器的制动过程是一个典型的热结构耦合过程,在这个过程中,温度场与应力场之间相互影响,相互作用,长此以往,最终会导致制动盘因热应力循环的作用而产生疲劳破坏,对矿用电机车的制动性能产生一定的影响,更为重要的是,《煤矿防爆蓄电池电机车通用技术条件》中规定,电机车制动表面温度不能超过150℃。因此,对盘式制动器制动过程中的热结构耦合问题进行研究与分析,并对其结构进行优化,有效降低其在制动过程中的温度和应力,对确保井下的安全运输,提高矿用电机车的制动性能至关重要。本文以5t矿用电机车盘式制动器为研究对象,主要研究内容包括以下几个方面。在查阅国内外相关文献以及对热结构耦合问题进行理论分析的基础上,根据矿用电机车的具体性能参数,通过理论计算,得到了盘式制动器的工况条件,确定了进行仿真计算的边界条件与载荷约束。基于随温度动态变化的制动盘和摩擦块的材料性能参数,运用有限元分析软件ABAQUS建立了盘式制动器的三维有限元模型,对其进行了热结构耦合仿真分析,得到了盘式制动器制动过程中制动盘温度场和应力场的分布变化规律,并分别对其从径向、周向、轴向三个方向进行了分析,研究了矿用电机车盘式制动器在制动过程中温度场与应力场之间的相互影响作用,进一步揭示了热结构耦合机理。运用Link3900NVH型惯性台架试验机,在工况条件设置与仿真分析保持一致的情况下,对盘式制动器制动过程中指定点的温度变化进行测试,并将试验测试数据与仿真计算结果进行了对比分析,验证了有限元模型的正确性。根据矿用电机车盘式制动器安装空间有限的结构特点及前人的相关研究,确定了对盘式制动器进行优化的结构参数,结合矿用电机车盘式制动器温度场和应力场的热结构耦合仿真结果,确定了优化指标,设计正交试验,对盘式制动器的结构进行了优化设计。针对正交试验结果,运用直观分析法确定了影响温度场和应力场分布变化的主次影响因素及初步优化方案,运用方差分析法确定了各因素对试验结果影响的重要程度及误差的大小,最终确定了盘式制动器的最优结构参数组合方案,对优化方案进行了仿真分析,并与原始方案的仿真结果进行了对比,证明了优化方案的可行性。