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La sécurité et la fiabilité des systèmes ferroviaires à grande vitesse dépendent fortement des performances supérieures des roues et des systèmes de freinage.En tant que composants essentiels qui supportent directement le poids du train et interagissent avec les voies, la sélection des matériaux, l'optimisation des performances et l'efficacité des systèmes de freinage sont essentiels à la sécurité opérationnelle, à l'efficacité et aux coûts de maintenance.Ce rapport examine les derniers développements dans les matériaux des roues et des systèmes de freinage ferroviaires., analyse les défis et les opportunités technologiques actuels et explore les orientations futures.

Les roues, en tant que composants essentiels des véhicules ferroviaires, résistent à des conditions de fonctionnement extrêmement difficiles.Ils doivent résister à l'immense pression des rails et faire face aux températures élevées générées par le freinage par frictionCet effet d'accouplement thermo-mécanique entraîne souvent des fissures et une usure de la surface, compromettant ainsi la sécurité de fonctionnement.L'amélioration de la durabilité et de la fiabilité des matériaux de roue est un objectif de recherche clé.

Actuellement, l'acier à carbone moyen à élevé (avec une teneur en carbone de 0,60 à 0,75%) est largement utilisé pour les roues enroulées monolithiques.la microstructure du matériau peut être optimisée, et la répartition interne des contraintes résiduelles peut être ajustée pour améliorer la résistance aux charges thermiques.Les roues enroulées monolithiques sont classées en différents types en fonction des différentes conditions de fonctionnement et des exigences de performance..

Pour lutter contre le frottement glissant entre les brides des roues et les rails lors d'un déplacement en courbe, des mesures de lubrification efficaces sont essentielles.Des laboratoires de recherche ont développé un matériau de frottement des roues à base de lubrification solide appelé "régulateurs de bande de roulement"Ce dispositif vise à améliorer simultanément l'adhérence entre les roues et les rails tout en réduisant l'usure de la bride, prolongant ainsi la durée de vie des roues et réduisant les coûts d'entretien.

Le freinage à bande de roulement est une méthode de freinage couramment utilisée dans les véhicules ferroviaires.Lors de la sélection des matériaux des blocs de freinage de la bande de roulement, plusieurs facteurs doivent être pris en considération, notamment le coefficient de frottement, la résistance à l'usure, les performances sous la pluie ou la neige, l'impact sur l'adhérence, les dommages potentiels aux balais des roues et le bruit de freinage.

Étant donné qu'aucun matériau unique ne peut répondre pleinement à toutes les exigences, différents matériaux de blocs de frein sont choisis en fonction des applications spécifiques.

• Blocs de frein en fonte grise:Le matériau de bloc de frein le plus ancien. Bien que ses performances de frottement soient relativement faibles, il crée une rugosité modérée sur les bandes de roulement, améliorant ainsi l'adhérence.La fonte grise reste indispensable dans les régions froides et les zones montagneusesLes blocs de freinage en fonte en alliage, renforcés d'éléments supplémentaires, sont souvent utilisés dans les trains express et les locomotives.
• Les éléments suivants sont utilisés:Composés principalement de résine phénolique, ils offrent de bonnes performances de frottement, de faibles taux d'usure, des propriétés légères et une rentabilité.Des freins synthétiques résistants à la neige ont été développés pour les conditions humidesCertains blocs de synthèse sont conçus pour rugir les pneus, ce qui améliore encore l'adhérence.
• Pour les véhicules à moteur à combustion interne:Fabriquées à partir de poudres métalliques comme le cuivre ou le fer, elles présentent d'excellentes performances de frottement, une adaptabilité à toutes les conditions météorologiques et un faible taux d'usure.Leur performance supérieure dans des conditions humides les rend idéales pour les régions froides.
• Agents de contrôle de l'adhésion:Bien qu'ils ne soient pas un matériau de freinage, ces agents nettoient les surfaces des roues et créent une rugosité optimale pour assurer une forte adhérence.Cette technologie est entièrement mise en œuvre dans les trains Shinkansen et largement adoptée dans les chemins de fer conventionnels.

Les recherches actuelles sur les matériaux des roues et des systèmes de freinage portent sur les domaines suivants:

• Études sur les mécanismes de dommages:Enquêter sur les causes profondes des fissures thermiques et de l'usure concave sur les roues à frein à bande de roulement par des expériences, des analyses de matériaux et des simulations numériques,suivie d'une proposition de mesures efficaces de prévention et de contrôle.
• Développement de nouveaux matériaux:L'exploration de nouveaux matériaux de roue avec une résistance plus élevée, une meilleure résistance à l'usure et une stabilité thermique supérieure, tels que des aciers alliés avancés, des composites ou des technologies de modification de surface.
• Optimisation du système de freinage:L'étude de méthodes de freinage alternatives telles que le freinage par tourbillon ou le freinage par régénération pour réduire l'usure mécanique et la contrainte thermique sur les roues,tout en améliorant la conception des systèmes de freinage à bande de roulement pour une efficacité et une sécurité accrues.
• Maintenance intelligente:L'intégration de la technologie des capteurs et de l'analyse des données volumineuses pour la surveillance en temps réel et la maintenance prédictive des roues et des systèmes de freinage,permettre la détection précoce de problèmes potentiels pour prévenir les accidents et réduire les coûts.

Le développement des matériaux des roues ferroviaires et des systèmes de freinage est une entreprise systématique qui nécessite une attention particulière aux propriétés des matériaux, aux méthodes de freinage, aux environnements d'exploitation,et les coûts de maintenanceL'innovation et l'optimisation continues peuvent améliorer considérablement la sécurité et l'efficacité du transport ferroviaire tout en contribuant à la durabilité.Les recherches futures mettront de plus en plus l'accent sur la collaboration interdisciplinaire afin de réaliser des progrès globaux dans les performances des roues et des systèmes de freinage.