Підвищення ефективності пар тертя вентильованих дисково-колодкових гальм автомобілів з урахуванням енергонавантаженості їхніх дисків

Abstract

Дисертація присвячена розробленню методів оцінки теплового балансу та обґрунтуванню необхідності підвищення ефективності охолодження вентильованих дисків дисково-колодкового гальма вантажного автомобіля марки MAN. Розроблено двовимірну теплову модель пари тертя «накладка-диск» для прогнозування її теплопередавальної здатності при стендових та експлуатаційних випробуваннях типу І. Методом скінченно-елементного моделювання досліджено вплив теплових струмів, механічних і теплових напружень, а також їх градієнтів на зародження та розвиток мікротріщин на поясах тертя різних типів дисків. На основі методу математичного планування експерименту отримано регресійні рівняння для визначення основних конструктивних і вагових параметрів різних типів дисків гальм всіх категорій транспортних засобів. Оцінено ресурс накладок колодок гальма вантажного автомобіля. Проанализированы конструкции, режимы работы и оценена энергонагруженность пар трения дисково-колодочных тормозов транспортных средств. Уделено внимание работе вентилируемых тормозных дисков, на поясах трения которых выполнены отверстия и несквозные канавки, расположенные под углом и веерно. Показано влияние энергонагруженности дисков на их напряженно-деформированное состояние, способствующее возникновению микротрещин на поясах трения. Рассмотрены пути снижения энергонагруженности пар трения тормоза. Сформулированы задачи исследований. Предложен температурный метод оценки теплового баланса вентилируемых дисков путем теплоизоляции их поверхностей в лабораторных и эксплуатационных условиях при различных уровнях энергонагруженности пар трения тормоза. Рассмотрен метод оценки эффективности снижения энергонагруженности вентилируемых тормозных дисков с элементами охлаждения, базирующийся на взаимосвязи конструктивных параметров, напряженно-деформированного состояния и регламентируемых эксплуатационных параметров пар трения тормозов. Определены составляющие (механическая, электрическая и тепловая) мощности трения для оценки ресурса накладок дисково-колодочного тормоза грузового транспортного средства. Disk brake mechanisms are considered in the work, namely: structure, operating modes and design features of brake discs; energyloading of spots of contacts of micropoints of friction pairs; influence of energyloading of friction units of the brakes on their wear and friction properties. The ways of increasing the efficiency of friction units by improving design calculations and constructive modernization of their parts and redistribution of heat flows in the brake disk have been found. The ventilated brake of truck MAN TGA 26.430 was taken as a dynamic model for the disc brake. Theoretical researches of the energyloading of friction pairs of the brake with ventilated discs with cooling elements were presented. An evaluation of the stress state of various types of ventilated discs with permissible operating parameters was performed by using the finite element method taking into account the design parameters of its elements and masses. The areas of maximum deformations and maximum stresses on the disc’s friction belt have been established. The reduction of energyloading of friction pairs due to the implementation of grooves and openings located at an angle and fan on the surfaces of the friction zones of ventilated discs has been considered. The energy balance of air flows washed out the external and internal sur-faces of the ventilated brake disc has been estimated. The energyloading of the metal-polymer friction pairs of ventilated disc brakes has been experimentally investigated. The research was carried out in laboratory and operating conditions by comparing the efficiency of cooling of the series and with the elements of cooling of the ventilated brake discs taking into account the basic operating parameters of the brake friction pairs. The method of estimating the thermal balance of solid discs with a central hole and ventilated discs has been proposed. The method of experimental research has been presented and the means of its realization have been substantiated. The mechanism of origin and development of microcracks on the surfaces of friction belts with grooves and openings in ventilated discs with the consideration of residual stresses has been disclosed. Methods and tools are considered, namely: estimation of the thermal balance of ventilated discs at the thermal insulation of their surfaces in laboratory and operating conditions with different levels of energyloading; increase of efficiency of ventilated disc brakes with elements of cooling. The method of evaluation of the efficiency of the ventilated brake discs of a truck MAN and the multilayer thermal model of friction pairs with different types of discs have been presented. The intensity of the heat transfer through a solid and ventilated brake disc was estimated. The influence of the location of friction pads on the friction belt of the sol-id disc on its energyloading has been illustrated. The estimation of wear of pads of different types of brake discs for all categories of vehicles has been given, taking into account the power of friction of the brake. The influence of wear on the efficiency of electric thermal mechanical friction has been shown. The system and method of reducing the energyloading of friction pairs of disc brakes with semiconductor elements has been proposed.