The influence of braking time on heat flow through the friction surfaces of the friction elements of disk brakes for railway vehicles /

• Main Author: Liviu Sevastian Bocîi
• Format: Article
• Language: English
• Published: Vilnius Gediminas Technical University 2011-04-01
• Series: Transport
• Subjects: braking time; uniform heat flow; friction coupling; brake disc; brake stopping
• Online Access: https://www.tede.vgtu.lt/index.php/Transport/article/view/5561

Disk brakes were first introduced on the suburban and urban coaches and high speed freight cars (V > 120 km/h) for the following reasons: shoe brakes reached their potential limits, especially at high speeds; the maintenance of disc brakes is cheaper; greater comfort; the friction coefficient of disk brake elements (friction pad and brake disc) presents lower variation in velocity and pressure; disk brakes present lower temperatures of friction surfaces. The determination of uniform heat flow through the friction elements of disk brakes is very important since the early designing stage. Such way one avoids overheating both disk brakes and friction pads that may result when the physical properties (chemical and mechanical) of materials are not correctly matched and have negative effects on braking efficiency (small coefficient of friction, large braking distance etc.) This work studies the influence of braking time (30 s, 40 s, 50 s, 60 s) on the uniform heat flow of the friction element surface. Note that in the same area of disk brake friction 0.4 m2, heat flow decreases with an increased duration of braking, leading to longer braking space. At the same time, if pressure on the pad of disk brake friction decreases, heat flow increases. Santrauka Pirmą kartą diskiniai stabdžiai buvo panaudoti sausumos transporto priemonėse (taip pat ir geležinkelio) dėl tokių priežasčių: būgninių stabdžių kaladėlės nusidėvi, ypač esant dideliems greičiams; diskinių stabdžių remonto darbams reikia skirti mažiau išlaidų; diskiniai stabdžiai patogesni; didelis diskinių stabdžių stabdymo efektyvumas; mažesnė diskinių stabdžių trinties paviršių temperatūra stabdant. Labai svarbu nustatyti šilumos srautą, sklindantį per diskinių stabdžių elementus trinties metu dar ankstyvuoju projektavimo etapu. Tai padeda išvengti diskinių stabdžių ir greta jų esančių elementų perkaitimo, kuris gali atsirasti, kai medžiagos parinktos neteisingai ir pasikeitusios jų fizinės, cheminės ar mechaninės savybės po perkaitinimo daro neigiamą poveikį stabdymo efektyvumui (mažas trinties koeficientas, ilgas stabdymo kelias ir t. t.). Šiame straipsnyje nagrinėjama, kokią įtaką stabdymo laikas (30 s, 40 s, 50 s, 60 s) daro šilumos srautui į besitrinančius elementų paviršius trin Transport, 2011, 26(1): I a–I d I c ties (stabdymo) metu. Pažymėtina, kad toje pačioje diskinių stabdžių trinties srityje (stabdymo plotas—0,4 m2) šilumos srautas mažėja didėjant stabdymo trukmei ir todėl didėja stabdymo kelias. Tuo pat metu, jeigu diskinių stabdžių trinties sritis (stabdymo plotas) mažėja, šilumos srautas didėja. Резюме Дисковые тормоза впервые были применены в наземных транспортных средствах (в том числе и железнодорожных) из-за следующих причин – колодки барабанных тормозов быстро изнашиваются при больших скоростях, работы по ремонту дисковых тормозов требуют меньше затрат времени и средств, они более удобны и характеризуются большей эффективностью торможения, при торможении меньше нагреваются трущиеся поверхности. Очень важно на ранней стадии проектирования дисковых тормозов определить тепловой поток, образующийся из-за трения поверхностей элементов тормозов. Данная информация поможет предотвратить перегрев элементов самих дисковых тормозов и элементов, находящихся рядом с ними. Перегрев тормозов возможен из-за неправильно подобранных материалов их элементов. После перегрева изменившиеся физико-механические и химические свойства элементов тормозов могут отрицательно влиять на эффективность торможения (малый коэффициент трения, длинный путь торможения и т. д.). Автор исследует влияние времени торможения (30, 40, 50, 60 с) на тепловой поток, образующийся из-за трения поверхностей элементов дисковых тормозов во время торможения. Необходимо отметить, что при той же области трения элементов (площадь трения – 0,4 м2) тепловой поток уменьшается при увеличении времени торможения, поэтому увеличивается путь торможения. В то же время при уменьшении области трения элементов (площади трения) дисковых тормозов тепловой поток увеличивается. Reikšminiai žodžiai: stabdymo trukmė, šilumos srautas, sukibimas, trintis, diskinis stabdis, stabdymas Ключевые слова: время торможения, тепловой поток, сцепление, трение, дисковый тормоз, торможение