автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Повышение эффективности тяжелонагруженных фрикционных узлов тормозных устройств

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

005538737

Поляков Павел Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин

21 ноят

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

21 НОЯ ¿и,о

Краснодар - 2013

005538737

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук

Вольченко Николай Александрович, Кубанский государственный технологический университет

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кохановский Вадим Алексеевич, профессор кафедры «Технология конструкционных материалов» Донской государственный технический университет

доктор технических наук, профессор

Бойко Николай Иванович, заведующий кафедрой

«Эксплуатация и ремонт машин»

Ростовский государственный университет путей

сообщения

Ведущая организация: Общество с ограниченной ответственностью

«НПО ВЕРТЕКС», г. Краснодар

Защита состоится « 26 » декабря 2013 г. на заседании диссертационного совета Д212.058.06 при ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина 1, ауд. 1-252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Автореферат разослан « ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного

совета д.т.н., профессор А.Т. Рыбак

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Фрикционные узлы находят широкое применение в разных машинах и механизмах. Они обеспечивают безопасность на транспорте, работоспособность подъемных устройств, различных путевых и строительных механизмов.

Одной из наиболее распространенных конструкций фрикционных узлов (ФУ) является узел тормоза барабанно-колодочного типа (ТБКТ). Эта конструкция в сравнению с дисково- и ленточно-колодочными тормозными механизмами является более тяжелонагруженной, в силу конструктивных особенностей деталей и условий эксплуатации. Известно, что одним из ограничительных условий эффективной эксплуатации ФУ является температура, которая должна быть ниже допустимой для материалов накладки.

На стадии проектирования деталей фрикционной пары это обеспечивается тепловым расчетом. Применяемые в настоящее время методики базируются на эмпирических зависимостях, недостаточно точно описывающих температурное поле взаимодействующих поверхностей. К их недостаткам следует отнести невозможность полностью моделировать механические и физико-химические процессы, развивающиеся во фрикционном контакте деталей тормоза. А такие важные факторы как термостабилизационное и метастабильное состояние обода и поверхности фрикционной накладки остаются вне поля зрения исследователей.

Одним из ведущих направлений обеспечения эффективной и безопасной работы ТБКТ является определение рациональных конструктивных параметров деталей ФУ. Для этого, в настоящее время отсутствует комплексное сочетание прочностного и теплового расчета, что затрудняет проектирование из условия обеспечения необходимого тормозного момента и эффективной энергоемкости.

Изложенное показывает, что поиск рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров деталей ФУ, а также проблема повышения ресурса и энергоемкости ТБКТ при проектировании, являются весьма важными и актуальными.

Цель работы: повышение эффективности тормозов барабанно-колодочного типа путем уточнения расчетной базы и рационального проектирования деталей их фрикционных узлов.

Эффективность ФУ рассчитывается общепринятой формуле

а ас„

(О

где я„„- коэффициент стабильности тормозного момента;

г - время торможения.

Помимо формулы (1) эффективность ФУ оценивается следующими критериями: тормозной момент (МТ), поверхностная температура (Тпов), общая энергоемкость (Ет) и износ фрикционных накладок (ФН) (г).

Объект исследования - основные закономерности расчета и проектирования тормозных систем.

Предмет исследования - конструкция деталей фрикционного узла ТБКТ.

Методы исследования. Выполнение исследований по разработке многокритериального рационального проектирования и геометрического программирования базируется на использовании фундаментальных положений теории теплопроводности, теплообменных и теплопередающих процессов, а также математической статистике.

Научная новизна полученных результатов:

- разработан метод многокритериального проектирования рациональной конструкции деталей фрикционного узла ТБКТ, учитывающий напряженно-деформированное и термостабилизационное состояние его обода;

- получена более уточненная и информативная тепловая модель контактирующих деталей фрикционного узла тормоза рассматриваемого типа с учетом теплового состояния приповерхностных слоев фрикционной накладки и явления термостабилизации тормозного барабана (ТБ), позволяющая скорректировать распределение теплового потока между парами трения.

Практическое значение полученных результатов.

Полученные закономерности изменения температуры обода ТБ во времени позволили

- установить влияние конструктивных параметров ТБ на термостабилизационное состояние его обода;

- решить многокритериальную задачу, обеспечивающую эффективность геометрического программирования для уточненного расчета рациональных конструктивных параметров ТБ при его проектировании;

- повысить показатели эффективности, энергоемкости и износостойкости фрикционного узла тормоза с применением разработанных методов расчета и проектирования его деталей, а также специальных систем охлаждения.

Разработана, спроектирована и испытана оригинальная система охлаждения (СО) ФУ тормозного механизма, работающая в режимах диффузора, конфузора и тепловой трубы, обеспечивающая снижение и выравнивание энергонагруженности фрикционного узла тормоза;

Значимость полученных результатов подтверждается их использованием при модернизации ТБКТ на предприятиях ООО «Кубань-Авто-Техника» и ООО «ТРАК-ЦЕНТР Краснодар» (г. Краснодар); ООО «Ситранс Саплай» (г. Новороссийск), а также применением в учебном процессе.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро при расчете вновь проектируемых и модернизации существующих ТБКТ.

Личный вклад соискателя. Основные положения и результаты диссертационной работы, получены соискателем самостоятельно. В совместных публикациях автору принадлежат следующие разработки: тепловая модель ФУ [2]; оценка интенсивности охлаждения пар трения тормозного механизма [5]; математическое моделирование потоков воздуха, омывающего пары трения тормозного механизма [6]; аналитический метод определение тепловой нагружешюсти ФУ [3]; метод определения конструктивных параметров обода ТБ в сочетании с эксплуатационными параметрами ФУ тормозного механизма [4]; система охлаждения (СО) ФУ тормозного механизма [7]; определение генерируемых составляющих токов и их направлений на взаимодействующих поверхностях пар трения [9, 10]; ряд средств для повышения эффективности тяжелрнагруженных ФУ тормозов [1, 8].

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (г. Орск, 2011 г.); III Всероссийской молодежной научной конференции «Научный потенциал молодёжи - будущее России» (г. Муром, 2011 г.); XIV и XV международной научно-технической конференции «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы» (г. Севастополь, 2011 и 2012 г.); X международном симпозиуме украинских

инженеров-механиков (г. Львов, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Региональный технологический парк как инструмент модернизации промышленности юга России» (г. Краснодар, 2012 г.).

Публикации. Основное содержание опубликовано в 10 печатных работах, из которых 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 105 наименований и приложений; изложена на 157 страницах машинописного текста, включая 57 рисунков и 26 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, рассмотрены методы исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе на основе открытия нового явления «термостабилизации» проанализированы конструктивные особенности и условия работы деталей фрикционного узла ТБКТ. Оценена энергонагруженность ФУ тормоза и ее влияние на износо-фрикционные свойства пар трения. Намечены пути повышения эффективности ФУ тормозов за счет совершенствования проектировочных расчетов и конструктивной модернизации его деталей, а также принудительного охлаждения пар трепия.

На основе анализа литературы было выбрано два возможных способа повышения эффективности фрикционных узлов тормоза. Первый - совершенствование расчетных методов (для проектируемых новых ФУ) и второй - разработка систем принудительного охлаждения (модернизация существующих ФУ).

Во второй главе выполнено математическое моделирование тепловых процессов в парах трения ТБКТ. Модели использовались при оценке интенсивности двух рассматриваемых способов повышения эффективности ФУ тормоза.

Для этого разработан метод определения температуры обода ТБ. На основе уравнения теплового баланса при торможении аналитически найдена температуры наружной поверхности обода ТБ

-а Г/, у V р н\

«Ч»"1 И '"1с / - л / \ \ " Гц «

т^ с у/ к2 ■ р

{Аи + а-Ъ-{Тп„- Т„))

Т =-1

■ + Т„ (2)

а-Р,

где а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2,К);

Т„„,, Т0 - температура: рабочей поверхности обода ТБ, окружающей среды, К; Я - коэффициент теплопроводности материала ТБ, Вт/(м-К); Моб(бс) — масса обода ТБ и его боковой стенки, кг; с - теплоемкость материала ТБ, Дж/(кг-К); Ли - тепловой поток, Дж/с;

- площадь поверхности конвективного теплообмена ТБ, м2; И — длина боковой стенки ТБ, м; р — плотность материала ТБ, кг/м3;

у - коэффициент уточнения согласующий характер искомой зависимости с результатами математического моделирования и эксперимента.

Разработанный метод позволяет при любом режиме теплоотдачи прогнозировать термостабилизационное состояние и теплонагруженность ФУ.

Сходимость расчетных и экспериментальных результатов представлено на рис. 1.

1об, °с

200

100

120 240 360 480 600 720 840

т, с

Рис. 1. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных: 1 - экспериментальные исследования ФУ; 2 - данные аналитического метода; 3 - доверительный диапазон

Согласно зависимости (2) при переходе режима охлаждения с вынужденного на принудительный изменяется коэффициент теплоотдачи поверхности обода ТБ, что позволяет выполнять расчет тепловой нагруженности и термостабилизационного состояния пар трения при различных режимах их нагревания и охлаждения.

Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает +10%. Объясняется это тем, что наружная поверхность обода ТБ была окрашена и в результате перегревалась.

Базируясь на исследованиях проф. Чичинадзе A.B., разработана тепловая модель ФУ тормоза с учетом теплового состояния приповерхностных слоев ФН и явления термостабилизации ТБ. Оценка процессов теплопередачи через элементы ФУ тормоза позволила определить коэффициенты теплоотдачи поверхностей фрикционного узла, а также коэффициент распределения (3) тепловых потоков между элементами

а =_ZX_

т" 2Х+2Х' ( )

где ~ZK\V - средняя величина коэффициентов теплопередачи «среда межконтактной зоны - металлический элемент трения - омывающий воздух» за период времени начала и конца торможения, Вт/(м2 °С);

ip- средняя величина коэффициентов теплопередачи «среда межконтактной зоны - приповерхностный слой ФН - тело ФН - основание тормозной колодки -омывающий воздух» за период времени начала и конца торможения, Вт/(м2-°С).

С ростом поверхностных температур от 100 до 350°С коэффициент теплопередачи увеличился в 8,8 раз. В интервале температур от 100 до 250°С доля тепловой энергии растет от 0,55 до 0,757 для металлического элемента и снижается с 0,45 до 0,243 для неметаллического. Это подтверждает факт, того что обод тормозного барабана выступает в качестве аккумулятора тепловой энергии и интенсификатора адсорбци-онно-диссорбционных процессов в приповерхностных слоях накладок.

На основе полученных тепловой модели и метода определения температуры обода ТБ разработан метод оценки интенсивности охлаждения объемом омывающих потоков воздуха при аэродинамике.

Модель ТБ была разбита условно на три зоны (рис. 2), которые расположены между: рабочей поверхностью обода ТБ и торцом тормозного щита (зона I); рабочими поверхностями обода ТБ и ФН (зона II) и тормозной колодкой и боковой стенкой (зона III). В ней воздух омывает тормозную колодку и боковую стенку обода ТБ.

Зона І

Рис. 2. Рабочая схема ТБКТ: 1 - тормозной барабан; 2 - фрикционная накладка; 3 - тормозная накладка; 4 - тормозной щит; 5 - боковая стенка

С потоком воздуха в полость тормоза попадают частицы пыли. Составим и преобразуем систему уравнений движения для одной из этих частиц. Получим систему уравнений (4) для скоростей её движения в зоне II

1 С„-р /гЧ

(4)

Чг

■Р я-Л: 1 ■ - • " + -

4 г

где тч,г- масса и радиус траектории частицы, кг, м;

и>,„ о,,- горизонтальная и вертикальная составляющие скорости, м/с;

Схц~ безразмерный аэродинамический коэффициент сопротивления;

г/, - диаметр частиц, м;

р - плотность потока воздуха, кг/м3;

г - время, с;

В зоне III охлаждающий поток воздуха движется по криволинейному каналу. Учитывая угол поворота (р=я-/2), система уравнений имеет вид (5)

— = т—

СІТ г (¡(р _ V СІТ г'

(5)

где V — окружная скорость потока воздуха, м/с.

Движение потоков воздуха, омывающего ФУ тормоза, происходит за счет разности давлений в полости тормозного механизма и окружающей среде. Это сопровождается потерями механической энергии. Последние обусловлены силами трения, об-

разованием вихрей в местах изменения зазора между элементами тормоза, преодолением подъемных сил и неравномерностью движения воздуха при неизотермическом течении. Тогда объем воздуха, проходящего через полость тормоза, имеет вид

где И!1Х, Ь'цЫХ, Ии - площади элементов объема тормозного механизма: входного, выходного сечения, полости тормоза, м2;

Ос. - средний диаметр рассматриваемой поверхности, м; г. (вых> £н/1ХГ, ('1Т, (кип — коэффициенты: сопротивления воздуху на входе и выходе из тормозного механизма, потери энергии на вихреобразование; потери энергии па трение; потери энергии на нагревание потока воздуха;

Тех, Тшх~ средняя температуры воздуха: поступающего и выходящего из зазора между парой трения, в полости тормозного механизма, К;

с/-диаметр внутренней поверхности обода тормозного барабана, м;

Рв, Р/1, Рных - давление: окружающего воздуха, давление в полости тормозного механизма, на выходе из полости, МПа;

г„ - время охлаждения, с.

Определение основных характеристик потока воздуха позволило оценить интенсивность охлаждения, которая непосредственно влияет на тепловую нагруженность.

Таким образом проведены теоретические исследования, позволяющие определить тепловую нагруженность, коэффициенты теплопередачи и интенсивность охлаждения ФУ, являющиеся исходными данными для повышения эффективности ФУ тормозов.

Третья глава посвящена совершенствованию метода многокритериального проектирования ФУ тормоза рациональной конструкции, учитывающий напряженно-деформированное и термостабилизационное состояние его обода.

Ограничениями условий проектирования ФУ тормоза являются: условие минимизации маховых масс (т„5) и предотвращение термостабилизационного состояния фрикционного узла тормоза (1о5).

/

(6)

Опираясь на опыт конструирования и методы оценки прочности элементов рассмотрены ограничения каждого из параметров.

Диапазон исходных данных включает: удельные нагрузки на рабочей поверхности обода ТБ (р) и требуемый тормозной момент (Мт),

1. С помощью метода геометрического проектирования определяем диаметр (с/), рабочую ширину (В) и толщину (<>') обода 'ГБ. Зависимости представлены в таблице 1.

Таблица 1

Определение конструктивных параметров тормозного барабана

Параметры Расчетные зависимости

Целевая функция c = ct -ö2{ni с1-пг •i5)+cl[j2(«1 d-n2 •<?) ']—> min. (6) где С, = £7, • К- р.

Конструктивные параметры обода ТБ: внутренний диаметр , L'V^AV^O-^ (7) 2Sa с

рабочая ширина в 1 /яГяг£'-* мг Ч-г(1 -А2) /4^ (8) 'я-р^а, 25„с \3[р]'

толщина s_c 1 ja! а,-Е-к-Мг-т„-т( 1-Д2) 4 К ■ р \ а, 2 S„ ■ с

масса об 2 V Hb 1 (10)

где щ, "2 - коэффициенты целевой функции;

а1, аг, а} - коэффициенты: весовой, температурный и линейного расширения материала обода ТБ;

к - коэффициент, учитывающий долю аккумулируемой ТБ энергии в процессе торможения;

соо- угловая скорость обода ТБ перед началом торможения, с"1;

- количество пар трения тормоза; с - теплоемкость материала обода ТБ, Дж/(кг-К) и кг/м3; с2> сз, с4 - коэффициенты, учитывающие связь между параметрами ТБ; Е - модуль Юнга, МПа; ¡х - коэффициент Пуассона;

\р] - допустимые удельные нагрузки, действующие на поверхность ТБ, МПа; О,,,. - диаметр наружной поверхности ТБ, м; а„, - напряжение изгиба обода ТБ, МПа.

Рис. 3. Алгоритм многокритериального метода проектирования ФУ Расчет напряженнно-деформированного состояния полученных

конструктивных параметров.

3. Определение в пределах заданого диапазона массы обода ТБ (тоб).

4. Расчет теплового состояния обода с ограничениями: по температуре деструкции ФП (1/1=250 °С) и диапазону температур обода ТБ {!,„-).

5. Определение по основным конструктивным параметрам ряда второстепенных и ведущих эксплуатационных показателей: площади поверхности обода ТБ рабочей (Л/.), общей (А0), коэффициент взаимного перекрытия пар трения (К„), коэффициент трения (/), сила трения работа трения (1У„,р).

6. Оптимизация основных конструктивных параметров по времени торможения (г->тш) и по энергоемкости тормоза (Е,~^тах). Для оптимизации надо ввести диапазон который бы обеспечивал совмещение два этих взаимоисключающих фактора.

12

Результаты многокритериального проектирования рациональных конструктивных параметров ФУ тормоза АТС МЛЗ-551605-371 сведены в таблицу 2.

Для улучшения износостойкости и свойств ФН тормоза, разработан метод определения суммарных составляющих токов (патент РФ № 2459986) и их направлений (патент РФ № 2462628) в различных тепловых зонах металлического элемента трения с учетом работы выхода электронов из металлической и полимерной поверхностей.

Кроме того, предложена система (патент РФ № 2460913), позволяющая удалять влагу и жидкие фракции с поверхностей трения, что предотвращает наступление термостабилизационного состояния.

Таблица 2

Результаты проектирования рациональных конструктивных и эксплуатационных

параметров ФУ тормоза АТС МАЗ-551605-371

Исходные параметры Ограничения по массе обода ТБ

пределы пределы

нижний верхний нижний верхний

р, МПа 1,0 4,09 тб, кг 40,2 48,8 42,6

Мт, Им 1270 2160 Ограничения по тепловой нагруженности обода ТБ

Основные конструктивные параметры пределы

нижний верхний

В, мм 135,0 140,0 137,0 1„, °С - 250 246,4

5, мм 12,5 17,5 15,5 ! . °Г 150 250 217,8

С1, ММ 405 415 410 Оптимизационный диапазон

Второстепенные конструктивные параметры предел

нижний верхний

///, мм 76,0 Рп 0,94 хТ, С 60,0 720,0 340,0

И, мм 16,0 КвЗ 0,65 Ет, кДж/°С 0,78 0,9 0,82

Эксплуатационные параметры

Л? 1 0,37 | кДж | 28,4 | Ао/Ап | 2,59 | кН | 4,73

Изложенное показывает, что разработанный комплекс мероприятий по повышению эффективности работы ТБКТ, включает как основу их рациональное проектирование.

Четвертой глава посвящена экспериментальным исследованиям двух способов повышения эффективности ФУ: многокритериального метода проектирования и СО фрикционных узлов тормозов. Испытания проводились на примере тормозов грузово-

го автотранспортного средства (АТС) МАЗ-551608-371 и тормозных механизмов ТКГ-400, устанавливаемых на мостовом кране.

На основании предложенной тепловой модели была изготовлена СО фрикционного узла ТБКТ (рис. 4), работающая на эффектах эжектора (при разомкнутых парах трения) и тепловой грубы (при замкнутых парах трения).

Система охлаждения состояла из системы медных трубчатых проводников хла-доагентов 4, нагреваемой при торможении, и кондуктивным теплообменом передающей теплоту водио-спир говому раствору (25%) 11 в камере 10 тормозной колодки. За счет градиента давления между теплоносителем 11, находящегося в системе сопловых отверстий 7 втулки 6 и межкоптактным зазором между парами трения, теплоноситель 11 попадает на поверхность ФН 2, где испаряясь охлаждает рабочую поверхность ТБ 1.

Наличие эффекта конфузора 9 в системе сопловых отверстий 7 во втулке 6 позволяет потокам воздуха и газов, циркулирующих между парами трения попадать в объем камеры 10 и захватывать жидкость для её передачи но системе сопловых отверстий 7, работающих в режиме диффузора 14.

а) '2 11 2 10 1 ч Рис. 4. Продольный разрез

пар трения тормоза с СО (а); вид А - установка СО в основание колодки и в накладки (б); вид Б и В на пластмассовую втулку с системой продольных сквозных отверстий (в, д): 1 - ТБ; 2 - ФН; 3 - узлы охлаждения; 4 диффузоры и чЭ^Н/ конфузоры (г, е);

5, 6 - медная трубка, се выступ с резьбой и пластмассовая втулка; 7 - сопловые отверстия; 8 - отверстия с резьбой в основании колодки; 9, 14 - отверстия: конфузоры, диффузоры; 10, 11 - камеры колодки с теплоносителем; 12 - обратный клапан

В процессе торможения система работает в режиме тепловой трубы, в которой

различают горячую и холодную зоны. Торец узла охлаждения 3, соприкасающийся с

рабочей поверхностью обода ТБ является горячей зоной тепловой грубы, а нижняя

14

часть узла охлаждения 3 погруженная в теплоноситель 11 камеры 10 колодки - холодной зоной. За счет градиента температуры между горячей и холодной зонами и происходит циркуляция теплоносителя 11 в объемах сопловых отверстий 7 втулок 6, способствуя тем самым отводу теплоты от обода ТБ 1. Интенсивность охлаждения обода ТБ 1 зависит от продолжительности эжекгорных эффектов и тепловой трубки.

При стендовых испытаниях тормозного механизма с серийными и усовершенствованными ФУ измерялись и строились следующие зависимости: 0/ = /(г), '<м=.Лг), Mr=J(tn).

Зависимость тормозного момента от температуры пар трения представлена на рис. 5.

Мт. Нм 1500 1000

/ 3 X

4 о о , ---1 4 rzr

(Ч 11_ 1/

100

200

300

400 50С

in, °С

Рис. 5. Зависимости тормозного момента, развиваемого тормозами с различными типами колодок, от поверхностной температуры ФУ различных производителей : 1 - Россия, 2 - Германия, 3 - усовершенствованные фрикционные узлы, 4 - Украина

Анализ графиков на рис. 5 показывает, что на начальной стадии процесса торможения проходил прогрев пар трения тормоза, поэтому тормозной момент достигал своего максимума в диапазоне температур 97-158СС. Затем с ростом температур (< 250°С) тормозной момент снижался.

Сравнение (рис. 5) серийных зарубежных ФУ и предлагаемых при использовании ФН одного шифра доказали, что эффективность СО по тормозному моменту в среднем на 9-12% выше (при Т< 250°С).

Дорожные испытания ФУ тормозного механизма грузового АТС МАЗ-551605-371 проходили по двум схемам: циклические и длительные. После 20-ти циклических торможений (рис. 6) температура на поверхности серийных ФУ превышала допустимую температуру деструкции накладки, а СО пар трения тормоза снизила температуре на поверхности ФН /// на 29-32 % .

т, с

Рис. 6. Изменения поверхностной температуры ТБ от времени торможения при циклических испытаниях: 1' - серийные ФУ (нагревании, вынужденное охлаждение); 2' - усовершенствованные ФУ (нагревание, принудительное охлаждение)

Система охлаждения работает в процессе торможения в режиме тепловой трубы, а между торможения - в режиме эжектора.

При выполнении требований (ГОСТ Р 51709-2001), предусмотренных испытаниями типа /, серийные ФУ нагревались до 311 °С, а при испытании II - 349 °С, что превышала допустимую температуру для материалов ФН. (рис. 7) а)

нагрев

охлаждение

нагрев

охлаждение

"60 Г20

т, с т> с

Рис. 7. Изменения поверхностной температуры тормозного барабана от времени торможения при проведении длительных испытаний типа I (а) и II (б): 1 - кривая при вынужденном охлаждении; 2 - кривая при принудительном охлаждении

С применением усовершенствованных ФУ температура не достигала допустимой и составила 232 °С при испытаниях типа / и 238 °С при испытаниях типа II. Эффективность применения СО ФУ составила в среднем 26-29% по температуре на поверхности ФН (/;,).

На рис. 8 представлена оценка интенсивности изнашивания ФН самоприжимной и самоотжимной колодок тормоза при пробеге (Ь= 1000,0км) АТС МАЗ 551605-371.

Рис. 8 а, б, в, г. Изменения интенсивности изнашивания рабочих поверхностей ФН самоприжимной (а, в) и самоотжимной (б, г) колодок тормоза при пробеге (Ь=1000,0 км) АТС МАЗ 551605-371 в случае серийных ФУ (а, б) и усовершенствованных (в, г).

Применение усовершенствованных ФУ позволило снизить износ рабочих поверхностей ФН на 44-47% по сравнению с серийными. Объясняется это снижением тепловой нагруженности усовершенствованных ФУ.

Аналогично проводились экспериментальные исследования тепловой нагруженности и износостойкости серийных и усовершенствованных ФУ тормоза ТКГ-400, устанавливаемый па мостовом кране. Эффективность применения СО пар трения тормоза составила 24-26% по температуре на поверхности ФУ (Гц) и 31-31% по линейному износу ФН (У/;).

На следующем этапе были спроектированы и изготовлены ТБ. Результаты стендовых испытаний представлены на рис. 9 и 10 я, б

300 200

ч \

Х'

у к 2

360 480

б)

Рис. 9 - Изменения температуры поверхности трения во

времени:1 - обод серийного ТБ с/ = 420,0 мм; <5 =15,0мм; 2 - обод спроектированного ТБ (1= 405,0 мм <5=12,5 мм.

МПа

т, с 40 20 /р.МПа

Рис. 10. а, б - Изменения тепловой нагруженное™ ФУ тормоза от времени нагревания и удельных нагрузок при стендовых испытаниях: а - серийный ГБ ¿/ = 420,0 мм; <5 =15,0 мм; б -спроектированный ТБ с1= 405,0 мм <5=12,5 мм.

Анализ показывает значительное снижение температуры на поверхности пары трения с примением ТБ, изготовленного по результатам проектирования многокритериальным методом с учетом связанных конструктивных и эксплуатационных параметров.

Благодаря разработанному методу, металлоемкость ТБ тормоза на примере АТС МАЗ 551605-371 была снижена на 15,0 %, в сравнении с серийным, за счёт полученных рациональных конструктивных параметров.

Итогом теоретических и экспериментальных исследований является сравнительный анализ показателей энергоемкости и эффективности серийных, изготовленных по многокритериальному методу и усовершенствованных ФУ тормоза АТС МАЗ 551605-371. Показатели сведены в таблице 3.

18

Таблица 3

Сравнительный анализ параметров энергоемкости и эффективности тормозов с серийными и усовершенствованными ФУ

№ Наименование параметров Обозначе- Единица Значения параметров

ние измерения I* II* III*

1 Масса барабана с, кг 48,6 48,6 41,3

2 Масса колодки кг 5,2 5,9 5,2

3 Эффект ивность торможения парами трения Рср 1/с2 0,0303 0,0352 0,0378

4 Весовой износ поверхностей накладок Дг. г 15,3 11,7 12,3

5 Приведенная эффективность торможения парами трения Н(фг 1/(г- с) 0,099 0,15 0,161

6 Тормозной момент ФУ: - максимальный - минимальный мт тах мт тт Им Н-м 2257,1 1121,5 2335,0 1749,5 2447,3 1568,3

7 Поверхностные температуры пар трения ¿поя "С 275,2 259,4 245,6

8 Общая энергоемкость ФУ Ет кН/°С 0,73 0,85 0,82

Примечание: I - серийно выпускаемый ТБКТ АТС МАЗ 551605-37; II - тормоз, оснащенный СО (усовершенствованный); III - спроектированный тормоз с помощью многокритериального метода.

Анализ показал, что параметры энергоемкости усовершенствованных (оснащенных СО) и конструктивно модернизированных (спроектированных по предлагаемому алгоритму) ФУ увеличились на 13,5% по сравнению с серийными, в тоже время параметры эффективности возросли на 15,4% соответственно. Кроме того представляется перспективным осуществлять промышленное производство ФУ на основе разработанного метода многокритериального проектирования, а эксплуатируемые ФУ модернизировать, используя систему принудительного охлаждения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Основываясь на законах теплофизики разработан уточненный аналитический метод определения температуры барабана тормоза в условиях вынужденного и принудительного охлаждения, с целью оценки допустимых температурных границ эксплуатации узла.

2. Моделируя трибоконтакт в виде многослойного объекта и учитывая термическое сопротивление приповерхностных слоев, сформирована тепловая модель пары трения тормоза барабапно-колодочного типа, для расчета теплопередачи пары барабан-фрикционная накладка при различных условиях.

3. Применяя базовые уравнения газодинамики получена модель, позволяющая рассчитать основные характеристики охлаждающего фрикционную пару воздушного потока - траекторию его движения, скорость и объем, обеспечивающие оценку технического состояния устройства.

4. Сформированный комплекс теоретико-аналитических расчетов, позволил создать итерационный алгоритм определения рациональных параметров основных конструктивных элементов тормозного барабана при минимизации маховых масс и термических напряжений,

5. Разработана и прошла промышленную апробацию новая конструкция тормоза барабанно-колодочного типа с применением эффектов диффузора, конфузора и тепловой трубы, обеспечивающая снижение и выравнивание по сечению энергонагру-женности фрикционного узла.

6. Анализ результатов сравнительных стендовых исследований серийных и конструктивно модернизированных на основе расчетов тормоза барабанно-колодочного типа показал, что эффективность фрикционного узла тормоза увеличилась на 18,6%, при одновременном снижении металлоемкости барабана на 15,0%.

7. По данным натурных испытаний новая конструкция фрикционного узла тормоза, оснащенная системой охлаждения, обеспечила повышение показателей энергоемкости и эффективности на 12,5% по сравнению с серийной конструкцией.

8. Разработанные методы расчета теплонагруженности, многокритериального рационального проектирования и средств для повышения эффективности тормозных механизмов прошли производственные испытания на предприятиях ООО «ТРАК-ЦЕНТР Краснодар», ООО «Кубань-Авто-Техника», ООО «Ситранс Саплай» с удовлетворительной оценкой. В среднем тормозной момент увеличился на 5,5%, поверхностная температура снизилась на 7,7%. Методы расчета рекомендуются для внедрения в тормоза барабанно-колодочного типа, применяемых в автотранспортной, строительной и других отраслях промышленности.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Вольченко H.A. Влияние влаги на триботехнические параметры фрикционных узлов тормозных устройств и ее удаление с их поверхностей трения / H.A. Вольченко, П.А. Поляков // Вестн. Сарат. ун-та. - 2012. - №1. - С.82-89 - ISSN 1999-8341.

2. Вольченко H.A. Нанотрибология при взаимодействии поверхностных слоев пар трения барабанно-колодочных тормозов / H.A. Вольченко, П.А. Поляков // Вестн. Сарат. ун-та. - 2012. - № 1. - С.41-47 - ISSN 1999-8341.

3. Поляков П.А. Аналитический метод определения средних температур рабочих поверхностей обода барабана / П.А. Поляков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - №4. - С.53-56.

Статьи в прочих изданиях:

4. Влияние конструктивных параметров фрикционных узлов на поверхностную температуру обода тормозного барабана / А.И. Вольченко, H.A. Вольченко, П.А. Поляков // Межвузовский сборник научных статей (четвертый выпуск) «Машиностроение». - 2011. - С.45 - 47.

5. К определению количества воздуха, омывающего рабочие поверхности пар трения барабанно-колодочных тормозных устройств при их естественном охлаждении / С.Б. Бережной, H.A. Вольченко, П.А. Поляков // Материалы Всероссийской научпо-ирактической конференции: «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве». - Орск, 2011. - С.91 - 95.

6. Математическое моделирование траекторий омывающего воздуха пары трения тормоза барабанно-колодочного тормоза транспортного средства / H.A. Вольченко, П.А. Поляков, Е.В. Гороть // Вестник СевНТУ. - 2012. - Выпуск135/2012 Серия: Машиноприборостроение и транспорт. - С.233-236.

7. Повышение эффективности и энергоемкости барабанно-колодоных тормозных механизмов / H.A. Вольченко, П.А. Поляков // Материалы Международной научно-практической конференции: «ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ - ПРОБЛЕМЫ, ЗАДАЧИ, РЕШЕНИЯ». - Орск, 2012. - С. 67-68.

Патенты Российской Федерации:

8. Пат. 2460913 С2 Российская Федерация, МПК F 16 D 65/833, F 16 D 51/10. Барабанно-колодочный тормоз / H.A. Вольченко, Д.А. Вольчепко, П.А. Поляков и др. № 2010125428/11; заявл. 21.06.10; опубл. 10.09.12, Бюл. 25. -2с.: ил.

9. Пат. 2459986 С2 Российская Федерация, МПК F 16 D 65/82, F 16 D 51/10. Способ определения составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабапно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях / А.И. Вольченко, H.A. Вольченко, П.А. Поляков и др. заявл. 19.04.2010; опубл. 27.09.2012, Бюл. №27.-2.: ил.

10. Пат. 2462628 С2 Российская Федерация, МПК F 16 D 65/82, F 16 D 51/10. Способ определения направлений составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях / А.И. Вольченко, H.A. Вольченко, П.А. Поляков и др. заявл. 19.04.2010; опубл. 27.09.2012, Бюл. №27.-2.: ил.

Подписано в печать 11.11.2013. Формат 60x84 Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 992 Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571, с-таП: olfomcnko@yandcx.ru

Кубанский государственный технологический университет

На правах рукописи

Поляков Павел Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность: 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали

машин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к-техн. наук, доцент Н.А. Вольченко

Краснодар - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ............................................ 5

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... 8

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.............. 12

1.1 Конструктивные особенности и условия работы пар трения в тормозных

механизмах барабанно-колодочного типа........................................... 12

1-2 Энергонагруженность фрикционных узлов тормозов автотранспортных

средств в различных условиях эксплуатации....................................... 22

1.3 Влияние эиергонагруженности фрикционных узлов тормозов на их износо-фрикционные свойства................................................................... 27

1.4 Пути повышения эффективности работы пар трения расчетными методами

и конструктивными усовершенствованиями........................................ 31

1.5 Цель и задачи исследований............................................................ 38

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОНАГРУЖЕННОСТИ ПАР ТРЕНИЯ ТОРМОЗА............................................................. 39

2.1 Энергетический баланс во фрикционном узле тормозного механизма.......... 39

2.2 Аналитический метод определения температуры тормозного барабана, при различных видах охлаждения............................................................. 41

2.3 Оценка интенсивности процессов теплопередачи через фрикционные узлы тормозов...................................................................................... 45

2.4 Математическое моделирование траекторий охлаждающих потоков воздуха........................................................................................ 49

2.5 Определение объема и расхода теплоносителя при охлаждении................ 56

2.6 Выводы....................................................................................... 64

3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАР ТРЕНИЯ ТОРМОЗОВ........ 65

3.1 Разработка алгоритма и рабочей программы для рационального проектирования фрикционных узлов тормозов...................................... 65

3.2 Проектные расчеты рациональных конструктивных параметров тормозных барабанов.................................................................................... 70

3.3 Эффективность пар трения тормозов барабанно-колодочного типа........... 85

3.4 Выводы....................................................................................... 91

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ

НАГРУЖЕННОСТИ ПАР ТРЕНИЯ ТОРМОЗОВ.............................. 92

4.1 Требования к техническому состоянию реальных узлов и агрегатов тормоза, а также экспериментальному оборудовани................................... 92

4.2 Методика проведения экспериментальных исследований......................... 95

4.3 Рабочий узел для стендовых и натурных испытаний........................................ 101

4.4 Экспериментальные исследования тепловой нагруженности серийных и усовершенствованных пар трения....................................................... 112

4.5 Оценка энергоемкости и эффективности фрикционных узлов тормозов барабанно-колодочного типа............................................................ 130

4.6 Выводы....................................................................................... 134

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................................................. 135

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................... 136

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................... 145

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Наименование Обозначение Размерность

Коэффициенты теплоотдачи от: межконтактной среды к рабочей (полированной) поверхности металлического элемента трения; внешней (матовой) его поверхности к омывающему воздуху; матовой поверхности основания тормозной колодки к омывающему воздуху а\, а2, а3 Вт/(К-м2)

Объемная температура обода тормозного барабана Т0б К

Температура на поверхности трения тормозного барабана Т -1 нов К

Температура боковой стенки тормозного барабана Ть К

Температуры: воздуха, поступающего и выходящего из зазора между фрикционными парами; абсолютная температура воздуха в полости тормоза Твх■> Твых> Тп К

Температура окружающей среды Т 1 о К

Коэффициенты теплопроводности: металла элемента трения; приповерхностного слоя накладки; собственно накладки и основания тормозной колодки М-> Л;. Лг Вт/(К-м)

Масса: обода тормозного барабана; боковой стенки барабана т0б(бс) кг

Теплоемкость материала: обода тормозного барабана; боковой стенки СЫЩ Дж/(кгК).

Тепловой поток и Дж/с

Время торможения г с

Объем боковой стенки барабана гбс м'

Плотность материала тормозного барабана Р кг/м3

Длина боковой стенки Уг м

Площадь поверхности конвективного теплообмена тормозного барабана Гб м2

Площадь сечения ¥ м*

Коэффициент уточнения, согласующий характер искомой зависимости с результатами математического моделирования и эксперимента ¥ —

Температуры: внутренней и внешней поверхности основания тормозной колодки (к, ¡¡а к

Температуры: внутренней, рабочей поверхности фрикционной накладки и её приповерхностного слоя ¡Н, ¿НЬ и 12 К

Термические сопротивления: основания тормозной колодки, фрикционной накладки и её приповерхностного слоя, а также барабана Кь &3, Вт/(К*м2)

Толщины: металлического элемента трения; приповерхностного слоя фрикционной накладки; собственно накладки и основания тормозной колодки 8\> 8т 5,„ 8Л м

Средняя величина коэффициентов теплопередачи в теплообменном процессе «среда межконтактной зоны - тормозной барабан - омывающий воздух» за время торможения Ш-'ср BT/(M2-IC)

Средняя величина коэффициентов теплопередачи в теплообменном процессе «среда межконтактной зоны - приповерхностный слой фрикционной накладки - тело фрикционной накладки - основание тормозной колодки - омывающий воздух» за время торможения Ж"ср Bt/(M2-°C)

Проекции силы сопротивления потока воздуха на оси z и г, соответственно Fez-, Fer II

Сила инерции Fu H

Масса частицы тч кг

Горизонтальная и вертикальная составляющие скорости частицы в потоке воздуха w» Щ м/с

Время охлаждения ?0 с

Безразмерный аэродинамический коэффициент сопротивления, определяемый из критериев подобия Фруда Схо —

Плотности: окружающего воздуха; в полости тормозного механизма и на выходе из тормозного механизма Рв> Рп»Рвых кг/м3

Радиус траектории частицы >\ м

Окружная скорость потока воздуха Ve м/с

Вязкость воздуха м Па-с

Средний диаметр рассматриваемой поверхности Dc м

Коэффициенты сопротивления потоку на входе и выходе из тормозного механизма %ВХ> %вых —

Коэффициент потери энергии на вихреобразование потока воздуха Zbiixp —

Средние скорости воздуха на входе, внутри тормозного механизма и на выходе из него VßXt V[h VBblX м3/с

Коэффициент сопротивления трения о воздушный поток единицы относительной высоты рассматриваемого элемента X —

Площади нагретых элементов тормозного механизма и поперечного сечения зазора Fi, F2, F3 м2

Газовая постоянная воздуха R Дж/(кг-К);

Общая масса воздуха в вихре m кг

Температура холодной части вихря Tm К

Показатель адиабаты Па —

Радиус вихря воздуха, обтекающего наружную поверхность обода тормозного барабана reuxp м

Линейная скорость слоев воздуха в вихре v' м/с

Математическое ожидание попадания вихря в зону раздела его горячей и холодной части Yli —

Давление воздуха в вихре Р МПа

Радиус внутренней поверхности обода барабана Яв м

Радиус наружной поверхности фрикционных накладок В-Ф м

Объем воздуха, проходящий через полость тормозного механизма при вынужденном охлаждении V м3

Линейная скорость точек поверхности трения барабана в относительном движении уб м/с

Расход воздуха при постоянном давлении О, м3/с

Давление: окружающего воздуха; в полости тормозного механизма, воздуха на выходе из тормозного механизма Рв, Рп, Рвых МПа

Площади: сечения сопла в наиболее узком и широком местах Р\ши> Р'мах м2

Скорости потока теплоносителя на входе и выходе из сопла Vвых м/с

Удельный объем теплоносителя в минимальном сечении и на выходе из сопла м3/кг

Длина струи и м

Радиальные деформации обода тормозного барабана ж м

Радиус срединной поверхности обода тормозного барабана Дс м

Коэффициент трения скольжения во фрикционном узле / —

Ширина фрикционной накладки тормозной колодки в„ м

Диаметр рабочей поверхности обода тормозного барабана м

Угол обхвата фрикционными накладками колодок рабочей поверхности барабана а0 град.

Удельные нагрузки на поверхностях трения Р МПа

Коэффициент запаса работы тормоза; кз

Напряжение изгиба обода тормозного барабана О из МПа

Приведенная толщина пластины 8пр м

Коэффициент, зависящий от величины отношения В/8пв\ С2 —

Статические моменты сечений относительно осей X и У Бу, м3

Моменты инерции элементарных фигур сечения относительно горизонтальной оси, проведенной через их центр тяжести /1?/2?...,/7 м4

Расстояния от центра тяжести элементарных фигур сечения до его главной оси 2 м

Перерезывающая сила Н

Изгибающий момент М0 Нм

Цилиндрическая жесткость барабана Нм

Оценочный критерий Ро —

Коэффициент Пуассона М —

Радиус защемления фланца Ъ м

Радиус фланца Гф„ м

Коэффициенты: весовой, температурный и линейного расширения материала обода тормозного барабана —

Коэффициент, учитывающий часть аккумулируемой тормозным барабаном энергии в процессе торможения к —

Угловая скорость обода барабана перед началом торможения со0 с1

Количество пар тормоза; Бо —

Коэффициенты, учитывающие связь между параметрами тормозных барабанов С3, С4, С5 —

Толщины: фланца тормозного барабана; подкрепляющего кольца <>ФЛ, м

Наружный диаметр ступицы фланца йст м

Наружные диаметры: барабана, подкрепляющего кольца м

Ширина подкрепляющего кольца Вк м

Тормозной момент: средний, максимальный и минимальный Мтср, МТтах, МТтт Нм

Угол поворота тормозного барабана <Р град.

Избыточная энергия Ь№И Дж

Количество единичных торможений п —

Весовой износ фрикционных накладок Да г

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Фрикционные узлы находят широкое применение в разных машинах и механизмах. Они обеспечивают безопасность на транспорте, работоспособность подъемных устройств, различных путевых и строительных механизмов.

Одной из наиболее распространенных конструкций фрикционных узлов является узел тормоза барабанно-колодочного типа. Эта конструкция в сравнению с дисково- и ленточио-колодочными тормозными механизмами является более тяжелонагружен-ной, в силу конструктивных особенностей деталей и условий эксплуатации. Известно, что одним из ограничительных условий эффективной эксплуатации фрикционных узлов является температура, которая должна быть ниже допустимой для материалов накладки.

На стадии проектирования деталей фрикционной пары это обеспечивается тепловым расчетом. Применяемые в настоящее время методики базируются на эмпирических зависимостях, недостаточно точно описывающих температурное поле взаимодействующих поверхностей. К их недостаткам следует отнести невозможность полностью моделировать механические и физико-химические процессы, развивающиеся во фрикционном контакте деталей тормоза. А такие важные факторы как термостабилизационное и метастабильное состояние обода и поверхности фрикционной накладки остаются вне поля зрения исследователей.

Одним из ведущих направлений обеспечения эффективной и безопасной работы тормоза барабанно-колодочного типа является определение рациональных конструктивных параметров деталей фрикционного узла. Для этого, в настоящее время отсутствует комплексное сочетание прочностного и теплового расчета, что затрудняет проектирование из условия обеспечения необходимого тормозного момента и эффективной энергоемкости.

Изложенное показывает, что поиск рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров деталей фрикционного узла, а также проблема повышения ресурса и энергоемкости тормозов барабанно-колодочного типа при проектировании, являются весьма важными и актуальными.

Цель работы: повышение эффективности тормозов барабанно-колодочного типа путем уточнения расчетной базы и рационального проектирования деталей их фрикционных узлов.

Эффективность фрикционного узла рассчитывается общепринятой формуле

О)

где аст - коэффициент стабильности тормозного момента;

т - время торможения.

Помимо формулы (1) эффективность фрикционного узла оценивается следующими критериями: тормозной момент (МТ), поверхностная температура (Т„ов), общая энергоемкость (Ет) и износ фрикционных накладок (/).

Объект исследования - основные закономерности расчета и проектирования тормозных систем.

Предмет исследования - конструкция деталей фрикционного узла тормоза барабанно-колодочного типа.

Методы исследования. Выполнение исследований по разработке многокритериального рационального проектирования и геометрического программирования базируется на использовании фундаментальных положений теории теплопроводности, теплообменных и теп л опере дающих процессов, а также математической статистике.

Научная новизна полученных результатов:

- разработан метод многокритериального проектирования рациональной конструкции деталей фрикционного узла тормоза барабанно-колодочного типа, учитывающий напряженно-деформироваииое и термостабилизационное состояние его обода;

- получена более уточненная и информативная тепловая модель контактирующих деталей фрикционного узла тормоза рассматриваемого типа с учетом теплового состояния приповерхностных слоев фрикционной накладки и явления термостабилизации тормозного барабана, позволяющая скорректировать распределение теплового потока между парами трения.

Практическое значение полученных результатов.

Полученные закономерности изменения температуры обода тормозного барабана во времени позволили

- установить влияние конструктивных параметров тормозного барабана на термостабилизационное состояние его обода;

- решить многокритериальную задачу, обеспечивающую эффективность геометрического программирования для уточненного расчета рациональных конструктивных параметров тормозного барабана при его проектировании;

- повысить показатели эффективности, энергоемкости и износостойкости фрикционного узла тормоза с применением разработанных методов расчета и проектирования его деталей, а также специальных систем охлаждения.

Разработана, спроектирована и испытана оригинальная система охлаждения фрикционного узла тормозного механизма, работающая в режимах диффузора, конфузора и тепловой трубы, обеспечивающая снижение и выравнивание энерго-нагруженности фрикционного узла тормоза;

Значимость полученных результатов подтверждается их использованием при модернизации тормоза барабанно-колодочного типа на предприятиях ООО «Кубань-Авто-Техника» и ООО «ТРАК-ЦЕНТР Краснодар» (г. Краснодар); ООО «Ситранс Саплай» (г. Новороссийск), а также применением в учебном процессе.

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро при расчете вновь проектируемых и модернизации существующих тормозов барабанно-колодочного типа.

Личный вклад соискателя. Основные положения и результаты диссертационной работы, получены соискателем самостоятельно. В совместных публикациях автору принадлежат следующие разработки: тепловая модель фрикционного узла [2]; оценка интенсивности охлаждения пар трения тормозного механизма [5]; математическое моделирование потоков воздуха, омывающего пары трения тормозного механизма [6]; аналитический метод определение тепловой нагруженно-сти фрикционного узла [3]; метод определения конструктивных параметров обода тормозного барабана в сочетании с эксплуатационными параметрами фрикционного узла тормозного механизма [4]; система охлаждения фрикционного узла тормозного механизма [7]; определение генерируемых составляющих токов и их направлений на взаимодействующих поверхностях пар трения [9, 10]; ряд средств для повышения эффективности тяжелонагруженных фрикционного узла тормозов [1, 8].

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции

«Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (г. Орск, 2011 г.); III Всероссийской молодежной научной конференции «Научный потенциал молодёжи - будущее России» (г. Муром, 2011 г.); XIV и XV международной научно-технической конференции «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы» (г. Севастополь, 2011 и 2012 г.); X международном симпозиуме украинских инженеров-механиков (г. Львов, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Региональный технологический парк как инструмент модернизации промышленности юга России» (г. Краснодар, 2012 г.).

Публикации. Основное содержание опубликовано в 10 печатных работах, из которых 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ.

Структу