RU2174199C2 - Device for cooling and method of equalization of heat stress loading of drum-and-block brake - Google Patents

Device for cooling and method of equalization of heat stress loading of drum-and-block brake

Info

Publication number
RU2174199C2
RU2174199C2 RU99106636A RU99106636A RU2174199C2 RU 2174199 C2 RU2174199 C2 RU 2174199C2 RU 99106636 A RU99106636 A RU 99106636A RU 99106636 A RU99106636 A RU 99106636A RU 2174199 C2 RU2174199 C2 RU 2174199C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermocouples
drum
brake
rim
thermoelectric
Prior art date
Application number
RU99106636A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99106636A (en
Inventor
А.А. Петрик
Александр Иванович Вольченко
Н.А. Вольченко
Геннадий Петрович Рыбин
Дмитрий Александрович Вольченко
Петр Васильевич Паламарчук
Original Assignee
Кубанский государственный технологический университет
Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный технологический университет, Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа filed Critical Кубанский государственный технологический университет
Publication of RU99106636A publication Critical patent/RU99106636A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2174199C2 publication Critical patent/RU2174199C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: transportation mechanical engineering, drum-and-block brakes of transportation facilities, road and building machines. SUBSTANCE: device for cooling drum-and-block brakes is made of thermocouple rods. Spring-loaded hollow thermo-conducting inserts with convex bridges moving in longitudinal slots of linings are fitted in pairs to the cold junctions of unlike thermocouples whose end faces are placed at a depth of the linings allowable wear. The unlike thermocouples, from the side of fixing the rim of the drum with flange, at a depth of allowable wear of the linings, are interconnected by means of internal surface of convex thermo- conducting plates whose external surfaces are flush mounted with the linings and represent hot junctions of thermocouples. The method is, that constant current source is connected to the first and last hot junction of the thermocouples placed from the side of the rim free edge. In so doing, the thermocouple of n-type conducting is connected to the positive terminal of the constant current source and the thermocouple of p-type conduction is connected to the negative terminal of the constant current source to increase the strength of current of thermoelectric cooler generated by thermoelectric generator. Cold junctions of thermocouples placed from the side of fixing edge of the drum are connected to the circuit of constant electric current which is turned on for working process between brake actions. EFFECT: enhanced efficiency of forced cooling of friction units, producing conditions of brakes and service life of friction pairs. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в барабанно-колодочных тормозах транспортных средств, дорожных и строительных машинах. The invention relates to mechanical engineering and can be used in drum-shoe brakes of vehicles, road and construction vehicles.

Известен охлаждаемый барабанно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением, в котором система охлаждения выполнена в виде термобатарей и расположена на наружной поверхности обода тормозного барабана в герметизированном объеме, образованном кожухом, а термоэлементы термобатарей выполнены прямоугольной формы, теплоизолированы между собой и их концы расположены в теле барабана, образуя при этом с рабочей поверхностью обода барабана горячий спай. Холодный конец образован термоэлементами, выходящими наружу герметизированного объема через кожух и теплоизолированы от него. Тормозной барабан выполнен из отдельных секторов, теплоизолированных между собой и в месте крепления к ступице колеса (аналог, патент РФ N 2104422, МКИ6 F 16 D 65/833, опубл. 10.02.98, бюл. N 4). Данное техническое решение имеет тот недостаток, что охлаждается только обод тормозного барабана и, как следствие, наблюдается снижение эксплуатационных параметров тормоза из-за падения коэффициента трения перегретых поверхностей фрикционных накладок.Known cooled drum-shoe brake with thermoelectric cooling, in which the cooling system is made in the form of thermal batteries and is located on the outer surface of the rim of the brake drum in a sealed volume formed by the casing, and the thermocouples of the thermal batteries are made in a rectangular shape, are insulated between themselves and their ends are located in the body of the drum while forming a hot junction with the working surface of the drum rim. The cold end is formed by thermocouples that go outside the sealed volume through the casing and are insulated from it. The brake drum is made of separate sectors, thermally insulated between each other and in the place of attachment to the wheel hub (analogue, RF patent N 2104422, MKI 6 F 16 D 65/833, publ. 10.02.98, bull. N 4). This technical solution has the disadvantage that only the rim of the brake drum is cooled and, as a result, a decrease in the operational parameters of the brake is observed due to a drop in the friction coefficient of the superheated surfaces of the friction linings.

Известно устройство для охлаждения и способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочного тормоза, в котором теплопроводные элементы выполнены в виде термоэлементов, состоящих из полупроводниковых стержней с проводимостями n- и p-типов, концы которых установлены с контактом с одной из электропроводных пластин и при этом рабочая поверхность барабана выполнена из материала, образующего горячий спай с противоположными концами полупроводниковых стержней, а внутренняя поверхность полости и стержня относительно накладки и основания электрически изолированы (RU, заявка 94033699 A1, кл. F 16 D 65/813, опубл. 27.07.1996, прототип). Данное техническое решение имеет тот недостаток, что процесс охлаждения имеет место только при торможении. Указанное обстоятельство сказывается на эффективности принудительного охлаждения пар трения тормоза. A device for cooling and a method of balancing the heat load of a drum-shoe brake is known, in which the heat-conducting elements are made in the form of thermocouples consisting of semiconductor rods with n- and p-type conductivities, the ends of which are installed in contact with one of the electrically conductive plates and the working surface the drum is made of a material forming a hot junction with opposite ends of the semiconductor rods, and the inner surface of the cavity and the rod relative to the lining and the base tions are electrically isolated (RU, Application 94033699 A1, cl. F 16 D 65/813, publ. 07.27.1996, prototype). This technical solution has the disadvantage that the cooling process takes place only during braking. This circumstance affects the efficiency of forced cooling of the friction pairs of the brake.

Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом-прототипом имеет следующие отличительные признаки:
- достигается выравнивание теплонагруженности пар трения тормоза при его замкнутом состоянии при отводе теплоты термобатареями, работающими в режиме термоэлектрогенератора со стороны защемления обода барабана с фланцем и управление количеством отведенной теплоты из зоны трения со стороны свободного края обода барабана при работе термобатареи в режиме термоэлектрохолодильника, что несвойственно аналогу-прототипу;
- обеспечивается довыравнивание уровня теплонагруженности накладок колодок тормоза в случае его разомкнутого состояния при работе термобатарей в режиме термоэлектрохолодильника по обеим краям колодок (аналог-прототип только при включенном тормозе);
- термоэлектрическое охлаждение пар трения тормоза за счет работы термобатарей в режимах термоэлектрогенератора и термоэлектрохолодильника имеет наибольший эффект по сравнению с аналогом;
- автоматически повышается эффективность охлаждения с ростом теплонагруженности пар трения тормоза, что нельзя сказать об аналоге;
- надежность и компактность конструкции.The proposed technical solution in comparison with the analogue of the prototype has the following distinctive features:
- equalization of the heat load of the friction pairs of the brake when it is closed when heat is removed by thermopiles operating in the thermoelectric generator mode from the pinch side of the drum rim with the flange is achieved and the amount of heat removed from the friction zone from the side of the free edge of the drum rim when the thermopile is operating in the thermoelectric cooler mode is unusual prototype analogue;
- provides an equalization of the level of heat load of the brake shoe linings in the event of its open state when the thermopile is in thermoelectric cooler mode on both edges of the brake shoes (prototype analogue only with the brake applied);
- thermoelectric cooling of friction pairs of brakes due to the operation of thermopiles in the thermoelectric generator and thermoelectric cooler has the greatest effect compared to the analogue;
- cooling efficiency automatically increases with the heat load of the friction pairs of the brake, which cannot be said about the analogue;
- reliability and compact design.

Задача изобретения - повышение ресурса пар трения и улучшение эксплуатационных параметров тормоза путем охлаждения их пар трения и выравнивания теплонагруженности на его рабочих поверхностях. The objective of the invention is to increase the resource of friction pairs and improve the operational parameters of the brake by cooling their friction pairs and leveling the heat load on its working surfaces.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для охлаждения барабанно-колодочного тормоза выполнено в виде тормоэлементов-стержней, которые установлены по периметру тормозных колодок, и при этом на холодные спаи разноименных термоэлементов, торцы которых находятся на глубине допустимого износа фрикционных накладок, попарно надеты подпружиненные пустотелые теплопроводные вставки с выпуклыми перемычками, перемещающимися в продольных пазах, выполненных в накладках, а со стороны защемления обода барабана с фланцем разноименные термоэлементы на глубине допустимого износа накладок соединены между собой посредством внутренней поверхности выпуклых теплопроводных пластин, наружные поверхности которых установлены заподлицо накладок и являются горячими спаями термоэлементов. Способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочного тормоза при торможении состоит в том, что его охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью, причем термоэлементы, установленные со стороны защемления обода барабана с фланцем, работают в режиме термоэлектрогенератора, а термоэлементы, установленные с противоположной стороны тормозной колодки, - в режиме термоэлектрохолодильника, состоит в том, что подключают источник постоянного тока к первому и последнему горячему спаю термоэлементов, расположенных со стороны свободного края обода барабана, и при этом термоэлемент с электронной проводимостью подсоединяют к положительной клемме источника постоянного тока, а термоэлемент с дырочной проводимостью - к отрицательной клемме источника постоянного тока, а холодные спаи термоэлементов, расположенные со стороны защемленного края обода барабана, подсоединяют к цепи постоянного электрического тока, включаемой в работу между торможениями. The solution to this problem is achieved by the fact that the device for cooling the drum-shoe brake is made in the form of brake elements-rods that are installed around the perimeter of the brake pads, and at the same time on cold junctions of unlike thermocouples, the ends of which are at the depth of allowable wear of the friction linings, spring-loaded in pairs hollow heat-conducting inserts with convex jumpers moving in longitudinal grooves made in overlays, and on the pinch side of the drum rim with a flange different inscribed thermocouples at a depth of permissible wear of the plates are interconnected by means of the inner surface of convex heat-conducting plates, the outer surfaces of which are mounted flush with the plates and are hot junctions of the thermocouples. A method of balancing the heat load of a drum-shoe brake during braking consists in the fact that its cooling units are made in the form of thermopiles consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, and thermocouples installed from the pinch side of the drum rim with a flange operate in the thermoelectric generator mode, and thermocouples installed on the opposite side of the brake pad, in the thermoelectric cooler mode, consists in connecting a DC source to the first and last hot junction of thermocouples located on the free edge side of the drum rim, while the thermocouple with electronic conductivity is connected to the positive terminal of the direct current source, and the thermocouple with hole conductivity is connected to the negative terminal of the direct current source, and the cold junctions of the thermocouples located on the clamped side the edges of the rim of the drum are connected to a direct current circuit, included in the work between braking.

На фиг. 1 представлен фрагмент барабанно-колодочного тормоза с термоэлектрическим охлаждением; на фиг. 2 - продольный разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 3 и 4 - схема работы термобатарей в режимах термоэлектрогенератора и термоэлектрохолодильника. In FIG. 1 shows a fragment of a drum-shoe brake with thermoelectric cooling; in FIG. 2 is a longitudinal section along AA of FIG. 1; in FIG. 3 and 4 - a diagram of the operation of thermopiles in the thermoelectric generator and thermoelectric refrigerator modes.

Барабанно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением содержит тормозной барабан 1 с рабочей поверхностью 2, тормозные колодки 3 с ребрами 4 к основанию 5 которых посредством заклепок 6 прикреплены фрикционные накладки 7. Последние являются неподвижными по отношению к колодке 3. В основании 5 и в накладках 7 по длине колодок 3 на их краях выполнены неодинакового диаметра сквозные отверстия 8, в которые установлены цилиндрической формы стержни, т.е. полупроводниковые термоэлементы 9 и 10 с n- и p-типа проводимости. При этом они отделены от основания 5 теплоизоляционной втулкой 11. По обеим краям колодок 3 термоэлементы 9 и 10 установлены так, что их торцы находятся на глубине допустимого износа накладок 7. Со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем (не показан) термоэлементы 9 и 10 соединены между собой выпуклыми теплопроводными пластинами 12, установленными в продольных пазах 13 накладок 7. Со стороны свободного края обода барабана 1 (не показан) на торцах термоэлементов 9 и 10 установлены пружины 14, которые подпружинивают пустотелые теплопроводные вставки с выпуклой перемычкой 15. Последние крепятся к телу термоэлементов 9 и 10 посредством штифтов 16, входящих в их непрорезные пазы 17. Теплопроводные вставки с выпуклыми перемычками 15 находятся в продольных пазах 13 накладок 7. Со стороны нерабочей поверхности основания 5 колодок 3 торцы термоэлементов 9 и 10, начиная со второго, соединены между собой П-образными теплообменниками 18. Термоэлементы 9 и 10 со своими связующими деталями 12, 15 и 18 при взаимодействии с рабочей поверхностью 2 барабана 1 являются охлаждающими узлами, т.е. термобатареями. The drum-shoe brake with thermoelectric cooling contains a brake drum 1 with a working surface 2, brake pads 3 with ribs 4 to the base 5 of which friction pads 7 are attached by rivets 6. The latter are stationary with respect to the pads 3. At the base 5 and pads 7 along the length of the pads 3, through holes 8 are made of unequal diameter at their edges, into which the rods are installed in a cylindrical shape, i.e. semiconductor thermocouples 9 and 10 with n- and p-type conductivity. Moreover, they are separated from the base 5 by a heat-insulating sleeve 11. On both edges of the pads 3, the thermocouples 9 and 10 are installed so that their ends are at the depth of the allowable wear of the plates 7. From the pinch side of the drum rim 1 with a flange (not shown) thermocouples 9 and 10 interconnected by convex heat-conducting plates 12 installed in the longitudinal grooves 13 of the plates 7. From the side of the free edge of the rim of the drum 1 (not shown), springs 14 are installed on the ends of the thermocouples 9 and 10, which spring hollow heat-conducting inserts ki with a convex jumper 15. The latter are attached to the body of thermocouples 9 and 10 by means of pins 16 included in their notched grooves 17. Heat-conducting inserts with convex jumpers 15 are located in the longitudinal grooves 13 of the plates 7. On the side of the inactive surface of the base 5 pads 3 ends of the thermocouples 9 and 10, starting from the second, are interconnected by U-shaped heat exchangers 18. Thermoelements 9 and 10 with their connecting parts 12, 15 and 18 interacting with the working surface 2 of the drum 1 are cooling units, i.e. thermal batteries.

Для реализации способа выравнивания теплонагруженности пар трения барабанно-колодочного тормоза рассмотрим работу термобатареи в режиме термоэлектрогенератора (фиг. 3). Торцы термоэлементов 9 и 10 соединены между собой выпуклой теплопроводной пластиной 12, являющейся горячим спаем термобатареи. Два других конца термоэлементов 9 и 10 соединены внешней электрической цепью. При замкнутом тормозе в результате трения температура (Т) выпуклой теплопроводной пластины 12 увеличивается по сравнению с температурой (Т0) холодных концов термоэлементов 9 и 10 (Т > Т0), то тепловая энергия атомов горячего спая термоэлементов 9 и 10 возрастает. Эта энергия расходуется на переход электронов в свободное состояние. В результате на горячем спае термоэлемента 9 появляется больше свободных электронов и с более высокой тепловой энергией, чем на холодном, поэтому они переходят к холодному спаю, заряжая его отрицательно. Вследствие теплового движения атомов в термоэлементе 10 часть электронов уносится из горячего спая. На их месте появляются свободные (не занятые) места-дырки, обладающие положительным зарядом. Направление перемещения дырок, как положительных зарядов, совпадает с направлением электрического тока, поэтому их движение ускоряется. Занять освободившиеся места (дырки) могут электроны, энергия которых близка к энергии дырки. Но электроны, движущиеся против электрического поля, замедляются и переходят в зону меньших скоростей, а на их месте образуются дырки. Таким образом, происходит перемещение дырок к холодному спаю 10, и он заряжается положительно. В результате взаимодействия рабочей поверхности 2 барабана 1 с горячим спаем термоэлементов 9 и 10 при замыкании цепи в ней наблюдается электрический ток, обусловленный именно разностью температур. Фактически имеет место эффект Зеебека, а сама термобатарея является термоэлектрогенератором.To implement the method of balancing the heat load of the friction pairs of the drum-shoe brake, we consider the operation of the thermopile in the thermoelectric generator mode (Fig. 3). The ends of the thermocouples 9 and 10 are interconnected by a convex heat-conducting plate 12, which is a hot junction of the thermopile. The other two ends of thermocouples 9 and 10 are connected by an external electrical circuit. When the brake is closed as a result of friction, the temperature (T) of the convex heat-conducting plate 12 increases compared to the temperature (T 0 ) of the cold ends of thermocouples 9 and 10 (T> T 0 ), then the thermal energy of the atoms of the hot junction of thermocouples 9 and 10 increases. This energy is spent on the transition of electrons to a free state. As a result, more free electrons and with higher thermal energy appear on the hot junction of thermoelement 9 than on the cold junction, so they go to the cold junction, charging it negatively. Due to the thermal motion of atoms in the thermocouple 10, part of the electrons is carried away from the hot junction. In their place appear free (unoccupied) hole places with a positive charge. The direction of movement of the holes, as positive charges, coincides with the direction of the electric current, so their movement is accelerated. Electrons whose energy is close to the energy of the hole can occupy the vacant places (holes). But the electrons moving against the electric field slow down and pass into the zone of lower speeds, and holes are formed in their place. Thus, the holes move to the cold junction 10, and it charges positively. As a result of the interaction of the working surface 2 of the drum 1 with a hot junction of thermocouples 9 and 10, when the circuit is closed, an electric current is observed in it, due to the temperature difference precisely. In fact, the Seebeck effect takes place, and the thermopile itself is a thermoelectric generator.

Если же по цепи, все элементы которой находятся в одинаковых температурных условиях (Т=Т0), пропустить электрический ток в направлении, указанном на фиг. 4, то свободные электроны начнут перемещаться в термоэлементе 9 от спая (a) к спаю (в), причем это движение является замедленным, поскольку электроны тормозятся электрическим полем. Движение электронов от спая (a) к спаю (в) сопровождается переносом энергии. На спае (a) электроны, отбирая энергию атомов, приобретают кинетическую энергию; на спае (в), сталкиваясь с атомами кристаллической решетки термоэлемента 9, они отдают ему энергию. В связи с этим спай (a) охлаждается, а спай (в) нагревается. Причем скопление электронов на спае (в) способствует тому, что он заряжается отрицательно, а спай (a) - положительно.If, on a circuit with all of its elements in the same temperature conditions (T = T 0 ), pass an electric current in the direction indicated in FIG. 4, then the free electrons will begin to move in the thermocouple 9 from the junction (a) to the junction (c), and this movement is slowed down, since the electrons are inhibited by the electric field. The movement of electrons from the junction (a) to the junction (c) is accompanied by energy transfer. At the junction (a), electrons, taking away the energy of atoms, acquire kinetic energy; at the junction (c), colliding with the atoms of the crystal lattice of thermocouple 9, they give it energy. In this regard, junction (a) is cooled, and junction (c) is heated. Moreover, the accumulation of electrons on the junction (c) contributes to the fact that it is charged negatively, and the junction (a) - positively.

В термоэлементе 10 с дырочной проводимостью направление электрического тока совпадает с направлением перемещения дырок: от спая (a) к спаю (в), вследствие чего дырки ускоряются. Как уже отмечалось, образовавшиеся вакантные места могут занять электроны с уровнем энергии, близким к энергии дырки, поэтому наиболее интенсивное движение электронов наблюдается у спая (в). Здесь электроны, сталкиваясь с атомами, повышают их внутреннюю энергию, расходуемую на нагревание этого спая. По мере движения от спая (в) к спаю (a) вдоль ветви термоэлемента 10 энергия электронов уменьшается и дальнейшее их перемещение осуществляется за счет внутренней энергии атомов, вследствие чего спай (a) охлаждается. Скопление электронов на этом спае обусловливает его отрицательный заряд, при этом спай (в) заряжен положительно. Таким образом, пропускание постоянного электрического тока через термобатарею приводит к возникновению перепада температур на ее спаях. На спае (а) поглощается теплота, называемая теплотой Пельтье, на спае (в) выделяется теплота. Если от горячего спая термобатареи постоянно отводить теплоту, то на холодном ее спае можно достичь низких температур. Таким образом, получили термоэлектрохолодильник. In a thermocouple 10 with hole conductivity, the direction of the electric current coincides with the direction of movement of the holes: from junction (a) to junction (c), as a result of which holes are accelerated. As already noted, the vacant spots formed can be occupied by electrons with an energy level close to the hole energy; therefore, the most intense electron motion is observed in the junction (c). Here, electrons, colliding with atoms, increase their internal energy spent on heating this junction. As you move from junction (c) to junction (a) along the branch of thermocouple 10, the electron energy decreases and their further movement is due to the internal energy of atoms, as a result of which junction (a) cools. The accumulation of electrons at this junction causes its negative charge, while junction (c) is positively charged. Thus, passing a constant electric current through a thermopile leads to a temperature difference on its junctions. Heat is absorbed at the spa (a), called Peltier heat, and heat is released at the spa (c). If heat is constantly removed from the hot junction of the thermopile, then low temperatures can be achieved on its cold junction. Thus, a thermoelectric refrigerator was obtained.

Барабанно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением работает следующим образом. При взаимодействии фрикционных накладок 7 тормозных колодок 3 (привод не показан) с рабочей поверхностью 2 барабана 1 и на их поверхностях генерируется значительное количество теплоты. При этом уровень теплонагруженности поверхностей накладок 7, находящихся со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем, значительно выше, чем со стороны его свободного края. Поэтому со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем в колодках 3 и были вмонтированы термобатареи, работающие в режиме термоэлектрогенератора, а с противоположной их стороны колодок 3 - в режиме термоэлектрохолодильника. Кроме того, горячие спаи термоэлементов (выпуклые теплопроводные пластины 12) при работе тормоза изнашиваются вместе с накладками 7 до толщины их допустимого износа. В то же время пустотелые теплопроводные вставки с выпуклыми перемычками 15, являющиеся холодными спаями термоэлектрохолодильника, благодаря их подпружиниванию относительно торцов термоэлементов 9 и 10, утапливаются в продольных пазах 13 накладок 7 при торможениях и почти не подвержены изнашиванию. Это позволяет холодным спаям термоэлектрохолодильника занимать почти одинаковое положение по отношению к рабочей поверхности 2 барабана 1, несмотря на изнашивание рабочих поверхностей накладок 7. Drum-pad brake with thermoelectric cooling operates as follows. In the interaction of the friction linings 7 of the brake pads 3 (the drive is not shown) with the working surface 2 of the drum 1 and a significant amount of heat is generated on their surfaces. At the same time, the level of heat loading of the surfaces of the plates 7 located on the pinch side of the rim of the drum 1 with the flange is much higher than on the side of its free edge. Therefore, from the pinch side of the drum rim 1 with a flange in the pads 3, thermal batteries operating in the thermoelectric generator mode were mounted, and from the opposite side of the pads 3 in the thermoelectric cooler mode. In addition, hot junctions of thermocouples (convex heat-conducting plates 12) during operation of the brake wear together with the pads 7 to the thickness of their allowable wear. At the same time, hollow heat-conducting inserts with convex jumpers 15, which are cold junctions of a thermoelectric cooler, due to their springing relative to the ends of thermoelements 9 and 10, are embedded in the longitudinal grooves 13 of the plates 7 during braking and are almost not subject to wear. This allows the cold junctions of the thermoelectric refrigerator to occupy almost the same position with respect to the working surface 2 of the drum 1, despite the wear of the working surfaces of the plates 7.

Значительная часть генерируемой теплоты на взаимодействующих поверхностях трения тормоза отводится теплопроводностью через термоэлементы 9 и 10 к холодным спаям термобатарей, работающих в режиме термоэлектрогенератора, затем передается теплообменникам 18, от которых рассеивается в окружающую среду. При этом перепад температур (Т) и (Т0) между горячим и холодным спаем термобатареи, работающей в режиме термоэлектрогенератора, ведет к тому, что на ее холодных спаях возникает термоЭДС, которая при замкнутой электрической цепи способствует протеканию электрического тока, поглощающего определенное количество теплоты от общего количества, генерируемого на взаимодействующих поверхностях пар трения тормоза. Незначительная часть генерируемой теплоты расходуется на нагревание термоэлементов 9 и 10 термобатареи.A significant part of the generated heat on the interacting friction surfaces of the brake is removed by thermal conductivity through thermocouples 9 and 10 to the cold junctions of the thermopiles operating in the thermoelectric generator mode, then it is transferred to heat exchangers 18, from which it is scattered into the environment. In this case, the temperature difference (T) and (T 0 ) between the hot and cold junction of the thermopile operating in the thermoelectric generator mode leads to the occurrence of thermoEMF on its cold junctions, which, with a closed electric circuit, promotes the flow of electric current absorbing a certain amount of heat of the total amount generated on the interacting surfaces of the friction pairs of the brake. A small part of the generated heat is spent on heating thermocouples 9 and 10 of the thermopile.

К термобатарее, работающей в режиме термоэлектрохолодильника, т.е. к ее горячим спаям термоэлементов 9 и 10, подключают источник постоянного тока. При этом термоэлемент 9 с электронной проводимостью подсоединяют к положительной клемме, а термоэлемент 10 с дырочной проводимостью - к отрицательной клемме. В этом случае ток обратного направления выделяет теплоту на горячем спае термоэлементов 9 и 10 термобатареи и отнимает теплоту от холодного спая (пустотелых теплопроводных вставок с выпуклой теплопроводной перемычкой 15), т. е. из зоны трения. С увеличением количества торможений барабанно-колодочного тормоза, например, автотранспортного средства, а также силы тока и времени его подачи наблюдается рост температуры горячих спаев термоэлементов 9 и 10 термобатареи, работающей в режимах термоэлектрогенератора и термоэлектрохолодильника, что ведет к повышению интенсивности охлаждения рабочих поверхностей тормоза, т.к. резко возрастает удельная электрическая проводимость термоэлементов 9 и 10 термобатареи. Подключение термобатарей, т.е. термоэлементов 9 и 10, к источнику постоянного тока в интервале времени между торможениями позволяет им работать в режиме термоэлектрохолодильника и тем самым за счет неравномерного охлаждения довыравнивать уровень теплонагруженности пар трения барабанно-колодочного тормоза между торможениями автотранспортного средства. To a thermopile operating in the thermoelectric refrigerator mode, i.e. to its hot junctions of thermocouples 9 and 10, a constant current source is connected. In this case, the thermocouple 9 with electronic conductivity is connected to the positive terminal, and the thermocouple 10 with hole conductivity to the negative terminal. In this case, the reverse current generates heat on the hot junction of thermocouples 9 and 10 of the thermopile and takes the heat away from the cold junction (hollow heat-conducting inserts with a convex heat-conducting jumper 15), i.e., from the friction zone. With an increase in the number of brakes of the drum-shoe brake, for example, of a motor vehicle, as well as current strength and time of its supply, the temperature of the hot junctions of thermoelements 9 and 10 of the thermopile, which operates in the thermoelectric generator and thermoelectric refrigerator modes, increases, which leads to an increase in the cooling intensity of the working surfaces of the brake, because sharply increases the electrical conductivity of thermocouples 9 and 10 of the thermopile. Connection of thermal batteries, i.e. thermocouples 9 and 10, to the DC source in the time interval between braking, allows them to work in the thermoelectric cooler mode and thereby, due to uneven cooling, equalize the heat load level of the friction pairs of the drum-shoe brake between the brakes of the vehicle.

Таким образом, работа термобатарей в режимах термоэлектрогенератора и термоэлектрохолодильника при торможениях барабанно-колодочными тормозами автотранспортного средства и в интервале времени между торможениями только в режиме термоэлектрохолодильника при движении автотранспортного средства способствует интенсивному принудительному охлаждению фрикционных узлов. Thus, the operation of thermopiles in the thermoelectric generator and thermoelectric refrigerator modes when braking with drum-shoe brakes of a vehicle and in the time interval between braking only in the thermoelectric refrigerator mode when the vehicle is moving contributes to intensive forced cooling of friction units.

Интенсивный отвод теплоты от пар трения барабанно-колодочного тормоза при торможениях автотранспортного средства с помощью термобатарей с термоэлектрогенераторами и управляемый отвод теплоты от пар трения с помощью заданной силы тока и продолжительности его протекания, подаваемого на термоэлементы 9 и 10 от источника постоянного тока при работе термобатарей с термоэлектрохолодильниками, а также работа всех термобатарей в режиме термоэлектрохолодильника при движении автотранспортного средства позволяет выравнивать теплонагруженность пар трения барабанно-колодочного тормоза. Это обстоятельство способствует повышению эксплуатационных параметров тормозов и, как следствие, ресурса их пар трения, поскольку уровень их теплонагруженности всегда будет ниже допустимой температуры для фрикционных материалов накладок. Intensive heat removal from friction pairs of a drum-shoe brake during braking of a vehicle using thermopiles with thermoelectric generators and controlled heat removal from friction pairs using a given current strength and duration of its flow, supplied to thermocouples 9 and 10 from a direct current source when thermobatteries work with thermoelectric refrigerators, as well as the operation of all thermo-batteries in the thermoelectric cooler mode when driving a vehicle, makes it possible to align heat-loaded st friction pairs drum-drum brake. This circumstance contributes to an increase in the operational parameters of the brakes and, as a consequence, the resource of their friction pairs, since the level of their heat load will always be below the permissible temperature for the friction materials of the linings.

Claims (2)

1. Устройство для охлаждения барабанно-колодочного тормоза, содержащее тормозной барабан, тормозные колодки с основанием, фрикционными накладками и ребрами, с вмонтированными в них охлаждающими узлами, выполненными в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью, при этом указанные термоэлементы имеют форму стержней, установленных во фрикционных накладках и проходящих через отверстия в основаниях тормозных колодок, соединенных последовательно, со стороны нерабочей поверхности основания колодок, посредством П-образных теплообменников, не считая первого и последнего термоэлементов, при парном их количестве, отличающееся тем, что со стороны свободного края обода на холодные спаи разноименных термоэлементов, торцы которых находятся на глубине допустимого износа накладок, попарно надеты подпружиненные пустотелые теплопроводные вставки с выпуклыми перемычками, перемещающиеся в продольных пазах накладок, а со стороны защемления обода барабана с фланцем разноименные термоэлементы попарно, на глубине допустимого износа накладок, соединены между собой посредством внутренней поверхности выпуклых теплопроводных пластин, наружные поверхности которых установлены заподлицо накладок и являются горячими спаями термоэлементов. 1. A device for cooling a drum-shoe brake, comprising a brake drum, brake pads with a base, friction linings and ribs, with cooling units mounted in them, made in the form of thermopiles consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, while these thermocouples have the shape of the rods installed in the friction linings and passing through the holes in the bases of the brake pads, connected in series, from the side of the idle surface of the base of the pads k, by means of U-shaped heat exchangers, not counting the first and last thermocouples, with a pair of them, characterized in that from the side of the free edge of the rim to the cold junctions of unlike thermocouples, the ends of which are at the depth of the allowable wear of the liners, spring-loaded hollow heat-conducting inserts are worn in pairs with convex jumpers moving in the longitudinal grooves of the pads, and on the side of the pinching of the drum rim with a flange unlike thermocouples in pairs, at a depth of allowable wear of the pads, interconnected through the inner surface of convex heat-conducting plates, the outer surfaces of which are mounted flush with the plates and are hot junctions of thermocouples. 2. Способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочного тормоза, содержащего тормозной барабан, тормозные колодки, на которых расположены охлаждающие узлы при торможении, причем охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью, заключающийся в том, что термоэлементы, установленные со стороны защемления обода барабана с фланцем, работают в режиме термоэлектрогенератора, а термоэлементы, установленные с противоположной стороны тормозной колодки, - в режим термоэлектрохолодильника, отличающийся тем, что осуществляют подключение источника постоянного тока к первому и последнему горячему спаю термоэлементов, расположенных со стороны свободного края обода и при этом термоэлемент с электронной проводимостью подсоединяют к положительной клемме источника постоянного тока, а термоэлемент с дырочной проводимостью - к отрицательной клемме источника постоянного тока для увеличения вырабатываемой термоэлектрогенераторами силы тока термоэлектрохолодильников, а холодные спаи термоэлементов, расположенные со стороны защемленного края обода барабана, подсоединяют к цепи постоянного электрического тока, включаемой в работу между торможениями. 2. A method of balancing the heat load of a drum-shoe brake containing a brake drum, brake pads on which the cooling units are located during braking, the cooling units being made in the form of thermopiles consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, namely, that the thermocouples are installed from the pinch side of the drum rim with a flange, they operate in the thermoelectric generator mode, and thermocouples installed on the opposite side of the brake pad are in the thermoelectric mode An electric refrigerator, characterized in that the direct current source is connected to the first and last hot junction of thermocouples located on the side of the free edge of the rim and the thermocouple with electronic conductivity is connected to the positive terminal of the DC source, and the thermocouple with hole conductivity to the negative terminal of the source direct current to increase the current generated by thermoelectric generators of thermoelectric refrigerators, and cold junctions of thermoelements located ennye clamped by the edge of the rim of the drum, connected to a constant electric current circuit, included in the work between the braking.
RU99106636A 1999-03-29 Device for cooling and method of equalization of heat stress loading of drum-and-block brake RU2174199C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99106636A RU99106636A (en) 2001-01-27
RU2174199C2 true RU2174199C2 (en) 2001-09-27

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509237C2 (en) * 2008-07-18 2014-03-10 Бендикс Спайсер Фаундейшн Брейк Ллк Rib of brake block with double sharp bend and wide site

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509237C2 (en) * 2008-07-18 2014-03-10 Бендикс Спайсер Фаундейшн Брейк Ллк Rib of brake block with double sharp bend and wide site

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Experimental investigation on EV battery cooling and heating by heat pipes
US7884277B2 (en) Apparatus for the conversion of electromagnetic radiation in electric energy and corresponding process
JP2010518796A (en) Vehicle equipped with thermoelectric generator
RU2174199C2 (en) Device for cooling and method of equalization of heat stress loading of drum-and-block brake
US9184363B2 (en) Power generator
KR102248103B1 (en) Vehicle power module using thermoelectric element
JP2924369B2 (en) Heat pump device
RU2272192C2 (en) Method and device for cooling drum-block brake
RU2134368C1 (en) Method and device for cooling band-and-shoe brake
RU2352832C2 (en) Two-stage band-and-shoe brake with thermal electric cooling
RU2268416C2 (en) Band-and-shoe brake cooling method and system
RU2104422C1 (en) Thermoelectrically cooled drum-and-shoe brake
RU2279579C2 (en) Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
RU2221944C1 (en) Cooling system of brake mechanism with servo action and method of cooling
CN218301252U (en) Self-circulation cooling system for heat power generation of brake drum
JP7241265B2 (en) Brake pads with integrated thermoelectric energy collector for braking system
RU2107853C1 (en) Belt-and-shoe brake with thermoelectric cooling
KR20110073117A (en) Cooling and preheating device for battery packs in on-line electric vehicle, and method for cooling and preheating the battery packs and power generation from waste heat of the battery packs using the same
CN115566933A (en) Self-circulation cooling system for thermal power generation of brake drum and cooling method thereof
KR101673456B1 (en) Heat absorption structure having heat spread bands in a thermoelectric generator module
KR101031064B1 (en) Brake disk
CN218548561U (en) Heat radiation structure and battery charging cabinet
RU2222728C1 (en) Method of and device for cooling friction pairs of band-shoe brake with movable friction lining
CN110265595B (en) Heat abstractor and group battery
JP2019029630A (en) Thermoelectric conversion system for converting heat energy to electric energy to generate electric power