RU2647338C2 - Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions - Google Patents

Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions Download PDF

Info

Publication number
RU2647338C2
RU2647338C2 RU2015122719A RU2015122719A RU2647338C2 RU 2647338 C2 RU2647338 C2 RU 2647338C2 RU 2015122719 A RU2015122719 A RU 2015122719A RU 2015122719 A RU2015122719 A RU 2015122719A RU 2647338 C2 RU2647338 C2 RU 2647338C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
friction
brake
contact
model
ratio
Prior art date
Application number
RU2015122719A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015122719A (en
Inventor
Николай Александрович Вольченко
Александр Иванович Вольченко
Миролслав Васильевич Киндрачук
Дмитрий Александрович Вольченко
Василий Степанович Скрипник
Святослав Игорьевич Криштопа
Дмитрий Юриевич Журавлев
Александр Юриевич Журавлев
Ирина Орестовна Бекиш
Игорь Ярославович Захара
Николай Васильевич Кашуба
Андрей Владимирович Возный
Петр Сергеевич Красин
Олег Богданович Стаднык
Original Assignee
Николай Александрович Вольченко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Александрович Вольченко filed Critical Николай Александрович Вольченко
Priority to RU2015122719A priority Critical patent/RU2647338C2/en
Publication of RU2015122719A publication Critical patent/RU2015122719A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647338C2 publication Critical patent/RU2647338C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D49/00Brakes with a braking member co-operating with the periphery of a drum, wheel-rim, or the like
    • F16D49/08Brakes with a braking member co-operating with the periphery of a drum, wheel-rim, or the like shaped as an encircling band extending over approximately 360 degrees
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56Investigating resistance to wear or abrasion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pulleys (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

FIELD: machine building; measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to methods for evaluating external and internal parameters of friction units of brake devices in bench conditions, in particular, pairs of friction of belt-block brakes of drilling winches. Method for estimating external and internal parameters of friction units is proposed for testing in bench conditions, in which the mechanical systems of the object and model structure, consisting of subsystems, at their contact-pulse electrothermomechanical frictional interaction of subsystems, which is in interaction with design features, linear or polynomial laws of change of tachograms of a frictional metal element of a friction pair, as well as with speed, power, electrical, thermal and chemical characteristics of the friction unit, which make up its single field of energy interaction, that between the external and internal parameters of the “object” and “model” provide the necessary relationships.
EFFECT: increase in reliability of the results of determining the operating parameters of friction pairs is achieved.
1 cl, 12 tbl, 57 dwg

Description

Изобретение относится к способам оценки внешних и внутренних параметров узлов трения тормозных устройств в стендовых условиях, в частности пар трения ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок.The invention relates to methods for evaluating the external and internal parameters of friction assemblies of brake devices in bench conditions, in particular friction pairs of tape-shoe brakes of drawworks.

Известен способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок заключающийся в том, что при вращении тормозного шкива от установившегося значения до нуля при спуске загруженного элеватора определение эксплуатационных параметров, сведенных в первую группу ленточно-колодочного тормоза выполняют в следующей последовательности: оценивают режим вращения тормозного шкива, затем определяют время торможения, натяжение набегающей ветви тормозной ленты, максимальные и минимальные удельные нагрузки в парах трения, тормозной момент, развиваемый фрикционными узлами; коэффициент запаса тормозного момента, энергоемкость фрикционных узлов, усилия, прикладываемые бурильщиком к рычагу управления тормозом; коэффициент полезного действия тормоза. Затем последовательно производят определение эксплуатационных параметров, сведенных во вторую (коэффициент запаса прочности поперечного сечения тормозной ленты и деформации ее ветвей; деформации фрикционной накладки; общую деформацию элементов тормозной системы), третью (теплоту, температуры и их распределение по толщине обода тормозного шкива; интенсивность теплообмена; коэффициент распределения тепловых потоков между элементами трибосопряжения; тепловые деформации обода тормозного шкива и фрикционной накладки) и четвертую (износо-фрикционные свойства пар трения) группы применительно к ленточно-колодочному тормозу буровой лебедки. Достигается возможность определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах с взаимосвязанными силовыми, тепловыми и износо-фрикционными свойствами их пар трения и лимитирующими допустимыми ограничениями скоростного, динамического и теплового режимов, обеспечивающих работоспособное состояние тормозной системы буровой лебедки (1, аналог, патент России №2507423 С2, кл. F16D 49/08 за 20.02.2014 г).A known method for determining operational parameters with a quasilinear regularity of their change in the band brake of the drawworks consists in the fact that when the brake pulley rotates from a steady value to zero when the loaded elevator is lowered, the operational parameters reduced to the first group of the band brake are determined in the following sequences: evaluate the rotation mode of the brake pulley, then determine the braking time, the tension of the oncoming branch of the brake belt, maximum and minimum specific loads in friction pairs, braking torque developed by friction units; safety factor of braking torque, energy consumption of friction units, efforts exerted by a driller to a brake control lever; brake efficiency. Then, successively determine the operational parameters, summarized in the second (safety factor of the cross section of the brake tape and the deformation of its branches; the deformation of the friction lining; the general deformation of the elements of the brake system), the third (heat, temperature and their distribution over the thickness of the rim of the brake pulley; heat transfer intensity ; distribution coefficient of heat fluxes between tribojoint elements; thermal deformations of the brake pulley rim and friction lining) and the fourth (wear o-friction properties of the friction pairs) band as applied to the belt drum brakes drawworks. It is possible to determine operational parameters with a quasilinear pattern of their change in band brakes with the interconnected power, thermal and wear-friction properties of their friction pairs and limiting permissible limitations of the speed, dynamic and thermal conditions that ensure the working state of the winch brake system (1, analog , Russian patent No. 2507423 C2, CL F16D 49/08 for 02.20.2014).

Недостатком данного способа является то, что в нем не были рассмотрены внутренние параметры фрикционных пар трения, а именно: работа выхода электронов и ионов; уровни Ферми; плотность зарядов; дебаевская длина экранирования; различного рода электрические токи, сродство к электрону, различные типы контактов и т.д.The disadvantage of this method is that it did not consider the internal parameters of friction friction pairs, namely: the work function of the electrons and ions; Fermi levels; charge density; Debye shielding length; various kinds of electric currents, electron affinity, various types of contacts, etc.

Известно, что для моделирования внешнего трения использован метод анализа размерностей и теории подобия, в которые внесены ряд существенных уточнений. Были рассмотрены четыре подмодели:It is known that for modeling external friction the method of dimensional analysis and similarity theory was used, which made a number of significant refinements. Four submodels were considered:

- макроконтактирования с учетом КВЗ (коэффициента взаимного перекрытия);- macrocontact taking into account K OT (coefficient of mutual overlap);

- макротеплообразования, теплопроводности и теплопередачи;- macroheat formation, thermal conductivity and heat transfer;

- микроконтактирование пятен выступов пар трения;- microcontacting spots of protrusions of friction pairs;

- теплообразование на шероховатых поверхностях.- heat generation on rough surfaces.

При этом введен в рассмотрение основной параметр - комплекс геометрических размеров Кг, через который определялись все режимные параметры модельных испытаний. Показано, что размеры элементов пары трения и пути трения микровыступов воздействуют на процесс трения различно и характеризовать их необходимо конкретной размерностью. Показано также, что одноименные размерные величины для первого, второго элемента и окружающей среды должны быть учтены. В результате было получено ряд критериев (теплофизический, теплопередачи, физико-механический), соблюдение которых обеспечивает при сухом трении идентичность процессов трения и износа на модели и в натуре (2, прототип, Чичинадзе А.В. Практическая реализация тепловой динамики и моделирования трения и износа при сухом и граничном трении / А.В. Чичинадзе // Практическая трибология. Мировой опыт. Том I. - М.: Центр: Наука и техника. - 1994. - С. 67-72).At the same time, the main parameter was introduced into consideration - the complex of geometric dimensions Kg, through which all operating parameters of model tests were determined. It is shown that the sizes of the elements of the friction pair and the friction path of the microprotrusions affect the friction process in different ways and it is necessary to characterize them with a specific dimension. It is also shown that the same dimensional quantities for the first, second element and the environment must be taken into account. As a result, a number of criteria were obtained (thermophysical, heat transfer, physical and mechanical), the observance of which ensures the identity of the friction and wear processes on the model and in kind during dry friction (2, prototype, A.V. Chichinadze. Practical implementation of thermal dynamics and friction modeling and wear during dry and boundary friction / A.V. Chichinadze // Practical Tribology. World experience. Volume I. - M .: Center: Science and technology. - 1994. - S. 67-72).

Предложенный способ моделирования внешнего трения имеет тот недостаток, что в подмодели входят параметры, которые относятся к различным полям фрикционного взаимодействия с существенно отличающейся природой. Кроме того, такие комплексные критерии, имеющие различную физическую сущность из-за входящих в них параметров, значительно искажает возникающие поля при электротермомеханическом трении и не дают возможность сформировать их в единое поле фрикционного взаимодействия в трибосистеме.The proposed method for modeling external friction has the disadvantage that the submodel includes parameters that relate to different fields of frictional interaction with a significantly different nature. In addition, such complex criteria, which have a different physical nature due to the parameters included in them, significantly distort the arising fields during electrothermomechanical friction and do not make it possible to form them into a single field of friction interaction in the tribosystem.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:Compared with analog and prototype, the proposed technical solution has the following advantages:

- задекларировано контактно-импульсное электротермомеханическое трение, в котором закономерности изменения нормального усилия во времени исследовались методом импульсных пар при колебательных процессах микровыступов обода шкива для схем импульсных моментов, т.е. "отрицательный-положительный" и "положительный - отрицательный";- declared contact-pulsed electrothermomechanical friction, in which the patterns of change in the normal force over time were studied by the method of pulsed pairs during oscillatory processes of microprotrusions of the pulley rim for pulsed moment circuits, i.e. "negative-positive" and "positive - negative";

- установлено закономерности изменения линий токов силового, электрического, теплового и химического полей, характеризующиеся внутренними и внешними параметрами, во взаимодействии с линиями токов скоростного поля омывающих сред, подчиняющиеся волновой природе по фазе и описываемые как симплексами так и критериями, входящими в функциональные зависимости;- regularities of changes in the lines of currents of the force, electric, thermal and chemical fields, which are characterized by internal and external parameters, in interaction with the lines of the currents of the velocity field of the washing media, obeying the wave nature in phase and described both by simplexes and criteria that enter into the functional dependencies;

- рассмотрено несколько разных стандартных критериев на микроуровне, на основании которых получен один из основных "нестандартных" критериев, устанавливающих связь между теплофизическими параметрами элементов трения и омывающих их скоростными токами воздуха и смеси не только в газообразном, но и в жидком состоянии;- considered several different standard criteria at the micro level, on the basis of which one of the main "non-standard" criteria was obtained, establishing a relationship between the thermophysical parameters of friction elements and washing them with high-speed currents of air and mixture, not only in the gaseous, but also in the liquid state;

- введены статический и динамический коэффициенты взаимного перекрытия многопарных узлов трения ленточно-колодочного тормоза, позволяющие управлять импульсными удельными нагрузками на набегающей и сбегающей поверхности его тормозного шкива;- the static and dynamic coefficients of mutual overlap of the multi-pair friction units of the tape-block brake are introduced, which make it possible to control the pulsed specific loads on the on and off surface of its brake pulley;

- введены понятия темпов нагревания и вынужденного охлаждения поверхностных и подповерхностных слоев ободов тормозных шкивов при импульсном и длительном подводе теплоты и определить поверхностные и объемные температурные градиенты;- the concepts of the rates of heating and forced cooling of the surface and subsurface layers of the rims of the brake pulleys with pulsed and continuous heat supply are introduced and the surface and volume temperature gradients are determined;

- установлено, что электротермическое сопротивление дискретных контактов с различной энергетической активностью микро-конденсаторов и - термоэлектробатарей с мгновенным их переключением при изменении как площадей пятен так и самих типов контактов микровыступов и градиента механических свойств, а также темпа проникновения взаимодействующих между собой импульсов электрического и теплового токов влияют на интенсивность износа микровыступов при переполяризации, ведущей к дестабилизации динамического коэффициента трения металлополимерных пар трения;- it was found that the electrothermal resistance of discrete contacts with different energy activities of micro-capacitors and - thermoelectric batteries with their instantaneous switching when changing both the area of the spots and the types of contacts of the microprotrusions and the gradient of mechanical properties, as well as the penetration rate of the interacting pulses of electric and thermal currents affect the intensity of wear of microprotrusion during repolarization, leading to the destabilization of the dynamic coefficient of friction of metal fields ernyh friction pairs;

- определены суммарные термонапряжения, действующие на обод тормозного шкива, с учетом его конструктивных параметров и особенности крепежного выступа сопряженного с нерабочей поверхностью обода.- the total thermal stresses acting on the rim of the brake pulley are determined, taking into account its design parameters and the features of the mounting protrusion associated with the rim surface that is not working.

Целью настоящего изобретения является повышение достоверности результатов определения внешних и внутренних эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровых лебедок в стендовых условиях.The aim of the present invention is to increase the reliability of the results of determining the external and internal operational parameters of metal-polymer friction pairs of tape-shoe brakes of drawworks in bench conditions.

Поставленная цель достигается тем, что закономерности изменения линий токов силового, электрического, теплового и химического полей, характеризующиеся внутренними и внешними параметрами, во взаимодействии с линиями токов скоростного поля омывающих сред подчиняется волновой природе со сдвигом по фазе и описываются отвечающими ей зависимостями при соблюдении следующих отношений:This goal is achieved in that the patterns of change in the lines of the currents of the force, electric, thermal and chemical fields, characterized by internal and external parameters, in interaction with the lines of the currents of the velocity field of the washing media obey the wave nature with a phase shift and are described by the corresponding dependencies, subject to the following relations :

- отношение высоты микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Н) и модели (h) равно H/h=CH=1,0;- the ratio of the height of the microprotrusions of the friction surfaces of the object (H) and the model (h) is H / h = C H = 1,0;

- отношение длины микровыступов фикционных поверхностей объекта (Lм) и модели (lм) равно LM/lM=C=1,0;- the ratio of the length of the microprotrusions of the fictitious surfaces of the object (L m ) and the model (l m ) is equal to L M / l M = C Lm = 1,0;

- отношение площадей пятен контактов микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Ао) и модели (Ам) равно Ao/AмАо=1,0;- the ratio of the areas of the spots of contacts of the microprotrusions of the friction surfaces of the object (A o ) and the model (A m ) is equal to A o / A m = C Ao = 1.0;

- отношение импульсных нормальных усилий объекта (N) и модели (n) равно N/n=CN=1,0;- the ratio of the impulse normal forces of the object (N) and model (n) is N / n = C N = 1,0;

- отношение линейных скоростей скольжения объекта (VCK) и модели (vск) равно VCK/vск=CV=1,0;- the ratio of the linear sliding velocities of the object (V CK ) and the model (v ck ) is equal to V CK / v ck = C V = 1,0;

- отношение импульсных сил трения объекта (Fт) и модели (fт) равно Fт/fт=1,0;- the ratio of the pulsed friction forces of the object (F t ) and the model (f t ) is F t / f t = С Ft = 1,0;

- отношение импульсных динамических коэффициентов трения объекта (fo) и модели (fм) равно fo/fм=Cfo=1,0;- the ratio of the pulsed dynamic coefficients of friction of the object (f o ) and the model (f m ) is equal to f o / f m = C fo = 1,0;

- отношение импульсных удельных нагрузок объекта (ро) и модели (рм) равно ромРо=1,0;- the ratio of the pulsed specific loads of the object (r o ) and model (r m ) is equal to r o / r m = C Po = 1,0;

- отношение импульсных тормозных моментов объекта (Мо) и модели (Мм) равно МомМо=1,0;- the ratio of the impulse braking moments of the object (M o ) and the model (M m ) is equal to M o / M m = C Mo = 1.0;

- отношение податливости стыков подсистемы "тормозная лента - нерабочие поверхности накладок" объекта (По1) и модели (По2) равно Пo1о2=CПo1=1,0;- the compliance ratio of the joints of the subsystem "brake tape - non-working surfaces of the linings" of the object (P o1 ) and model (P o2 ) is equal to P o1 / P o2 = C Po1 = 1.0;

- отношение амплитуд колебаний связей механических подсистем и деформаций микронеровностей объекта (А) и модели (а) равно А/а=СА=1,0;- the ratio of the amplitudes of the oscillations of the bonds of the mechanical subsystems and the deformations of the microroughness of the object (A) and model (a) is equal to A / a = C A = 1.0;

- отношение энергетических уровней приповерхностных слоев объекта (Э'о) и модели (Э'м) равно Э'о/Э'мЭ'о=1,0;- the ratio of the energy levels of the surface layers of the object (E ' o ) and the model (E' m ) is equal to E ' o / E' m = C E'o = 1.0;

- отношение токов скоростей омывающего воздуха объекта (VB) и модели (vB) равно VB/vB=C=1>0;- the ratio of the currents of the speeds of the washing air of the object (V B ) and the model (v B ) is equal to V B / v B = C Vt = 1>0;

- отношение токов скоростей компонентов омывающих сред объекта (Vc) и модели (vc) равно Vc/vc=CVc=1,0 и при этом соблюдается в открытой термодинамической системе трибосопряжения равенство не только поверхностных температур, но и равенств химических потенциалов при вынужденном конвективном теплообмене его подсистем:- the ratio of the velocity currents of the components of the washing media of the object (V c ) and the model (v c ) is equal to V c / v c = C Vc = 1.0, and in this case, not only surface temperatures, but also chemical equalities are observed in an open thermodynamic tribo-conjugation system potentials in forced convective heat transfer of its subsystems:

- «наружная поверхность обода шкива - скоростные токи охлаждающего воздуха»;- “the outer surface of the pulley rim - high-speed currents of cooling air”;

- «внутренняя поверхность обода шкива - скоростные токи компонентов омывающей среды»;- "the inner surface of the pulley rim - high-speed currents of the components of the washing medium";

- «поверхностный и приповерхностный слой полимерной накладки -скоростные токи компонентов омывающей среды», а взаимодействие подсистемы «обод тормозного шкива - крепежный выступ - фланец барабана лебедки» осуществляется кондуктивным теплообменом за счет переменных температурных градиентов по их толщине, после чего производятся измерения и определение параметров трибосопряжения с одновременным контролем и фиксацией площадей пятен контактов микровыступов в реальном масштабе времени поскольку электротермическое сопротивление дискретных контактов с различной энергетической активностью микроконденсаторов и термобатарей с мгновенным их переключением при изменении площадей пятен контакта микровыступов при соблюдении условий на первой стадии фрикционного взаимодействя (Афн), исходя из того, что фактическая площадь контактирования (Аф) мала по сравнению с номинальной (Ан) и при этом производится суммирование составляющих генерируемых токов, а при условии Анф фиксируется трибоЭДС в сопряжении с переменным градиентов механических свойств его материалов. Темп проникновения взаимодействующих между собой импульсов электрического и теплового токов влияет на интенсивность износа микровыступов при переполяризации, а величины тепловых токов на поверхностях пятен контактов микровыступов определяются с помощью гипотезы суммирования температур на поверхности с учетом генерируемых электрических токов- “the surface and the surface layer of the polymer lining - high-speed currents of the components of the washing medium”, and the interaction of the subsystem “brake pulley rim - mounting protrusion - winch drum flange” is carried out by conductive heat exchange due to variable temperature gradients along their thickness, after which measurements and parameters are made tribological conjugation with simultaneous monitoring and fixing of areas of the spots of contacts of microprotrusions in real time because the electrothermal resistance of the disc contacts with different energetic activity of microcapacitors and thermal batteries with their instantaneous switching when the contact areas of the microprotrusions change, subject to the conditions at the first stage of frictional interaction (A f <A n ), based on the fact that the actual contact area (A f ) is small in comparison with a nominal value (A n ) and at the same time, the components of the generated currents are summed, and under the condition A n = A f , the triboEMF is fixed in conjunction with the variable gradients of the mechanical properties of its materials. The penetration rate of the interacting pulses of electric and thermal currents affects the wear rate of the microprotrusions during repolarization, and the values of the thermal currents on the surfaces of the contact stains of the microprotrusions are determined using the hypothesis of summing the surface temperatures taking into account the generated electric currents

Figure 00000001
Figure 00000001

В теле металлического фрикционного элемента формируется объемная температура (ϑv1), вызванная действием первых двух составляющих температур, а также от джоулевой теплоты; температура ϑv1 определяется из условия действия двух источников теплоты (электрического и фрикционного) в зоне тренияA bulk temperature (ϑ v1 ) is formed in the body of the metal friction element, caused by the action of the first two temperature components, as well as from the Joule heat; temperature ϑ v1 is determined from the condition of the action of two heat sources (electric and frictional) in the friction zone

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Температуру вспышки ϑвсп определяют по зависимости вида:Flash point ϑ vsp is determined by the type:

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

Объемная температура металлического фрикционного элемента (ϑv1) определяется из условия равенства тепловых потоков на контактной поверхности с учетом фрикционной и электрической составляющей, а также с учетом отводимой от его полированной поверхности к скоростным токам омывающей среды:The volumetric temperature of the metal friction element (ϑ v1 ) is determined from the condition that the heat fluxes on the contact surface are equal, taking into account the friction and electric components, as well as taking into account the velocity of the washing medium from the polished surface:

Figure 00000006
Figure 00000006

В дальнейшем по приведенным выше температурам и оцениваются энергетические уровни поверхностных и подповерхностных слоев элементов трибосопряжения. После чего аналитическим путем определяются максимальные сжимающие напряжения σ1max в ободе шкиваSubsequently, the energy levels of the surface and subsurface layers of tribo-conjugation elements are estimated from the above temperatures. After that, the maximum compressive stresses σ 1max in the pulley rim are determined analytically

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010

Но при этом для более точного определения составляющих σ1 и σ2 в зависимость вместо (ϑ1-ϑ'1) подставляем слагаемое

Figure 00000011
которое характеризует темп нагревания обода шкива, а в зависимость вместо
Figure 00000012
которая характеризует температурные градиенты по толщине рассматриваемых элементов, а зарождение и развитие трещин на рабочей поверхности ободов тормозных шкивов оценивается коэффициентом сопротивления тепловому ударуBut while for more accurate determination of components σ 1 and σ 2 dependent instead of (θ 1'1) substitute the term
Figure 00000011
which characterizes the heating rate of the pulley rim, and instead of dependence
Figure 00000012
which characterizes the temperature gradients along the thickness of the elements under consideration, and the nucleation and development of cracks on the working surface of the rims of the brake pulleys is estimated by the coefficient of resistance to thermal shock

Figure 00000013
Figure 00000013

На фиг. 1 приведена схема контактирования металлополимерных пар трения: 1 - фрикционная накладка; 2 - тормозной шкив; на фиг. 2 проиллюстрирована классификация микронеровностей по высоте h и шагу Sм микровыступов металлополимерных пар трения: 1 - макроотклонения; 2 - волнистость; 3 - шероховатость; 4 - субшероховатость; на фиг. 3 показаны типовые опорные кривые, построенные в относительных (I) и абсолютных (II) координатах (распределение материалов [а, б, в] по высоте шероховатого слоя) по методу Аббота (А); на фиг. 4 представлена схема иллюстрирующая переход к временно постоянной скорости (Аф1) элементарных площадок контактов при прирабатывании (I) и установившемся (II) режиме; на фиг. 5а, б, в приведено контактно-импульсное взаимодействие микровыступов пары трения «полимер (1) - металл (2)» при различной нагруженности микровыступов: а - 0,1N; б - 0,5N; в - 1,0N; на фиг. 6 проиллюстрированы расчетные модели для оценки характеристик взаимодействия пятен контактов с различными диаметрами (a n, a n1, a n2) пары «металл (1) - полимер (2)» при генерировании: а - импульсных электрических токов; б, в - импульсных температурных токов: вспышки; поверхностные; на фиг. 7а, б показано изменение электрохимического потенциала металлической (а) и неметаллической (б) поверхностей трения при нагружении фрикционной пары в области: I, II - естественных пленок окислов (первичных структур) и их разрушения; IV - динамического равновесия и автоматического регулирования процессов образования и разрушения вторичных структур; I - закономерности для металлического элемента трения; 2, 3, 3' - закономерности для поверхностных и приповерхностных слоев фрикционных накладок до, в зоне и выше допустимой температуры для их материалов; на фиг. 8 представлены закономерности изменения токов электризации во времени (τ) прямой ("колодочка - диск") (а) и обратной ("диск - колодочка") (б) пары трения при разных скоростях скольжения (VCK) и удельных нагрузок (р): а-VCK=0,3 м/с (1); VCK=0,8 м/с (2); VCK=1,5 м/с (3); VCK=2,0 м/с (4) при р=0,15 МПа; ↑ - обозначены моменты разрушения поверхностей полимерных колодок; на фиг. 9а, б, в изображено температурное поле поверхностного слоя металлического (1) элемента (а) и изменение теплового тока (2) и эпюр температур в нем (б) и в приповерхностном слое полимерного (3) элемента (в): на фиг. 10а, б показано распределение поверхностной температуры ϑn и теплового потока q на пятне контакта при: аn=const; б-q=const; на фиг. 11а, б проиллюстрировано линии электрического поля между разноименными (а) и одноименными (б) зарядами; на фиг. 12а, б, в, г показаны закономерности изменения поверхностной температуры (ϑn, кривая 1) в интервале температур ниже и выше допустимой (ϑд) для материалов полимерной накладки и работы выхода электронов (кривая 2) и ионов (кривая 3) с робочих поверхностей металлополимерных пар трения (WM, WП) от удельных нагрузок (р) во время фрикционного взаимодействия различных типов контактов: а - блокирующего (WM>WП); б - нейтрального (WM=WП); в, г - омического при ϑдn и ϑдn (WM<WП); I, II, III - области деформации поверхностных слоев элементов трения: упругого и пластического; на фиг. 13а, б, в, г проиллюстрированы термаграммы изменения температуры по слоям фрикционной накладки при ее толщине ϑн=25 мм в интервалах: а - 253,2-78,9°С; б - 330,5-92,6°С, в - 450,1-98,6°С; г - 535,6-160,0°С; на фиг. 14а, б, в, г показаны термограммы изменения температуры по слоям обода шкива (1) и его крепежного выступа (2) в интервалах: а - 1 - 253,2-235,9°С; 2 - 204,8-136,6°С; б - 1 - 329,5-310,2°С, в - 1 - 450,4-432,5°С; 2 - 400,8-295,7°С; г - 1 - 535,2-52,2°С; 2 - 492,6-403,7°С; на фиг. 15а, б, в проиллюстрированы энергетические уровни различных типов контактов при фрикционном взаимодействии пятен микровыступов металлополимерных пар трения: а - нейтрального; б - омического; в - блокирующего; на фиг. 16 показана энергетическая диаграмма пары трения «металл - полимер»; на фиг. 17а, б представлена качественная картина энергетических зон в системе «металл - полимер» при импульсных нормальных усилиях, действующих на полимерную пленку: а - N<NC; б - N>NC; на фиг. 18 проиллюстрирована зонная диаграмма трехслойной структуры «металл 1 - полимер - металл 2»; на фиг. 18 проиллюстрирована зонная диаграмма трехслойной структуры металл 1 - полимер - металл 2»; на фиг. 19а, б, в, г, д, е представлены схемы направлений составляющих электрических токов в металлополимерных парах трения при температурах до (а) и выше (б-д) допустимой для материалов полимерной накладки; е - векторная диаграмма электрических токов и направлений в приповерхностных слоях полимерной накладки; на фиг. 20а, б показана эквивалентная схема (а) и векторная диаграмма (б) параллельного замещения поверхностного слоя полимерной накладки; на фиг. 21а, б проиллюстрирована поляризация рабочей поверхности полимерной накладки при быстрых (а) и медленных (б) частотах воздействия на процессы; на фиг. 22а, б приведена кинематическая схема ленточно-колодочных тормозов (а, б) и их фрикционный узел (в) буровой лебедки У2-5-5: 1 - рычаг управления; 2, 4 - тормозные ленты и шкивы; 3 - фрикционные накладки; 5 - барабан; 6, 9, 10 - мотылевые шейки коленчатого вала; 7 - кран бурильщика; 8 - пневматический цилиндр; 11 - балансир; на фиг. 23а, б, в, г изображен общий вид стенда с модельным ленточно-колодочным тормозом (а), нагрузочным устройством (б), двигателями постоянного и переменного тока (в) и тормозной лентой с фрикционными накладками (г): 1 - двутавровые балки; 2 - тормозная лента; 3 - фрикционные накладки; 4 - тормозной шкив; 5 - вал с подшипниками; 6 - опоры вала; 7, 8 и 9 - электродвигатели: постоянного и переменного тока; 10 - пальцевая муфта; 11 - нагрузочное устройство; 12 - вал электродвигателя; на фиг. 24а, б, в, г, д приведен энергетический баланс деталей ленточно-колодочного тормоза с различными фрикционными характеристиками: а - линейной (1) и нелинейной (2); б - перемещение деталей при колебаниях; в, г - диаграммы работы деталей в колебательном процессе; д - зависимость энергии колебания деталей от амплитуды; на фиг. 25 представлена зависимость динамического коэффициента трения от поверхностной температуры для фрикционной пары ФК-24А - сталь 35ХНЛ; на фиг. 26 изображены диаграммы работы пары трения ФК-24А - сталь 35ХНЛ в интервале температур: 1 - до 200°С; 2 - 200-350°С; 3 - 350-500°С; на фиг. 27 проиллюстрированы зависимости натяжения набегающей ветви тормозной ленты от амплитуды радиальной вибростойкости наладок для набегающей (1) и сбегающей (2) ветви ленты; на фиг. 28а, б представлены амплитудные спектры радиальной вибростойкости фрикционных пар: а - при удельной нагрузке 0,2 и 2,0 МПа (кривые 3,4, и 1,2) и скорости скольжения 5 и 15 м/с (кривые 3,4, и 1,2); б - от сбегающей ветви ленты к набегающей (цифры соответствуют порядочному номеру накладки) при удельной нагрузке 2,0 МПа на сбегающей ветви ленты; на фиг. 29а, б, в показаны схемы сил, действующие: в узле «накладка-лента» (а); на участке ленты над i-той накладкой (б); при определении деформаций участков ленты (в); 2 - тормозная лента; 3 - фрикционная накладка; на фиг. 30 изображены закономерности изменения относительных деформаций участков тормозной ленты при расположении на дуге ее обхвата фрикционных накладок с постоянным (1, 1') и переменными (2, 2') шагом: расчетные (1, 2) и экспериментальные (1', 2') данные:

Figure 00000014
и
Figure 00000015
- нумерация зазоров между накладками; на фиг. 31 представлена классификации податливости фрикционных стыков при формировании их контактно-импульсного взаимодействия; на фиг. 32а, б проиллюстрирована зависимость импульсной нормальной нагрузки, вызывающей деформации микровыступов фрикционной накладки при их параллельном соединении в блок (а) и их модель (б): 1 - участок фрикционной накладки: Пп -податливости микровыступов (2); 3 - металлическая пленка на рабочей поверхности шкива; на фиг. 33 изображена закономерность изменения деформаций микровыступов металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза от импульсных удельных нагрузок при разных площадях пятен их контактирования; на фиг. 34а, б, в, г, д, е проиллюстрировано влияние коэффициентов перекрытия Квз (б, в, г, д) и температурного градиента по поверхности (∂ϑn/∂l) [а, г, е] на динамический коэффициент трения f (а, б), интенсивность изнашивания ир.п. (д, е) и среднюю температуру поверхностей трения ϑ (в); на фиг. 35а, б показана схема модельного ленточно-колодочного тормоза с подвижными фрикционными накладками, установленными с постоянным (а) и переменным (б) шагами (бандаж составленный из четырех накладок): 1 - тормозной шкив; 2 - тормозная лента; 3 - фрикционные накладки: 4 - кольцевые цилиндрические стержни; 5 - цилиндрические пружины; 6 - стопорная планка; на фиг. 36 показаны зависимости динамического (а, б) и статического (в, г) коэффициентов взаимного перекрытия внешних (1) и внутренних (2) пар трения фрикционных узлов тормоза с подвижными накладками на первой и третей стадиях торможения; на фиг. 37 проиллюстрирован фрагмент изменения нормального усилия в контакте пары трения «шкив-накладка» при импульсном взаимодействии (1 - положительном: 2 - отрицательном) ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки по времени торможения; на фиг. 38а, б изображены закономерности изменения нормального усилия во времени, исследуемого методом импульсных пар, при колебательных процессах микровыступов обода тормозного шкива для схем моментов: а - «отрицательный-положительный» б - «положительный-отрицательный»; на фиг. 39 показана расчетная схема фрикционного узла тормоза для определения усилий растяжения в тормозной ленте; на фиг. 40 изображена расчетная схема для определения усилий растяжения участка ленты и нормального контактного усилия на поверхности трения шкива; на фиг. 41 показаны закономерности изменения импульсных нормальных усилий N по длине фрикционной накладки Lн при скоростях скольжения Vck=2,5 м/с в модельном ленточно-колодочном тормозе; на фиг. 42 представлена расчетная схема фрикционного узла ленточно-колодочного тормоза: 1 - тормозная лента; 2 - фрикционная накладка; 3 - тормозной шкив; на фиг. 43 проиллюстрированы закономерности изменения тормозных моментов по длине ленты ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки (Rш=0,725м; ϕ=9,8°; Sc=50,0кH) при разных динамических коэффициентах трения в паре «тормозной шкив - фрикционная накладка»: 1 - f=0,2; 2 - f=0,25; 3 - f=0,3; 4 - f=0,35; на фиг. 44 приведена зависимость изменения динамического коэффициента трения фрикционного узла «шкив-накладка» (материал 35ХНМ - ФК-24А) в стендовых условиях при удельных нагрузках 0,6 МПа и поверхностных температурах 200°С (кривая 1) и 400°С (кривая 2) от скорости скольжения; на фиг. 45 представлена схема узла трения в сборе с барабаном лебедки при торможении во взаимодействии со скоростными токами омывающего воздуха: 1, 2, 3 - тормозной шкив с крепежным выступом и с ребордами; 4 - тормозная лента; 5 - фрикционная накладка; 6, 7 - фланец барабана лебедки; 8 - подъемный вал; на фиг. 46а, б показана зависимость коэффициентов теплоотдачи (α) лучеиспусканием матовых (а) и полированных (б) поверхностей металлических фрикционных элементов от температуры нагревания (ϑ) при различных значениях отношения диаметров поверхности трения к площадям поверхностей (d/A); на фиг. 47 проиллюстрировано зависимость напряжений сопротивлению трещинообразования (σ0) от объемной температуры обода шкива (ϑоб) и величины сопротивления тепловому удару (КС); на фиг. 48а, б, в, г приведены закономерности изменения величин безразмерных термонапряжений обода тормозного шкива от относительного времени торможения: фрикционного нагревания (а, б) и естественного охлаждения (в, г) при различных значениях критерия Био: а,
Figure 00000016
б,
Figure 00000017
; на фиг. 49а, б, в, г, д, е представлены усовершенствованные модели электротермомеханического трения и износа фрикционных материалов (первоначально разработанные А.В. Чичинадзе и Э.Д. Брауном) применительно к типичному трибологическому сопряжению; на фиг. 50 показана структурная развивающаяся модель реального сложного многоуровневого трибологического сопряжения фрикционного узла тормоза; на фиг. 51 представлена трибосистема (фрикционного узла) ленточно-колодочного тормоза и ее подсистемы различного порядка; на фиг. 52а, б, в, г, д, е, ж представлены общий вид ленточно-колодочного тормоза с многопарными фрикционными узлами и их графические модели: 1 - тормозная лента; 2, 4 - фрикционные накладки с отверстиями; 3 - тормозной шкив; 5, 6 - цилиндрические стержни и пружины; физические модели сцепления внешних («внутренняя поверхность тормозной ленты - внешние поверхности фрикционных накладок») (б, в, г) и внутренних («внутренние поверхности фрикционных накладок - рабочая поверхность тормозного шкива») (д, е, ж) пар трения его фрикционных узлов; на фиг. 53 приведена блок-схема основного расчетного модуля; на фиг. 54 проиллюстрированны закономерности изменения во времени (τ) динамического коэффициента трения (f) для пары «металл - полимер» (при р=0,3 МПа, VCK=0,6 м/с); 1,2 - высокочастотная и низкочастотная составляющие «сухого» трения; 3 - кривая при «мокром» трении; 4 - систематизированная синусоидальная кривая; на фиг. 55 показан массоперенос материала между фрикционными накладками и рабочей поверхностью обода тормозного барабана при поляризации рабочих поверхностей накладок: 1 - анодной; 2 - катодной; на фиг. 56 представлена связь между режимами разряда и износом пары трения «полимер - металл»: 1 - тлеющий разряд; 2 - искровой; на фиг. 57 проиллюстрированы этапные изменения динамического коэффициента трения материала «Ретинакс» ФК-24А в функции температуры поверхности трения по зонам: I - 200-250°С; II - 250-400°С; III - 400-550°С; IV - 550-800°С; V - 800-1000°С.In FIG. 1 shows a contact diagram of metal-polymer friction pairs: 1 - friction pad; 2 - a brake pulley; in FIG. 2 illustrates the classification of microroughnesses in height h and pitch S m of microprotrusions of metal-polymer friction pairs: 1 - macroscopic deviations; 2 - waviness; 3 - roughness; 4 - sub-roughness; in FIG. Figure 3 shows typical reference curves constructed in relative (I) and absolute (II) coordinates (distribution of materials [ a , b, c] along the height of the rough layer) according to the Abbot method (A); in FIG. 4 is a diagram illustrating the transition to a temporarily constant speed (А ф1 ) of elementary contact pads during running-in (I) and steady-state (II) mode; in FIG. 5 a , b, c shows the contact-pulse interaction of the microprotrusions of the “polymer (1) - metal (2)” friction pair at different microprotrusion loads: a - 0.1N; b - 0.5N; in - 1.0N; in FIG. Figure 6 illustrates computational models for evaluating the characteristics of the interaction of contact spots with different diameters ( a n , a n1 , a n2 ) of a metal (1) polymer (2) pair when generating: a - pulse electric currents; b, c - pulse temperature currents: flashes; superficial; in FIG. Figures 7a and 7b show the change in the electrochemical potential of metallic ( a ) and nonmetallic (b) friction surfaces during loading of a friction pair in the region of: I, II — natural films of oxides (primary structures) and their destruction; IV - dynamic equilibrium and automatic regulation of the processes of formation and destruction of secondary structures; I - patterns for a metal friction element; 2, 3, 3 '- patterns for the surface and near-surface layers of friction linings up to, in the zone and above the permissible temperature for their materials; in FIG. Figure 8 shows the patterns of change in the electrification currents in time (τ) of the forward ("block - disk") ( a ) and reverse ("disk - disk") (b) friction pairs at different sliding speeds (V CK ) and specific loads (p) : a -V CK = 0.3 m / s (1); V CK = 0.8 m / s (2); V CK = 1.5 m / s (3); V CK = 2.0 m / s (4) at p = 0.15 MPa; ↑ - the moments of destruction of the surfaces of polymer blocks are indicated; in FIG. 9 a, b, c shows the temperature field of the surface layer of the metal (1) element (s) and the change in thermal current (2) and the diagrams temperature therein (b) and in the surface layer of the polymer (3) of element (a) in FIG. 10 a , b shows the distribution of surface temperature ϑ n and heat flux q at the contact spot at: an = const; b-q = const; in FIG. 11 a , b illustrates the lines of the electric field between the opposite ( a ) and the same (b) charges; in FIG. 12 a, b, c, d show patterns of changes in the surface temperature (θ n, curve 1) in the temperature range below and above the permissible (θ d) for the materials of the polymer lining and the electron work function (curve 2) and ions (curve 3) working surfaces of metal-polymer friction pairs (W M , W P ) from specific loads (p) during frictional interaction of various types of contacts: a - blocking (W M > W P ); b - neutral (W M = W P ); c, d - ohmic for ϑ dn and ϑ d > ϑ n (W M <W P ); I, II, III - the region of deformation of the surface layers of friction elements: elastic and plastic; in FIG. 13 a , b, c, d illustrate thermograms of temperature change along the layers of the friction lining with its thickness ϑ n = 25 mm in the intervals: a - 253.2-78.9 ° C; b - 330.5-92.6 ° C; c - 450.1-98.6 ° C; g - 535.6-160.0 ° C; in FIG. 14 a , b, c, d show the thermograms of temperature change along the layers of the pulley rim (1) and its mounting protrusion (2) in the intervals: a - 1 - 253.2-235.9 ° C; 2 - 204.8-136.6 ° C; b - 1 - 329.5-310.2 ° C, c - 1 - 450.4-432.5 ° C; 2 - 400.8-295.7 ° C; g - 1 - 535.2-52.2 ° C; 2 - 492.6-403.7 ° C; in FIG. 15 a , b, c illustrates the energy levels of various types of contacts during frictional interaction of the spots of microprotrusions of metal-polymer friction pairs: a - neutral; b - ohmic; in - blocking; in FIG. 16 shows an energy diagram of a metal-polymer friction pair; in FIG. 17 a , b presents a qualitative picture of the energy zones in the "metal - polymer" system with normal impulse forces acting on the polymer film: a - N <N C ; b - N> N C ; in FIG. 18 illustrates a band diagram of a three-layer structure "metal 1 - polymer - metal 2"; in FIG. 18 illustrates a band diagram of a three-layer structure of metal 1 - polymer - metal 2 "; in FIG. 19 a , b, c, d, d, e are diagrams of the directions of the components of electric currents in metal-polymer friction pairs at temperatures up to ( a ) and above (b-d) of the polymer lining permissible for materials; e is a vector diagram of electric currents and directions in the surface layers of the polymer lining; in FIG. 20 a , b shows the equivalent circuit (a) and the vector diagram (b) of parallel substitution of the surface layer of the polymer lining; in FIG. 21 a , b illustrates the polarization of the working surface of the polymer lining at fast (a) and slow (b) frequencies of influence on the processes; in FIG. 22 a , b shows the kinematic diagram of the tape-shoe brakes ( a , b) and their friction unit (c) of the U2-5-5 winch: 1 - control lever; 2, 4 - brake tapes and pulleys; 3 - friction pads; 5 - drum; 6, 9, 10 - crank crankshaft necks; 7 - driller crane; 8 - pneumatic cylinder; 11 - balancer; in FIG. 23 a , b, c, d shows a general view of the stand with a model band brake ( a ), a loading device (b), DC and AC motors (c) and a brake band with friction linings (d): 1 - I-beams ; 2 - a brake tape; 3 - friction pads; 4 - a brake pulley; 5 - a shaft with bearings; 6 - shaft support; 7, 8 and 9 - electric motors: direct and alternating current; 10 - finger coupling; 11 - load device; 12 - motor shaft; in FIG. 24 a , b, c, d, d, the energy balance of the tape brake shoe parts with various frictional characteristics is given: a - linear (1) and nonlinear (2); b - movement of parts during vibrations; c, d - diagrams of the work of parts in an oscillatory process; d is the dependence of the energy of vibration of the parts on the amplitude; in FIG. 25 shows the dependence of the dynamic coefficient of friction on the surface temperature for the friction pair FK-24A - steel 35KHNL; in FIG. 26 shows the work diagrams of the friction pair FK-24A - steel 35KHNL in the temperature range: 1 - up to 200 ° C; 2 - 200-350 ° C; 3 - 350-500 ° C; in FIG. 27 illustrates the dependence of the tension of the running branch of the brake belt on the amplitude of the radial vibration resistance of the adjustments for the running (1) and runaway (2) branches of the tape; in FIG. 28 a , b show the amplitude spectra of the radial vibration resistance of the friction pairs: a - at a specific load of 0.2 and 2.0 MPa (curves 3.4, and 1.2) and sliding speeds of 5 and 15 m / s (curves 3.4 , and 1,2); b - from the runaway branch of the tape to the runaway (the numbers correspond to a decent lining number) with a specific load of 2.0 MPa on the runaway branch of the tape; in FIG. 29 a , b, c shows the force patterns acting: in the “pad-tape” assembly ( a ); on the tape section above the i-th pad (b); when determining the deformations of the tape sections (c); 2 - a brake tape; 3 - friction lining; in FIG. Figure 30 shows the patterns of change in the relative deformations of sections of the brake belt when the friction linings are located on the arc of its girth with constant (1, 1 ') and variable (2, 2') steps: calculated (1, 2) and experimental (1 ', 2') data:
Figure 00000014
and
Figure 00000015
- numbering of gaps between overlays; in FIG. 31 presents the classification of the flexibility of friction joints during the formation of their contact-pulse interaction; in FIG. 32 a , b illustrates the dependence of the pulsed normal load causing deformation of the microprotrusions of the friction lining when they are connected in parallel to the block ( a ) and their model (b): 1 - section of the friction lining: P n - compliance of the microprotrusion (2); 3 - a metal film on the working surface of the pulley; in FIG. 33 shows the pattern of change in the deformations of the microprotrusions of the metal-polymer friction pairs of the tape-shoe brake from impulse specific loads at different areas of their contact spots; in FIG. 34 a, b, c, d, e, f illustrates the effect of substituting the overlap coefficients K (b, c, d, e) and temperature gradient along the surface (∂θ n / ∂l) [a, d, f] to the dynamic coefficient friction f ( a , b), wear rate and r.p. (e, f) and the average temperature of the friction surfaces ϑ (c); in FIG. 35 a , b shows a diagram of a model tape-shoe brake with movable friction linings installed with constant ( a ) and variable (b) steps (a band made up of four linings): 1 - brake pulley; 2 - a brake tape; 3 - friction pads: 4 - annular cylindrical rods; 5 - coil springs; 6 - a lock level; in FIG. 36 shows the dependences of the dynamic ( a , b) and static (c, d) coefficients of mutual overlap of the external (1) and internal (2) friction pairs of friction brake assemblies with movable pads in the first and third stages of braking; in FIG. Figure 37 illustrates a fragment of a change in the normal force in the contact of a friction pair “pulley-slip” during pulsed interaction (1 - positive: 2 - negative) of the drawworks brake of the drawworks over the braking time; in FIG. 38 a , b show the patterns of change in the normal force over time, studied by the method of impulse pairs, during oscillatory processes of microprotrusions of the rim of the brake pulley for torque patterns: a - “negative-positive” b - “positive-negative”; in FIG. 39 shows a design diagram of a brake friction assembly for determining tensile forces in a brake belt; in FIG. 40 is a design diagram for determining tensile forces of a belt portion and normal contact force on a friction surface of a pulley; in FIG. 41 shows the patterns of change in the normal impulse forces N along the length of the friction lining L n at sliding speeds V ck = 2.5 m / s in a model tape-shoe brake; in FIG. 42 presents the design scheme of the friction unit of the tape-shoe brake: 1 - brake tape; 2 - friction lining; 3 - a brake pulley; in FIG. 43 illustrates the patterns of change in braking moments along the length of the tape of the drawbar brake of the drawworks (R w = 0.725m; ϕ = 9.8 °; S c = 50.0kH) for different dynamic friction coefficients in the pair “brake pulley - friction lining” : 1 - f = 0.2; 2 - f = 0.25; 3 - f = 0.3; 4 - f = 0.35; in FIG. Figure 44 shows the change in the dynamic coefficient of friction of the friction unit “pulley-pad” (material 35XHM - FK-24A) in bench conditions at specific loads of 0.6 MPa and surface temperatures of 200 ° C (curve 1) and 400 ° C (curve 2) from sliding speed; in FIG. 45 is a diagram of a friction assembly complete with a winch drum during braking in conjunction with high-speed washer air currents: 1, 2, 3 — a brake pulley with a mounting protrusion and with flanges; 4 - a brake tape; 5 - friction lining; 6, 7 - winch drum flange; 8 - a lifting shaft; in FIG. 46 a , b show the dependence of the heat transfer coefficients (α) by radiating the matte ( a ) and polished (b) surfaces of metal friction elements on the heating temperature (ϑ) for various values of the ratio of the friction surface diameters to surface areas (d / A); in FIG. 47 illustrates the dependence of stresses on cracking resistance (σ 0 ) on the volumetric temperature of the pulley rim (ϑ vol ) and the value of thermal shock resistance (K C ); in FIG. 48 a , b, c, d shows the regularities of the change in the dimensionless thermal stresses of the rim of the brake pulley from the relative braking time: frictional heating ( a , b) and natural cooling (c, d) for various values of the Bio criterion: a ,
Figure 00000016
b
Figure 00000017
; in FIG. 49 a , b, c, d, e, f presents improved models of electrothermomechanical friction and wear of friction materials (originally developed by A.V. Chichinadze and E.D. Brown) as applied to a typical tribological conjugation; in FIG. 50 shows a structurally evolving model of a real complex multi-level tribological coupling of the brake friction assembly; in FIG. 51 shows a tribosystem (friction unit) of a tape-block brake and its subsystems of various orders; in FIG. 52 a , b, c, d, d, f, f, general view of the tape brake with multi-pair friction units and their graphic models: 1 - brake tape; 2, 4 - friction pads with holes; 3 - a brake pulley; 5, 6 - cylindrical rods and springs; physical models of external clutch (“the inner surface of the brake band - the outer surfaces of the friction linings”) (b, c, d) and internal (“the inner surface of the friction linings - the working surface of the brake pulley”) (e, f, g) of friction pairs of its friction nodes; in FIG. 53 is a block diagram of a basic calculation module; in FIG. 54 the regularities of the change in time (τ) of the dynamic coefficient of friction (f) for the metal-polymer pair (at p = 0.3 MPa, V CK = 0.6 m / s) are illustrated; 1,2 - high-frequency and low-frequency components of the "dry"friction; 3 - curve with "wet"friction; 4 - systematized sinusoidal curve; in FIG. 55 shows the mass transfer of material between the friction linings and the working surface of the rim of the brake drum with polarization of the working surfaces of the linings: 1 - anode; 2 - cathodic; in FIG. 56 shows the relationship between discharge modes and wear of a polymer-metal friction pair: 1 - glow discharge; 2 - spark; in FIG. 57 illustrates the step-by-step changes in the dynamic coefficient of friction of the Retinax FC-24A material as a function of the temperature of the friction surface in the zones: I - 200-250 ° С; II - 250-400 ° C; III - 400-550 ° C; IV - 550-800 ° C; V - 800-1000 ° C.

На первом этапе моделирования рассматриваются геометрические параметры микровыступов, энергетические уровни пятен контактов и их поверхностных и подповерхностных слоев при электротермомеханическом фрикционном взаимодействии в металлополимерных парах трения на нано- и микроуровнях.At the first stage of modeling, the geometric parameters of microprotrusions, the energy levels of contact spots and their surface and subsurface layers during electrothermomechanical frictional interaction in metal-polymer friction pairs at nanoscale and microlevels are considered.

В процессе фрикционного взаимодействия металлополимерных пар трения, т.е. при скольжении микровыступов, металлический фрикционный элемент получает микроимпульсы со стороны микровыступов неподвижного контртела, которым является рабочая поверхность полимерной накладки (прямая пара трения). В обратных парах трения все происходит наоборот. В многопарных фрикционных узлах ленточно-колодочного тормоза на разных стадиях торможения наблюдаются сначала обратные пары трения, а затем прямые. Импульсные колебания величины нормального усилия, действующего со стороны тормозной ленты, определяются жесткостью фрикционного стыка.In the process of frictional interaction of metal-polymer friction pairs, i.e. when the microprotrusions slip, the metal friction element receives micropulses from the microprotrusions of the stationary counterbody, which is the working surface of the polymer lining (direct friction pair). In reverse friction pairs, everything happens the other way around. In multi-pair friction units of the tape-shoe brake, at different stages of braking, reverse friction pairs are observed, and then direct ones. Impulse fluctuations in the magnitude of the normal force acting on the side of the brake band are determined by the rigidity of the friction joint.

На фиг. 1а, б проиллюстрировано контактно-импульсное взаимодействие микровыступов на различной стадии торможения парой трения «полимер - металл» при ее нагружении нормальной силой N. Различная величина N на каждой из стадий торможения пропорциональна площади контакта. На первой стадии контактирования (фиг. 1а) происходит импульсное взаимодействие микровыступов, способствующее генерированию элементарного электрического тока. В дальнейшем, на второй стадии (фиг. 1б) электрический ток якобы гасится, и превращается в аккумулируемую теплоту. На третьей стадии взаимодействия микровыступов импульсная нормальная сила N является максимальной (фиг. 1в), площадь контактирующих поверхностей увеличивается, а, следовательно, наблюдается рост трибоэффекта, т.е. поверхностной температуры контакта. Суммирование элементарных электротоков, генерируемых на микровыступах (первая стадия торможения), позволило сформировать электрическое поле на взаимодействующих поверхностях контактов. Формируемое тепловое поле на второй и третьей стадииразвивается с ростом, и как следствие, приводит к увеличению тепловых токов.In FIG. 1 a, b illustrated contact-pulse interaction at different microprojections "polymer - metal" pair of brake friction stage during its loading normal force N. N different quantities at each of steps proportional braking contact area. At the first stage of contacting (Fig. 1 a ), a pulsed interaction of microprotrusions occurs, which contributes to the generation of an elementary electric current. Subsequently, in the second stage (Fig. 1b), the electric current is supposedly extinguished, and turns into accumulated heat. At the third stage of interaction of microprotrusions, the pulsed normal force N is maximum (Fig. 1c), the area of the contacting surfaces increases, and, consequently, an increase in the triboeffect is observed, i.e. surface contact temperature. The summation of elementary electric currents generated at microprotrusions (the first stage of braking) made it possible to form an electric field on the interacting contact surfaces. The generated thermal field at the second and third stages develops with growth, and as a result, leads to an increase in thermal currents.

Между участками фактического касания расположены микро- и макрополости, соединяющиеся между собой и заполненные жидкостью, образовавшиеся за счет выгорания связующих компонентов полимерных накладок, продуктами износа. Указанные полости имеют сужения и расширения по высоте. При вращении металлического фрикционного элемента промежуточная среда увлекается его скользящей поверхностью и в местах сужения образуются гидродинамические клинья. Действие последних суммируется и может привести к всплыванию или подъему одной поверхности над другой.Between the areas of actual contact are micro- and macrocavities, interconnected and filled with liquid, formed due to burnout of the binder components of the polymer overlays, wear products. These cavities have constrictions and extensions in height. During the rotation of the metal friction element, the intermediate medium is carried away by its sliding surface and hydrodynamic wedges form in the places of narrowing. The effect of the latter is summarized and can lead to the emergence or rise of one surface above another.

По мере всплывания тел микронеровностей уменьшается контактная деформация и часть импульсной нормальной нагрузки, воспринимаемой суммарными опорными поверхностями микровыступов, способствует одновременному увеличению части импульсной нормальной нагрузки, приходящейся на жидкостной слой накладки.As the microroughness bodies rise up, contact deformation decreases and part of the normal impulse load, perceived by the total supporting surfaces of the microprotrusions, contributes to a simultaneous increase in the part of the normal normal impulse load attributable to the liquid layer of the patch.

Наблюдаемая упругопластическая деформация поверхностных слоев на площадках фактического контакта, приводящая к их постепенному охрупчиванию за счет электроимпульсного прошивания волнистости и шероховатости поверхностей, а также к диспергированию, позволяет представить процесс изнашивания в виде малоцикловой усталости материалов поверхностных слоев, расположенных в зоне деформирования.The observed elastoplastic deformation of the surface layers at the actual contact areas, leading to their gradual embrittlement due to electropulse flashing of the waviness and roughness of the surfaces, as well as to dispersion, allows us to imagine the wear process as surface cycle materials in the form of low-cycle fatigue located in the deformation zone.

В течение незначительного времени не наблюдается разрушение поверхности трения и отделения частиц износа, т.е. имеет место существование латентной фазы, но при этом происходит накопление энергии, микродефектов, развитие и эволюция вторичных структур. При достижении предельного состояния материалов поверхностного слоя, обусловленного появлением определенной концентрации микроповреждений, наступает стадия разрушения поверхностного слоя.For a short time, the destruction of the friction surface and the separation of wear particles, i.e. there is a latent phase, but this leads to the accumulation of energy, microdefects, the development and evolution of secondary structures. Upon reaching the limit state of the materials of the surface layer due to the appearance of a certain concentration of microdamage, the stage of destruction of the surface layer begins.

Под влиянием импульсной нормальной нагрузки в касание входят отдельные микровыступы (фиг. 2а, б). Последние представляют собой микронеровности, которые расположены на вершинах волн контактирующих пятен. В связи с этим выделяют следующие площади контакта: номинальную, контурную и фактическую.Under the influence of the normal impulse load, individual microprotrusions enter into contact (Fig. 2 a , b). The latter are microroughnesses that are located at the tops of the waves of contacting spots. In this regard, the following contact areas are distinguished: nominal, contour and actual.

Номинальная площадь контакта (Ан) - это геометрическое место всех возможных фактических участков контакта. Эта площадь ограничена размерами взаимодействующих металлополимерных пар трения.The nominal contact area (A n ) is the geometric location of all possible actual contact areas. This area is limited by the size of the interacting metal-polymer friction pairs.

Контурная площадь контакта (Ак) - образуется в результате деформаций микронеровностей взаимодействующих пятен контактов. На контурной площади размещены фактические участки контакта. В зависимости от рельефа контактирующих поверхностей металлополимерных пар трения и внешнего действия на каждую из них импульсной нормальной силы, величина контурной площади может составлять до десяти процентов от всей номинальной площади контакта. Площадь отдельных контурных участков изменяется от единицы до десятков квадратных миллиметров. При взаимодействии двух волнистых поверхностей трения контурные площади контактов изменяются во времени. Это обусловлено изменением микрорельефа поверхностей; действием импульсных нормальных сил и импульсных удельных нагрузок; теплофизических и физико-механических свойств материалов, находящихся в напряженно-деформируемом состоянии; нестабильностью термоупругого контакта под действием импульсных удельных нагрузок, импульсных электрических и тепловых токов, изнашивания и других факторов. Классификацию микронеровностей по высоте h и шагу Sм металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза проиллюстрировано на фиг. 3.Contour area of contact (A k ) - is formed as a result of deformations of microroughness of interacting contact spots. On the contour area are the actual contact areas. Depending on the relief of the contacting surfaces of the metal-polymer friction pairs and the external action on each of them of pulsed normal force, the contour area can be up to ten percent of the entire nominal contact area. The area of individual contour sections varies from one to tens of square millimeters. When two wavy friction surfaces interact, the contour areas of the contacts change over time. This is due to a change in the surface microrelief; action of pulsed normal forces and pulsed unit loads; thermophysical and physico-mechanical properties of materials in a stress-strain state; instability of thermoelastic contact under the influence of pulsed specific loads, pulsed electric and thermal currents, wear and other factors. The classification of microroughnesses in height h and pitch S m of metal-polymer friction pairs of a band brake shoe is illustrated in FIG. 3.

Номинальную, контурную и фактическую площадь взаимодействия в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза с учетом формы сечения можно привести к геометрической фигуре (квадрату, кругу, прямоугольнику и др.). В данном случае, площади пятен контактирования поверхностей взаимодействия приведено к кругу, что позволяет определить их соотношения через отношение квадратов радиусов, Так, например,

Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
при этом возможны и другие комбинации отношений площадей контакта взаимодействующих металлополимерных пар трения.The nominal, contour, and actual area of interaction in the metal-polymer friction pairs of the tape brake shoe, taking into account the cross-sectional shape, can be reduced to a geometric figure (square, circle, rectangle, etc.). In this case, the area of the contact spots of the interaction surfaces is reduced to a circle, which allows us to determine their ratio through the ratio of squares of radii, So, for example,
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
while other combinations of the relationship of the contact areas of the interacting metal-polymer friction pairs are possible.

Микровыступы, приведенные на фиг. 4а, б, в имели следующие геометрические характеристики для материала ФК-24А (в масштабе): a-h=32,5 мм; z1=10 мм; z=17,0 мм; l=60,0 мм; б-h=32,5 мм; l=61,0 мм; в-h=31,0 мм; lS=60,0 мм.The microprotrusions shown in FIG. 4 a , b, c had the following geometric characteristics for the material FK-24A (to scale): a -h = 32.5 mm; z 1 = 10 mm; z = 17.0 mm; l = 60.0 mm; b-h = 32.5 mm; l = 61.0 mm; h = 31.0 mm; l S = 60.0 mm.

Топография поверхностей микровыступов, оценивалась на основе обработки ограниченного числа профилограмм (zi=10). Для построения кривой опорной поверхности для трех типов характерных микровыступов использовался метод, предложенный Абботом.The surface topography of the microprotrusions was evaluated on the basis of processing a limited number of profilograms (zi = 10). To construct the curve of the supporting surface for three types of characteristic microprotrusions, the method proposed by Abbot was used.

Фактическая площадь контакта (АФ) образована воздействием микровыступов поверхностей трения и представляет наибольший интерес в связи с тем, что на фактических участках контактах происходит деформация микровыступов и генерирование электрических токов, а как следствие, образуются тепловые токи и происходит износ. Фактическая площадь контакта указанных пар трения изменяется в широком интервале: от сотых долей до единиц процентов от номинальной площади поверхности трения.The actual contact area ( AF ) is formed by the action of microprotrusions of the friction surfaces and is of the greatest interest due to the fact that microprotrusion deformation and generation of electric currents occur in the actual contact areas, and as a result, thermal currents are formed and wear occurs. The actual contact area of these friction pairs varies in a wide range: from hundredths to units of percent of the nominal surface area of the friction.

Опорные кривые (I, I', I''), состоящие из трех участков (1, 2 и 3), приведенные на фиг. 4 имеют переменный характер. При этом функция tpmax) в интервале от 0 до 1,0 показывает, какая доля материала находится выше заданного уровня. Физический смысл полученной каждой опорной кривой выражает вероятность того, что материал профиля находится выше уровня εmax, т.е. она характеризует распределение материала по высоте шероховатого слоя.Reference curves (I, I ', I''), consisting of three sections (1, 2 and 3), shown in FIG. 4 are variable. Moreover, the function t pmax ) in the range from 0 to 1.0 shows what proportion of the material is above a given level. The physical meaning of each reference curve obtained expresses the probability that the profile material is above the level of ε max , i.e. it characterizes the distribution of material along the height of the rough layer.

Построенные в относительных величинах опорные кривые позволяют оценить не только топографию поверхности, но и ее площадь согласно табл. 1.The reference curves constructed in relative values make it possible to evaluate not only the surface topography, but also its area according to Table. one.

Суммирование площадей элементарных контактов и достижение установившегося значения Аф1 проиллюстрировано на фиг. 5.The summation of the areas of elementary contacts and the achievement of a steady-state value of A f1 are illustrated in FIG. 5.

Figure 00000021
Figure 00000021

Данный процесс протекает постепенно и охватывает по времени несколько часов в зависимости от условий эксплуатации пар трения ленточно-колодочного тормоза. Величина А1 определяется электро- и термодинамическими режимами трения и может находиться в достаточно широких пределах в зависимости от интенсивности удельных нагрузок (уровня активации) и состава омывающих сред (уровень пассивации) при контактно-импульсном взаимодействии металлополимерных пар трения тормоза.This process proceeds gradually and takes several hours in time, depending on the operating conditions of the friction brake band brake shoe. The value of A 1 is determined by the electro- and thermodynamic friction regimes and can be quite wide depending on the intensity of specific loads (activation level) and the composition of the washing media (passivation level) during contact-pulse interaction of metal-polymer brake friction pairs.

При взаимодействии металлополимерных пар трения тормозных устройств контакт носит дискретный характер из-за постоянной смены его элементарных участков. Последние представляют собой очаги «электрических» и «термических» неровностей. «Электрические» очаги способствуют генерированию электрических токов с помощью сформированных микротермобатарей с различными свойствами материалов и поэтому они работают в режиме микротермоэлектрогенератора и микротермоэлектрохолодильника. Одни участки нагреваются, а другие - охлаждаются. «Термические» очаги нагреваются за счет трибоэффекта. В дальнейшем, более разогретые участки поверхности трения в результате термического расширения и податливости приподнимаются над остальной поверхностью и начинают вследствие этого воспринимать всю приложенную нагрузку. Так будет продолжаться до тех пор, пока локальный износ этого участка не приведет к понижению его уровня, после чего опять произойдет перераспределение нагрузки, которая окажется приложенной к другим участкам поверхности.In the interaction of metal-polymer friction pairs of brake devices, the contact is discrete due to the constant change of its elementary sections. The latter are foci of "electrical" and "thermal" irregularities. “Electric” foci contribute to the generation of electric currents using the formed microthermobatteries with various properties of materials and therefore they operate in the microthermoelectric generator and microthermoelectric refrigerator mode. Some areas are heated, while others are cooled. “Thermal” foci are heated by the triboelectric effect. Subsequently, more heated sections of the friction surface as a result of thermal expansion and ductility rise above the rest of the surface and therefore begin to perceive the entire applied load. This will continue until local wear of this section leads to a decrease in its level, after which again the load will be redistributed, which will be applied to other parts of the surface.

Поверхностный слой необходимо рассматривать как синергетическую саморегулирующую систему, которая способна к внутренним перестройкам при достижении внутренней энергией системы определенного порогового значения - энергии активации.The surface layer must be considered as a synergistic self-regulating system, which is capable of internal changes when the internal energy of the system reaches a certain threshold value - activation energy.

Изучение процессов взаимодействия, протекающих на нано-, микро- и макроскопических уровнях позволяет установить связи возникновения циклов изнашивания с кинетическими фазовыми переходами механизмов диссипации энергии, происходящей в результате самоорганизации и эволюции диссипативно-дислокационных субструктур.A study of the interaction processes occurring at nano, micro, and macroscopic levels allows us to establish the relationship between the occurrence of wear cycles and kinetic phase transitions of the mechanisms of energy dissipation that occurs as a result of self-organization and evolution of dissipative-dislocation substructures.

На фиг. 6а, б, в показаны предложенные расчетные модели для оценки характеристик взаимодействия пятен контактов с различными диаметрами пары трения «металл-полимер» при генерировании электрических и аккумулировании тепловых токов.In FIG. 6 a , b, c show the proposed calculation models for evaluating the characteristics of the interaction of contact spots with different diameters of the metal-polymer friction pair when generating electric and accumulating thermal currents.

Следует заметить, что с увеличением площади пятен контактов микровыступов наблюдается рост заряженных частиц на их поверхностях.It should be noted that with an increase in the area of contact spots of microprotrusions, an increase in charged particles on their surfaces is observed.

Образование двойных электрических слоев происходит на межфазной границе двух сред с различными характеристиками проводимости электронной (металлический элемент трения) и ионной (поверхностный и приповерхностные слои накладки, находящиеся в различных термодинамических состояниях). Поверхностный и приповерхностный слои фрикционных накладок являются многокомпонентными структурами, т.е. гетерогенной системой, в которой рассмотрение их моделей необходимо вести с точки зрения химической кинетики колебания реакций. Химический потенциал зависит от концентрации компонентов в накладке. На фиг. 7а, б проиллюстрировано изменение электрохимического потенциала металлической (а) и неметаллической (б) поверхностей при нагружении пары трения в области их различного структурного и теплового состояния. Установлено, что химпотенциал (кривая 3', см. фиг. 7а) увеличивается в зоне температур, превышающих допустимую для материалов накладки, т.к. на ее поверхности имеются островки электролита.The formation of double electric layers occurs at the interphase boundary of two media with different characteristics of electronic conductivity (friction metal element) and ionic (surface and near-surface layers of the lining in different thermodynamic states). The surface and near-surface layers of friction linings are multicomponent structures, i.e. heterogeneous system in which consideration of their models must be carried out from the point of view of chemical kinetics of the reaction oscillations. The chemical potential depends on the concentration of the components in the pad. In FIG. 7 a and b illustrates the change in the electrochemical potential of the metal (a) and nonmetal (b) a pair of surfaces under friction loading in the region of their various structural and thermal condition. It was found that the chemical potential (curve 3 ', see Fig. 7 a ) increases in the temperature zone exceeding the allowable for the lining materials, because on its surface there are islands of electrolyte.

Наличие химпотенциала сопровождается накоплением зарядов противоположного знака и проявлением в контактной зоне особенностей каждой фазы: ионов в поверхностных и приповерхностных слоях накладки и электронов (дырок) в металлическом элементе трения. Иными словами, физический контакт между указанными выше средами приводит к возникновению и формированию двойного электрического слоя.The presence of chemical potential is accompanied by the accumulation of charges of the opposite sign and the manifestation in the contact zone of the characteristics of each phase: ions in the surface and near-surface layers of the lining and electrons (holes) in the metal friction element. In other words, physical contact between the above media leads to the appearance and formation of a double electric layer.

В последнем заряды локализуются на очень маленьком расстоянии, толщина слоя в большинстве случаев которого находится в пределах 4,0-7,0 А.In the latter, the charges are localized at a very small distance, the layer thickness in most cases of which is in the range 4.0-7.0 A.

Возникновение электрохимического цилиндрического конденсатора возможно при условиях, обеспечивающих надежное пространственное разделение зарядов на его обечайках и поляризацию объемного заряда в приповерхностных слоях фрикционных накладок. Такие условия являются «идеально поляризованными», а соответствующая обечайка в заданных электролитических системах и определенных пределах потенциалов - поляризованной. Их природа такова, что при поляризации рабочей поверхности металлического элемента трения на ней не происходят фарадеевские процессы, которые связаны с массопереносом материала накладок через границу раздела фаз.The appearance of an electrochemical cylindrical capacitor is possible under conditions that ensure reliable spatial separation of charges on its shells and polarization of the space charge in the surface layers of friction pads. Such conditions are “perfectly polarized”, and the corresponding shell in the given electrolytic systems and certain potential limits is polarized. Their nature is such that, upon polarization of the working surface of the metal friction element, Faraday processes do not occur on it, which are associated with mass transfer of the patch material through the phase boundary.

Рассмотрим на нанотрибологическом уровне генерируемые электрические токи в парах трения разных типов.Let us consider at the nanotribological level the generated electric currents in friction pairs of various types.

Диаграмма изменения тока в прямой ("колодочка-диск") паре трения (фиг. 8а), полученная на машине трения и износа СМЦ-2 в лабораторных условиях, показала, что токи являются нестабильными (кривые 1 и 2). Указанные кривые берут начало при одинаковом отрицательном направлении токов, а потом кривая 2 при нагружении в 2,0 Н переходит в зону положительного направления тока. Вид кривой 3 существенно отличается от кривых 1 и 2. Указанная кривая начинается при максимальном значении отрицательного направления тока (- 9,7 нА), пересекает ось абсцисс системы координат при нагрузке в 1,35 Н и подымается к максимальному значению положительного направления тока (5,2 нА). В диапазоне нагружения от 4,5 Н до 7,3 Н имеет место почти одинаковое апериодическое изменение направление тока. При 7,3 Н значение с положительного направления тока (4,5 нА) изменяется к отрицательному (-11,75 нА). Изменение направления тока (кривая 3) происходит при скорости скольжения VCK=1,5 м/с.The diagram of the current change in a direct ("block-disk") friction pair (Fig. 8 a ) obtained on the SMC-2 friction and wear machine in laboratory conditions showed that the currents are unstable (curves 1 and 2). These curves originate with the same negative direction of currents, and then curve 2 under loading of 2.0 N goes into the zone of positive current direction. The form of curve 3 differs significantly from curves 1 and 2. The specified curve begins at the maximum value of the negative current direction (- 9.7 nA), crosses the abscissa axis of the coordinate system at a load of 1.35 N and rises to the maximum value of the positive current direction (5 , 2 nA). In the loading range from 4.5 N to 7.3 N, an almost aperiodic change in the direction of the current takes place. At 7.3 N, the value from the positive current direction (4.5 nA) changes to negative (-11.75 nA). A change in the direction of the current (curve 3) occurs at a sliding velocity V CK = 1.5 m / s.

С диаграммы кинетики в обратной паре трения (фиг. 7б) видно, что при низких скоростях трения (кривая 1) величина тока электризации в начальный период трения увеличивается, а потом остается практически неизменной. Можно считать, что система находится в нестабильном состоянии. С увеличением скорости скольжения (кривые 2-4) происходит изменение направления (инверсия) тока электризации (соответственно, при силе F, которая равнялась 10,5; 3,0 и 2,0 Н), при этом она имела характер множественного проявления. С увеличением скорости скольжения число инверсий тока тоже увеличивается и при этом для прямой и обратной пар трения (см. фиг. 8а и б) показывает, что в обоих случаях наблюдаются как положительные, так и отрицательные значения токов электризации в зависимости от режима торможения.The kinetics diagram in the reverse friction pair (Fig. 7b) shows that at low friction speeds (curve 1), the magnitude of the electrification current in the initial period of friction increases, and then remains almost unchanged. We can assume that the system is in an unstable state. With an increase in the sliding speed (curves 2-4), the direction (inversion) of the electrification current changes (respectively, with a force F, which was 10.5, 3.0, and 2.0 N), while it had the nature of multiple manifestations. With an increase in the sliding velocity, the number of current inversions also increases, and for direct and reverse friction pairs (see Figs. 8 a and b), it shows that in both cases both positive and negative values of the electrification currents are observed depending on the braking mode.

Проанализируем теплонагруженность поверхностного и приповерхностного слоев элементов трения металлополимерных пар.Let us analyze the heat load of the surface and near-surface layers of friction elements of metal-polymer pairs.

Согласно классической теории в непосредственной близости от точек контакта пары трения «металл (1) - полимер (2)» (фиг. 9а) образуются отдельные полусферические изотермические поверхности, сливающиеся в общую поверхность на некоторой глубине материалов. Расположение изотермических поверхностей характеризуется величиной температурного градиента. В общем случае температурное поле в металлическом и полимерном фрикционных элементах, относящихся, соответственно, к поверхностному и приповерхностному их слоям, представлено на фиг. 9б, в. Из последнего видно, что в зоне взаимодействия имеют место следующие температуры: трения, возникающая в зоне деформации микроучастков рабочей поверхности; контактная, возникающая в точках контакта; поверхностная, возникает на макроучастках поверхностей трения; объемная, возникает в теле элемента трения ниже зоны деформации.According to the classical theory, in the immediate vicinity of the contact points of the friction pair “metal (1) - polymer (2)” (Fig. 9 a ), separate hemispherical isothermal surfaces form, merging into a common surface at a certain depth of materials. The location of the isothermal surfaces is characterized by the magnitude of the temperature gradient. In the general case, the temperature field in the metal and polymer friction elements related, respectively, to their surface and subsurface layers is shown in FIG. 9b, c. It can be seen from the latter that the following temperatures take place in the interaction zone: friction arising in the deformation zone of the micro-sections of the working surface; contact arising at contact points; superficial, arises on macro-sections of friction surfaces; volumetric, occurs in the body of the friction element below the deformation zone.

На фиг. 10 приведено распределение температуры (ϑп) и теплового потока (q) на пятне контакта при: аn=const; б-q=const. Однако такое идеальное распределение температуры (ϑ) и теплового потока (q) на пятне контакта в парах трения невозможно из-за инверсии токов между взаимодействующими зонами, а также линий электрического поля между разноименными (а) и одноименными (б) зарядами (см. фиг. 11а, б).In FIG. 10 shows the distribution of temperature (ϑп) and heat flux (q) on the contact spot at: аn = const; b-q = const. However, such an ideal distribution of temperature (ϑ) and heat flux (q) on the contact spot in friction pairs is impossible due to the inversion of currents between interacting zones, as well as electric field lines between unlike (a) and homonymous (b) charges (see Fig. . 11 a , b).

При контактно-импульсном взаимодействии микровыступов поверхностей трения металлополимерных пар тормозных устройств элементы трения испытывают электротермомеханическое напряженно-деформируемое состояние и при этом происходит распределение электрических и тепловых полей возле зоны контактного взаимодействия. На макроуровне (внешние параметры) - это эксплуатационные параметры (скорость скольжения; податливость элементов пары трения и ее контактного стыка; коэффициенты (статического и динамического) взаимного перекрытия; нормальные усилия; удельные нагрузки; динамический коэффициент трения; тормозной момент; температуры: вспышки, поверхностные, объемные и др.), которые определяются с учетом известных условий взаимодействия и микроформы трущихся поверхностей. На микроуровне (внутренние параметры) - это фактически импульсно действующие: нормальные силы, удельные нагрузки, деформации, механические и термические напряжения, электрические и тепловые токи и порождаемые ими поля, температуры в приповерхностных слоях и др., которые определяются на основании теории единого поля взаимодействия. На наноуровне - рассматриваются условия равновесия на энергетических уровнях при работе полимерной накладки (ее рабочего поверхностного слоя) в зоне температур, ниже и выше допустимой для ее материалов; потенциальные барьеры в условиях равновесия при контактно-импульсном взаимодействии термоэлементов микротермобатарей в парах трения; контакты между микровыступами металлического элемента трения и полупроводниковыми пленками полимерной накладки; переходы типа р-n в микротермобатареях металлического элемента трения и полупроводниковыми пленками полимерных накладок; взаимодействия электрических и тепловых полей и др.In the case of contact-pulse interaction of the microprotrusions of the friction surfaces of metal-polymer pairs of brake devices, the friction elements experience an electrothermomechanical stress-strain state and the distribution of electric and thermal fields near the contact interaction zone occurs. At the macro level (external parameters), these are operational parameters (sliding speed; flexibility of the elements of a friction pair and its contact joint; coefficients of (static and dynamic) mutual overlap; normal forces; specific loads; dynamic coefficient of friction; braking torque; temperatures: flashes, surface , volumetric, etc.), which are determined taking into account the known conditions of interaction and microforms of rubbing surfaces. At the micro level (internal parameters), these are actually pulsed: normal forces, specific loads, deformations, mechanical and thermal stresses, electric and thermal currents and the fields generated by them, temperatures in the surface layers, etc., which are determined on the basis of the theory of a single interaction field . At the nanoscale - conditions of equilibrium are considered at energy levels during the operation of the polymer lining (its working surface layer) in the temperature zone below and above the permissible level for its materials; potential barriers in equilibrium during contact-pulse interaction of thermoelements of microthermal batteries in friction pairs; contacts between the microprotrusions of the metal friction element and the semiconductor films of the polymer lining; pn type transitions in microthermobatteries of a friction metal element and semiconductor films of polymer overlays; the interaction of electric and thermal fields, etc.

Понятие состояния взаимодействия пятен контактов микровыступов металлополимерных пар трения включает в себя напряженно-деформированное состояние и генерируемые электрические и аккумулированные тепловые токи на их поверхностях и в приповерхностных слоях.The concept of the interaction state of contact spots of microprotrusions of metal-polymer friction pairs includes the stress-strain state and the generated electric and accumulated thermal currents on their surfaces and in the surface layers.

На макроуровне - это номинальные характеристики, определенные с учетом известных условий взаимодействия в макроформе поверхностей. На микроуровне - это фактические импульсные удельные нагрузки, фактические механические электрические, тепловые и химические поля в поверхностных и приповерхностных слоях, омываемых скоростными токами, в которых растет абсолютная величина тока электризации в начальный период работы. При этом необходимо производить анализ токовых диаграмм компонентов сред, возникшие на поверхностях пятен контактов микровыступов при их взаимодействии.At the macro level, these are nominal characteristics determined taking into account the known conditions of interaction in the macro form of surfaces. At the micro level, these are actual pulsed specific loads, actual mechanical electric, thermal and chemical fields in the surface and near-surface layers washed by high-speed currents, in which the absolute value of the electrification current increases in the initial period of operation. In this case, it is necessary to analyze current diagrams of media components that have arisen on the surfaces of the contact spots of microprotrusions during their interaction.

Разрушение материалов при трении обусловлено контактно-импульсным взаимодействием, сопровождающимся совместным действием механической, электрической и тепловой нагрузки. Это вызывает рост поверхностных температур и температурных градиентов, что приводит к значительным термическим напряжениям в металлическом элементе трения.The destruction of materials during friction is due to contact-pulse interaction, accompanied by the combined action of mechanical, electrical and thermal loads. This causes an increase in surface temperatures and temperature gradients, which leads to significant thermal stresses in the metal friction element.

Тепловые напряжения, возникающие в элементах пары трения тормозов, являются следствием теплового удара, вызванного быстрым нарастанием температуры. Это явление сопровождается структурными изменениями в материалах пары трения.The thermal stresses arising in the elements of the friction pair of the brakes are the result of thermal shock caused by a rapid increase in temperature. This phenomenon is accompanied by structural changes in the materials of the friction pair.

Электротермомеханическое трение в высоконагруженных металлополимерных парах ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки осуществляется при переменных скоростях скольжения и удельных нагрузках, в условиях генерируемых электрических и аккумулируемых тепловых токов с неравномерностью нагревания приповерхностных слоев пар трения «металл-полимер». При этом процессы, явления и эффекты, протекающие в приповерхностных слоях пар трения отличаются большой сложностью. Так, для поверхности каждого из тел в паре характерен высокий уровень неоднородности материалов и дефектов структур, масштабы которых соизмеримы с размерами пятен касания, что оказывает влияние на электротермомеханическое трение. Оценка энергонагруженности поверхностей трения и ее влияние на основные процессы, явления и эффекты необходимы при решении задач обеспечения надежности фрикционных узлов путем увеличения ресурса как полимерных накладок, так и рабочих поверхностей металлических элементов.Electrothermomechanical friction in highly loaded metal-polymer pairs of the drawworks brake of the drawworks is carried out at variable sliding speeds and specific loads, under the conditions of generated electric and accumulated heat currents with uneven heating of the surface layers of metal-polymer friction pairs. Moreover, the processes, phenomena and effects occurring in the surface layers of friction pairs are very complex. Thus, the surface of each of the bodies in a pair is characterized by a high level of heterogeneity of materials and structural defects, the scales of which are commensurate with the sizes of contact spots, which affects electrothermomechanical friction. Assessment of the energy loading of friction surfaces and its influence on the main processes, phenomena and effects are necessary in solving problems of ensuring the reliability of friction units by increasing the resource of both polymer linings and the working surfaces of metal elements.

Работа выхода частиц с микровывступов металлополимерного сопряжения. Остановимся на работе выхода электронов и ионов с поверхностей фрикционного взаимодействия металлополимерного сопряжения.Particle exit work from microprotrusions of metal-polymer conjugation. Let us dwell on the work of the exit of electrons and ions from the friction interaction surfaces of metal-polymer conjugation.

Рассмотрим связь работы выхода электронов и ионов с рабочих поверхностей металополимерних пар трения и их поверхностной температуры от импульсных удельных нагрузок, действующих на пятна контактов микровыступов (фиг. 12а, б, в, г). При этом поверхностные температуры полимерных накладок были ниже (фиг. 12а, б, в) и выше (фиг. 12г) допустимой для их материалов, несмотря на то, что в контактах взаимодействия температуры были одинаковыми.Consider the relationship between the work function of electrons and ions from the working surfaces of metal-polymer friction pairs and their surface temperature from pulsed specific loads acting on contact spots of microprotrusions (Fig. 12 a , b, c, d). In this case, the surface temperatures of the polymer linings were lower (Fig. 12 a , b, c) and higher (Fig. 12 g) acceptable for their materials, despite the fact that the temperatures in the interaction contacts were the same.

Проведем анализ температур, возникающих на поверхностях пятен микровыступов при различных типах контакта в процессе фрикционного взаимодействия (фиг. 12). Участок I соответствует, в основном, области упругой деформации поверхностных слоев материалов элементов трения, а участки II и III - преимущественно, области пластических деформаций процессов без и с насыщенной плотностью дислокаций.Let us analyze the temperatures occurring on the surfaces of the spots of microprotrusions during various types of contact in the process of frictional interaction (Fig. 12). Section I corresponds mainly to the region of elastic deformation of the surface layers of materials of friction elements, and sections II and III to the region of plastic deformation of processes without and with a saturated dislocation density.

Участок I на фиг. 12в смещен влево, а на рис. 12г участок I вообще отсутствует, расширяясь при этом на участке II. Объясняется это тем, что в первом случае начинаются деструктивные процессы выгорания связующих компонентов материалов в поверхностных слоях полимерной накладки и имеет место образование пятен жидкости на ее поверхности, а во втором случае - деструктивные процессы заканчивающиеся увеличением количества пятен жидкости на рабочей поверхности полимерной накладки. Третий участок на всех рисунках характеризуется динамическим равновесием между процессами размножения и ангиляции дефектов с образованием микропар и микротрещин в поверхностных слоях металлополимерных пар трения. При этом толщина теплового слоя при больших импульсных удельных нагрузках в металлополимерных парах трения на один-два порядка превышает толщину поверхностного и подповерхностного слоев их элементов.Section I in FIG. 12c is shifted to the left, and in fig. 12g section I is generally absent, while expanding in section II. This is explained by the fact that in the first case, destructive processes of burning out the binder components of materials in the surface layers of the polymer lining begin and liquid stains form on its surface, and in the second case, destructive processes end with an increase in the number of liquid stains on the working surface of the polymer lining. The third section in all the figures is characterized by a dynamic equilibrium between the processes of propagation and angulation of defects with the formation of micropairs and microcracks in the surface layers of metal-polymer friction pairs. Moreover, the thickness of the thermal layer at high pulsed specific loads in metal-polymer friction pairs is one to two orders of magnitude greater than the thickness of the surface and subsurface layers of their elements.

Проиллюстрируем как влияют указанные выше три участка на изменение поверхностной температуры, удельных нагрузок и работу выхода электронов и ионов с рабочих поверхностей металлополимерных пар трения. Последний параметр является определяющим и в значительной мере влияет на первых два параметра. На участке I (фиг. 12а) наблюдается увеличение работы выхода как электронов, так и ионов с ростом удельных импульсных нагрузок. В результате изменений, которые происходят на рабочих поверхностях металлополимерных пар трения, работа выхода электронов и ионов с поверхностей трения уменьшается (фиг. 12а). Что касается графических зависимостей, представленных на фиг. 12в, г, то наличие жидкой фазы вызывает увеличение удельных нагрузок в парах трения. Работа выхода ионов на них больше работы выхода электронов в связи с эффектом сродственности к электрону (преобразование электронов в ионы). Как видно из фиг. 12а, б, в, г поверхностная температура монотонно увеличивается в данном диапазоне удельных нагрузок, не имеет экстремумов и корреллируется с работой выхода электронов и ионов.We illustrate how the above three sections affect the change in surface temperature, specific loads and the work function of the electrons and ions from the working surfaces of metal-polymer friction pairs. The last parameter is decisive and significantly affects the first two parameters. In section I (Fig. 12 a ), an increase in the work function of both electrons and ions is observed with an increase in specific impulse loads. As a result of changes that occur on the working surfaces of metal-polymer friction pairs, the work function of the electrons and ions from the friction surfaces decreases (Fig. 12 a ). As for the graphical dependencies shown in FIG. 12c, d, the presence of a liquid phase causes an increase in specific loads in friction pairs. The work function of the ions on them is greater than the work function of the electrons in connection with the effect of affinity for the electron (the conversion of electrons into ions). As can be seen from FIG. 12 a, b, c, d the surface temperature increases monotonically in the range of unit loads, and does not correlate with the extrema of the electron work function and ions.

Однако на III-их участках (фиг. 12б, г) при WM=WП и WM<WП в интервале температур, соответственно, ниже и выше допустимой для материалов полимерной накладки имели место постоянная и термостабилизационная температура. Первая возникает тогда, когда кратковременно количества теплоты, генерируемая на поверхностях трения, отводится от матовых поверхностей металлического фрикционного элемента в окружающую среду. Термостабилизационное состояние металлического фрикционного элемента наступает на продолжительное время тогда, когда градиент температуры минимальный по толщине его полированной поверности. Для подтверждения выше сказанного на фиг. 13а, б, в, г и 14а, б, в, г приведены термограммы изменения температуры по слоям, соответственно, фрикционной накладки (ϑН=25,0 мм) и тормозного шкива (δН=20,0 мм) в интервале их теплового состояния, соответственно, от 535,6 до 160,0°С и от 535,2 до 52,2°С.However, in the III sections (Fig. 12b, d) with W M = W P and W M <W P in the temperature range, respectively, below and above the allowable temperature for the polymer lining materials, a constant and thermal stabilization temperature occurred. The first occurs when, for a short time, the amount of heat generated on the friction surfaces is removed from the matte surfaces of the metal friction element into the environment. The thermal stabilization state of a metal friction element occurs for a long time when the temperature gradient is minimal in thickness of its polished surface. To confirm the foregoing in FIG. 13 a , b, c, d, and 14 a , b, c, d show thermograms of temperature changes in layers, respectively, of the friction lining (ϑ Н = 25.0 mm) and the brake pulley (δ Н = 20.0 mm) the interval of their thermal state, respectively, from 535.6 to 160.0 ° C and from 535.2 to 52.2 ° C.

Энергетические уровни различных типов контактов микровыступов металлополимерных пар трения. В полимерных накладках, составленных из неоднородных материалов, существуют аморфные и кристаллические фазы, возникает захват иного рода - на межфазных границах. Накапливание зарядов на границах обусловлено разницей в проводимостях рассматриваемых фаз (эффект Максвелла - Вагнера). При электризации такого материала носители будут собираться вблизи данной межфазной границы или наоборот, уходить с нее в зависимости от того, какой из двух токов проводимости больше: притекающий к границе зарядов или уходящий от нее. Различия в локальных токах проводимости приводят также к диссипации зарядов при последующем проведении термостимулированного разряда, так как в этом случае токи текут уже в противоположном направлении.Energy levels of various types of contacts of microprotrusions of metal-polymer friction pairs. In polymer overlays composed of inhomogeneous materials, there are amorphous and crystalline phases, a different kind of capture occurs - at interphase boundaries. The accumulation of charges at the boundaries is due to the difference in the conductivities of the phases under consideration (Maxwell-Wagner effect). During the electrification of such a material, carriers will collect near a given interphase boundary, or vice versa, leave it, depending on which of the two conductivity currents is greater: flowing to the charge boundary or departing from it. Differences in local conduction currents also lead to dissipation of charges during the subsequent conduct of a thermally stimulated discharge, since in this case the currents flow in the opposite direction.

Для процессов нейтрализации зарядов немаловажную роль играют также свойства рабочей поверхности металлического фрикционного элемента. Взаимосвязь между энергетическими уровнями определяется посредством фрикционного контактного взаимодействия микровыступов пар трения.For the processes of charge neutralization, the properties of the working surface of the metal friction element also play an important role. The relationship between energy levels is determined by the frictional contact interaction of the microprotrusions of friction pairs.

В табл. 2 проиллюстрирован детальный подход к энергетическим уровням пятен контактов микровыступов элементов пар трения при электротермомеханическом фрикционном взаимодействии.In the table. Figure 2 illustrates a detailed approach to the energy levels of contact spots of microprotrusions of friction pair elements during electrothermomechanical frictional interaction.

На фиг. 15а, б, в условно показано различие между нейтральным, омическим и блокирующим контактами.In FIG. 15 a , b, c conventionally shows the difference between neutral, ohmic and blocking contacts.

Рассмотрим случаи возникновения нейтральных контактов на микровыступах металлополимерных пар трения согласно фиг. 15а.Let us consider the occurrence of neutral contacts at the microprotrusions of metal-polymer friction pairs according to FIG. 15 a .

Figure 00000022
Figure 00000022

Первый случай относится к поверхностным температурам полимерной накладки, которые имеют их величины ниже допустимой для ее материалов. Согласно фиг. 15а работа выхода электронов и ионов из металлического и неметаллического фрикционного элементов равны между собой. Большую прибавку к работе выхода ионов из поверхностного слоя накладки дает сродство к электрону. Последнее является способностью некоторых атомов и молекул присоединять добавочный электрон и превращаться в положительные ионы. Мерой сродства к электрону служит выделяющаяся при этом энергия. Целенаправленная переориентация электронов в ионы и позволяет тем самым за счет данного эффекта достичь равенства работ выхода частиц.The first case relates to the surface temperatures of the polymer lining, which have their values below the permissible for its materials. According to FIG. 15 a, the work function of the exit of electrons and ions from metallic and nonmetallic frictional elements is equal to each other. A large increase in the work function of the exit of ions from the surface layer of the patch gives an affinity for the electron. The latter is the ability of some atoms and molecules to attach an additional electron and turn into positive ions. A measure of electron affinity is the energy released in this process. The purposeful reorientation of electrons to ions and thus allows due to this effect to achieve equality of the work function of the particles.

Второй случай. При достижении рабочей поверхностью полимерной накладки температуры выше допустимой для ее материалов происходит выгорание в поверхностных и подповерхностных слоях связующих компонентов, что ведет к образованию жидкостных островков на поверхности накладки. При контакте рабочей поверхности металлического фрикционного элемента с жидкостью наблюдается явления перехода ионов из металла в жидкость (см. фиг. 15а, кривая 1).The second case. When the working surface of the polymer lining reaches a temperature higher than that acceptable for its materials, burnout of the binder components occurs in the surface and subsurface layers, which leads to the formation of liquid islands on the surface of the lining. When the working surface of the metal friction element is in contact with the liquid, the phenomena of the transition of ions from metal to liquid are observed (see Fig. 15 a , curve 1).

Металл входит в раствор в виде либо положительных ионов, либо комплексных отрицательных ионов, если он взаимодействует с раствором жидкости. При этом поверхность металла приобретает некоторый специфический потенциал, устанавливающий равновесие между процессом выделения и осаждения ионов. Этот потенциал зависит как от природы металла, так и от концентрации ионов в жидкости. При некотором значении кислотности (рН) металл не посылает в раствор ионы, а наоборот, принимает их из раствора, приобретая заряды до наступления электрического равновесия.A metal enters the solution in the form of either positive ions or complex negative ions if it interacts with a liquid solution. In this case, the metal surface acquires a certain specific potential, which establishes an equilibrium between the process of ion separation and deposition. This potential depends both on the nature of the metal and on the concentration of ions in the liquid. At a certain value of acidity (pH), the metal does not send ions to the solution, but rather takes them from the solution, acquiring charges before the onset of electrical equilibrium.

Как известно, металлы располагаются в электрохимический ряд по отношению к положительному иону водорода Н+. При погружении в жидкость двух различных металлов, каждый из них имеет определенный потенциал по отношению к жидкости. При контакте металлов возникает электрический ток до тех пор, пока в растворе не будут исчерпаны все ионы металлов или раствора. Электрические токи могут протекать и между различными точками одной металлической поверхности, если она заряжена и неоднородна.As you know, metals are arranged in an electrochemical series with respect to the positive hydrogen ion H + . When immersed in a liquid of two different metals, each of them has a certain potential with respect to the liquid. When metals come into contact, an electric current occurs until all metal or solution ions are exhausted in the solution. Electric currents can also flow between different points of the same metal surface, if it is charged and heterogeneous.

Кроме химического механизма электрических явлений в контакте металла и жидкости возможен и другой механизм - электризация поверхностей металла и жидкости при движении последней, т.к. слой жидкости, перемещаясь, уносит с собой ионный заряд. Расчеты показывают, что значительное накопление зарядов при движении жидкости происходит при удельном ее сопротивлении выше 109 Ом⋅см. Считается, что при этом на поверхности металла, соприкасающейся с жидкостью, образуется двойной электрический слой. Поверхность металла в результате потерь или захвата ионов приобретает незначительный химический потенциал, и по ней распределяется некоторый заряд. Противоположный по знаку заряд находится в жидкости. Распределение зарядов в жидкости может характеризоваться потенциалом ϕэ, который меняется с расстоянием от поверхности в соответствии с электростатическими силами и распределением Больцмана (фиг. 15а). Аналитическое выражение для расчета величины потенциала ϕэ получаем решением уравнения Пуассона в предположении о существовании экранирующего двойного слоя [3]:In addition to the chemical mechanism of electrical phenomena in the contact of metal and liquid, another mechanism is also possible - the electrification of metal and liquid surfaces during the movement of the latter, since a layer of liquid, moving away, carries away an ionic charge. Calculations show that a significant accumulation of charges during the movement of a liquid occurs at a specific resistance above 10 9 Ohm⋅cm. It is believed that in this case a double electric layer forms on the surface of the metal in contact with the liquid. The metal surface as a result of loss or capture of ions acquires an insignificant chemical potential, and a certain charge is distributed over it. The opposite charge is in the liquid. The charge distribution in the liquid can be characterized by a potential ϕ e , which varies with distance from the surface in accordance with the electrostatic forces and the Boltzmann distribution (Fig. 15 a ). An analytical expression for calculating the potential ϕ e is obtained by solving the Poisson equation under the assumption of the existence of a shielding double layer [3]:

Figure 00000023
Figure 00000023

Таким образом, в условиях электротермомеханического трения металлополимерных пар трения энергонагруженность рабочей поверхности полимерной накладки играет решающую роль в формировании нейтрального контакта в зоне фрикционного взаимодействия.Thus, under the conditions of electrothermomechanical friction of metal-polymer friction pairs, the energy load of the working surface of the polymer lining plays a decisive role in the formation of a neutral contact in the friction interaction zone.

Наиболее часто в металлополимерных парах трения [применительно к двухслойным («металл - полимер»)] структурам тормозных устройств встречается омический (инжектирующий) контакт (фиг. 15в).Most often, in metal-polymer friction pairs [in relation to two-layer (“metal-polymer”)] structures of braking devices, an ohmic (injecting) contact occurs (Fig. 15c).

На фиг. 16 приведена зонная диаграмма контакта «металл - электропроводящий полимер» [3]. Особенностью этой диаграммы является наличие узкой электропроводящей зоны в середине щели полимера. Согласно одной из гипотез, именно подобная узкая зона может отвечать за транспортные свойства тонких диэлектрических пленок. Изменения положения уровня Ферми металла в области его фазового перехода относительно узкой зоны в полимере обеспечивает условия инжекции из металла в полимер и тем самым характеризует изменение проводимости системы в целом.In FIG. 16 shows the zone diagram of the contact "metal - conductive polymer" [3]. A feature of this diagram is the presence of a narrow electrically conductive zone in the middle of the polymer gap. According to one hypothesis, it is precisely such a narrow zone that can be responsible for the transport properties of thin dielectric films. Changes in the position of the Fermi level of the metal in the region of its phase transition relative to a narrow zone in the polymer provide the conditions for injection from the metal into the polymer and thereby characterize the change in the conductivity of the system as a whole.

На фиг. 17а, б представлена модель энергетических зон в системе «металл - полимер» стимулированной импульсными нормальными усилиями инжекцию носителей тока из металла в зону проводимости полимера. Согласно этой модели сжатие полимера вызывает распад поверхностных состояний, играющих роль акцепторов электронов. Не исключено также, что из-за увеличения поляризуемости поверхностей фрикционного взаимодействия одновременно происходит понижение дна зоны проводимости полимера. В результате при некотором значении N=NC структура энергетических зон вблизи границы раздела «металл - полимер» оказывается благоприятной для инжекции носителей, хотя при N<NC этот процесс либо вообще не реализуется, либо имеет крайне низкую эффективность.In FIG. 17 a , b presents a model of energy zones in the metal-polymer system stimulated by pulsed normal forces injection of current carriers from the metal into the polymer conduction band. According to this model, polymer compression causes the decay of surface states playing the role of electron acceptors. It is also possible that due to an increase in the polarizability of the friction interaction surfaces, the bottom of the polymer conduction band decreases simultaneously. As a result, at a certain value of N = N C, the structure of energy bands near the metal – polymer interface is favorable for carrier injection, although at N <N C this process either does not occur at all or has an extremely low efficiency.

На фиг. 18 представлена упрощенная зонная диаграмма трехслойной структуры "металл 1 - полимер - металл 2". Сплошной жирной линией в слое полимера показана форма потенциального барьера для заряда, когда d больше глубины проникновения поверхностного заряда, пунктирная кривая соответствует случаю, когда d меньше глубины проникновения поверхностного заряда, штриховкой обозначены электронные состояния. Выбран вариант контакта, в котором оба металла одинаковы, работы выхода электрона из металла и полимера также одинаковы. Это так называемый случай прямых зон, и при использовании полимера в такой структуре чаще всего можно получить омический контакт. При этом не будем останавливаться на деталях механизма установления электрического контакта. Констатируем только факт, что наличие между двумя металлическими электродами диэлектрика с большой шириной запрещенной зоны может препятствовать протеканию заряда между электродами в случае, когда толщина диэлектрической прослойки велика. При этом слой диэлектрика играет роль потенциального барьера прямоугольной формы, высота которого определяется разностью между работой выхода металла и энергией электронного сродства полимера.In FIG. 18 is a simplified zone diagram of a three-layer metal-1-polymer-metal-2 structure. The solid bold line in the polymer layer shows the shape of the potential barrier for the charge when d is greater than the depth of penetration of the surface charge, the dashed curve corresponds to the case when d is less than the depth of penetration of the surface charge, the electronic states are indicated by shading. A contact option was chosen in which both metals are the same, the electron work functions from the metal and polymer are also the same. This is the so-called case of direct zones, and when using a polymer in this structure, it is most often possible to obtain an ohmic contact. We will not dwell on the details of the mechanism of establishing electrical contact. We only state the fact that the presence of a dielectric between two metal electrodes with a large band gap can prevent the charge from flowing between the electrodes in the case when the thickness of the dielectric layer is large. In this case, the dielectric layer plays the role of a rectangular rectangular potential barrier, the height of which is determined by the difference between the work function of the metal and the electron electron affinity of the polymer.

При уменьшении толщины полимерной пленки может возникнуть ситуация, когда заряды, сосредоточенные вблизи противоположных границ рассматриваемого контакта, начнут взаимодействовать между собой, приводя к искажению формы потенциального барьера. Наибольшей толщиной пленки, при которой начинается взаимодействие граничных зарядов, может считаться удвоенная величина такого параметра контакта, как глубина проникновения поверхностного заряда. Взаимодействие приповерхностных зарядов может привести к тому, что в середине барьера начнет формироваться локальный минимум, который в принципе может привести к пересечению кривой, описывающей огибающую потенциального барьера с уровнем Ферми.With a decrease in the thickness of the polymer film, a situation may arise when charges concentrated near the opposite boundaries of the contact in question begin to interact with each other, leading to a distortion of the shape of the potential barrier. The largest film thickness at which the interaction of boundary charges begins, can be considered the double value of such a contact parameter as the depth of penetration of the surface charge. The interaction of surface charges can lead to the formation of a local minimum in the middle of the barrier, which in principle can lead to the intersection of the curve describing the envelope of the potential barrier with the Fermi level.

При таком гипотетическом варианте в середине барьера на уровне Ферми могут возникнуть новые электронные состояния, которые увеличивают его проницаемость для электронов. Если научиться управлять такими состояниями, то фактически это будет означать создание принципиально нового электронного гибридного наноструктированного металлополимерного материала.With this hypothetical option, new electronic states can arise in the middle of the barrier at the Fermi level, which increase its permeability to electrons. If you learn to manage such states, then in fact it will mean the creation of a fundamentally new electronic hybrid nanostructured metal-polymer material.

При этом весомой важности приобретает вопрос управления системой «металл 1 - полимер - металл 2» путем переключений в полимерной пленке эффекта индуцирования зарядов, при которых области изменения электропроводности в ней пространственно разделены. Для исследований были выбраны переключения в системе за счет изменения граничных условий в трехслойной структуре «металл - полимер - металл», что привело к плавлению одного из электродов. В результате чего происходит перераспределение поверхностного заряда в приконтактной области полимера вследствие резкого изменения эффективной работы выхода электронов металла вблизи критической температуры. Таким образом, переход полимера в высокопроводящее состояние вызван изменением положения уровня Ферми металла (эффективной работы выхода электронов) в точке фазового перехода. Аналогичного результата можно достичь, если между металлом, претерпевающем фазовый переход и полимерной пленкой поместить другой металл, стабильный в заданном интервале температур, в такой ситуации все структурно - механические изменения (изменение агрегатного состояния, стрикционные явления и т.п.) в первом металле могут быть подавлены с помощью второго металла, т.е. путем технологического решения. Необходимо отметить еще одну важную особенность омического (инжектирующего) контакта на микровыступах металлического элемента, поведение которого напоминает нагретый катод, уже в отсутствие поля на поверхности, можно спонтанно инжектировать носители внутрь поверхностного слоя полимерной накладки. Возникающее перед электродом облако пространственного заряда в конце концов полностью запирает эмиссию с электрода, если, конечно, облако не рассасывается действием приложенного поля. Граничные условия на инжектирующем электроде сводятся к Е (0, t)=0 и плотности зарядов ρЗ (0)=±∞, причем полярность определяется знаком инжектируемых носителей.At the same time, the issue of controlling the "metal 1 - polymer - metal 2" system by switching the charge-inducing effect in a polymer film in which the regions of change in electrical conductivity are spatially separated becomes of great importance. For studies, switching in the system was chosen due to a change in the boundary conditions in the three-layer structure “metal - polymer - metal”, which led to the melting of one of the electrodes. As a result, the surface charge is redistributed in the near-contact region of the polymer due to a sharp change in the effective work function of the electrons of the metal near the critical temperature. Thus, the transition of the polymer to a highly conductive state is caused by a change in the position of the Fermi level of the metal (the effective work function of the electrons) at the point of phase transition. A similar result can be achieved if another metal is placed between the metal undergoing a phase transition and the polymer film, which is stable in a given temperature range, in such a situation, all structural and mechanical changes (changes in the state of aggregation, strictive phenomena, etc.) in the first metal can be suppressed using a second metal, i.e. by technological solution. It is worth noting another important feature of the ohmic (injecting) contact on the microprotrusions of the metal element, whose behavior resembles a heated cathode, even in the absence of a field on the surface, it is possible to spontaneously inject carriers into the surface layer of the polymer overlay. The cloud of space charge that arises in front of the electrode ultimately completely blocks the emission from the electrode, unless, of course, the cloud is resolved by the action of the applied field. The boundary conditions at the injection electrode are reduced to E (0, t) = 0 and charge density ρ З (0) = ± ∞, and the polarity is determined by the sign of the injected carriers.

Поведение микровыступов полимерной накладки в сильной степени зависит от материала микровыступов металлического фрикционного элемента. Обычно пятна контактов последних микровыступов покрытые пленками, при слабых и промежуточных напряженностях поля являются блокирующими контактами (фиг. 15а). Такой контакт препятствует передаче носителей заряда от электрода внутрь поверхностного и подповерхностного слоя полимерной накладки в то же время сам он может принимать носители из вышеперечисленных слоев.The behavior of the microprotrusions of the polymer lining strongly depends on the material of the microprotrusions of the metal friction element. Typically, the contact spots of the last microprotrusions are coated with films, at weak and intermediate field strengths are blocking contacts (Fig. 15 a ). This contact prevents the transfer of charge carriers from the electrode into the surface and subsurface layers of the polymer lining, while at the same time, it itself can receive carriers from the above layers.

В диэлектрике с блокирующими контактами, вообще не содержащем носителей заряда, протекание стационарного тока, очевидно, невозможно. Если же в диэлектрике имеются носители обоих знаков, причем с сильно отличающимися значениями их подвижностей, то вблизи пятен контактов микровыступов металлического фрикционного элемента, знак которого совпадает со знаком более подвижных носителей, образуется барьер Шоттки. Возникающая в этих условиях поляризация пятен контактов микровыступов накладки обусловлена как раз наличием электродов. Эта ситуация довольно легко объясняется в том предельном случае, когда отсутствует подвижность у носителей какой-то одной полярности (например, электронов) и не происходит дальнейшей генерации свободных носителей. Приложенное поле в этом случае удаляет положительные носители от пятен контактов микровыступов накладки (анодов, расположенных, скажем при х=0).In a dielectric with blocking contacts, which does not contain charge carriers at all, the flow of a stationary current is obviously impossible. If there are carriers of both signs in the dielectric, and with very different values of their mobilities, then a Schottky barrier forms near the contact spots of the microprotrusions of the metal friction element, the sign of which coincides with the sign of more mobile carriers. The polarization of the contact spots of the microprotrusions of the patch arising under these conditions is due precisely to the presence of electrodes. This situation is quite easily explained in the limiting case when there is no mobility in carriers of any one polarity (for example, electrons) and there is no further generation of free carriers. In this case, the applied field removes the positive carriers from the contact spots of the microprotrusions of the patch (anodes located, say, at x = 0).

Так как этот электрод не в состоянии передавать материалам положительные заряды, вблизи него в слое толщиной δs между плоскостями х=0 и х=δs образуется облако отрицательного пространственного заряда с плотностью ρ. После того как слой пространственного заряда будет полностью сформирован, напряжение u, первоначально подаваемое по всей толщине металлического микровыступа, теперь станет приложенным к слоя толщиной δs. В результате ток обратится в нуль. Протяженность слоя определяется формулой

Figure 00000024
и не зависит от приложенного электрического поля.Since this electrode is not able to transfer positive charges to materials, a cloud of negative space charge with a density ρ is formed near it in a layer of thickness δ s between the planes x = 0 and x = δ s . After the space charge layer has been fully formed, the voltage u initially applied over the entire thickness of the metal microprotrusion will now become applied to the layer with a thickness of δ s . As a result, the current will go to zero. The length of the layer is determined by the formula
Figure 00000024
and does not depend on the applied electric field.

Например, при плотности неподвижных (захваченных) носителей ρз=110-4 Кл/см3, ε=2⋅10-13 Ф/см и u=1,0 В. Толщина слоя δs составляет 1,25⋅10-3 см. Итак, использование блокирующих контактов препятствует полному удалению подвижных носителей из диэлектрика, причем вне зависимости от значения их подвижности.For example, with a density of stationary (captured) carriers ρ s = 110 -4 C / cm 3 , ε = 2⋅10 -13 F / cm and u = 1.0 V. The layer thickness δ s is 1.25⋅10 -3 see. So, the use of blocking contacts prevents the complete removal of mobile carriers from the dielectric, and regardless of the value of their mobility.

Наличие непроводящей прослойки конечной толщины между диэлектриком и электродом может вызвать образование барьерной поляризации. Правда, молекулярные размеры образующегося двойного слоя положительных и отрицательных носителей не позволяют обнаружить его в обычных внешних измерениях, например компенсационных зарядов на электроде. Кроме того, образование двойного электрического слоя не приводит к блокирующему эффекту.The presence of a non-conductive layer of finite thickness between the dielectric and the electrode can cause the formation of barrier polarization. True, the molecular dimensions of the resulting double layer of positive and negative carriers do not allow it to be detected in ordinary external measurements, for example, compensation charges on the electrode. In addition, the formation of a double electric layer does not lead to a blocking effect.

Таким образом, если контакты заблокированы, нейтрализация должна протекать внутри металлического элемента трения независимо от типа контакта (является он инжектирующим электроны или блокирующим). Это зависит лишь от того, какая из работ выхода электронов или ионов больше: металлического или полимерного фрикционного элемента. Если работа выхода из первого элемента больше, чем со второго образуется блокирующий барьер. Наличие последнего позволяет изучать методом термостимулированного разряда полуизоляторы и полупроводники, которым свойственны большие токи проводимости. Блокирующие контакты действуют противоположным образом: они препятствуют как инжекции, так и нейтрализации зарядов.Thus, if the contacts are blocked, neutralization must occur inside the metal friction element, regardless of the type of contact (is it electron-injecting or blocking). It depends only on which of the work functions of the electrons or ions is greater: a metal or polymer friction element. If the work function of the first element is greater than the second, a blocking barrier is formed. The presence of the latter makes it possible to study semi-insulators and semiconductors, which are characterized by high conductivity currents, by the method of thermally stimulated discharge. Blocking contacts act in the opposite way: they prevent both injection and charge neutralization.

Контактно-импульсное взаимодействие микровыступов узлов трения с различными градиентами электрического потенциала и температуры. Градиентная теория твердых тел и на границах межфазных слоев в интервале поверхностных температур ниже и выше допустимой для материала полимерной накладки позволит дать ответ на вопрос обеспечения положительного градиента механических свойств в поверхностных слоях металлополимерных пар трения тормозных устройств. Однако при этом существенное влияние оказывают градиенты электрического потенциала и температуры на взаимодействующих поверхностях пятен контактов микровыступов пар трения «полимер-металл» и по их глубине.Contact-pulse interaction of microprotrusions of friction units with various gradients of electric potential and temperature. The gradient theory of solids and at the boundaries of interfacial layers in the range of surface temperatures lower and higher than the polymer lining acceptable for the material of the polymer lining will provide an answer to the question of providing a positive gradient of mechanical properties in the surface layers of metal-polymer friction pairs of brake devices. However, the gradients of the electric potential and temperature on the interacting surfaces of the contact spots of the microprotrusions of the polymer-metal friction pairs and along their depth have a significant effect.

В табл. 3 показано шесть случаев контактно-импульсного взаимодействия микровыступов поверхностей трения с различными градиентами электрического потенциала и температуры при заданных граничных условиях.In the table. Figure 3 shows six cases of contact-pulse interaction of microprotrusions of friction surfaces with different gradients of the electric potential and temperature under given boundary conditions.

Figure 00000025
Figure 00000025

Кратко проанализируем каждый из случаев, представленных в табл. 3.We briefly analyze each of the cases presented in table. 3.

Первый случай. Асимметрия наблюдается в отдельных зонах там, где расстояние r от контакта велико по сравнению с радиусом a n контактного пятна микровыступов Ак, которое в данном случае имеет форму круга.The first case. Asymmetry is observed in separate zones where the distance r from the contact is large compared to the radius a n of the contact spot of microprotrusions A k , which in this case has the shape of a circle.

Установлено, что градиент потенциала в зоне стягивания уменьшается по мере увеличения расстояния от контакта, примерно как 1/aтn 2. При этом общий пространственный заряд в отдельных зонах стягивания по величине почти такой же, как и заряды в непосредственной близости от пятна контакта (см. фиг. 11а, б). Следовательно, влияние удельных зарядов на электрическое поле в зоне стягивания пренебрежимо мало. Аналогичные рассуждения справедливы и в отношении теплового поля.It has been established that the potential gradient in the contraction zone decreases as the distance from the contact increases, approximately as 1 / a t n 2 . Moreover, the total spatial charge in individual zones of contraction is almost the same in magnitude as the charges in the immediate vicinity of the contact spot (see Fig. 11 a , b). Consequently, the effect of specific charges on the electric field in the contraction zone is negligible. Similar considerations hold true for the thermal field.

Таким образом, асимметрия не нарушает закона зависимости вида ϕэ-ϑ в наиболее узких частях стягивания, так как градиенты температуры и напряжения в них велики, а асимметрия в отдельных зонах не отражается на общем напряжении и стягивания и на разности температур в контактной поверхности пятна взаимодействия.Thus, the asymmetry does not violate the law of the dependence of the form ϕ e -ϑ in the narrowest parts of the contraction, since the temperature and stress gradients in them are large, and the asymmetry in individual zones does not affect the general stress and contraction and the temperature difference in the contact surface of the interaction spot .

Второй случай характерен для металлополимерных пар трения. При нагревании микровыступов поверхности контакта условия (dϕэ/dn)Э=0 и (dϑ/dn)Э=0 не соблюдаются, поскольку имеется разность температур между взаимодействующими пятнами контактов. При этом тепловой поток делится на две части: продольную (часть X) и поперечную (часть Y). Тепловой поток вдоль Y вызовет отклонение результатов расчета по зависимости (23) (см. табл. 3) примерно на величину (WX/WY)100, %. Составляющие уравнения (23) определяются по зависимостям (21) и (22). После выполненных расчетов на основе значений параметров получили величину отклонения теплового потока WX/WY<0,05, которой можно пренебрегать.The second case is characteristic of metal-polymer friction pairs. When heating the microprotrusions of the contact surface, the conditions (dϕ e / dn) E = 0 and (dϑ / dn) E = 0 are not observed, since there is a temperature difference between the interacting contact spots. In this case, the heat flux is divided into two parts: longitudinal (part X) and transverse (part Y). The heat flux along Y will cause the deviation of the calculation results according to dependence (23) (see Table 3) by approximately (W X / W Y ) 100,%. The components of equation (23) are determined by dependencies (21) and (22). After the calculations, based on the values of the parameters, the deviation of the heat flux W X / W Y <0.05 was obtained, which can be neglected.

Третий случай характерен для интенсивного массопереноса от микровыступов контактирующих поверхностей по схеме «полимер-металл» и наоборот. Он определяет энергетические уровни взаимодействия микровыступов пятен контактов согласно зависимостям (24) и (25).The third case is characteristic of intensive mass transfer from microprotrusions of contacting surfaces according to the “polymer-metal” scheme and vice versa. It determines the energy levels of interaction of the microprotrusions of the contact spots according to dependences (24) and (25).

Четвертый случай отличается от третьего градиентами (gradϕэ)Aф1 и (gradϕэ)Aф2, так как энергетические уровни металлов, входящих в биметалл, различны.The fourth case differs from the third case with gradients (gradϕ e ) Aph1 and (gradϕ e ) Aph2 , since the energy levels of the metals included in the bimetal are different.

Пятый случай. Поверхность пятна контакта микровыступов Аф0 удовлетворяет граничным условиям, но не удовлетворяет условию (dϕэ/dn)Аф0, так как Аф0 пересекается тепловым потоком, плотность которого пропорциональна плотности электрического тока j. Вследствие этого получаем Yj, где Y имеет единицу измерения напряжения. Поскольку тепловой поток пропорционален j, он не вносит изменений в систему элементарных линий тока.Fifth case. The surface of the contact spot of the microprotrusions А ф0 satisfies the boundary conditions, but does not satisfy the condition (dϕ e / dn) Af0 , since А ф0 is intersected by a heat flux whose density is proportional to the electric current density j. As a result, we obtain Yj, where Y has a unit of voltage. Since the heat flux is proportional to j, it does not change the system of elementary streamlines.

В результате преобразований ряда зависимостей получили выражение (28) для оценки теплового потока в интервале температур 0-ϑ и при изменении температур от ϑ до θ [выражение (29)]. Часть теплоты Пельтье (П1) уходит в исследуемое пятно контакта и составляет тепловой поток П1J, а и является напряжением зоны стягивания на нем.As a result of transformations of a number of dependences, expression (28) was obtained for estimating the heat flux in the temperature range 0-ϑ and when the temperature changes from ϑ to θ [expression (29)]. Part of the Peltier heat (P 1 ) goes into the investigated contact spot and makes up the heat flux P 1 J, and is the tension of the contraction zone on it.

Анализ зависимости (29) показывает, что при небольших величинах и, характерных для металлополимерных пар трения, эффект Пельтье вызывает заметное отклонение u от зависимости вида ϕэ-ϑ.An analysis of dependence (29) shows that for small values and characteristic of metal-polymer friction pairs, the Peltier effect causes a noticeable deviation of u from a dependence of the form ϕ e -ϑ.

Шестой случай характеризуется переносом теплоносителями электрического тока из более в менее нагретую зону пятна контакта, лежащую на пути его движения. Это осуществляется посредством эффекта Томпсона, интенсивность которого зависит от коэффициента Томпсона (σt). Записав количество теплоты (30), поступающей от сечения микровыступа с температурой ϑ+dϑ к соседнему сечению с температурой 3 с учетом граничных условий, и использовав зависимость вида (32), после окончательного интегрирования получили выражение (33).The sixth case is characterized by the transfer of electric current by heat carriers from a more to a less heated zone of the contact spot lying on the path of its movement. This is done through the Thompson effect, the intensity of which depends on the Thompson coefficient (σ t ). Having written down the amount of heat (30) coming from the cross section of the microprotrusion with the temperature ϑ + dϑ to the neighboring section with the temperature 3 taking into account the boundary conditions, and using the dependence of the form (32), after the final integration, we obtained expression (33).

В дальнейшем применив условие, что при больших температурах металлического элемента трения σt пропорционален Т в окончательном виде получаем зависимость (34). Последняя связывает между собой параметры электрического и теплового полей, токи которых пронизывают пятна контакта микровыступов трущихся поверхностей.Subsequently, applying the condition that at high temperatures of the metal friction element σ t is proportional to T in the final form, we obtain the dependence (34). The latter connects the parameters of the electric and thermal fields, the currents of which penetrate the contact spots of the microprotrusions of the rubbing surfaces.

При кратковременных торможениях при отсутствии теплоотдачи от матовых поверхностей шкива происходит интенсивное аккумулирование теплоты, которое может привести его к предельному тепловому состоянию его обода. Для упрощенного рассмотрения задачи теплопроводности пренебрегаем теплоотдачей в окружающую среду.With short-term braking in the absence of heat transfer from the matte surfaces of the pulley, intense heat accumulation occurs, which can lead to the ultimate thermal state of its rim. For a simplified consideration of the problem of heat conduction, we neglect heat transfer to the environment.

Темпы протекания импульсов электрического и теплового токов в микровыступах пар трения. Рассмотрим темпы протекания импульсов электрического и теплового токов в микровыступах поверхностей трения металлополимерных пар.The rate of flow of pulses of electric and thermal currents in the microprotrusion of friction pairs. Let us consider the rate of flow of pulses of electric and thermal currents in the microprotrusions of the friction surfaces of metal-polymer pairs.

Остановимся на электрических и тепловых токах, возникающих в металлополимерных парах трения. В табл. 4 приведены расчетные зависимости, описывающие электрические и теплообменные процессы при работе металлополимерных пар трения [4].Let us dwell on the electric and thermal currents arising in metal-polymer friction pairs. In the table. Figure 4 shows the calculated dependences that describe the electrical and heat transfer processes during the operation of metal-polymer friction pairs [4].

Figure 00000026
Figure 00000026

В зависимости (36), касающейся теплопроводности, применен темп протекания теплового тока

Figure 00000027
Темп накопления и рассеивания теплоты
Figure 00000028
использован в зависимостях: (35), описывающей протекание электрического тока; (37) и (38), относящихся к конвективному и излучательному вынужденному охлаждению.Depending on the thermal conductivity (36), the thermal current flow rate is applied
Figure 00000027
The rate of accumulation and dissipation of heat
Figure 00000028
used in dependencies: (35), which describes the flow of electric current; (37) and (38), related to convective and radiative forced cooling.

Figure 00000029
Figure 00000029

Электродинамика контактного взаимодействия в трибосопряжении. Вольченко А.И. предложен метод определения составляющих генерированных электрических токов в металлополимерных парах трения базирующийся на экспериментально-расчетных данных, реализуемого в пять этапов на каждом из которых определяли [5]:Electrodynamics of contact interaction in tribological conjugation. Volchenko A.I. a method is proposed for determining the components of the generated electric currents in metal-polymer friction pairs based on experimental calculation data, implemented in five stages, each of which was determined [5]:

- суммарный термический ток (IT);- total thermal current (I T );

- суммарный ток, который возникает за счет трения скольжения и контакта взаимодействующих макроучастков поверхностей (ICK);- the total current that occurs due to sliding friction and contact of interacting macro-sections of surfaces (I CK );

- составляющую суммарного тока, который возникает за счет трения скольжения (ITC);- the component of the total current that occurs due to sliding friction (I TC );

- составляющую суммарного тока, образованного движением заряженных частиц массопереноса (IM);- component of the total current formed by the movement of charged particles of mass transfer (I M );

- суммарный ток, обусловленный сорбционно-десорбционными процессами в приповерхностных слоях накладки, которые находятся при температуре выше допустимой для ее материалов (IД).- the total current due to sorption-desorption processes in the surface layers of the lining, which are at a temperature higher than permissible for its materials (I D ).

Составляющие вышеперечисленных токов в зависимости от направления вращения тормозного шкива представлены в виде векторной диаграммы на фиг. 19а.The components of the above currents depending on the direction of rotation of the brake pulley are presented in the form of a vector diagram in FIG. 19 a .

Метод определения направлений составляющих генерируемых электрических токов в парах трения "полимер-металл", опирающийся на зависимости выхода электронов и ионов, соответственно, из металлического и полимерного фрикционного элемента заключается в следующем [6]. В конечном итоге, экспериментально регистрируемый суммарный ток (IC) электризации с учетом направлений составляющих токов имеет вид приThe method for determining the directions of the components of the generated electric currents in the polymer-metal friction pairs, based on the dependence of the yield of electrons and ions from the metal and polymer friction elements, respectively, is as follows [6]. Ultimately, the experimentally recorded total current (I C ) of electrification, taking into account the directions of the component currents, has the form

Figure 00000030
Figure 00000030

На фиг. 19б, в, г, д проиллюстрированы схемы направлений составляющих электрических токов в металлополимерных парах трения при температуре выше допустимой для материалов полимерной накладки. На фиг. 19б, е показаны токи IM1 и IM2, вызванные движения заряженных частиц массопереноса по схеме "полимер-металл" и "металл-полимер".In FIG. 19b, c, d, e illustrates the directional diagrams of the constituent electric currents in metal-polymer friction pairs at a temperature higher than the allowable polymer lining materials. In FIG. 19b, f shows the currents I M1 and I M2 caused by the movement of charged particles of mass transfer according to the "polymer-metal" and "metal-polymer" schemes.

Остановимся на электродинамике поверхностного слоя полимерной накладки. Поскольку в приповерхностном слое полимерной накладки протекают активный I a и реактивный Ir токи (фиг. 20б), которые заменены эквивалентной электрической схемой, содержащей идеальные сопротивления R' и емкость Ср, обеспечивающих протекание указанных токов. Идеальные R' и Ср соединены параллельно (фиг. 20а).Let us dwell on the electrodynamics of the surface layer of the polymer lining. Since active I a and reactive I r currents flow in the surface layer of the polymer pad (Fig. 20b), which are replaced by an equivalent electrical circuit containing ideal resistances R 'and capacitance C p , which allow these currents to flow. The ideal R ′ and C p are connected in parallel (FIG. 20 a ).

Условиями эквивалентности схемы замещения реальному приповерхностному слою полимерной накладки является равенство [7]:The conditions for the equivalence of the equivalent circuit to the real surface layer of the polymer lining is the equality [7]:

- сдвига фаз между током I и напряжением u в реальном слое и в схеме замещения;- phase shift between current I and voltage u in the real layer and in the equivalent circuit;

- мощности, выделяемой в схеме замещения, потерям в приповерхностном слое в реальной полимерной накладке.- power allocated in the equivalent circuit, losses in the surface layer in a real polymer patch.

Рассмотрим параллельную схему замещения, поскольку при оценке податливости фрикционного стыка металлополимерной пары трения микровыступы соединены между собой параллельно. Векторная диаграмма токов и напряжений для параллельной схемы замещения (фиг. 20б) позволяет рассчитывать tgδ1 и мощность, теряемую в приповерхностном слое полимерной накладки.Let us consider a parallel equivalent circuit, since in assessing the compliance of the friction joint of the metal-polymer friction pair, the microprotrusions are connected in parallel. The vector diagram of currents and voltages for a parallel equivalent circuit (Fig. 20b) allows us to calculate tanδ 1 and the power lost in the surface layer of the polymer overlay.

Согласно векторной диаграмме (фиг. 20б) для параллельной схемы замещения имеемAccording to the vector diagram (Fig. 20b) for a parallel equivalent circuit, we have

Figure 00000031
,
Figure 00000032
и
Figure 00000033
Figure 00000031
,
Figure 00000032
and
Figure 00000033

Из(40)следуетFrom (40) it follows

Figure 00000034
Figure 00000034

Поскольку мощность, теряемая в приповерхностном слое накладки, определяется только активной составляющей тока, то с учетом (41) получаемSince the power lost in the surface layer of the patch is determined only by the active component of the current, taking into account (41) we obtain

Figure 00000035
Figure 00000035

Из (42) следует, что для данной схемы замещения мощность потерь пропорциональна tgδ1, ω и u2. Следовательно, правомерно характеризовать потери в приповерхностном слое в полимерной накладке количественным параметром tgδ1. Для слоев с малым значением сопротивления R, т.е. с большими токами утечки и, следовательно, большими потерями необходимо использовать неравенство tgδ1<5,0-10-2.It follows from (42) that for this equivalent circuit, the power loss is proportional to tanδ 1 , ω, and u 2 . Therefore, it is legitimate to characterize the losses in the surface layer in the polymer patch with the quantitative parameter tanδ 1 . For layers with a small resistance value R, i.e. with large leakage currents and, consequently, large losses, it is necessary to use the inequality tanδ 1 <5.0-10 -2 .

При нахождении приповерхностных слоев полимерных накладок в переменном электрическом поле векторная диаграмма имеет вид, показанный на фиг. 20б.When the surface layers of polymer overlays are in an alternating electric field, the vector diagram has the form shown in FIG. 20b.

Согласно векторной диаграммы реактивный ток Ir=Io+IPr опережает напряжение u на 90°. Активный ток I a =Icn+IP a совпадает по фазе с напряжением u. Полный ток I достигнут относительно приложенного напряжения со сдвигом на угол ϕ. Угол δ1, дополняющий угол сдвига фаз ϕ между током и напряжением 90°, называется углом диэлектрических потерь. Тангенс угла диэлектрических потерь характеризирует потери в приповерхностном слое полимерной накладки, которые легко понять из векторной диаграммы tgδ1=I a /Ir. Чем больше активный ток I a , нагревающий приповерхностный слой полимерной накладки, тем больше δ1 и tgδ1 и, следовательно, больше потери. По значению tgδ1 оценивается качество приповерхностного слоя полимерной накладки: чем он выше, тем больше будет разогрев приповерхностного слоя накладки, а следовательно, больше площади пятен контактно-импульсного взаимодействия и меньшие импульсные удельные нагрузки на пятнах контакта. Рациональные величины должны быть при условии tgδ1≤10-4.According to the vector diagram, the reactive current I r = I o + I Pr is ahead of the voltage u by 90 °. Active current I a = I cn + I P a coincides in phase with the voltage u. The total current I is achieved relative to the applied voltage with a shift by an angle ϕ. The angle δ 1 , complementary to the phase angle ϕ between the current and voltage of 90 °, is called the dielectric loss angle. The dielectric loss tangent characterizes the losses in the surface layer of the polymer lining, which are easy to understand from the vector diagram tanδ 1 = I a / I r . The greater the active current I a , heating the surface layer of the polymer lining, the greater δ 1 and tan δ 1 and, consequently, the greater the loss. Using the value of tanδ 1 , the quality of the surface layer of the polymer overlay is estimated: the higher it is, the more heating of the surface layer of the overlay will be, and consequently, the larger the area of the contact-pulse interaction spots and the lower the specific load on the contact spots. Rational values should be provided tgδ 1 ≤10 -4 .

Явления проводимости в приповерхностных слоях полимерной накладки. Процессами внутренней релаксации заряда в полимерной накладке управляют явлениями проводимости. Последние определяются такими характеристиками: подвижностью носителей и их концентрацией; условиями инжекции зарядов на пятнах контакта и т.д.Conductivity phenomena in the surface layers of a polymer patch. The processes of internal charge relaxation in the polymer pad control the phenomena of conductivity. The latter are determined by such characteristics: carrier mobility and their concentration; conditions for the injection of charges on contact spots, etc.

В полимерных материалах, способных длительно удерживать заряд, присутствуют центры захвата носителей, подвижность которых подавляется процессами захвата. Захват оказывает воздействие и на процессы проводимости. Помимо собственных носителей заряда в полимерном материале присутствуют и посторонние носители, инжектируемые электроны в тело микровыступа контакта металлополимерной пары трения.In polymer materials capable of retaining a charge for a long time, carrier capture centers are present whose mobility is suppressed by the capture processes. Capture also affects conduction processes. In addition to intrinsic charge carriers, foreign materials are also present in the polymer material, injected electrons into the body of the microprotrusion of the contact of the metal-polymer friction pair.

При исследовании контактной проводимости необходимо отличать переходные процессы от стационарных на пятне фрикционного взаимодействия. Это вызвано тем, что при исследовании проводимости или подвижности носителей не удается осуществлять одновременный контроль во времени за распределениями зарядов как в теле полимерной накладки, так и на ее рабочей поверхности. Отпечаток на проблему проводимости полимерного материала накладывает отсутствие его структурной однородности и чистоты.In the study of contact conductivity, it is necessary to distinguish between transient processes and stationary processes on the spot of frictional interaction. This is because when studying the conductivity or mobility of carriers, it is not possible to simultaneously monitor over time the charge distributions both in the body of the polymer patch and on its working surface. The imprint on the problem of the conductivity of the polymer material is imposed by the absence of its structural uniformity and purity.

На подвижность носителей заряда в полимерном материале оказывает влияние наличие в нем различных состояний - свободных (делокализованных) и связанных на мелких и глубоких уровнях захвата, расположенных по толщине накладки. Движение ионов с энергией вблизи поверхности пятна контакта (зоны проводимости) представляет собой квантово-механическое туннелирование между делокализованными состояниями, расположенными на шкале энергии выше края подвижности. Этот процесс происходит без какой-либо термической активации, и отвечающие ему подвижности зарядов оказываются относительно высокими - около 10 см3/(В⋅с). Для движения заряда, захваченного мелким уровнем, расположенным по энергии ниже края подвижности, необходимо определенное количество тепловой энергии, превращенной из электроимпульсной энергии при трении. Процесс движения таких зарядов становится термоактивационным и сводится к последовательным перескокам между локализованными состояниями. В этом случае подвижность зарядов меньше [около 102 см2/(В⋅с)], нежели в первом случае. Наконец, время захвата носителей на глубоком уровне оказывается очень большим, а их подвижность с учетом такого захвата становится чрезвычайно малой [10-10-10-17 см2/(В⋅с)] [3].The mobility of charge carriers in a polymer material is affected by the presence of various states in it - free (delocalized) and associated at shallow and deep trapping levels located along the thickness of the patch. The movement of ions with energy near the surface of the contact spot (conduction band) is a quantum-mechanical tunneling between delocalized states located on an energy scale above the mobility edge. This process occurs without any thermal activation, and the corresponding charge mobilities turn out to be relatively high - about 10 cm 3 / (V⋅s). For the movement of a charge captured by a shallow level located in energy below the edge of mobility, a certain amount of thermal energy is needed, converted from electric pulse energy during friction. The process of motion of such charges becomes thermally activated and reduces to successive jumps between localized states. In this case, the mobility of the charges is less [about 10 2 cm 2 / (V⋅s)] than in the first case. Finally, the carrier capture time at a deep level is very large, and their mobility, taking into account such capture, becomes extremely small [10 -10 -10 -17 cm 2 / (V /s)] [3].

Во многих полимерных материалах, не обладающих энергетически сильными носителями, их можно создать посредством инжекции через пятно контакта из металлического фрикционного элемента. Если приток носителей вследствие инжекции превышает поток частиц, переносимых через пленку полимера накладки, то происходит ограничение токов полем образующего пространственного заряда. В обратном случае токи определяются интенсивностью инжекции с металлических пленок пятна контакта.In many polymeric materials that do not have energetically strong carriers, they can be created by injection through a contact spot from a metal friction element. If the influx of carriers due to injection exceeds the flow of particles transported through the polymer film of the patch, then the currents are limited by the field of the forming space charge. In the opposite case, the currents are determined by the intensity of injection from the metal films of the contact spot.

Энергетический баланс приповерхностного слоя полимерной накладки в формировании режима металлополимерной пары трения.The energy balance of the surface layer of the polymer lining in the formation of the regime of metal-polymer friction pair.

Диэлектрические потери в приповерхностном слое полимерной накладки, находящемся в переменном электрическом поле при трении, представляет собой рассеиваемую мощность, т.е. энергию, генерируемую электрическим полем.The dielectric loss in the surface layer of the polymer patch located in an alternating electric field during friction is the dissipated power, i.e. energy generated by an electric field.

Различают две причины необратимых потерь энергии электрического поля в приповерхностном слое полимерной накладки на счет:There are two reasons for the irreversible loss of energy of the electric field in the surface layer of the polymer overlay:

- нагревание токами сквозной проводимости;- heating currents through conductivity;

- замедленных видов поляризации.- delayed types of polarization.

Согласно закона Джоуля-Ленца протекание тока сквозной проводимости приводит к выделению теплоты в приповерхностном слое накладки, и при этом имеют место необратимые потери энергии внешнего поля.According to the Joule-Lenz law, the flow of through conductivity leads to the release of heat in the surface layer of the patch, and there are irreversible losses of the external field energy.

Поляризационные процессы характеризуются поляризованностью РП и также приводят к необратимым потерям энергии внешнего поля. Поляризованность РП численно равна электрическому дипольному моменту Мд единицы объема приповерхностного слоя накладки.Polarization processes are characterized by polarization R P and also lead to irreversible loss of energy of the external field. The polarization P P is numerically equal to the electric dipole moment M d unit volume of the surface layer of the lining.

Если поляризационные процессы успевают следить за изменением внешнего поля, то сдвиг фаз между напряженностью поля ξ и поляризованностью РП отсутствует (фиг. 21а). В этом случае в течение первой четверти периода поле ориентирует связанные заряды по направлению, совершая работу. Направления поля ξ и электрического дипольного момента Мд совпадают. Кинетическая энергия связанных зарядов растет, что равносильно повышению их температуры, т.е. нагреванию приповерхностного слоя полимерной накладки, а вместе с ним и металлополимерной пары трения, что свойственно единичному режиму торможения.If the polarization processes have time to monitor the change in the external field, then there is no phase shift between the field strength ξ and the polarization P P (Fig. 21 a ). In this case, during the first quarter of the period, the field orients the bound charges in the direction, completing the work. The directions of the field ξ and the electric dipole moment M d coincide. The kinetic energy of bound charges grows, which is equivalent to an increase in their temperature, i.e. heating the surface layer of the polymer lining, and with it the metal-polymer friction pair, which is characteristic of a single mode of braking.

Во второй четверти периода направление поля ξ остается прежним, а поляризованность РП уменьшается, т.е. связанные заряды за счет уменьшения ξ начинают возвращаться в исходное состояние, отдавая накопленную кинетическую энергию, что ведет к понижению их температуры, т.е. охлаждению приповерхностного слоя полимерной накладки.In the second quarter of the period, the direction of the field ξ remains the same, and the polarization Р П decreases, i.e. due to a decrease in ξ, bound charges begin to return to their original state, giving up the accumulated kinetic energy, which leads to a decrease in their temperature, i.e. cooling the surface layer of the polymer lining.

В течение периода, нагревание компенсируется охлаждением и, таким образом, необратимые потери энергии отсутствуют. Такое состояние приповерхностного слоя полимерной накладки носит название установившегося за счет быстрых видов поляризации.During the period, heating is compensated by cooling and, thus, irreversible energy losses are absent. This state of the surface layer of the polymer lining is called steady due to the fast types of polarization.

В случае медленных видов поляризации наблюдается отставание поляризации от изменения внешнего поля (фиг. 21б). За счет сдвига фаз между напряженностью ξ и поляризованностью РП время нагревания приповерхностного слоя полимерной накладки оказывается большим (длительный режим торможения), т.е., время накопления кинетической энергии больше времени ее отвода в металлополимерные пары трения.In the case of slow types of polarization, a lag in polarization from a change in the external field is observed (Fig. 21b). Due to the phase shift between the tension ξ and the polarization Р П , the heating time of the surface layer of the polymer lining turns out to be longer (long braking mode), i.e., the kinetic energy accumulation time is longer than the time of its removal to the metal-polymer friction pairs.

Следовательно, приповерхностный слой полимерной накладки нагревается, или в нем наблюдаются необратимые потери энергии внешнего поля. Потери энергии на ориентацию связанных зарядов равносильны тому, что в поверхностном слое как бы протекает активный ток, обусловленный поляризационными процессами, отстающими от изменений внешнего поля.Therefore, the surface layer of the polymer lining is heated, or irreversible losses of the external field energy are observed in it. The energy loss on the orientation of the bound charges is equivalent to the fact that an active current flows in the surface layer, as it were, due to polarization processes that lag behind changes in the external field.

На втором этапе анализируется динамическое и тепловое подобие подсистемы пар трения ленточно-колодочного тормоза.At the second stage, the dynamic and thermal similarity of the subsystem of the friction pairs of the band brake shoe is analyzed.

При фрикционном взаимодействии, имеющего контактно-импульсный характер, рабочих поверхностей металлополимерных пар трения протекают сложные нелинейные процессы, явления и эффекты, способствующие оказать влияние на их подповерхностные слои, а также на состояние металлического фрикционного элемента. При электротермомеханическом трении металлополимерных пар трения процессы, явления и эффекты оказывают внешнее и внутреннее воздействие на их поверхностные и подповерхностные слои, способствуя тем самым возникновению механических, электрических, тепловых и химических полей.During frictional interaction, which has a contact-pulse nature, the working surfaces of metal-polymer friction pairs proceed complex non-linear processes, phenomena and effects that contribute to affect their subsurface layers, as well as the state of the metal friction element. During electrothermomechanical friction of metal-polymer friction pairs, processes, phenomena and effects exert external and internal effects on their surface and subsurface layers, thereby contributing to the appearance of mechanical, electric, thermal and chemical fields.

Перечисленные поля взаимодействуют между собой, находясь при этом в едином энергетическом поле, и для их описания необходимо использовать неоднородную систему нелинейных функциональных зависимостей. Вид дифференциальных уравнений зависит не только от того какие фрикционные материалы используются в узле трения, при каких импульсных нагрузках и скоростях скольжения они контактируют друг с другом, какой подвод теплоты реализуется в парах трения, какое долевое распределение теплоты между фрикционными элементами, какое внешнее управляющее воздействие реализуется в трибосистеме, но и в каком механическом и тепловом поле функционирует узел трения. Теоретический динамический и тепловой расчет трибосистем - очень сложный процесс, так как по данным А.В. Чичинадзе включает в себя более 50-ти параметров, с многими допущениями, упрощениями и линеаризацией динамических и тепловых процессов. В результате этого зачастую получаются результаты расчета, неадекватные реальным условиям эксплуатации из-за нестыковки различных оценочных методик, опирающиеся на огромное количество моделей (до миллиона и более) и несоответствие их результатам экспериментальных исследований в лабораторных (стендовых) и эксплуатационных (промышленных) условиях. Однако все выше сказанное в конечном счете невозможно вследствие нарушения принципа суперпозиции («механическое растяжение – механическое сжатие», «тепловое расширение - тепловое сжатие», «поляризация - деполяризация», «нагревание - охлаждение», «восстановление - разрушение» и т.д.) для нелинейных трибосистем.The listed fields interact with each other, while being in a single energy field, and for their description it is necessary to use an inhomogeneous system of nonlinear functional dependencies. The type of differential equations depends not only on which friction materials are used in the friction unit, at what impulse loads and sliding speeds they contact each other, what heat input is realized in friction pairs, what is the heat fractional distribution between friction elements, what external control action is realized in the tribosystem, but also in what mechanical and thermal field the friction unit functions. Theoretical dynamic and thermal calculation of tribosystems is a very complex process, since according to A.V. Chichinadze includes more than 50 parameters, with many assumptions, simplifications, and linearization of dynamic and thermal processes. As a result of this, calculation results are often obtained that are inadequate to the actual operating conditions due to the inconsistency of various evaluation methods, based on a huge number of models (up to a million or more) and their inconsistency with the results of experimental studies in laboratory (bench) and operational (industrial) conditions. However, all of the foregoing is ultimately impossible due to a violation of the principle of superposition ("mechanical tension - mechanical compression", "thermal expansion - thermal compression", "polarization - depolarization", "heating - cooling", "restoration - destruction", etc. .) for nonlinear tribosystems.

Таким образом, произвести эффективную оптимизацию конструктивных и эксплуатационных параметров пар трения теоретическим путем является практически не решаемая задача. Наиболее целесообразно путем реализации оптимизации пар трения ленточно-колодочного тормоза является использование экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях на тормозных стендах, базирующимися на методах физического подобия и моделирования с привлечением элементов теории системного подхода.Thus, it is practically impossible to solve the problem theoretically by making an effective optimization of the design and operational parameters of friction pairs. The most appropriate way to implement the optimization of the friction pairs of the tape-shoe brake is to use experimental data obtained in laboratory conditions on brake stands based on the methods of physical similarity and modeling using elements of the theory of a systems approach.

Корректная физическая модель металлополимерной пары трения доступнее для исследования, чем реальный объект. При этом модель должна достаточно точно отражать поведение трибосистемы при определенных ограничениях, что позволит получить решение, которое отражает ее адекватное состояние по отношению к реальной трибосистеме.A correct physical model of a metal-polymer friction pair is more accessible for research than a real object. Moreover, the model should accurately reflect the behavior of the tribosystem under certain restrictions, which will allow to obtain a solution that reflects its adequate state with respect to the real tribosystem.

В качестве объекта исследований выступают фрикционные узлы ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки У2-5-5.As an object of research, friction assemblies of the tape and shoe brake of the U2-5-5 winch are used.

Серийный ленточно-колодочный тормоз.Serial tape brake shoe.

Согласно кинематической схеме (см. фиг. 22а, б) фрикционные накладки 3 установлены на тормозных лентах 2, которые одним концом [со стороны сбегаюшей ветви (II) ленты] прикреплены к балансиру 11, а другим [со стороны набегающей ее ветви (I)] - к мотылевым шейкам 6 и 9 коленчатого вала 10.According to the kinematic scheme (see Fig. 22 a , b), the friction linings 3 are mounted on the brake belts 2, which are attached to the balancer 11 at one end [from the side of the runaway branch (II) of the belt] and the other [from the side of the branch running along it (I )] - to the crank necks 6 and 9 of the crankshaft 10.

Серийные ленточно-колодочные тормоза буровой лебедки работают следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает тормозные ленты 2 с фрикционными накладками 3 и они садятся на тормозные шкивы 4. Процесс торможения ленточно-колодочным тормозом характеризуется следующими стадиями: начальной (первой), промежуточной (второй) и заключительной (третьей). Остановимся на каждой из стадий в отдельности.Serial tape-shoe brakes of a drawworks operate as follows. By moving the handle 1, the crankshaft 10 is rotated, as a result of which the driller tightens the brake belts 2 with friction linings 3 and they sit on the brake pulleys 4. The tape-block brake is characterized by the following stages: initial (first), intermediate (second) and final (third). Let us dwell on each of the stages separately.

На начальной стадии торможения фрикционные накладки 3, размещенные в средней части тормозной ленты 2, взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного шкива 4. Фронт взаимодействия расширяется в сторону фрикционных накладок 3 набегаюшей ветви (I) тормозной ленты 2.At the initial stage of braking, the friction linings 3 located in the middle part of the brake belt 2 interact with the working surface of the brake pulley 4. The front of interaction extends towards the friction linings 3 of the running branch (I) of the brake belt 2.

Промежуточная стадия торможения характеризуется дальнейшим распространением фронта взаимодействия в сторону фрикционных накладок 3 сбегаюшей ветви (II) тормозной ленты 2.The intermediate stage of braking is characterized by the further spread of the interaction front towards the friction linings 3 of the runaway branch (II) of the brake belt 2.

Конечная стадия торможения характеризуется тем, что почти все неподвижные накладки 3 тормозной ленты 2 взаимодействуют с рабочей поверхностью вращающегося шкива 4. Во время притормаживаний последовательность вхождения поверхностей трения в контакт повторяется. Полный цикл торможения завершается остановкой тормозных шкивов 4 с барабаном 5. Управление тормозом буровой лебедки осуществляют также подачей сжатого воздуха через кран 7 бурильщика в пневматический цилиндр 8, шток которого соединен с одной из мотылевых шеек коленчатого вала 10 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре 8 регулируется поворотом крана 7 бурильщика.The final stage of braking is characterized by the fact that almost all the fixed pads 3 of the brake belt 2 interact with the working surface of the rotating pulley 4. During braking, the sequence of friction surfaces coming into contact is repeated. The full braking cycle is completed by stopping the brake pulleys 4 with the drum 5. The control of the winch brake is also carried out by supplying compressed air through the driller's valve 7 to the pneumatic cylinder 8, the rod of which is connected to one of the crank crankshaft necks 10 of the brake. The pressure value of the compressed air in the pneumatic cylinder 8 is regulated by turning the crane 7 of the driller.

При неравномерном изнашивании фрикционных накладок 3, установленных на лентах 2, балансир 11 в момент торможения несколько отклоняется от горизонтального положения и выравнивает нагрузки на сбегающей ветви (II) тормозных лент 2, обеспечивая при этом равномерный и одновременный обхват ими тормозных шкивов 4. Благодаря шаровым шарнирам реализация нагрузок от тормозных лент 2 к балансиру 11 при этом не изменяется.When uneven wear of the friction linings 3 mounted on the belts 2, the balancer 11 at the time of braking slightly deviates from the horizontal position and evens the load on the runaway branch (II) of the brake belts 2, while ensuring uniform and simultaneous girth of the brake pulleys 4. Thanks to ball joints the implementation of the loads from the brake bands 2 to the balancer 11 is not changed.

Наиболее слабым звеном в тормозном узле являются фрикционные накладки. Они изготавливаются в виде отдельных деталей, которые могут крепиться различными способами (например, с помощью усиков) к относительно гибкой стальной ленте. По дуге обхвата тормозной лентой шкива устанавливают фрикционные накладки с постоянным и переменным шагом. При установке на ленте накладок с постоянным шагом их количество всегда четное (12; 16; 18; 20; 22; 26) (см. фиг. 23г). При переменном шаге это число может быть и нечетным.The weakest link in the brake assembly is the friction linings. They are made in the form of individual parts, which can be attached in various ways (for example, using antennae) to a relatively flexible steel tape. Friction linings with constant and variable pitch are installed along the arc of grasping with the brake belt of the pulley. When installing overlays with a constant pitch on the tape, their number is always even (12; 16; 18; 20; 22; 26) (see Fig. 23g). With a variable step, this number may be odd.

Общее количество фрикционных накладок на тормозной ленте зависит от их геометрических параметров, а также от того, какой угол обхвата тормозной лентой рабочей поверхности тормозного шкива реализуется в данном ленточно-колодочном тормозе буровой лебедки.The total number of friction linings on the brake belt depends on their geometrical parameters, as well as on what angle of rotation of the brake pulley of the brake pulley working surface is realized in the given drawbar brake of the drawworks.

Модельный ленточно-колодочный тормоз. Основные узлы тормозного стенда смонтированы на двух двутавровых балках 4 (фиг. 23а, б, в), которые, в свою очередь, анкерными болтами прикреплены к бетонному основанию. Модельный тормоз имеет тормозную ленту 2. При этом один конец тормозной ленты 2 закреплен неподвижно, а на втором ее конце находится нагрузочное устройство 11. С нерабочими поверхностями полимерных накладок 3 взаимодействует внутренняя поверхность ленты 2. Накладки 3 крепятся к ленте 2. Тормозной шкив 4 установлено на валу 5 с подшипниками, которые находятся в опорах 6. Вал 5 через упругую пальцевую муфту 10 связан с валом 12 двигателя постоянного тока 7. При этом использован двигатель постоянного тока марки 2ПН225МУ4 мощностью 15,0 кВт. Применение двигателя этой марки позволило плавно регулировать вращательный момент на приводном валу 12 и поддерживать его стабильным при изменении частоты вращения вала 5. Усилие прижатия нерабочих и рабочих поверхностей фрикционных накладок 3, соответственно, к внутренней поверхности тормозной ленты 2 и рабочей поверхности тормозного шкива 4 регулировалось нагрузочным устройством 11.Model tape brake shoe. The main nodes of the brake stand are mounted on two I-beams 4 (Fig. 23 a , b, c), which, in turn, are anchored to the concrete base with anchor bolts. The model brake has a brake band 2. At the same time, one end of the brake band 2 is fixedly mounted, and a load device 11 is located on its second end. The inner surface of the band 2 interacts with the non-working surfaces of the polymer linings 3. The linings 3 are attached to the belt 2. The brake pulley 4 is installed on the shaft 5 with bearings located in bearings 6. The shaft 5 is connected through a flexible finger coupling 10 to the shaft 12 of the DC motor 7. In this case, a DC motor of the 2PN225MU4 brand with a power of 15.0 kW is used. The use of an engine of this brand made it possible to smoothly control the rotational moment on the drive shaft 12 and maintain it stable when the rotational speed of the shaft 5 changes. The force to press the idle and working surfaces of the friction linings 3, respectively, to the inner surface of the brake belt 2 and the working surface of the brake pulley 4 was regulated by device 11.

Тяговой двигатель 7 тормозного шкива 4 (ДПТ) питается постоянным током с номинальным напряжением обмотки якоря (ЯД) 110В, в качестве источника ее питания было использовано аналогичный двигатель постоянного тока 8 (ГПТ), который работал в генераторном режиме. Вал 10 генератора вращался асинхронным трехфазным двигателем переменного тока 9 (ДПТ). На обмотки возбуждения генератора (ОВГ) и двигателя (ОЗД) подавались постоянные токи, которые выпрямлялись на диодных мостах, составленных из диодов VD1-VD4 и VD5-VD8, и регулировались лабораторными автотрансформаторы ЛАТР-1M и ЛАТР-2М.The traction motor 7 of the brake pulley 4 (DPT) is supplied with direct current with a rated voltage of the armature winding (YA) 110V, a similar DC motor 8 (GPT) was used as its power source, which worked in the generator mode. The generator shaft 10 was rotated by an asynchronous three-phase alternating current motor 9 (DPT). Direct currents were applied to the excitation windings of the generator (OVG) and the motor (OZD), which were rectified on diode bridges composed of VD1-VD4 and VD5-VD8 diodes, and were controlled by laboratory autotransformers LATR-1M and LATR-2M.

В табл. 5 приведены основные параметры пар трения модельного ленточно-колодочного тормоза.In the table. Figure 5 shows the main parameters of the friction pair of the model tape-shoe brake.

Figure 00000036
Figure 00000036

Задачи исследования, условия проведения испытаний и реальные возможности определили объект испытаний - физическую модель ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки с масштабом:The research objectives, test conditions and real possibilities determined the test object - a physical model of drawworks brake brakes with a scale:

- геометрического подобия для ее основного размерного параметра - радиуса тормозного шкива- geometric similarity for its main dimensional parameter - the radius of the brake pulley

Figure 00000037
Figure 00000037

ml=2, 2,45 i 2,9 для Rш=500, 612,5 i 725 мм, соответственно,m l = 2, 2.45 i 2.9 for R W = 500, 612.5 i 725 mm, respectively,

где lH и lM - радиусы тормозного шкива натуры и модели (lH=Rш, lм=250 мм);where l H and l M are the radii of the brake pulley of nature and model (l H = R w , l m = 250 mm);

- динамического сходства- dynamic similarities

Figure 00000038
Figure 00000038

где SH и Sм - усилие натяжения набегающих участков тормозной ленты натуры и модели, кН.where S H and S m - the tension force of the incident sections of the brake belt of nature and model, kN.

Заметим, что масштабы сходства изменяются, если изменяются параметры натуры или модели, например, натяжения ветви ленты.Note that the scale of similarity changes if the parameters of the nature or model, for example, the tension of the branch of the tape, change.

Для проведения испытаний модель оборудовалась:For testing, the model was equipped with:

- тормозными лентами из стали 50,0 шириной 200,0 мм

Figure 00000039
толщиной δЛ=2,0, 3,0 и 3,7 мм (mδ=2,0, 1,67 и 1,62 для толщины ленты натуры 4,0, 5,0 i 6,0 мм, соответственно), с длиной промежутка 2Ln участка ленты между накладками (Ln=30,0-90,0 мм, mLn=1,0);- brake bands made of steel 50.0 with a width of 200.0 mm
Figure 00000039
thickness δ L = 2.0, 3.0 and 3.7 mm (m δ = 2.0, 1.67 and 1.62 for the thickness of the tape of nature 4.0, 5.0 and 6.0 mm, respectively) , with a gap length of 2L n of the tape section between the plates (L n = 30.0-90.0 mm, m Ln = 1.0);

- фрикционными накладками из ретинакса ФК-24А толщиной δH=15,0 мм

Figure 00000040
шириной BH=230,0 мм
Figure 00000041
и длиной L=120 мм
Figure 00000042
- friction linings from retinax FC-24A with a thickness of δ H = 15.0 mm
Figure 00000040
width B H = 230.0 mm
Figure 00000041
and length L = 120 mm
Figure 00000042

- тормозной шкив вращался с наибольшей частотой 200 мин-1, которая обеспечивала наибольшую линейную скорость перемещения шкива относительно накладок VШ=5,236 м/с (

Figure 00000043
при VH=20,0 м/с; при других значениях скорости на тормозных шкивах буровых лебедок mV уточняется).- the brake pulley rotated with the highest frequency of 200 min -1 , which provided the highest linear speed of the pulley relative to the linings V W = 5.236 m / s (
Figure 00000043
at V H = 20.0 m / s; for other values of speed on the brake pulleys of drawworks m V is specified).

Энергетический баланс фрикционных узлов тормоза. Колебания основных деталей ленточно-колодочного тормоза приводят к возникновению дополнительных динамических нагрузок, что сказывается на стабильности его выходных параметров и, как следствие, ведет к неравномерному износу сопряженных поверхностей трения.Energy balance of friction brake assemblies. Fluctuations in the main parts of the tape-shoe brake lead to additional dynamic loads, which affects the stability of its output parameters and, as a result, leads to uneven wear of the mating friction surfaces.

Как известно, возникновение вибраций деталей ленточно-колодочного тормоза обусловлено рабочими процессами в фрикционных узлах, т.е. изменением закономерностей контактирования микровыступов пар трения, а также неодинаковыми деформациями ветвей тормозных лент.As you know, the occurrence of vibration of the tape brake shoe parts is due to the working processes in the friction units, i.e. a change in the patterns of contacting the microprotrusions of friction pairs, as well as unequal deformations of the branches of brake bands.

На фиг. 24а, б представлены линейная и нелинейная фрикционные характеристики в зависимости от импульсной удельной нагрузки, действующей в парах трения тормоза. Принимаем, что при возникновении колебаний участки контактирования накладок будут перемещаться по синусоидальному закону (фиг. 24б) и на основании графических зависимостей (фиг. 24а, б) построим диаграммы работы возмущающей силы.In FIG. 24 a , b linear and non-linear frictional characteristics are presented depending on the pulsed specific load acting in the friction pairs of the brake. We assume that when vibrations occur, the contact areas of the pads will move according to a sinusoidal law (Fig. 24b) and based on the graphical dependencies (Fig. 24 a , b) we will construct diagrams of the disturbing force.

В случае совпадения фазы вынужденных колебаний с возмущающей силой диаграмма работы возмущающей силы представляет собой прямую линию (прямая 1) при линейном изменении силы трения импульсной удельной нагрузки (фиг. 24в) и кривую в случае нелинейного изменения (кривая 2) [фиг. 24в], а работа возмущающей силы в последнем случае равна нулю.If the phase of the forced oscillations coincides with the disturbing force, the operation diagram of the disturbing force is a straight line (straight line 1) with a linear change in the friction force of the pulsed specific load (Fig. 24c) and a curve in the case of a nonlinear change (curve 2) [Fig. 24c], and the work of the disturbing force in the latter case is zero.

Однако фазы вынужденных колебаний и действия возмущающей силы могут и не совпадать. При резонансе, когда наблюдается наибольшая амплитуда колебаний, разность фаз составляет величину π/2. Этот случай изображен на фиг. 24в, г, кривые 2, т.е. диаграмма работы изображается в виде эллипса.However, the phases of the forced oscillations and the action of the disturbing force may not coincide. At resonance, when the largest amplitude of oscillations is observed, the phase difference is π / 2. This case is depicted in FIG. 24c, d, curves 2, i.e. the work diagram is depicted as an ellipse.

Так как энергия, сообщаемая колебательной системе возмущающей силой пропорциональна площади диаграммы, она изменяется за один цикл по линейному закону. С другой стороны энергия, рассеиваемая колебательной системой пропорциональна квадрату амплитуды.Since the energy supplied to the oscillatory system by the disturbing force is proportional to the area of the diagram, it changes in a single cycle according to a linear law. On the other hand, the energy dissipated by the oscillatory system is proportional to the square of the amplitude.

Таким образом, вносимая энергия и энергия рассеяния будут равны только в точке пересечения кривых функций для обоих видов энергии и характеризуют установившееся состояние трибосистемы.Thus, the introduced and scattering energies will be equal only at the intersection of the function curves for both types of energy and characterize the steady state of the tribosystem.

На фиг. 24д приведены графические зависимости, характеризующие изменение вносимой колебательной энергии на сбегающей (Ес) и набегающей (Ен) ветви ленты и энергии, демпфирующей колебания Re и Rн указанными ветвями ленты.In FIG. 24d shows graphical dependencies characterizing the change in the introduced vibrational energy on the runaway (E c ) and oncoming (E n ) branches of the tape and energy damping the oscillations R e and R n by the indicated branches of the tape.

Поскольку нагруженность набегающей ветви ленты больше сбегающей, вносимая энергия на набегающей ветви ленты будет больше, чем на сбегающей. Однако и энергия рассеивания на набегающей ветви больше, чем на сбегающей, причем растет энергия рассеивания быстрее, чем вносимая энергия. В результате амплитуда колебаний на сбегающей ветви ленты оказывается больше, чем на набегающей.Since the loading of the oncoming branch of the tape is greater than the runaway, the introduced energy on the oncoming branch of the tape will be greater than on the runaway. However, the scattering energy on the oncoming branch is greater than on the oncoming branch, and the scattering energy grows faster than the introduced energy. As a result, the amplitude of oscillations on the runaway branch of the tape is greater than on the runaway.

Рассмотрим изменение величины возмущающей энергии и энергии рассеивания при колебании поверхностной температуры пар трения. На фиг. 25 изображена зависимость динамического коэффициента трения от поверхностной температуры для пары трения ретинакс ФК-24А - сталь 35ХНЛ. Из рисунка видно, что в интервале температур до 200°С динамический коэффициент трения указанной пары изменяется незначительно. На диаграмме работы (фиг. 26, кривая 1) этому случаю соответствует наибольшая сила трения и наименьшая амплитуда колебаний.Consider the change in the magnitude of the perturbing energy and the scattering energy when the surface temperature of the friction pairs fluctuates. In FIG. 25 shows the dependence of the dynamic coefficient of friction on the surface temperature for a retinax FK-24A friction pair - 35KHNL steel. The figure shows that in the temperature range up to 200 ° C the dynamic coefficient of friction of this pair varies slightly. In the operation diagram (Fig. 26, curve 1), this case corresponds to the largest friction force and the smallest vibration amplitude.

В интервале температур 200°С-350°С наблюдается падение динамического коэффициента трения вследствие интенсивного развития пластической деформации фрикционного материала накладки. При этом имело место снижение энергии рассеивания, в то время как величина возмущающей энергии оставалась практически постоянной. В результате точка пересечения кривых Rн,с и Ен,с (фиг. 24д) сместилась вправо как для набегающей, так и для сбегающей ветвей ленты, т.е. амплитуда колебаний возросла. Однако за счет размягчения поверхностного слоя накладок улучшаются демпфирующие свойства ветвей лент и рост амплитуды колебаний замедляется (фиг. 26, кривая 2).In the temperature range 200 ° C-350 ° C, a decrease in the dynamic coefficient of friction is observed due to the intensive development of plastic deformation of the friction material of the lining. In this case, there was a decrease in the dissipation energy, while the value of the disturbing energy remained almost constant. As a result, the intersection point of the curves R n, s and E n, s (Fig. 24e) has shifted to the right for both the incoming and the running branches of the tape, i.e. the amplitude of the oscillations increased. However, due to the softening of the surface layer of the linings, the damping properties of the tape branches are improved and the growth of the amplitude of the oscillations slows down (Fig. 26, curve 2).

В области температур 350°С-450°С динамический коэффициент трения стабилизируется, в то время как амплитуда колебаний продолжает снижаться за счет дальнейшего размягчения поверхностного слоя накладок (фиг. 26, кривая 3).In the temperature range 350 ° C-450 ° C, the dynamic coefficient of friction is stabilized, while the amplitude of the oscillations continues to decrease due to further softening of the surface layer of the pads (Fig. 26, curve 3).

В интервале поверхностных температур 450°С-600°С наблюдалось дальнейшее снижение амплитуды колебаний, вызванное некоторым повышением динамического коэффициента трения (см. фиг. 25).In the surface temperature range 450 ° С-600 ° С, a further decrease in the amplitude of oscillations was observed, caused by a slight increase in the dynamic coefficient of friction (see Fig. 25).

Таким образом, наибольшие вибрации возникают на сбегающей ветви тормозной ленты из-за действия намного меньших импульсных удельных нагрузок в паре трения по сравнению с набегающей ветвью, что способствует, в свою очередь, развитию нелинейных характеристик пар трения трибосистем.Thus, the greatest vibrations occur on the runaway branch of the brake belt due to the action of much smaller pulsed specific loads in the friction pair compared to the runaway branch, which contributes, in turn, to the development of the nonlinear characteristics of the tribosystem friction pairs.

Проанализируем колебания, развивающиеся в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза. На фиг. 27а, б приведены закономерности изменения натяжения набегающей ветви ленты при изменении амплитуды радиальной виброскорости накладок на сбегающей (а) и набегающей (б) ветвях ленты и усилий на нагрузочном устройстве 100 Н и 300 Н.Let us analyze the vibrations developing in the metal-polymer friction pairs of a tape-brake shoe. In FIG. 27a, b shows the patterns of change in the tension of the running branch of the tape when changing the amplitude of the radial vibrational velocity of the plates on the runaway (a) and oncoming (b) branches of the tape and the forces on the loading device 100 N and 300 N.

Анализ графических зависимостей показал, что с увеличением амплитуды радиальной виброскорости натяжение набегающей ветви ленты уменьшается при постоянном натяжении ее сбегающей ветви. Увеличение амплитуды радиальной виброскорости на сбегающей ветви ленты приводит к уменьшению натяжения ее набегающей ветви всего на 2-3% независимо от усилия натяжения сбегающей ветви. Увеличение амплитуды радиальной виброскорости на набегающей ветви ленты приводит к более значительному (5-8%) падению натяжения ее сбегающей ветви независимо от натяжения.An analysis of the graphical dependencies showed that with an increase in the amplitude of the radial vibration velocity, the tension of the incident branch of the tape decreases with constant tension of its running branch. An increase in the amplitude of the radial vibration velocity on the runaway branch of the tape leads to a decrease in the tension of its oncoming branch by only 2–3%, regardless of the pulling force of the runaway branch. An increase in the amplitude of the radial vibration velocity on the incident branch of the tape leads to a more significant (5–8%) decrease in the tension of its running branch, regardless of tension.

Это объясняется тем, что создаваемый за счет разности натяжений набегающей и сбегающей ветви суммарный импульсный тормозной момент, реализуемый фрикционными накладками на сбегающей ветви ленты, в 2- 4 раза больше суммарного импульсного тормозного момента на набегающей ветви ленты. При этом установлено, что уменьшение импульсной силы в результате динамических процессов в фрикционных парах приблизительно на одну и ту же величину на набегающей и сбегающей ветвях ленты вызывает различное уменьшение усилия натяжения их ветвей.This is explained by the fact that the total impulse braking moment created by the difference in tension between the on-ram and on-ram branches is realized by friction linings on the on-ram branch of the belt, 2-4 times greater than the total impulse braking moment on the on-ram branch of the belt. It was found that a decrease in the impulse force as a result of dynamic processes in friction pairs by approximately the same value on the incoming and outgoing branches of the belt causes a different decrease in the tension force of their branches.

Таким образом, в процессе экспериментальных исследований установлено, что амплитуда радиальной виброскорости участков накладок на сбегающей ветви ленты в среднем в 1,5-2 раза больше, чем на ее набегающей ветви. Однако увеличение радиальной виброскорости участков накладок на набегающей ветви ленты приводит к уменьшению усилия натяжения в 3-5 раз больше, чем аналогичное увеличение на сбегающей ее ветви.Thus, in the process of experimental studies it was found that the amplitude of the radial vibration velocity of the patch sections on the runaway branch of the tape is on average 1.5-2 times greater than on its oncoming branch. However, an increase in the radial vibration velocity of the patch sections on the running branch of the tape leads to a decrease in the tensile force by 3-5 times more than a similar increase on the branch running off of it.

На фиг. 28а, б приведены амплитудные спектры участков лент с накладками, полученные при различных видах импульсного нагружения и скорости вращения тормозного шкива. Анализ полученных спектров показал, что фрикционные колебания возникали на участках во всех парах трения независимо от режима работы. Максимальные амплитуды колебаний наблюдались в полосе частот 300-1000 Гц в зависимости от режима нагружения и степени изношенности участков накладок. Наибольшее видоизменение спектров происходило при изменении импульсных удельных нагрузок. Если при минимальной импульсной удельной нагрузке (0,1-0,2 МПа) наблюдался один ярко выраженный пик в области частот 800-1000 Гц, то с увеличением импульсной удельной нагрузки амплитуда виброскорости на этих частотах падала, в то же время относительно возрастала низкочастотная составляющая виброскорости в диапазоне частот 300-500 Гц, причем при максимальной нагрузке амплитуда виброскорости на этих частотах достигала максимального значения. Такая тенденция наблюдалась от сбегающей к набегающей ветви ленты при постоянном усилии их нагружения. Таким образом, наибольшая амплитуда колебаний при небольших импульсных удельных нагрузках наблюдалась на первой фрикционной накладке (сбегающий конец тормозной ленты) лежала в диапазоне частот 800-1000 Гц, а при максимальных импульсных удельных нагрузках - на набегающем конце ленты (восьмая фрикционная накладка) в диапазоне частот 250-500 Гц. При замене неизношенных накладок изношенными указанная тенденция роста низкочастотной составляющей виброскорости при увеличении импульсной удельной нагрузки изменялась, за счет увеличения амплитуды колебаний в среднем на 20-30%.In FIG. 28 a , b show the amplitude spectra of sections of tapes with overlays obtained with various types of pulsed loading and the rotation speed of the brake pulley. An analysis of the obtained spectra showed that frictional vibrations occurred in areas in all friction pairs, regardless of the operating mode. The maximum oscillation amplitudes were observed in the frequency range 300–1000 Hz, depending on the loading mode and the degree of wear of the patch sections. The greatest modification of the spectra occurred when the pulsed specific loads changed. If at the minimum pulsed specific load (0.1-0.2 MPa) one pronounced peak was observed in the frequency range 800-1000 Hz, then with an increase in the pulsed specific load, the amplitude of the vibration velocity at these frequencies decreased, while the low-frequency component relatively increased vibration velocities in the frequency range 300-500 Hz, and at maximum load, the amplitude of the vibration velocities at these frequencies reached a maximum value. Such a tendency was observed from the tape running down to the running branch with a constant load loading. Thus, the largest oscillation amplitude at small pulsed specific loads was observed on the first friction lining (the runaway end of the brake band) lying in the frequency range 800-1000 Hz, and at maximum pulsed specific loads - on the moving end of the belt (eighth friction lining) in the frequency range 250-500 Hz. When replacing unworn linings with worn ones, the indicated growth trend of the low-frequency component of the vibration velocity changed with an increase in the pulsed specific load, due to an increase in the amplitude of oscillations by an average of 20-30%.

Увеличение скорости скольжения с 5,0 до 15,0 м/с привело к смещению максимальных амплитуд колебаний в более высокочастотную область приблизительно на 10-30%. При этом несколько возросли (в среднем на 9-15%) максимальные амплитуды колебаний как в высокочастотной, так и в низкочастотной областях. Так, если при скорости скольжения 5,0 м/с и импульсной удельной нагрузке 0,2 МПа на сбегающем конце ленты максимальная амплитуда виброскорости наблюдалась на частоте 810 Гц и составляла 11,1 мм/с, то при увеличении скорости скольжения до 15,0 м/с максимум амплитуды виброскорости сместился по частотной оси до 1050 Гц и составил 12,7 мм/с.An increase in the sliding velocity from 5.0 to 15.0 m / s led to a shift of the maximum oscillation amplitudes to the higher frequency region by approximately 10-30%. At the same time, the maximum oscillation amplitudes both in the high-frequency and low-frequency regions slightly increased (by an average of 9-15%). So, if at a sliding speed of 5.0 m / s and a pulsed specific load of 0.2 MPa at the running end of the tape, the maximum vibration velocity amplitude was observed at a frequency of 810 Hz and amounted to 11.1 mm / s, then with an increase in the sliding speed to 15.0 m / s, the maximum amplitude of the vibration velocity shifted along the frequency axis to 1050 Hz and amounted to 12.7 mm / s.

Аналогичная картина наблюдалась при больших импульсных удельных нагрузках в области частот 250-500 Гц. Если для скорости скольжения 5,0 мм/с и импульсной удельной нагрузки 1,0 МПа на набегающей ветви ленты была зарегистрирована максимальная амплитуда радиальной виброскорости 9,4 мм/с на частоте 260 Гц, то при увеличении скорости скольжения до 15,0 м/с максимальная амплитуда виброскорости составила 11,6 мм/с на частоте 380 Гц.A similar picture was observed at large pulsed specific loads in the frequency range 250–500 Hz. If for a sliding speed of 5.0 mm / s and a pulsed specific load of 1.0 MPa, a maximum amplitude of radial vibration velocity of 9.4 mm / s at a frequency of 260 Hz was recorded on the incident branch of the tape, then with an increase in sliding speed to 15.0 m / with the maximum amplitude of the vibration velocity was 11.6 mm / s at a frequency of 380 Hz.

Коэффициент запаса прочности поперечного сечения тормозной ленты. Коэффициент запаса прочности (nT) поперечного сечения тормозной ленты определяют по зависимости вида [8]Safety factor of the cross section of the brake tape. The safety factor (n T ) of the cross section of the brake tape is determined by the dependence of the form [8]

Figure 00000044
Figure 00000044

Максимальное напряжение в поперечном сечении тормозной ленты определяют по зависимости видаThe maximum voltage in the cross section of the brake tape is determined by the type

Figure 00000045
Figure 00000045

При этом допустимое значение коэффициента запаса прочности тормозной ленты составило [nT]=2.Moreover, the permissible value of the safety factor of the brake tape was [n T ] = 2.

Деформации тормозной ленты. Выражение для определения полного удлинения тормозной ленты при расположении на дуге ее обхвата фрикционных накладок с переменным шагом имеет следующий вид [1]Deformation of the brake tape. The expression for determining the complete elongation of the brake band when the friction lining with a variable pitch is located on the arc of its girth has the following form [1]

Figure 00000046
Figure 00000046

Для тормозной ленты с равномерным шагом расположения накладок, когда β12=…=βn-1=β уравнение (46) принимает следующий вид [1]For a brake tape with a uniform spacing of the pads, when β 1 = β 2 = ... = β n-1 = β, equation (46) takes the following form [1]

Figure 00000047
Figure 00000047

На фиг. 29а, б, в показаны схемы сил, действующие: в узле накладка-лентана участке ленты над i-ой накладкой; при определении деформаций участков ленты; 1 - тормозная лента; 2 - фрикционная накладка.In FIG. 29 a , b, c shows the force patterns acting: in the knot of the patch-strip, the tape section above the i-th patch; when determining the deformation of sections of the tape; 1 - a brake tape; 2 - friction lining.

Закономерности изменения относительных деформаций участков тормозной ленты при расположении по дуге ее обхвата фрикционных накладок с постоянным (1, 1') и переменным (2, 2') шагом: расчетные (1, 2) и экспериментальные (1', 2') данные,

Figure 00000048
и
Figure 00000049
- нумерация зазоров между накладками представлены на фиг 30.Patterns of change in the relative deformations of sections of the brake band when the friction linings are arranged along the arc of its girth with a constant (1, 1 ') and a variable (2, 2') step: calculated (1, 2) and experimental (1 ', 2') data,
Figure 00000048
and
Figure 00000049
- the numbering of the gaps between the plates is presented in FIG. 30.

Податливость фрикционного стыка металлополимерных пар трения. Под податливостью фрикционного стыка понимаем циклический процесс контактно-импульсного взаимодействия его микровыступов, включающий в себя упругую деформацию элементов и возвращение их в некоторое начальное положение в паузах между указанными взаимодействиями (фиг. 31).Compliance of the frictional joint of metal-polymer friction pairs. By the compliance of the frictional joint we understand the cyclic process of contact-pulse interaction of its microprotrusions, which includes the elastic deformation of the elements and their return to some initial position in the pauses between these interactions (Fig. 31).

Податливость стыков пар трения в значительной степени зависит от упругости микровыступов полимерной накладки. Величина податливости микровыступов во время процесса торможения является переменной. Податливость Пn упругих элементов, которыми являются микровыступы, находящиеся под действием импульсных нормальных нагрузок, действующих на микроконтактах, т.е. на пятнах контакта, характеризует предел отношения приращения деформации к изменению импульсной нормальной нагрузки, вызвавшему это приращение:The flexibility of the joints of the friction pairs largely depends on the elasticity of the microprotrusions of the polymer lining. The magnitude of the compliance of the microprotrusions during the braking process is variable. Compliance P n of elastic elements, which are microprotrusions under the action of normal impulse loads acting on microcontacts, i.e. on contact spots, characterizes the limit of the ratio of the increment of deformation to the change in the pulsed normal load that caused this increment:

Figure 00000050
Figure 00000050

Зависимость импульсной нормальной нагрузки, вызывающей деформации микровыступов фрикционной накладки при их параллельном соединении в блок показана на фиг. 32а.The dependence of the normal impulse load causing deformation of the microprotrusions of the friction lining when they are connected in parallel to the block is shown in FIG. 32 a .

В зависимости от высоты микровыступа и расположения между соседствующими с ним микровыступов на рабочей поверхности фрикционной накладки считаем, что каждый из них нагружен переменной импульсной нормальной силой, а, следовательно, имеет также переменную податливость.Depending on the height of the microprotrusion and the location between the microprotrusion adjacent to it on the working surface of the friction lining, we assume that each of them is loaded with a variable pulsed normal force, and, therefore, also has a variable flexibility.

При параллельном соединении в блоки упругих элементов с различными характеристиками (фиг. 32б) учитывая, что их деформации разные и равны общей деформации, имеемWhen parallel connection in blocks of elastic elements with different characteristics (Fig. 32b), given that their deformations are different and equal to the total deformation, we have

Figure 00000051
Figure 00000051

Следовательно, силы, действующие на каждый упругий элемент в параллельном блоке, обратно пропорциональны их податливостиConsequently, the forces acting on each elastic element in a parallel block are inversely proportional to their compliance

Figure 00000052
Figure 00000052

откуда

Figure 00000053
where from
Figure 00000053

В этом случае податливость блока составитIn this case, the compliance of the block is

Figure 00000054
Figure 00000054

Таким образом, при параллельном соединении упругих элементов в блоки их суммарная податливость уменьшается по мере износа микровыступов, а общая жесткость блока равна сумме их жесткостейThus, with the parallel connection of elastic elements into blocks, their total compliance decreases as microprotrusions wear out, and the total stiffness of the block is equal to the sum of their stiffnesses

Figure 00000055
Figure 00000055

Однако, на податливость стыков металлополимерных прямых и обратных пар трения, в ленточно-колодочных тормозах, влияют особенности их конструкции и деформации элементов, в частности, тормозных лент.However, the flexibility of joints of metal-polymer direct and reverse friction pairs in tape-shoe brakes is affected by the peculiarities of their design and deformation of elements, in particular brake bands.

Результаты исследований, устанавливающие закономерности изменения деформаций микровыступов металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза от импульсных удельных нагрузок при разных площадях пятен их контактирования представлены на фиг. 33.The research results establishing patterns of changes in the deformations of microprotrusions of metal-polymer friction pairs of a tape-shoe brake from impulse specific loads at different areas of their contact spots are shown in FIG. 33.

Коэффициент взаимного перекрытия металлополимерных пар трения. Исследованиями установлено, что геометрия микро- и макроконтактирования оказывает существенное влияние на температурное поле при фрикционном взаимодействии пар трения. А.В. Чичинадзе ввел в рассмотрение коэффициент взаимного перекрытия Квз для однопарных узлов трения. Этот коэффициент представляет собой отношение произведения контактных площадей трения обеих фрикционных элементов пары Ак1 и Ак2 к квадрату общей площади A0.Coefficient of mutual overlap of metal-polymer friction pairs. Studies have established that the geometry of micro- and macrocontacts has a significant effect on the temperature field during frictional interaction of friction pairs. A.V. Chichinadze introduced into consideration the coefficient of mutual overlap K b for single-pair friction units. This coefficient is the ratio of the product of the contact areas of friction of both friction elements of the pair A k1 and A k2 to the square of the total area A 0 .

Figure 00000056
Figure 00000056

Данный коэффициент существенно влияет на величины: импульсных нормальных нагрузок N в зоне контакта микровыступов, генерируемых электрических и аккумулируемых тепловых токов, динамических коэффициентов трения, скоростей скольжения, продольных (на поверхности) и поперечных (по толщине) температурных градиентов, термонапряжений в телах трения, интенсивности износа рабочих поверхностей трения, импульсного тормозного момента. Кроме того, этот параметр наряду с перечисленными выше факторами учитывает условия теплопередачи при определении коэффициентов распределения тепловых потоков между парами трения.This coefficient significantly affects the values of: pulsed normal loads N in the contact zone of microprotrusions generated by electric and accumulated heat currents, dynamic friction coefficients, sliding speeds, longitudinal (on the surface) and transverse (thickness) temperature gradients, thermal stresses in friction bodies, intensity wear of friction working surfaces, impulse braking torque. In addition, this parameter, along with the factors listed above, takes into account heat transfer conditions when determining the distribution coefficients of heat fluxes between friction pairs.

Величина Квз определяет среднюю температуру поверхности трения ϑn1,2, объемную температуру ϑv1,2, и температурные градиенты

Figure 00000057
и
Figure 00000058
, соответственно, на поверхности обода шкива и по его толщине.The value of K b determines the average temperature of the friction surface ϑ n1,2 , volumetric temperature ϑ v1,2 , and temperature gradients
Figure 00000057
and
Figure 00000058
, respectively, on the surface of the pulley rim and in its thickness.

В экспериментах по изучению температурного поля при трении торцами использовалась универсальная машина трения «Унитриб». При этом применялись стандартные модельные кольцевые образцы (dн=28,0 мм, dвн=20,0MM, hн=15,0 мм), отвечающие фрикционному полимерному материалу и серому чугуну СЧ15. В результате исследований взаимосвязи коэффициента перекрытия Квз с параметрами процесса трения было установлено: снижение Квз приводит к снижению средней температуры поверхности ϑn и возрастанию градиента температуры

Figure 00000059
. Этот эффект достигается при нормальной удельной нагрузке p=const и скорости скольжения Vck=const. Следствием этих изменений является возрастание динамического коэффициента трения f и снижение интенсивности изнашивания up.n [9]. В данных исследованиях не было четкого разграничения температурных градиентов по поверхности пары трения и по толщине цилиндрического кольца. Такие исследования следует отнести к выполненным на микроуровне.In experiments to study the temperature field during friction with the ends, the universal friction machine “Unitrib” was used. In this standard model used ring samples (d N = 28.0 mm, d ext = 20,0MM, h n = 15.0 mm) corresponding to the friction polymeric material and gray cast iron SCH15. As a result of studies of the relationship of overlap K coefficient of friction taken from the process parameters were set to: K taken reduction reduces the average surface temperature θ n and ascending temperature gradient
Figure 00000059
. This effect is achieved at normal specific load p = const and slip velocity V ck = const. The consequence of these changes is an increase in the dynamic coefficient of friction f and a decrease in the wear rate u pn [9]. In these studies, there was no clear distinction between temperature gradients along the surface of a friction pair and the thickness of a cylindrical ring. Such studies should be attributed to those performed at the micro level.

На реальных физических моделях в промышленных и стендовых условиях (материал пары трения «сталь 35ХНЛ - ФК-24А») при изучении температурного поля при электротермомеханическом трении с соблюдением условия, что Δϑn>Δϑv на серийном и модельном ленточно-колодочном тормозе в результате исследований коэффициента взаимного перекрытия Квз с параметрами процесса трения, из которых выделено импульсное нормальное усилие N, в зависимости от термосостояния обода тормозного шкива было установлено (фиг. 34а, б, в, г, д, е):On real physical models in industrial and bench conditions (material of a friction pair “steel 35KHNL - FK-24A”) when studying the temperature field during electrothermomechanical friction, subject to the condition that Δϑ n > Δϑ v on a serial and model tape-shoe brake as a result of research the mutual overlap coefficient K b with the parameters of the friction process, from which the normal pulse N is extracted, depending on the thermal condition of the rim of the brake pulley, it was found (Fig. 34 a , b, c, d, e, e):

- снижение Квз приводит к снижению средней поверхностной температуры ϑn, и как следствие, объемной температуры ϑv и уменьшению

Figure 00000060
и
Figure 00000061
; увеличение Квз способствует возрастанию
Figure 00000062
и
Figure 00000063
;- a decrease in Kb leads to a decrease in the average surface temperature ϑ n , and as a result, the volumetric temperature ϑ v and a decrease
Figure 00000060
and
Figure 00000061
; an increase in K v promotes an increase
Figure 00000062
and
Figure 00000063
;

- снижение Квз вызывает увеличение динамического коэффициента трения; что касается динамического коэффициента трения то он увеличивается (f) в связи с уменьшением Квз и

Figure 00000064
;
Figure 00000065
;- a decrease in K b causes an increase in the dynamic coefficient of friction; as for the dynamic coefficient of friction, it increases (f) due to a decrease in K b and
Figure 00000064
;
Figure 00000065
;

- увеличение Квз и

Figure 00000066
;
Figure 00000067
способствует увеличению интенсивности износа up.n.- To increase and taken
Figure 00000066
;
Figure 00000067
contributes to an increase in the wear rate u pn .

Для фрикционных пар ленточно-колодочного тормоза (в стендовых условиях) уменьшение Квз при работе трения WT=const приводит к высокому и стабильному динамическому коэффициенту трения, а также к минимальному износу только при условии, когда функции

Figure 00000068
и
Figure 00000069
изменяются больше от Квз, чем от
Figure 00000070
и
Figure 00000071
:For friction pairs of a tape-shoe brake (in bench conditions), a decrease in K b during friction work W T = const leads to a high and stable dynamic coefficient of friction, as well as to minimal wear, only when the functions
Figure 00000068
and
Figure 00000069
To change over from taken than from
Figure 00000070
and
Figure 00000071
:

Figure 00000072
Figure 00000072

Figure 00000073
Figure 00000073

А.И. Вольченко ввел в рассмотрение статический и динамический коэффициенты взаимного перекрытия Квз для многопарных узлов трения.A.I. Volchenko introduced the static and dynamic coefficients of overlap K multipair taken for friction units.

На фиг. 35а, б, в изображена схема ленточно-колодочного тормоза с подвижными фрикционными накладками, установленными с постоянным (а) и переменным (б) шагами (бандаж составленный из четырех накладок) [10].In FIG. 35 a , b, c depicts a diagram of a tape-shoe brake with movable friction pads installed with constant (a) and variable (b) steps (a bandage made up of four pads) [10].

В тормозе накладки 3 соединены между собой пружинами 5 в гибкое кольцо - бандаж, который с натягом посажен на рабочую поверхность тормозного шкива 1. При этом образуются внешние и внутренние фрикционные узлы. В связи с этим различают следующие стадии торможения: начальную (I), когда внутренняя поверхность тормозной ленты 2 взаимодействует с внешней поверхностью накладок 3, неподвижных относительно шкива 1; промежуточную (II), когда работа трения выполняется внешними и внутренними поверхностями накладок 3, движущихся относительно шкива 1 и ленты 2. Во время этой стадии нагрузка передается от внешних к внутренним фрикционных узлов тормоза, и она является переходной и продолжается весьма малый промежуток времени; и конечную (III), в течение которой происходит взаимодействие внутренних поверхностей неподвижных накладок 3 с рабочей поверхностью тормозного шкива 1. Именно во время третьей стадии тормоз выполняет свою основную работу.In the brake, the lining 3 is interconnected by springs 5 in a flexible ring - a bandage, which is fitted with an interference fit on the working surface of the brake pulley 1. In this case, external and internal friction units are formed. In this regard, the following stages of braking are distinguished: initial (I), when the inner surface of the brake belt 2 interacts with the outer surface of the lining 3, stationary relative to the pulley 1; intermediate (II), when the work of friction is performed by the external and internal surfaces of the linings 3, moving relative to the pulley 1 and the belt 2. During this stage, the load is transferred from the external to the internal friction brake assemblies, and it is transitional and a very short period of time continues; and the final (III), during which the internal surfaces of the fixed plates 3 interact with the working surface of the brake pulley 1. It is during the third stage that the brake performs its main work.

Две поверхности одной фрикционной накладки, внешняя поверхность которой является подвижной при взаимодействии с внутренней поверхностью тормозной ленты (на первой стадии торможения имеет место переменный коэффициент взаимного перекрытия) с увеличением силы затягивания тормозной ленты. Коэффициент взаимного перекрытия внешних пар трения все время увеличивается и достигает своего максимального значения до завершения первой стадии торможения. После чего остается постоянным даже при дальнейшем увеличении силы затягивания тормозной ленты. На третьей стадии торможения происходит взаимодействие квазинеподвижных внутренних поверхностей накладок с подвижной рабочей поверхностью тормозного шкива. При этом коэффициент взаимного перекрытия увеличивается до тех пор, пока не произойдет срыва натяга между внутренней поверхностью последней накладки бандажа и шкивом. В дальнейшем коэффициент взаимного перекрытия внутренних пар трения фрикционных узлов является постоянным до конца третьей стадии торможения. В связи с тем, что фрикционные узлы ленточно-колодочного тормоза с подвижными накладками работают поочередно, т.е. сначала внешние, а затем внутренние, а также для четкого понимания стадий торможения введем понятие «статический» и «динамический» коэффициенты взаимного перекрытия для их пар трения.Two surfaces of one friction lining, the outer surface of which is movable when interacting with the inner surface of the brake band (at the first stage of braking, a variable coefficient of mutual overlap takes place) with an increase in the pulling force of the brake band. The mutual overlap coefficient of external friction pairs increases all the time and reaches its maximum value until the completion of the first stage of braking. After which it remains constant even with a further increase in the tightening force of the brake band. At the third stage of braking, the quasi-stationary internal surfaces of the linings interact with the moving working surface of the brake pulley. In this case, the mutual overlap coefficient increases until an interference between the inner surface of the last bandage lining and the pulley occurs. In the future, the coefficient of mutual overlap of the internal friction pairs of the friction units is constant until the end of the third stage of braking. Due to the fact that the friction units of the tape-shoe brake with movable pads work alternately, i.e. first external and then internal, and also for a clear understanding of the stages of braking, we introduce the concept of “static” and “dynamic” mutual overlap coefficients for their friction pairs.

Итак, на первой стадии торможения динамический коэффициент взаимного перекрытия внешних фрикционных узлов (фиг. 36, прямая 1а) является величиной переменной во времени, а статический коэффициент взаимного перекрытия внутренних фрикционных узлов (фиг. 36, прямая 2г) - является постоянным во времени. На третьей стадии торможения статический коэффициент взаимного перекрытия внешних фрикционных узлов (фиг. 36, прямая 1, в) является величиной постоянной во времени, а динамический коэффициент взаимного перекрытия внутренних фрикционных узлов (фиг. 36, прямая 2б) - величина переменная во времени до тех пор, пока не произойдет срыва натяга последней накладки бандажа. После чего динамический коэффициент взаимного перекрытия внутренних фрикционных узлов становится статическим (фиг. 36, прямая 2г) и держится постоянным во времени до завершения третьей стадии торможения. На фиг. 36 штриховыми линиями изображены возможные изменения статических и динамических коэффициентов взаимного перекрытия внешних и внутренних пар трения во времени на первой и третьей стадии торможения.Thus, in a first step the braking dynamic coefficient of mutual overlapping of external friction nodes (. Figure 36, line 1 a) is variable in time and static coefficient of mutual overlapping of internal friction nodes (Figure 36, line 2i.) - it is constant in time. In the third stage of braking, the static coefficient of mutual overlap of the external friction units (Fig. 36, line 1, c) is a constant value in time, and the dynamic coefficient of mutual overlap of the internal friction units (Fig. 36, line 2b) is a variable in time until until there is a breakdown of the interference of the last lining of the bandage. After that, the dynamic coefficient of mutual overlap of the internal friction units becomes static (Fig. 36, line 2d) and keeps constant in time until the completion of the third stage of braking. In FIG. 36 dashed lines show the possible changes in the static and dynamic coefficients of the mutual overlap of the external and internal friction pairs in time at the first and third stages of braking.

Динамика процесса торможения неразрывно связана с фрикционными свойствами материалов прямых (внутренних) и обратных (внешних) пар трения, которые, в свою очередь, зависят от скоростного, нагрузочного и температурного режимов фрикционных контактов, а также воздействия окружающей среды.The dynamics of the braking process are inextricably linked with the frictional properties of materials of direct (internal) and reverse (external) friction pairs, which, in turn, depend on the speed, load and temperature conditions of frictional contacts, as well as environmental influences.

Влияние этих факторов на динамический коэффициент трения для различных материалов осуществляется по-разному. Это связано с физико-механическими свойствами материалов, характером и интенсивностью процессов, явлений и эффектов, происходящих на фрикционных контактах и в объемах материалов.The influence of these factors on the dynamic coefficient of friction for different materials is different. This is due to the physicomechanical properties of materials, the nature and intensity of processes, phenomena and effects occurring on frictional contacts and in volumes of materials.

Знание коэффициентов взаимного перекрытия в парах трения тормозных устройств позволяет регулировать статические удельные нагрузки в сопряжениях. Особенно, это очевидно в работах Д.А. Вольченко применительно к ленточно-колодочным тормозам, компонуя фрикционные накладки с переменным и постоянным шагом на ветвях тормозной ленты.Knowing the mutual overlap coefficients in the friction pairs of brake devices allows you to adjust the static specific loads in the mates. Especially, this is evident in the works of D.A. Volchenko as applied to tape-shoe brakes, assembling friction linings with variable and constant pitch on the branches of the brake belt.

Импульсная природа изменения нормальных усилий при фрикционном взаимодействии узлов. В энергетическом аспекте трение представляет собой процесс трансформирования поступающей в систему механической энергии в электрическую, тепловою и другие виды энергии. Перераспределение энергетических потоков на поверхностях пар трения тормозных устройств наблюдаются только в процессах самого трения и поэтому необходимо развивать и использовать in-situ методы исследований.The pulsed nature of the change in normal forces during frictional interaction of nodes. In the energy aspect, friction is the process of transforming the mechanical energy entering the system into electrical, thermal and other types of energy. The redistribution of energy flows on the surfaces of friction pairs of braking devices is observed only in the processes of friction itself, and therefore it is necessary to develop and use in-situ research methods.

Контактно-импульсное взаимодействие металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза, выражающееся закономерностью изменения нормального усилия по времени торможения, представлено на фиг. 37. Из последнего следует, что закономерность изменения импульсного нормального усилия по времени имеет волновую природу и приближается к квазисинусоидальному закону его изменения.The contact-pulse interaction of metal-polymer friction pairs of the tape-shoe brake, expressed by the pattern of change in the normal force with respect to the braking time, is shown in FIG. 37. It follows from the latter that the pattern of change in the normal time impulse effort has a wave nature and approaches the quasi-sinusoidal law of its change.

Взаимодействие микровыступов в паре трения «металл-полимер» носит дискретный характер, из-за различной высоты микронеровностей реализуется одновременно по уровням и по времени. Возникающие при этом импульсы характеризуются амплитудой (высотой), длительностью (шириной), апериодическим повторением и положением импульса внутри периода (временной сдвиг или фаза импульса).The interaction of microprotrusions in the metal-polymer friction pair is discrete, due to the different heights of microroughness it is realized simultaneously in levels and in time. The resulting pulses are characterized by amplitude (height), duration (width), aperiodic repetition and the position of the pulse within the period (time shift or phase of the pulse).

Известно, что перемещение микровыступов массой mм обода шкива под действием переменной нормальной силы N, заданной в виде функции времени τ, определяется следующей зависимостьюIt is known that the displacement of microprotrusions of mass m m of the pulley rim under the action of a variable normal force N, given as a function of time τ, is determined by the following dependence

Figure 00000074
)
Figure 00000074
)

Принимая пределы интегрирования от 0 до T и, пользуясь формулой Коши для преобразования n-кратного интеграла в однократный, запишем уравнение для проекции пути, пройденного за время Т:Accepting the integration limits from 0 to T and using the Cauchy formula for converting an n-fold integral to a single, we write the equation for the projection of the path traveled in time T:

Figure 00000075
Figure 00000075

Интеграл в этом выражении является статическим моментом площади импульсов, образованной силой N(t) в промежутке времени от 0 до T относительно прямой, положение которой определяется уравнениемThe integral in this expression is the static moment of the area of the pulses formed by the force N (t) in the time interval from 0 to T relative to the straight line, the position of which is determined by the equation

t=T.t = T.

В данном случае под статическим моментом подразумевается алгебраическая сумма статических моментов положительных и отрицательных площадей относительно упомянутой прямой, поэтому уравнение (56)записываем в следующем видеIn this case, the static moment refers to the algebraic sum of the static moments of positive and negative areas relative to the straight line, therefore, equation (56) is written in the following form

Figure 00000076
Figure 00000076

Раскрыв скобки в уравнении (47), получаемOpening the brackets in equation (47), we obtain

Figure 00000077
Figure 00000077

где

Figure 00000078
- мгновенное изменение скорости i-ой массы mм микровыступов под действием импульсов Ai.Where
Figure 00000078
- instantaneous change in the speed of the i-th mass m m of microprotrusions under the action of pulses A i .

Для колебательных процессов обычно характерно чередование положительных и отрицательных импульсов. В работе [11] изложен метод анализа таких колебательных движений с помощью импульсных пар, сущность которого заключается в следующем. Кривую нормальной силы N(τ) разбиваем на участки, для которых справедливо равенствоFor oscillatory processes, an alternation of positive and negative impulses is usually characteristic. In [11], a method for analyzing such vibrational motions with the help of pulsed pairs is described, the essence of which is as follows. We divide the normal force curve N (τ) into sections for which the equality

Figure 00000079
Figure 00000079

Следовательно, на каждом пятне контакта микровыступов «металл-полимер» действуют два импульса (импульсная пара), причем модули импульсов равны. Заменив действительные импульсы равновеликими фиктивными, приложенными в центрах тяжести площадей микроконтактов, получаем импульсные пары, образованные мгновенными импульсами

Figure 00000080
которые назовем приведенными импульсными парами. Тогда путь массы mм микровыступа обода шкива согласно выражениям (46) и (47) можно изобразить в виде ломаной линии, абсциссы точек излома которой будут соответствовать точкам приложения фиктивных мгновенных импульсов, а ординаты определяются из уравнения, которое показывает абсолютное изменение величины пути микровыступа обода шкива под действием приведенной импульсной пары, т.е.Therefore, on each spot of contact of the microprotrusions “metal-polymer” there are two pulses (pulse pair), and the pulse modules are equal. Replacing the actual impulses with equal fictitious ones applied at the centers of gravity of the microcontact areas, we obtain impulse pairs formed by instantaneous impulses
Figure 00000080
which we call reduced impulse pairs. Then the path weight m m microprojection rim of a pulley according to expressions (46) and (47) can be represented as a broken line, the abscissa points of which fracture will correspond to points of application dummy instant pulses and ordinates determined from the equation that shows the absolute change in the way of the rim microprojection pulley under the action of a reduced impulse pair, i.e.

Figure 00000081
Figure 00000081

Представленный метод оценки колебательных процессов с помощью импульсных пар использовался при изучении микровыступов «металл-пролимер» при взаимодействии их контактных пятен в процессе торможения.The presented method for evaluating vibrational processes using pulsed pairs was used to study metal-prolimer microprotrusions during the interaction of their contact spots during braking.

Принимая во внимание импульсы Ау и A0, действующие на микровыступ обода шкива в момент его взаимодействия с микровыступами полимерной накладки записываемTaking into account the pulses A y and A 0 acting on the microprotrusion of the pulley rim at the moment of its interaction with the microprotrusions of the polymer overlay, write

Figure 00000082
Figure 00000082

Figure 00000083
Figure 00000083

Отсюда следует, что ось О-О (фиг. 38а, б, взяты фрагменты из фиг. 37) делит цикл нагружения микроконтактов на две зоны, удовлетворяющие условию (61 и 62). В данном случае имеем две импульсные пары, одна из которых действует со стороны микровыступов «металл-полимер», а вторая - со стороны микровыступов «полимер-металл». При взаимодействии указанных пар наблюдается явление смещения микровыступов. Импульсные пары заменяем приведенными. Тогда путь микровыступа обода шкива, пройденный за время действия приведенной импульсной пары (при V0=0), равен моменту пары, деленному на массу микровыступа обода шкиваIt follows that the O-O axis (Fig. 38a, b, fragments from Fig. 37 are taken) divides the loading cycle of the microcontacts into two zones satisfying condition (61 and 62). In this case, we have two impulse pairs, one of which acts from the side of the metal-polymer microprotrusions, and the second from the side of the polymer-metal microprotrusions. When these pairs interact, a phenomenon of displacement of microprotrusions is observed. Pulsed pairs are replaced by the given ones. Then the path of the microprotrusion of the pulley rim, covered during the duration of the reduced impulse pair (at V 0 = 0), is equal to the moment of the pair divided by the mass of the microprotrusion of the pulley rim

Figure 00000084
Figure 00000084

График пути микровыступа обода шкива, построенный по методу импульсных пар, изобразился ломаной линией 0-1-2-3-4, которая совпадает с действительным графиком пути в точках, представляющих наибольший интерес. В промежутках между ними действительная кривая строится приближенно путем скругления углов ломаной. Каждой импульсной паре соответствует характерный для колебательных процессов участок графика пути. Точки с нулевой скоростью А', В' и 4 (0, А'' и В'') соответствуют границам импульсных пар. В данном случае максимальная скорость микровыступа обода шкива достигается в момент перемены знака при смещении микровыступа накладки и действия силы реакции (точка Б на графике пути).The pulley rim micro-protrusion path graph plotted using the pulsed pair method is depicted by a broken line 0-1-2-3-4, which coincides with the actual path graph at points of greatest interest. In the spaces between them, the actual curve is constructed approximately by rounding the corners of the polyline. Each impulse pair corresponds to a portion of the path graph characteristic of oscillatory processes. Points with zero speed A ', B' and 4 (0, A '' and B '') correspond to the boundaries of the pulse pairs. In this case, the maximum speed of the microprotrusion of the pulley rim is achieved at the moment of sign reversal when the microprotrusion of the lining and the reaction force are shifted (point B on the track graph).

Таким образом, при взаимодействии микровыступов «металл-полимер» образуются два одинаковых по величине, но различных по направлению момента. Вследствие этого взаимодействие микровыступов пар трения «металл-полимер» являются как бы уравновешенными. Из зависимостей (61) и (62) следует, что сумма площадей положительных импульсов равна сумме площадей отрицательных импульсов, а центр тяжести площади положительных импульсов лежит на одной вертикали с общим центром тяжести всех площадей отрицательных импульсов.Thus, during the interaction of microprotrusions "metal-polymer" two identical in magnitude, but different in the direction of the moment are formed. As a result of this, the interaction of the microprotrusions of the metal-polymer friction pairs is as if balanced. It follows from dependences (61) and (62) that the sum of the areas of positive impulses is equal to the sum of the areas of negative impulses, and the center of gravity of the area of positive impulses lies on the same vertical as the common center of gravity of all areas of negative impulses.

Импульсная природа взаимодействия микровыступов пар трения «металл-полимер» накладывает отпечаток на изменение импульсных нормальных сил на их пятнах контакта, и как следствие, на закономерностях изменения импульсных удельных нагрузок.The pulsed nature of the interaction of microprotrusions of friction pairs “metal-polymer” leaves an imprint on the change in the pulsed normal forces on their contact spots, and as a result, on the patterns of change in pulsed specific loads.

Одним из основных эксплуатационных параметров ленточно-колодочного тормоза является натяжение ветвей тормозной ленты. Разность между натяжениями набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты определяет импульсную силу трения, действующую в парах трения тормоза.One of the main operational parameters of the tape brake shoe is the tension of the branches of the brake tape. The difference between the tension of the running and running branches of the brake belt determines the pulsed friction force acting in the friction pairs of the brake.

Известно, что эффективность и долговечность металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза зависит от его конструктивных параметров. Последние, в свою очередь, влияют на эксплуатационные параметры тормоза. Перейдем к их определению. На фиг. 39 приведена схема ленточно-колодочного тормоза для определения усилий натяжения в тормозной ленте.It is known that the efficiency and durability of metal-polymer friction pairs of a tape-shoe brake depends on its design parameters. The latter, in turn, affect the operational parameters of the brake. We proceed to their definition. In FIG. 39 is a diagram of a tape-shoe brake for determining the tension forces in the brake belt.

Составляем уравнение равновесия элементарного участка ленты с накладкой

Figure 00000085
. Считаем
Figure 00000086
и, пренебрегая величиной второго порядка малости
Figure 00000087
, получаемWe compose the equation of equilibrium of the elementary section of the tape with the overlay
Figure 00000085
. We consider
Figure 00000086
and neglecting the magnitude of the second order of smallness
Figure 00000087
we get

Figure 00000088
Figure 00000088

Figure 00000089
; откуда
Figure 00000090
(65)
Figure 00000089
; where from
Figure 00000090
(65)

Из (64) и (65) получаем

Figure 00000091
; или
Figure 00000092
откудаFrom (64) and (65) we obtain
Figure 00000091
; or
Figure 00000092
where from

Figure 00000093
Figure 00000093

При этом

Figure 00000094
Wherein
Figure 00000094

Figure 00000095
Figure 00000095

Определение натяжения набегающей ветви тормозной ленты через задание величины натяжения сбегающей ветви позволяет перейти к оценке определения нормального, импульсного контактного усилия в паре трения «накладка-шкив».Determining the tension of the running branch of the brake band by setting the value of the tension of the running branch allows you to go on to assess the definition of normal, impulse contact force in the friction pair "pad-pulley".

Сначала рассмотрим контактную задачу взаимодействия со шкивом системы фрикционных накладок, шарнирно соединенных со стальной лентой при действии на концах ленты статических сил Sн и Sc. Следуя работе [12], накладки заменим точками, а центральные углы примем переменными (фиг. 40), исходя из того, что равномерное расположение накладок по дуге обхвата ленты приводит к неравномерному распределению импульсной нормальной нагрузки на них, и как следствие, к неравномерного изнашиванию их рабочих поверхностей.First, we consider the contact problem of interacting with a pulley of a system of friction linings pivotally connected to a steel tape under the action of static forces S n and S c at the ends of the tape. Following the work [12], we replace the pads with dots, and take the central angles as variables (Fig. 40), based on the fact that the uniform arrangement of the pads along the arc around the tape leads to an uneven distribution of the pulsed normal load on them, and as a result, to uneven wear their work surfaces.

Составим уравнение равновесия i-ой накладки. Обозначим через Fi и Ni, силу трения и нормальное усилие точки контакта, действующие на ленту, через Si-1, Si, Si+1 силы натяжения участков ленты, действующие на трех выбранных накладках вдоль хорд. Проектируя эти силы вдоль касательной и нормали, получаем:We compose the equilibrium equation of the i-th lining. We denote by F i and N i , the friction force and normal force the contact points acting on the tape, by S i-1 , S i , S i + 1 the tension forces of the sections of the tape acting on the three selected plates along the chords. Projecting these forces along the tangent and normal, we get:

Figure 00000096
Figure 00000097
Figure 00000096
Figure 00000097

При наличии скольжения в точке контакта выполняется условие трения Кулона (f - динамический коэффициент трения)If there is a slip at the contact point, the Coulomb friction condition is satisfied (f is the dynamic coefficient of friction)

Figure 00000098
Figure 00000098

Пользуясь условием (68), получаемUsing condition (68), we obtain

Figure 00000099
Figure 00000099

В формулах (67, 69) Si, β0, и βn считаются заданными величинами. В частности, если положить β012=…=βn=β, то из соотношения (69) (после исключения Si (i=1, 2, 3…n-1), получаем формулу, использованную в [10]:In formulas (67, 69), S i , β 0 , and β n are considered given values. In particular, if we put β 0 = β 1 = β 2 = ... = β n = β, then from relation (69) (after excluding S i (i = 1, 2, 3 ... n-1), we obtain the formula used at 10]:

Figure 00000100
Figure 00000100

При выводе соотношения (70) было принято, что во всех контактных точках накладок со шкивом имеет место скольжение, т.е. выполняется условие (68).When deriving relation (70), it was assumed that at all contact points of the pads with a pulley slip occurs, i.e. condition (68) is satisfied.

С помощью зависимостей (69)-(70) можно найти величины натяжения тормозной ленты и выбрать углы βj таким образом, чтобы нормальные усилия по точкам контакта накладок со шкивом было распределено равномерно. В этом случае фрикционные материалы накладок будут использоваться более рационально.Using dependences (69) - (70), it is possible to find the values of the brake belt tension and choose the angles β j so that the normal forces at the contact points of the pads with the pulley are evenly distributed. In this case, the friction materials of the linings will be used more rationally.

Результаты расчетов импульсных нормальных усилий по зависимости (67) проиллюстрированы на фиг. 41.The calculation results of pulsed normal forces according to dependence (67) are illustrated in FIG. 41.

Закономерности импульсного изменения контактного нормального усилия в паре трения «шкив-накладка» ленточно-колодочного тормоза по длине накладки в различных зонах ее ширины (а) взаимодействия показали следующее. Накладка по ширине была разбита на три зоны: первая (а 1=30,0 мм); вторая (a 2=60,0 мм) и третья (a3=90,0 мм). Первая и вторая зоны накладки находились на ее набегающей части, а третья зона располагалась на сбегающей части накладки. Максимальные нормальные усилия имели место в первой и второй зоне (кривые 1 и 2), а минимальные - в третьей зоне (кривая 3). Если рассматривать изменение нормальных усилий по длине фрикционной накладки, то со стороны незащемленного края обода шкива примерно на одной третьей его длины наблюдалось квазивыравнивание нормальных усилий.The patterns of pulsed change in the contact normal force in the friction pair “pulley-pad” of the tape-shoe brake along the length of the pad in different zones of its width ( a ) of interaction showed the following. The overlay in width was divided into three zones: the first ( a 1 = 30.0 mm); the second ( a 2 = 60.0 mm) and the third (a 3 = 90.0 mm). The first and second zones of the lining were located on its running part, and the third zone was located on the runaway part of the lining. The maximum normal forces occurred in the first and second zones (curves 1 and 2), and the minimum ones in the third zone (curve 3). If we consider the change in normal forces along the length of the friction lining, then from the non-clamped edge of the rim of the pulley about one third of its length was observed quasi-equalization of normal forces.

Тормозной момент, развиваемый фрикционными узлами тормоза.The braking torque developed by the friction brake assemblies.

В большинстве случаев, очень трудно детально проанализировать и оценить динамические параметры металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки в процессе торможения из-за контактно-импульсного их взаимодействия. Импульсная природа взаимодействия микровыступов металлополимерных пар трения накладывает отпечаток на закономерности изменения в контакте нормальных сил, динамического коэффициента трения, сил трения и других эксплуатационных параметров, и как следствие, на один из важнейших параметров - тормозной момент, развиваемый ленточно-колодочным тормозом буровой лебедки.In most cases, it is very difficult to analyze and evaluate in detail the dynamic parameters of metal-polymer friction pairs of the drawworks brake of the drawworks during braking due to their contact-pulse interaction. The pulsed nature of the interaction of microprotrusions of metal-polymer friction pairs leaves an imprint on the patterns of change in contact of normal forces, dynamic coefficient of friction, friction forces and other operational parameters, and as a result, one of the most important parameters is the braking torque developed by the drawbar brake of a drawworks.

Расчетная схема фрикционного узла тормоза приведена на фиг 42.The design diagram of the friction brake assembly is shown in FIG. 42.

Тормозной момент, развиваемый парами трения тормозаBraking torque developed by brake friction pairs

«накладки-шкив»"Pulley lining"

Figure 00000101
Figure 00000101

«накладки-лента»"Overlays tape"

Figure 00000102
Figure 00000102

Зависимость (72) используется для определения тормозного момента в том случае, когда фрикционные накладки посажены с натягом на рабочую поверхность тормозного шкива и вместе с ним вращаются. При этом тормозная лента свободна от фрикционных накладок.Dependence (72) is used to determine the braking torque in the case when the friction linings are fitted with an interference fit on the working surface of the brake pulley and rotate with it. In this case, the brake band is free of friction linings.

Проанализируем закономерности изменения тормозных моментов по длине ленты тормоза, которая разбита на три зоны: с 1-ой до 7-ой; с 7-ой до 15-ой; с 15-ой до 22-ой накладки (фиг. 43). В каждой из зон наблюдаются всплески тормозных моментов, которые имеют максимальные значения на третей, одиннадцатой (при f=0,2 максимум смещен на 12-ую накладку) и девятнадцатой накладках. Относительно последней накладки смещение максимальных величин тормозных моментов при значениях f=0,2; 0,25 и 0,3 приходится на двадцатую накладку.Let us analyze the patterns of change in braking moments along the length of the brake band, which is divided into three zones: from the 1st to the 7th; from the 7th to the 15th; from the 15th to the 22nd overlay (Fig. 43). In each zone, bursts of braking moments are observed, which have maximum values on the third, eleventh (with f = 0.2, the maximum is shifted to the 12th pad) and the nineteenth pad. Relative to the last lining, the displacement of the maximum values of the braking moments at f = 0.2; 0.25 and 0.3 are on the twentieth pad.

В табл. 6 приведены моментные характеристики накладок ленты тормоза при их минимальных и максимальных значениях.In the table. Figure 6 shows the torque characteristics of the brake linings at their minimum and maximum values.

Приведем анализ величин тормозных моментов отдельно по каждой зоне участка тормозной ленты по конкретным фрикционным накладках при изменении динамического коэффициента трения от 0,2 до 0,35. Определим сначала соотношения динамических коэффициентов трения 0,25/0,2=1,25; 0,3/0,25=1,2 и 0,35/0,3=1,16, т.е. их величины уменьшаются. При этом при минимальных значениях тормозных моментов их соотношения в зонах тормозной ленты составляют: в первой - 1,564; 3,23 и 2,27; во второй - 1,16; 1,8 и 1,08; в третей - 1,27; 1,22 и 1,19 (при вышеуказанных соотношениях динамических коэффициентах трения). Наиболее стабильными являются соотношения минимальных тормозных моментов в третьей зоне, поскольку они почти равны соотношениям динамических коэффициентов трения. Во второй зоне соотношения минимальных тормозных моментов изменяются от 1,08 до 1,8, а в первой зоне - от 2,24 до 15,6.We give an analysis of the values of braking moments separately for each zone of the brake band section for specific friction linings when the dynamic coefficient of friction changes from 0.2 to 0.35. First, we determine the ratio of the dynamic coefficients of friction 0.25 / 0.2 = 1.25; 0.3 / 0.25 = 1.2 and 0.35 / 0.3 = 1.16, i.e. their values are decreasing. At the same time, with the minimum values of the braking moments, their ratios in the zones of the brake belt are: in the first, 1.564; 3.23 and 2.27; in the second, 1.16; 1.8 and 1.08; in the third, 1.27; 1.22 and 1.19 (with the above ratios of the dynamic coefficients of friction). The most stable are the ratios of the minimum braking moments in the third zone, since they are almost equal to the ratios of the dynamic friction coefficients. In the second zone, the ratios of the minimum braking moments vary from 1.08 to 1.8, and in the first zone, from 2.24 to 15.6.

Что касается соотношений максимальных тормозных моментов, то они изменяются в зонах тормозных лент следующим образом: в первой - 2,68; 1,40 и 1,211; во второй - 0,745; 2,02 и 1,25; в третьей - 1,25; 1,69 и 1,49. Наиболее близкими по величине соотношения применительно к динамическим коэффициентам трения являются соотношения максимальных тормозных моментов, развиваемых накладками третьей зоны ленты.As for the ratios of maximum braking moments, they vary in the areas of brake bands as follows: in the first - 2.68; 1.40 and 1.211; in the second - 0.745; 2.02 and 1.25; in the third - 1.25; 1.69 and 1.49. The closest ratios in relation to the dynamic coefficients of friction are the ratios of the maximum braking moments developed by the overlays of the third zone of the tape.

Таким образом, соотношение минимальных и максимальных тормозных моментов, развиваемых третьей зоной тормозной ленты (находится на набегающей ветви ленты), являются квазистабильными величинами.Thus, the ratio of the minimum and maximum braking moments developed by the third zone of the brake band (located on the oncoming branch of the band) are quasistable values.

Figure 00000103
Figure 00000103

Анализ величин градиентов тормозных моментов, развиваемых третьей накладкой (первая зона ленты), согласно табл. 6, показывает что имеет место колебание их значений от 62,1 до 166,8 кНм/м, а соотношения изменяются от 0,745 до 2,686. Наиболее стабильные величины соотношений имеют градиенты тормозных моментов, развиваемые двадцатой накладкой (третья зона ленты), которые составляют 1,21; 1,25 и 1,23 при соотношениях динамических коэффициентов трения 1,25; 1,2 и 1,16.Analysis of the values of the gradients of braking moments developed by the third pad (the first zone of the tape), according to the table. 6, shows that there is a fluctuation in their values from 62.1 to 166.8 kNm / m, and the ratios vary from 0.745 to 2.686. The most stable ratio values are the braking torque gradients developed by the twentieth plate (third zone of the tape), which are 1.21; 1.25 and 1.23 with ratios of dynamic friction coefficients 1.25; 1.2 and 1.16.

Использование нового эксплуатационного параметра, которым является градиент тормозных моментов, развиваемых парами трения «тормозной шкив - фрикционная накладка» позволяет давать оценку их величин по каждой фрикционной накладке тормозной ленты.Using a new operational parameter, which is the gradient of the braking moments developed by the friction pairs “brake pulley - friction lining” allows us to evaluate their values for each friction lining of the brake belt.

Скорость скольжения пар трения тормоза. При реализуемой удельной мощности трения fpVck парами трения ленточно-колодочного тормоза удельные нагрузки р и динамический коэффициент трения f, развиваемые на пятнах контактов их микровыступов, в значительной степени зависят от скорости скольжения Vck. Так, на начальной стадии торможения при высокой скорости скольжения Vck при взаимодействии микровыступов пар трения происходит генерирование электрических токов на их вершинах при больших удельных нагрузках р на пятнах контактов при заметно сниженных величинах динамического коэффициента трения f. При дальнейшем увеличении площадей пятен контактов микровыступов из-за их деформации и износа происходит снижение скорости скольжения Vck и импульсных удельных нагрузок р, и как следствие, увеличение динамического коэффициента трения f. При этом наблюдается увеличение поверхностной температуры ϑn на пятнах контактов микровыступов пар трения.Sliding speed of brake friction pairs. When the specific friction power fpV ck is realized by the friction pairs of the band brake, the specific loads p and the dynamic friction coefficient f developed on the contact spots of their microprotrusions depend to a large extent on the sliding speed V ck . So, at the initial stage of braking at a high sliding speed V ck, when microprotrusions of friction pairs interact, electric currents are generated at their vertices at high specific loads p at the contact spots with markedly decreased values of the dynamic friction coefficient f. With a further increase in the areas of contact spots of microprotrusions due to their deformation and wear, the sliding speed V ck and the pulsed specific loads p decrease, and as a result, the dynamic friction coefficient f increases. In this case, an increase in the surface temperature ϑ n is observed at the contact spots of the microprotrusions of the friction pairs.

Таким образом, изменение скорости скольжения Vck и импульсных удельных нагрузок р значительно меньше влияет на изменение динамического коэффициента трения f и интенсивность износа, чем воздействие температуры поверхности трения ϑn.Thus, a change in the sliding velocity V ck and pulsed specific loads p significantly less affects the change in the dynamic friction coefficient f and the wear rate than the effect of the temperature of the friction surface ϑ n .

Между скоростью скольжения и температурой поверхностного слоя металлического фрикционного элемента, при прочих равных условиях, существует зависимость согласно формуле Егера, прирост температуры пропорционален корню из скорости скольжения. При температуре в 100…200°С, когда поверхностные и подповерхностные слои металлического фрикционного элемента являются прогретыми, вследствие дискретности контакта их микровыступов в общем напряженно-деформированном состоянии поверхностей возрастают и контактные импульсные удельные нагрузки уменьшаются. Подплавление микровыступов пятен контактов, т.е. поверхностей активного массопереноса приводит к изменению их формы, что в общем случае сопровождается увеличением фактической площади пятен контактов и пропорциональным снижением контактных импульсных удельных нагрузок. В месте с тем температура при электротермомеханическом трении от этого не изменяется, т.е. глубинный градиент температуры в ободе металлического фрикционного элемента не зависит от импульсных удельных нагрузок и вполне определяется скоростью скольжения и выполненной работой трения. Пики температур практически полностью реализуются в активном микрообъеме микровыступов металлического фрикционного элемента. При температуре на пятнах контактов микровыступов в 800…1000°С объемная температура остального материала обода металлического фрикционного элемента будет составлять 200…250°С и существенно отличается от окружающей среды (20…40°С). Это позволяет говорить о большом поверхностном температурном градиенте, а также о температурном градиенте активного микрообъема микровыступов. Продолжительность температурного пика и периода перехода от нагревания к охлаждению и наоборот согласно принципа суперпозиции оценивается темпами нагревания и охлаждения.Between the sliding speed and the temperature of the surface layer of the metal friction element, ceteris paribus, there is a dependence according to the Eger formula, the temperature increase is proportional to the root of the sliding speed. At a temperature of 100 ... 200 ° C, when the surface and subsurface layers of the metal friction element are heated, due to the discreteness of the contact of their microprotrusions in the general stress-strain state of the surfaces, they increase and the contact impulse specific loads decrease. Melting microprotrusion of contact spots, i.e. surfaces of active mass transfer leads to a change in their shape, which in the general case is accompanied by an increase in the actual area of contact spots and a proportional decrease in contact pulse specific loads. In that place, the temperature during electrothermomechanical friction does not change from this, i.e. the deep temperature gradient in the rim of the metal friction element is independent of pulsed specific loads and is completely determined by the sliding speed and the friction work performed. Temperature peaks are almost completely realized in the active microvolume of the microprotrusions of the metal friction element. At a temperature at the contact spots of microprotrusions of 800 ... 1000 ° С, the volumetric temperature of the remaining material of the rim of the metal friction element will be 200 ... 250 ° С and significantly differs from the environment (20 ... 40 ° С). This suggests a large surface temperature gradient, as well as the temperature gradient of the active microvolume of microprotrusions. The duration of the temperature peak and the period of transition from heating to cooling and vice versa according to the principle of superposition is estimated by the rates of heating and cooling.

Величина активного микрообъема микровыступов пары трения «металл-полимер» зависит от физико-механических характеристик, а также от параметра pVck (произведения скорости относительного скольжения на импульсную удельную нагрузку) и ограничивается глубиной проникновения теплового импульса, на которой влияние температуры на физико-механические свойства материала обода металлического фрикцинного элемента являются ощутимым.The magnitude of the active microvolume of the microprotrusions of the metal-polymer friction pair depends on the physicomechanical characteristics, as well as on the parameter pV ck (the product of the relative slip velocity and the specific impulse load) and is limited by the penetration depth of the thermal pulse, on which the effect of temperature on the physicomechanical properties The material of the rim of the metal friccin element are tangible.

На рис. 44 приведены результаты экспериментальных исследования пары трения «шкив-накладка» (материал сталь 35ХНЛ-ФК-24А) в стендовых условиях при удельных нагрузках 0,6МПа и поверхностных температурах 200°С и 400°С зависимости динамического коэффициента трения от скорости скольжения. Анализ приведенных графических зависимостей указывает на следующее: с увеличением скорости скольжения пар трения при уровнях ниже (крива 1) и выше (кривая 2) допустимой температуры материалов накладки изменение динамического коэффициента трения выражается падающими криволинейными зависимостями. При этом отклонение величин значений динамических коэффициентов трения составляет 0,015 при Vck=1,0 м/с и 0,041 при Vck=6,0 м/с, т.е. при увеличении скорости скольжения в шесть раз, а поверхностная температура увеличивается только в два раза при постоянных удельных нагрузках p=0,6МПа. Что касается динамического коэффициента трения, то его величина изменения увеличилась в 2,8 раза.In fig. 44 shows the results of an experimental study of a “pulley-slip” friction pair (material 35KHNL-FK-24A steel) under bench conditions at specific loads of 0.6 MPa and surface temperatures of 200 ° C and 400 ° C, depending on the dynamic coefficient of friction on sliding speed. An analysis of the graphical dependencies indicated indicates the following: with an increase in the sliding speed of friction pairs at levels below (curve 1) and above (curve 2) of the permissible temperature of the lining materials, a change in the dynamic coefficient of friction is expressed by falling curvilinear dependencies. In this case, the deviation of the values of the dynamic friction coefficients is 0.015 at V ck = 1.0 m / s and 0.041 at V ck = 6.0 m / s, i.e. with an increase in the sliding speed by six times, and the surface temperature increases only twice with constant specific loads p = 0.6 MPa. As for the dynamic coefficient of friction, its magnitude of change increased by 2.8 times.

Важнейшим параметром температурного режима трения и изнашивания является поверхностный и глубинный градиенты температуры металлического фрикционного элемента. Температурные градиенты влияют на градиент механических свойств контактирующих материалов, а следовательно, на динамический коэффициент трения и износ.The most important parameter of the temperature regime of friction and wear is the surface and deep temperature gradients of the metal friction element. Temperature gradients affect the gradient of the mechanical properties of the contacting materials, and hence the dynamic coefficient of friction and wear.

Энергонагруженность металлополимерных пар трения тормозов.Energy load of metal-polymer brake friction pairs.

Ленточно-колодочные тормоза имеют тяжелонагруженные узлы трения, в которых температура в контактных зонах может достигать 1000°С и выше, что приводит к расплавлению металлических пятен контактов микровыступов и разложению поверхностного слоя полимерной накладки. Интенсивность деформации и температура поверхностных и подповерхностных слоев уменьшаются, а температурные градиенты в таких условиях могут достигать по поверхности 800-1000°С/см и по глубине 80-100°С/мм.Band brake shoes have heavily loaded friction units, in which the temperature in the contact zones can reach 1000 ° C and higher, which leads to the melting of metal spots of contacts of microprotrusions and the decomposition of the surface layer of the polymer lining. The strain rate and temperature of the surface and subsurface layers are reduced, and temperature gradients in such conditions can reach 800-1000 ° C / cm along the surface and 80-100 ° C / mm deep.

Если гармонические колебания температуры в рабочем слое обода тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза выразить синусоидой, то получим уравнениеIf harmonic temperature fluctuations in the working layer of the rim of the brake pulley of the tape-shoe brake are expressed as a sinusoid, then we obtain the equation

Figure 00000104
Figure 00000104

Для заданной кривой угол ϕ' зависит от начального момента отсчета времени; для этого момента (τ=0) из уравнения (73) следуетFor a given curve, the angle ϕ 'depends on the initial time reference; for this moment (τ = 0) from equation (73) it follows

Figure 00000105
Figure 00000105

Максимум температуры получим при τк равномWe obtain the maximum temperature at τ k equal to

Figure 00000106
Figure 00000106

Уравнение (74) описывает колебание температуры с течением времени около некоторой постоянной температуры, принимаемой при отсчете колебаний в качестве нулевой.Equation (74) describes the temperature fluctuation over time near a certain constant temperature, which is taken as zero at the counting of the oscillations.

Гармонические колебания тепловых потоков (кВт/м2) выражаются аналогичным уравнением. При своих колебаниях тепловые потоки имеют направления либо в сторону движения волны, либо в обратную сторону. Считаем первое направление положительным, а второе - отрицательным.Harmonic fluctuations in heat fluxes (kW / m 2 ) are expressed by a similar equation. During their oscillations, heat fluxes have directions either in the direction of wave motion or in the opposite direction. We consider the first direction positive, and the second negative.

При гармонических колебаниях положительный тепловой поток в течении полупериода переносит теплоту в сторону движения волны, а в течение следующего полупериода - столько же теплоты в обратную сторону.During harmonic oscillations, the positive heat flux during the half-cycle transfers heat to the direction of wave motion, and during the next half-cycle, the same amount of heat is in the opposite direction.

Распространение теплового потока в материале пар трения тормозных устройств определяется по зависимостиThe distribution of heat flux in the material of friction pairs of brake devices is determined by the dependence

Figure 00000107
Figure 00000107

Перепад температур на участке поверхности длиной lуч определяется какThe temperature difference on a surface area of length l uch is defined as

Figure 00000108
Figure 00000108

С учетом (77) перепад температур на участке поверхности определяется какIn view of (77), the temperature difference in the surface area is defined as

Figure 00000109
Figure 00000109

Параметр Rλ (78) называется термическим сопротивлением участка поверхностиThe parameter R λ (78) is called the thermal resistance of the surface area

Figure 00000110
Figure 00000110

В формулах (78) и (79) наблюдается аналогия из соотношений для линейных электрических цепей, в частности, формула (78) представляет собой аналог закона Ома, где в качестве падения напряжения выступает перепад температур на участке поверхности ϑl. Температуре ϑl отвечает электрический потенциал, а аналогом тока является тепловой поток q. Формула (79) является аналогом известной формулы оммического сопротивления, в которой в роли удельного сопротивления выступает величина 1/λуч [13].In formulas (78) and (79), an analogy is observed from the relations for linear electric circuits, in particular, formula (78) is an analog of Ohm's law, where the temperature drop on the surface area выступает l acts as a voltage drop. The temperature ϑ l corresponds to the electric potential, and the heat flux q is an analog of the current. Formula (79) is an analogue of the well-known ohmic resistance formula, in which the value 1 / λ Uch acts as the resistivity [13].

Тепловой поток, проходящий через любой участок взаимодействующих поверхностей пар трения тормоза, определяем из выраженияThe heat flux passing through any part of the interacting surfaces of the friction pairs of the brake is determined from the expression

Figure 00000111
Figure 00000111

Последний параметр определяется по формулеThe last parameter is determined by the formula

Figure 00000112
Figure 00000112

В основу приведенной формулы (81) заложена расчетная модель контакта, базирующаяся на общепринятых допущениях теории механического контактирования поверхностей. Данную теорию разработал Н.М. Демким, согласно которой предполагается определение общей проводимости контакта 1/R'K в виде суммы проводимостей фактического контакта 1/R'λ и межконтактной среды 1/R'C. Особенно важно знать последнее слагаемое при попадании обода тормозного барабана в термостабилизационное состояние.The above formula (81) is based on a calculated contact model based on generally accepted assumptions of the theory of mechanical contacting surfaces. This theory was developed by N.M. Demkim, according to which it is supposed to determine the total conductivity of the contact 1 / R ' K as the sum of the conductivities of the actual contact 1 / R' λ and the contact medium 1 / R ' C. It is especially important to know the last term when the brake drum rim enters the thermal stabilization state.

Проникновение теплоты в тело обода шкива и фрикционной накладки при длительном и импульсном режимах их нагружения.The penetration of heat into the body of the pulley rim and the friction lining during prolonged and pulsed loading conditions.

Результаты расчетов по вышеприведенным зависимостям с учетом изменения коэффициентов температуропроводности при температурах 150; 300 и 450°С позволили произвести анализ полученных данных при импульсном и длительном режимах подведения теплоты, которые свидетельствуют о следующем:The calculation results for the above dependencies, taking into account changes in the coefficients of thermal diffusivity at temperatures of 150; 300 and 450 ° C allowed us to analyze the data obtained under pulsed and continuous heat supply modes, which indicate the following:

импульсном (обод шкива)pulsed (pulley rim)

- при изменении а ш в пределах (0,87-1,08)10-5, м2/с - глубина проникновения теплоты колебалась от 0,051 мм до 0,22 мм, т.е. прогретым был приповерхностный слой обода шкива;- when changing a w within (0.87-1.08) 10 -5 , m 2 / s - the penetration depth of heat ranged from 0.051 mm to 0.22 mm, i.e. the surface layer of the pulley rim was warmed up;

длительном (обод шкива)long (pulley rim)

- при изменении а ш в пределах (0,87-1,08)10-5, м2/с глубина проникновения теплоты колебалась от 5,1 мм до 22,02 мм, - т.е. была прогрета полностью толщина обода шкива;- when changing a w within (0.87-1.08) 10 -5 , m 2 / s, the penetration depth of heat ranged from 5.1 mm to 22.02 mm, i.e. the thickness of the pulley rim was completely warmed up;

импульсном (накладка)pulsed (pad)

- при изменении а н в пределах (0,2-0,6)10-6, м2/с глубина проникновения теплоты составила от 0,008 мм до 0,052 мм, т.е. прогретым был поверхностный слой накладки;- when changing a n in the range (0.2-0.6) 10 -6 , m 2 / s, the penetration depth of heat was from 0.008 mm to 0.052 mm, i.e. the surface layer of the lining was warmed up;

длительном (накладка)long (overlay)

- при изменении а н в пределах (0,2-0,6)10-6, м2/с глубина проникновения теплоты составила от 0,77 мм до 5,19 мм, т.е. прогретым был рабочий слой накладки.- when changing a n in the range (0.2-0.6) 10 -6 , m 2 / s, the penetration depth of heat was from 0.77 mm to 5.19 mm, i.e. the working layer of the lining was warmed up.

При расчетах время изменялось следующим образом: при подведении теплоты: импульсном - от 0,0001 с до 0,0015 с; длительном - от 1,0 с до 14,0 с.In the calculations, the time changed as follows: when applying heat: pulsed - from 0.0001 s to 0.0015 s; long - from 1.0 s to 14.0 s.

Таким образом, энергонагруженность обода тормозного шкива таковая, что эффективная глубина проникновения тепловых токов заведомо больше его номинальной толщины при длительном тепловом режиме нагрузки.Thus, the energy load of the rim of the brake pulley is such that the effective penetration depth of the thermal currents is obviously greater than its nominal thickness under long-term thermal load conditions.

Энергонагруженность металлополимерных пар трения тормозных устройств в значительной степени зависит от их вынужденного охлаждения.The energy load of metal-polymer friction pairs of braking devices largely depends on their forced cooling.

На фиг. 45 проиллюстрирована схема теплообмена от поверхностей фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки. В теплообмене принимают участие: тормозной шкив 1 с ребордами 3 и выступом 2; тормозная лента 4 с фрикционными накладками 5. Аккумулятором тепловой энергии в данном виде тормоза является шкив 1. Фрикционные накладки 5 являются своего рода теплоизолятором между тормозным шкивом 1 и тормозной лентой 4. Интенсивность теплообмена от поверхностей последней незначительна и поэтому ее эффективностью можно пренебречь. Полированной поверхностью тормозного шкива 1 является его рабочая (наружная) поверхность. Матовыми поверхностями тормозного шкива 1 являются; внутренние и торцевые поверхности его обода, а также его наружная поверхность, которая контактирует с фланцем 6 барабана лебедки 7. Полированная поверхность тормозного шкива 1 является нагреваемой, а его матовые поверхности - охлаждаемые.In FIG. 45 illustrates a heat transfer scheme from surfaces of friction assemblies of a drawbar brake of a drawworks. In heat exchange take part: brake pulley 1 with flanges 3 and protrusion 2; brake belt 4 with friction linings 5. The accumulator of thermal energy in this type of brake is a pulley 1. Friction linings 5 are a kind of heat insulator between the brake pulley 1 and the brake belt 4. The heat exchange from the surfaces of the latter is negligible and therefore its effectiveness can be neglected. The polished surface of the brake pulley 1 is its working (outer) surface. The frosted surfaces of the brake pulley 1 are; the inner and end surfaces of its rim, as well as its outer surface, which is in contact with the flange 6 of the winch drum 7. The polished surface of the brake pulley 1 is heated, and its matte surface is cooled.

При поверхностных температурах металлических фрикционных элементов, которыми являются тормозные шкивы и барабаны, изготовленные из различных материалов, выше 150-200°С интенсивность вынужденного конвективного теплообмена резко падает, а заметно увеличивается теплообмен лучеиспусканием. Согласно закону Стефана-Больцмана, коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием [14]At surface temperatures of metal friction elements, which are brake pulleys and drums made of various materials, above 150-200 ° C, the intensity of forced convective heat transfer decreases sharply, and heat transfer by radiation is noticeably increased. According to the Stefan-Boltzmann law, heat transfer coefficient by radiation [14]

Figure 00000113
Figure 00000113

На фиг. 46а, б представлены результаты расчетов по формуле (82) коэффициентов теплоотдачи лучеиспусканием матовых и полированных поверхностей металлических фрикционных элементов от температуры их нагревания.In FIG. 46 a , b presents the results of calculations by the formula (82) of the heat transfer coefficients by radiating the matte and polished surfaces of metal friction elements from the temperature of their heating.

Однако имеется особенность в том, что коэффициенты излучения для матовой и полированной поверхности для чугуна и стали имеют различное значение. Кроме того, по отношению к коэффициентам излучения матовой поверхности к полированной, которое равно отношению площади охлаждаемой поверхности к площади нагреваемой поверхности металлического фрикционного элемента можно судить о наступлении установившегося теплового состояния металлического фрикционного элемента. В виде соотношений получаем:However, there is a peculiarity in that the emissivity for a matte and polished surface for cast iron and steel have different values. In addition, with respect to the emissivity of the matte surface to the polished one, which is equal to the ratio of the area of the cooled surface to the area of the heated surface of the metal friction element, it is possible to judge the steady-state thermal state of the metal friction element. In the form of relations we obtain:

для барабанно-колодочного тормозаfor drum brake

(тормозной барабан изготовлен из чугуна)(brake drum made of cast iron)

Figure 00000114
Figure 00000115
Figure 00000114
Figure 00000115

для ленточно-колодочного тормозаfor tape brake

(тормозной шкив изготовлен из стали)(brake pulley made of steel)

Figure 00000116
Figure 00000117
Figure 00000116
Figure 00000117

В данном случае рассматриваются площади поверхностей теплообмена: заднего тормозного барабана автотранспортного средства КрАЗ-250 (табл. 7) и тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки У2-5-5 (табл. 8). Процентное расхождение между величинами отношений для различных видов тормозных устройств составляет: 11,5% - для первого случая; 23,0% - для второго.In this case, the heat exchange surface areas are considered: the rear brake drum of the KrAZ-250 motor vehicle (Table 7) and the brake pulley of the drawbar brake of the U2-5-5 winch (Table 8). The percentage discrepancy between the ratio values for various types of braking devices is: 11.5% - for the first case; 23.0% - for the second.

Если предположить, что 15,5% теплоты компенсируют вынужденный конвективный и кондуктивный теплообмены от поверхностей тормозного барабана автотранспортного средства, то такой вариант установившегося теплового состояния возможен в интервале небольших температур, т.е. 15-125°С. Для шкива ленточно-колодочного тормоза вариант установившегося его теплового состояния не возможен до допустимой температуры материала фрикционной накладки.If we assume that 15.5% of the heat is compensated by forced convective and conductive heat exchanges from the surfaces of the brake drum of a motor vehicle, then this option of a steady thermal state is possible in the range of low temperatures, i.e. 15-125 ° C. For a belt brake pulley, a variant of its steady state of heat is not possible up to the permissible temperature of the friction lining material.

Figure 00000118
Figure 00000118

Figure 00000119
Figure 00000119

Таким образом, предложен способ определения площадей поверхностей металлических фрикционных элементов при различной их энергоемкости в тормозных устройствах.Thus, a method for determining the surface areas of metal friction elements with different energy intensity in the brake devices is proposed.

Температурные градиенты в металлическом фрикционном элементе трибосопряжения. Процесс электротермомеханического трения, реализуемый тормозным устройством (ленточно-дисково-барабанно-колодочным), может быть как непродолжительным (единичное торможение) так продолжительным и длительным (циклическое и длительное торможение). От продолжительности процесса зависят генерируемые токи на поверхности трения фрикционных узлов, количество аккумулируемой теплоты и глубина проникновения тепловых волн по толщине металлического элемента трения. Исходя из вышеизложенного и предлагается к рассмотрению импульсный и длительный подвод теплоты к элементам трибосопряжения.Temperature gradients in a metal friction friction element. The process of electrothermomechanical friction, implemented by a braking device (tape-disk-drum-shoe), can be both short (single braking) so long and long (cyclic and long braking). The duration of the process depends on the generated currents on the friction surface of the friction units, the amount of accumulated heat and the penetration depth of thermal waves through the thickness of the metal friction element. Based on the foregoing, it is proposed to consider a pulsed and long-term supply of heat to the elements of tribological conjugation.

Взаимосвязь между темпом нагревания обода шкива и градиентом температуры по его толщине устанавливаем с помощью управляющей функции [4]The relationship between the heating rate of the pulley rim and the temperature gradient along its thickness is established using the control function [4]

Figure 00000120
Figure 00000120

Однако, в зависимости (83) необходимо ввести величину δ, т.е. толщину поверхностного и приповерхностного слоев фрикционных элементов для более точной их оценки нагретости. Для этого воспользуемся подстановкой а=λ/(сρ) (где ρ - плотность фрикционных материалов) и ν=Амδш (где ν - объем фрикционного материала). В результате подстановок и преобразований получаемHowever, in dependence (83), it is necessary to introduce the quantity δ, i.e. the thickness of the surface and near-surface layers of friction elements for a more accurate assessment of their heating. To do this, we use the substitution a = λ / (сρ) (where ρ is the density of the friction materials) and ν = А m δ ш (where ν is the volume of the friction material). As a result of substitutions and transformations, we obtain

Figure 00000121
Figure 00000121

Проведем анализ зависимости (84) по параметрам. Увеличение рабочей (полированной) площади обода шкива способствует росту его металлоемкости, так как увеличивается и его толщина, и как следствие, момент инерции. При этом толщина обода (δш) тормозного шкива определяется через регламентируемый его момент инерции (Iин Ш)Let us analyze the dependence (84) by parameters. An increase in the working (polished) area of the pulley rim promotes an increase in its metal consumption, since its thickness also increases, and as a result, the moment of inertia. Moreover, the thickness of the rim (δ W ) of the brake pulley is determined through its regulated moment of inertia (I in W )

Figure 00000122
Figure 00000122

Диаметр тормозного шкива определяется из условия достижения ленточно-колодочным тормозом момента, обеспечивающего спуск колонны бурильных труб максимального веса, а также возможности удержании их на весу.The diameter of the brake pulley is determined from the condition that the tape-shoe brake reaches the moment that allows the drill string to run at maximum weight, as well as the ability to keep them on weight.

Увеличение коэффициента теплопроводности, а в месте с ним и температуропроводности материалов обода шкива вызывает быстрый прогрев по его толщине, и как следствие, уменьшение температурного градиента. Если обозначить постоянное слагаемое

Figure 00000123
то можно установить связь между темпом нагревания
Figure 00000124
и градиентом температуры
Figure 00000125
имеющим место на рабочей поверхности обода шкива.An increase in the thermal conductivity coefficient, and in the place with it the thermal diffusivity of the pulley rim materials, causes a quick warm-up over its thickness, and as a result, a decrease in the temperature gradient. If we denote the constant term
Figure 00000123
then you can establish a connection between the heating rate
Figure 00000124
and temperature gradient
Figure 00000125
taking place on the working surface of the pulley rim.

Что касается зависимости (84), то здесь несколько инная картина. Значение закономерности изменения коэффициента температуропроводности материалов обода шкива от температуры, а также времени проникновения теплоты в слои обода шкива позволяет более точно, нежели в первом случае, определять отношение (а ш/bш). При этом используется зависимость, предложенная А.В. Чичинадзе, вида

Figure 00000126
(для обода шкива) и
Figure 00000127
(для полимерной накладки) для определения эффективной глубины проникновения теплоты в тело обода и накладки при длительном и импульсном режимах.As for the dependence (84), here is a slightly different picture. The value of the pattern of change in the coefficient of thermal diffusivity of the pulley rim materials as a function of temperature, as well as the time that heat penetrates into the layers of the pulley rim, allows one to more accurately determine the ratio ( a w / b w ) than in the first case. In this case, the dependence proposed by A.V. Chichinadze, species
Figure 00000126
(for pulley rim) and
Figure 00000127
(for polymer lining) to determine the effective depth of penetration of heat into the body of the rim and lining for continuous and pulsed modes.

Термические напряжения в ободе тормозного шкива. Остановимся на определении составляющих сжимающих напряжений, действующих на рабочую поверхность обода шкива в процессе спускоподъемных операций. Максимальные сжимающие напряжения σ1max в ободе шкива будут на его рабочей поверхности и они равны алгебраической сумме составляющихThermal stresses in the rim of the brake pulley. Let us dwell on the determination of the components of compressive stresses acting on the working surface of the pulley rim during tripping operations. The maximum compressive stresses σ 1max in the pulley rim will be on its working surface and they are equal to the algebraic sum of the components

Figure 00000128
Figure 00000128

Оценим величины термонапряжений, возникающих в ободе тормозного шкива, являющихся результатом особенностей его тепловой нагруженности.Let us evaluate the magnitude of thermal stresses arising in the rim of the brake pulley, which are the result of the peculiarities of its thermal loading.

Согласно энергетической теории прочности максимальное эквивалентное напряжение, возникающее в ободе шкива в месте соединения его с крепежным выступом, определяем по зависимости видаAccording to the energy theory of strength, the maximum equivalent stress arising in the rim of the pulley at the junction of it with the mounting protrusion is determined by the dependence of the form

Figure 00000129
Figure 00000129

Обработка статистических данных по разрезке краев трех новых ободов тормозных шкивов показала, что они сходились на 1,0-2,0 мм, т.е. имело место действие в них сжимающих напряжений. После разрезки 12-ти отработанных шкивов их края расходились на 40,0-50,0 мм. Следовательно, значительные остаточные растягивающие напряжения в ободе тормозного шкива образовались только в процессах фрикционного взаимодействия пар трения тормоза при их нагревании и вынужденном охлаждении при спускоподъемных операциях.Processing of statistical data on cutting edges of three new rims of brake pulleys showed that they converged by 1.0-2.0 mm, i.e. there was an action of compressive stresses in them. After cutting 12 spent pulleys, their edges diverged by 40.0-50.0 mm. Consequently, significant residual tensile stresses in the rim of the brake pulley were formed only in the processes of frictional interaction of the friction pairs of the brake during their heating and forced cooling during tripping.

Как видно из табл. 9 сжимающие напряжения в ободе тормозного шкива создаются, в основном, за счет напряжений от значительного температурного градиента на поверхностях обода, составляющего более 74,0% суммарных напряжений, а также от расположения крепежного выступа на середине обода (см. фиг. 22в). Из табл. 9 и формул (7-9) следует, что такие сжимающие напряжения в шкиве σ1 могли образоваться при перепаде температур свыше 38,5°С; перепад температур ниже 22,5°С не приводит к образованию остаточных напряжений.As can be seen from the table. 9, compressive stresses in the rim of the brake pulley are created mainly due to stresses from a significant temperature gradient on the surfaces of the rim of more than 74.0% of the total stresses, as well as from the location of the mounting protrusion in the middle of the rim (see Fig. 22c). From the table. 9 and formulas (7-9) it follows that such compressive stresses in the pulley σ 1 could be formed when the temperature difference exceeds 38.5 ° C; a temperature difference below 22.5 ° C does not lead to the formation of residual stresses.

В процессе остывания элементов тормозного шкива после спуска инструмента вследствие различной интенсивности теплоотдачи от

Figure 00000130
In the process of cooling the elements of the brake pulley after the descent of the tool due to different intensities of heat transfer from
Figure 00000130

полированной и матовых его поверхностей происходит перераспределение токов тепловых потоков в результате чего возникают температурные градиенты обратного знака по толщине слоев обода из-за их подпитки тепловыми потоками, идущими от крепежного выступа, а также вследствие деструкционных процессов, происходящих в поверхностных и подповерхностных слоях фрикционной накладки, которые вынужденно охлаждают рабочую поверхность обода шкива. В этом случае поверхностная температура последнего и становится меньше температуры слоев обода (см. фиг. 22а, в). Напряжения на поверхности обода тормозного шкива при этом совпадают с остаточными напряжениями. Величину их определяем по зависимостиredistribution of the polished and dull surfaces results in a redistribution of the heat flux currents, as a result of which temperature gradients of the opposite sign appear along the thickness of the rim layers due to their recharge by heat fluxes coming from the mounting protrusion, as well as due to the destruction processes occurring in the surface and subsurface layers of the friction lining, which are forced to cool the working surface of the pulley rim. In this case, the surface temperature of the latter becomes lower than the temperature of the rim layers (see Fig. 22 a , c). Stresses on the surface of the rim of the brake pulley in this case coincide with the residual stresses. Their value is determined by the dependence

Figure 00000131
Figure 00000131

Для исследуемой конструкции тормозного шкива даже при самых неблагоприятных условиях, т.е. при работе на серийных парах трения на всем протяжении спуска инструмента до забоя, эти напряжения составили менее 5% остаточных растягивающих напряжений. Температурный градиент обратного знака при этом составлял 10°С.For the investigated design of the brake pulley, even under the most adverse conditions, i.e. when working on serial friction pairs throughout the descent of the tool to the bottom, these stresses amounted to less than 5% of the residual tensile stresses. The temperature gradient of the opposite sign was 10 ° C.

Полученные данные дают возможность определить максимальное эквивалентное напряжение, возникающее в ободе шкива от сопряжения с ним крепежного выступа в результате действия температурного градиента по их толщине, используя зависимость (8). В данном случае при торможении для обода шкива градиент температуры по отношению к крепежному выступу составляет 65,0°С, а расчетное напряжение при этом достигает σ0=147,5 МПа.The data obtained make it possible to determine the maximum equivalent stress arising in the pulley rim from mating with the mounting protrusion as a result of the action of the temperature gradient over their thickness, using dependence (8). In this case, when braking for the pulley rim, the temperature gradient with respect to the mounting protrusion is 65.0 ° C, and the calculated voltage in this case reaches σ 0 = 147.5 MPa.

Следовательно, температурные напряжения в ободе шкива могут достигать нерегламентированных величин особенно летом, когда поверхностный температурный градиент большой. Неоднократное приложение импульсных нормальных сил, электрических и тепловых токов приводит к появлению в теле обода шкива остаточных напряжений. В тормозных шкивах при эксплуатации возникает усадка, образующая на центрирующей поверхности усилие, вызывающее растягивающее напряжения. Этим и объясняется тот факт, что отработанные шкивы из сталей всех марок, при условии отсутствия в них трещин, при демонтаже приходилось разрезать автогеном, при этом концы в местах реза расходятся на 40-50 мм.Therefore, temperature stresses in the pulley rim can reach unregulated values, especially in summer, when the surface temperature gradient is large. Repeated application of pulsed normal forces, electric and thermal currents leads to the appearance of residual stresses in the pulley rim body. During operation, shrinkage occurs in the brake pulleys, which generates a force on the centering surface that causes tensile stress. This explains the fact that spent pulleys made of steels of all grades, provided there were no cracks in them, had to be cut with autogenes during dismantling, while the ends at the cut points diverged by 40-50 mm.

Решающим фактором в зарождении и развитии трещин на рабочей поверхности ободов является отношение сопротивления трещинообразованию (σ0) к максимальному тепловому напряжению (σ')The decisive factor in the initiation and development of cracks on the working surface of the rims is the ratio of the resistance to cracking (σ 0 ) to the maximum thermal stress (σ ')

Figure 00000132
Figure 00000132

Если KC>1,0 поверхностный и подповерхностный слой материала обода шкива не разрушается.If K C > 1.0, the surface and subsurface layer of the pulley rim material does not collapse.

На фиг. 47 проиллюстрирована зависимость напряжений сопротивления трещинообразованию (σ0) от объемной температуры обода шкива (ϑоб) и величины сопротивления тепловому удару (KC). В интервале объемных температур от 50,0 до 200,0°С обода шкива суммарные остаточные термические напряжения изменяются от 100,8 до 299,0 МПа и при KC=1,0 они равны напряжениям сопротивления трещинообразованию (σ0). При KC=0,2-0,8 напряжения сопротивления трещинообразованию изменяются от 20,2 до 239,2 МПа, которые будут способствовать зарождению и развитию микротрещин на рабочей поверхности обода шкива.In FIG. 47 illustrates the dependence of stresses of resistance to cracking (σ 0 ) on the volumetric temperature of the pulley rim (ϑ rev ) and the value of resistance to thermal shock (K C ). In the range of volume temperatures from 50.0 to 200.0 ° C of the pulley rim, the total residual thermal stresses vary from 100.8 to 299.0 MPa and at K C = 1.0 they are equal to the stresses of cracking resistance (σ 0 ). At K C = 0.2-0.8, the stresses of resistance to cracking vary from 20.2 to 239.2 MPa, which will contribute to the nucleation and development of microcracks on the working surface of the pulley rim.

Исходя из вышеизложенного, повышение работоспособности ободов шкивов ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки достигается за счет:Based on the foregoing, improving the efficiency of the rims of the pulley of the tape-shoe brake of a drawworks is achieved by:

- снижения остаточных термических напряжений в ободе шкива, как путем уменьшения поверхностных допустимых температур для материалов фрикционной накладки для предохранения возникновения деструктивных процессов и сетки трещин на рабочих поверхностях ободов шкивов;- reducing residual thermal stresses in the pulley rim, as by reducing the surface allowable temperatures for the materials of the friction lining to prevent the occurrence of destructive processes and the network of cracks on the working surfaces of the pulley rims;

- снижения металлоемкости ободов тормозных шкивов путем: уменьшения их толщины; выполнение разборными или их устранением с процесса электротермомеханического трения.- reducing the metal consumption of the rims of the brake pulleys by: reducing their thickness; the implementation of collapsible or their elimination from the process of electrothermomechanical friction.

Для оценки относительного напряжения на любой толщине (по нормали к поверхности трения) обода тормозного шкива, работающего в апериодическом циклическом режиме, используем полученные соотношения при:To assess the relative stress at any thickness (normal to the friction surface) of the rim of a brake pulley operating in aperiodic cyclic mode, we use the obtained relations for:

нагревании когда

Figure 00000133
, т.е. на поверхности обода тормозного шкиваwhen heated
Figure 00000133
, i.e. on the surface of the rim of the brake pulley

Figure 00000134
Figure 00000134

Figure 00000135
Figure 00000135

Figure 00000136
Figure 00000136

естественном охлаждении когда

Figure 00000137
free cooling when
Figure 00000137

Figure 00000138
Figure 00000138

Figure 00000139
Figure 00000139

Figure 00000140
Figure 00000140

На основании полученных выражений (90)-(93) построены графические зависимости относительных термических напряжений при нагревании и естественном охлаждении для одного цикла подвода теплоты (фиг. 48а, б, в, г).Based on the obtained expressions (90) - (93), graphical dependences of the relative thermal stresses during heating and natural cooling were constructed for one heat supply cycle (Fig. 48 a , b, c, d).

Анализ графических зависимостей (см. фиг. 48а, б, в, г) показывают, что относительные термонапряжения (при нагревании) на рабочей поверхности обода шкива почти в десять раз превышают значение термонапряжений, возникающих в его слоях. Относительные напряжения достигают максимума, когда процесс происходит при теплоизолированных матовых поверхностях шкива (Bi=0) и приравниваются к нулю, когда теплообмен бесконечен (Bi→∞). Существенное влияние оказывает на естественное охлаждение критерий Bi. Причем с увеличением продолжительности процесса торможения влияние его на естественное охлаждение возрастает.Analysis of the graphical dependences (see Fig. 48 a , b, c, d) show that the relative thermal stresses (when heated) on the working surface of the pulley rim are almost ten times higher than the thermal stresses arising in its layers. Relative stresses reach a maximum when the process occurs on the heat-insulated matte surfaces of the pulley (Bi = 0) and are equal to zero when the heat transfer is infinite (Bi → ∞). The Bi criterion has a significant effect on natural cooling. Moreover, with an increase in the duration of the braking process, its effect on natural cooling increases.

Из анализа графических зависимостей (см. фиг. 48а, б, в, г) следует, что при естественном охлаждении относительных термических напряжений на полированной поверхности, являющейся источником радиационного теплообмена, почти в пять раз больше, чем по слоям обода шкива. Причем относительные напряжения достигают максимума, когда происходит интенсивный теплообмен (Bi→∞) и имеет максимальное значение, когда матовые поверхности теплоизолированы (Bi=0).From the analysis of the graphical dependencies (see Fig. 48 a , b, c, d) it follows that during natural cooling the relative thermal stresses on the polished surface, which is the source of radiation heat transfer, are almost five times greater than in the pulley rim layers. Moreover, the relative stresses reach a maximum when intense heat exchange occurs (Bi → ∞) and has a maximum value when the matte surfaces are thermally insulated (Bi = 0).

Выполненные расчеты показали, что наибольшие термические напряжения испытывают полированные поверхности обода шкива из-за больших поверхностях температурных градиентов. Кроме того, проявляется действие принципа суперпозиции при процессах «нагревание - охлаждение» слоев обода шкива, способствующих их тепловому как расширению так и сжатию, поскольку имеет место неравномерного прогрева слоев обода шкива.The calculations showed that the highest thermal stresses are experienced on the polished surfaces of the pulley rim due to the large surfaces of temperature gradients. In addition, the superposition principle manifests itself in the processes of “heating - cooling” of the pulley rim layers, which contribute to their thermal expansion and contraction, since there is uneven heating of the pulley rim layers.

Скоростные токи сред и их компонентов омывающие фрикционные узлы. Качественный и количественный состав токов омывающих сред в зазорах между микровыступами металлополимерных пар трения значительно влияет на их трибологические характеристики. Установлено, что состав токов омывающих сред также оказывает значительное влияние и на процессы, явления и эффекты, происходящие на пятнах контактов микровыступов пар трения и их изнашивание, в особенности фрикционных материалов на основе Fe, работающих в паре с металлическим контртелом. При работе в таких омывающих средах, содержащих в своем составе О2, на пятнах контактов трения происходит образование окисных пленок, обеспечивающих работу во фрикционных контактах в режиме окислительного износа, что исключает схватывание.High-speed currents of media and their components washing friction units. The qualitative and quantitative composition of the washer fluid currents in the gaps between the microprotrusions of the metal-polymer friction pairs significantly affects their tribological characteristics. It has been established that the composition of the currents of the washing media also has a significant effect on the processes, phenomena and effects that occur on the contact spots of the microprotrusions of friction pairs and their wear, in particular, friction materials based on Fe working in tandem with a metal counterbody. When working in such washing media containing O 2 , oxide films are formed on the spots of friction contacts, which ensure work in frictional contacts in the mode of oxidative wear, which excludes setting.

Токи омывающих сред необходимо рассматривать с позиций газовой динамики, нестационарной диффузии и химической кинетики и потреблении активных компонентов среды как между микровыступами не взаимодействующими в данный момент так и боковыми поверхностями микровыступов, находящихся в контактировании при условии, что коэффициент взаимного перекрытия Квз<1,0.Currents washing the media must be considered from the standpoint of gas dynamics, nonstationary diffusion and chemical kinetics of the active components and consumption environment as between microprotrusions do not interact at the moment and the lateral surfaces of the microprotrusions, are contacting with the proviso that the coefficient of mutual overlap K substituting <1.0 .

Площадь зоны трения, свободная от непосредственного контакта и доступная для химического взаимодействия с активными компонентами омывающей среды определяется по зависимостиThe area of the friction zone, free from direct contact and available for chemical interaction with the active components of the washing medium, is determined by the dependence

Figure 00000141
Figure 00000141

Газодинамическая модель контактного зазора представляет собой полость, в которой имеет место течение токов омывающей среды, содержащей активные компоненты. Характер течения токов омывающей среды оценивается критерием КнудсонаThe gas-dynamic model of the contact gap is a cavity in which the flow of currents of the washing medium containing active components takes place. The nature of the currents of the washing medium is evaluated by the Knudson criterion

Figure 00000142
Figure 00000142

Контактный зазор высотой hэф необходимо рассматривать как химический нанореактор, на стенках которого протекают гетерогенные химические реакции с образованием окисных пленок. В процессы трения (при торможении) регенерация окисных пленок взамен изношенных осуществляется путем нестационарного химического потребления активных компонентов токов омывающей среды стенками микровыступов с последующей их доставкой извне в межконтактный зазор.A contact gap of height h eff must be considered as a chemical nanoreactor, on the walls of which heterogeneous chemical reactions occur with the formation of oxide films. During friction (during braking), the regeneration of oxide films instead of worn ones is carried out by unsteady chemical consumption of active components of the currents of the washing medium by the walls of microprotrusions with their subsequent delivery from the outside to the intercontact gap.

Однако при этом необходимо учитывать условие теплового равновесия, которое требует, как известно, наряду с постоянством температуры также и постоянства вдоль среды суммы μxn+U. В данном случае речь идет о равновесии по отношению к электронам, так что под μxn надо понимать их химический потенциал, a U=-еϕэ. Соответственно, этому электрический ток j1 и диссипативный поток энергии q' обращаются одновременно в нуль лишь при условиях q1=const, μ-eϕэ=const, т.е. при ∇ϑ1=0, ∇μxn+еЕе=0. Выражение для j1 и q' записывают в виде следующих соотношений, удовлетворяющих указанному условиюHowever, it is necessary to take into account the condition of thermal equilibrium, which, as is well known, requires, along with the constancy of temperature, the constancy of the sum μ xn + U along the medium. In this case, we are talking about equilibrium with respect to electrons, so that by μ xn we need to understand their chemical potential, a U = -еϕ e . Accordingly, the electric current j 1 and the dissipative energy flux q 'vanish simultaneously only under the conditions q 1 = const, μ-eϕ e = const, i.e. for ∇ϑ 1 = 0, ∇μ xn + еЕ е = 0. The expression for j 1 and q 'is written in the form of the following relations satisfying the specified condition

Figure 00000143
Figure 00000143

Figure 00000144
Figure 00000144

Соотношение между коэффициентами ∇ϑ1 в (96) и j1 в (97) - следствие принципа Онсагера. Величина

Figure 00000145
, вычтенная из полного потока энергии, представляет собой плотность конвективного потока энергии. Последнюю и необходимо учитывать при оценке термостабилизационного состояния металлического фрикционного элемента в тормозных устройствах.The relation between the coefficients ∇ϑ 1 in (96) and j 1 in (97) is a consequence of the Onsager principle. Value
Figure 00000145
subtracted from the total energy flux, is the density of the convective energy flux. The latter and must be taken into account when assessing the thermal stabilization state of a metal friction element in brake devices.

Указанное стабилизационное тепловое состояние обода шкива поддерживается возникновением в элементарных объемах приповерхностных слоев фрикционных элементов множества микротермобатарей, создающих внешние и внутренние электрические поля с различными двойными электрическими слоями, и работающими в режимах микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников, а при преобладании внутреннего электрического поля происходит инверсия токов от приповерхностного слоя шкива в приповерхностные слои накладок.The indicated stabilization thermal state of the pulley rim is supported by the appearance in the elementary volumes of the surface layers of friction elements of a multitude of microthermobaths that create external and internal electric fields with different double electric layers and operating in the modes of microthermoelectric generators and microthermoelectric refrigerators, and when the internal electric field predominates, the surface inverts from currents pulley in the surface layers of the linings.

На третьем этапе моделирования рассматриваются: трибосопряжение, трибосистема, критерии подобия и основные эксплуатационные параметры узла трения тормозного устройства [11; 15-19].At the third stage of modeling are considered: tribological conjugation, tribosystem, similarity criteria and the main operational parameters of the friction unit of the brake device [11; 15-19].

Под трибосопряжением подразумевается фрикционное взаимодействие двух тел, имеющими различные механофизические свойства.By tribological conjugation is meant the frictional interaction of two bodies having different mechanophysical properties.

Общая модель трибологического сопряжения имеет следующие подмодели на нано-, микро- и миллиуровнях: кинематическую; электротепловую; контактирования; электрообразования и поведения контактирующих слоев материалов с учетом дискретной природы контакта; многослойное образование на поверхности вследствие фрикционного взаимодействия; дефекты в материалах элементов пары трения (см. фиг. 49а, б, в, г, д, е).The general tribological conjugation model has the following submodels at the nano, micro, and milli levels: kinematic; electrothermal; contacting; electrical formation and behavior of the contacting layers of materials, taking into account the discrete nature of the contact; multilayer formation on the surface due to frictional interaction; defects in the materials of the elements of the friction pair (see Fig. 49 a , b, c, d, e, e).

Остановимся кратко на подмоделях, которые обязательно учитываются при декомпозиции общей модели и моделировании процессов электротермомеханического трения и изнашивания на различных испытательных установках:Let us dwell briefly on submodels, which are necessarily taken into account when decomposing the general model and modeling the processes of electrothermomechanical friction and wear at various test facilities:

1) кинематическую подмодель (см. фиг. 49а), воспроизводящую коэффициент взаимного перекрытия натурного объекта и направление движения элементов пары трения, параметрами которой являются коэффициент взаимного перекрытия Квз<1, нагрузка р, площади: номинальных (Aн1,2) и вентилируемых (Aσ1,2) поверхностей трения; масса элементов пары трения mc1,2; объемы пары трения ν1,2; работы трения WТП; скорость скольжения Vck; угловая скорость ω; ускорение w и время τ (продолжительность трения);1) the kinematic submodel (see Fig. 49 a ), reproducing the coefficient of mutual overlap of the full-scale object and the direction of movement of the elements of the friction pair, the parameters of which are the coefficient of mutual overlap K b <1, load p, area: nominal (A n1,2 ) and ventilated (A σ1,2 ) friction surfaces; mass of friction pair elements m c1,2 ; volumes of a friction pair ν 1.2 ; friction work W TP ; sliding speed V ck ; angular velocity ω; acceleration w and time τ (duration of friction);

2) макротепловую модель (фиг. 49б), учитывающую распределение тепловых потоков, параметрами которой являются объемные температуры элементов пары трения ϑv1,2; коэффициенты внешней теплоотдачи αТ1,2; температура окружающей среды ϑ0; коэффициенты теплопроводности материалов λ1,2; удельные теплоемкости материалов c1,2; плотности материалов пары трения и окружающей среды ρм1,2,3; динамическая вязкость окружающей среды η3;2) the macro thermal model (Fig. 49b), taking into account the distribution of heat fluxes, the parameters of which are the volumetric temperatures of the elements of the friction pair ϑ v1,2 ; external heat transfer coefficients α T1,2 ; ambient temperature ϑ 0 ; thermal conductivity of materials λ 1,2 ; specific heat of materials c 1.2 ; the density of the materials of the friction pair and the environment ρ m1,2,3 ; dynamic viscosity of the environment η 3 ;

3) подмодель контактирования (рис. 49в), в которой наглядно представлены соотношения между номинальной, контурной и фактическими площадями контакта;3) a contact submodel (Fig. 49c), which clearly shows the relationship between the nominal, contour and actual contact areas;

4) микромодель электротеплообразования и поведения контактирующих слоев материала с учетом дискретной природы контакта (фиг. 49г), параметрами которой являются среднестатистические радиусы единичных выступов шероховатых поверхностей элементов пары трения r1,2, высоты единичных неровностей h1,2, сопротивление сдвигу тонких поверхностных элементов (пленок) пары трения τn1,2, генерируемые импульсные электрические токи I, объемные температуры элементов пары трения ϑv1,2, температура вспышки на фактическом пятне касания ϑвсп, коэффициенты теплопроводности λ1,2, удельные теплоемкости c1,2 и плотности ρм1,2 материалов пары трения, модуля упругости Е1,2 и твердость HB1,2 материалов, динамическая вязкость η1,2 материалов пары трения;4) a micromodel of electrical heat generation and the behavior of the contacting layers of the material, taking into account the discrete nature of the contact (Fig. 49d), the parameters of which are the average radii of the individual protrusions of the rough surfaces of the elements of the friction pair r 1.2 , the height of the individual irregularities h 1.2 , the shear resistance of thin surface elements (film) of the pair of friction τn 1,2, generated pulsed electrical currents I, the bulk temperature of the elements the pair of friction θ v1,2, flash point of tangency on the actual spot θ aux coefficients r ploprovodnosti λ 1,2, c 1,2 specific heat and density ρ m1,2 pair of friction materials, the modulus of elasticity E 1.2 and hardness HB 1,2 materials, dynamic viscosity η 1,2 tribological materials;

5) многослойное образование на поверхности (фиг. 49д) вследствие фрикционного взаимодействия с шестью слоями - адсорбированным, граничным, смазочного материала, оксидов, текстурированного и исходного материалов;5) a multilayer formation on the surface (Fig. 49d) due to frictional interaction with six layers — adsorbed, boundary, lubricant, oxides, textured and starting materials;

6) дефекты в материале элемента пары трения, возникающие при трении (рис. 49е) (1 - дислокации, 2 и 3 микро- и макротрещины).6) defects in the material of the element of the friction pair that arise during friction (Fig. 49f) (1 - dislocations, 2 and 3 micro- and macrocracks).

Общая модель внешнего трения полностью учитывает две основополагающие триады внешнего трения, предложенные И.В. Крагельским и А.В. Чичинадзе, а также основные положения совместимости трибосистем, разработанные Н.А. Буше [9].The general model of external friction fully takes into account two fundamental triads of external friction proposed by I.V. Kragelsky and A.V. Chichinadze, as well as the basic principles of tribosystem compatibility developed by N.A. Boucher [9].

Моделируемость - возможность представления системы конечным множеством моделей, каждая из которых отражает определенную грань ее сущности.Modeling is the ability to represent a system with a finite set of models, each of which reflects a certain facet of its essence.

Последнее свойство нашло применение при разработке рационального цикла триботехнических испытаний. Вместо создания полной модели для сложного триботехнического сопряжения применяют ряд последовательных моделей, которые дают возможность установить границы применения пары трения. Затем внутри этих границ применительно к заданному режиму эксплуатации выявляют выходные характеристики трибосопряжения (температура ϑ, динамический коэффициент трения f, интенсивность износа up.n и) и, наконец устанавливают степень влияния конструкции узлов трения машины на эти же характеристики.The latter property has found application in the development of a rational tribological test cycle. Instead of creating a complete model for complex tribotechnical pairing, a number of sequential models are used that make it possible to establish the boundaries of the use of a friction pair. Then, within these boundaries, in relation to a given operating mode, the output characteristics of the tribo-conjugation (temperature ϑ, dynamic friction coefficient f, wear rate u pn and) are revealed and, finally, the degree of influence of the design of the friction units of the machine on the same characteristics is established.

Создание полной модели для сложного трибосопряжения вообще бесполезно, так как согласно теореме Тьюринга, такая модель будет такой же сложной, как и само трибосопряжение и малопригодное для подробного изучения.Creating a complete model for complex tribo-conjugation is generally useless, since according to Turing's theorem, such a model will be as complex as the tribo-conjugation itself and unsuitable for detailed study.

При разработке конечного множества следует учитывать (или понимать), какие свойства подсистемы подавляют или усиливают общесистемные свойства, например, недостаточная жесткость подсистемы способствует проявлению фреттинга.When developing a finite set, one should take into account (or understand) which properties of the subsystem suppress or enhance the general system properties, for example, the insufficient rigidity of the subsystem contributes to the manifestation of fretting.

Иерархическая модель, соответствующая графической модели, показанной на фиг. 49 приведена на фиг. 50. Графическая модель трибологического сопряжения - фрикционного узла имеет пять уровней: геометрический, электрический, тепловой, силовой и информационный, кроме этих уровней учитываются исходные свойства материалов и функциональные свойства системы.The hierarchical model corresponding to the graphical model shown in FIG. 49 is shown in FIG. 50. The graphic model of the tribological interface - the friction unit has five levels: geometric, electric, thermal, power and information, in addition to these levels, the initial properties of materials and the functional properties of the system are taken into account.

Следует иметь в виду, что вследствие тепловыделения, которое усиливается генерируемыми токами (уровень три) происходит изменение исходных свойств материалов, геометрического и силового уровня. Обо всех этих изменениях исследователь получает сведение на информационном уровне: в динамические эффекты входят динамический коэффициент трения, нестабильность трения и фрикционного разогрева, а в локальные разрушения материала - износ в отдельных точках поверхности.It should be borne in mind that due to heat generation, which is amplified by the generated currents (level three), the initial properties of materials, geometric and power levels change. The researcher receives information about all these changes at the information level: dynamic effects include the dynamic coefficient of friction, instability of friction and frictional heating, and local damage to the material includes wear at individual points on the surface.

Моделирование рассматривается как процесс сопоставления результатов модельного и натурного опыта на основе подобных преобразований (анализа подобия). Таким образом, моделирование означает осуществление каким-либо способом отображения или воспроизведения действительности для изучения имеющихся в ней объективных закономерностей. Под подобием понимается взаимно-однозначное соответствие между двумя объектами, при котором функции перехода от параметров, характеризующих один из объектов, к другим параметрам -известны, а математическое описание этих объектов могут быть преобразованы в тождественные.Modeling is considered as a process of comparing the results of model and field experience based on similar transformations (similarity analysis). Thus, modeling means the implementation in some way of displaying or reproducing reality in order to study the objective laws existing in it. By similarity is meant a one-to-one correspondence between two objects, in which the transition functions from the parameters characterizing one of the objects to the other parameters are known, and the mathematical description of these objects can be converted into identical ones.

На фиг. 51 проиллюстрирована трибосистема, в качестве которой представлено ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки У2-5-5, при этом трибосистема рассмотрена от подсистемы первого порядка до подсистемы восьмого порядка.In FIG. 51, a tribosystem is illustrated, in which the tape brake shoe of a U2-5-5 winch is represented, and the tribosystem is examined from a first-order subsystem to an eighth-order subsystem.

На фиг. 52а, б, в, г, д, е, ж показан общий вид ленточно-колодочного тормоза с многопарными фрикционными узлами и их графическими моделями.In FIG. 52 a , b, c, d, d, f, f, g shows a general view of the tape-shoe brake with multi-pair friction units and their graphic models.

Критерии подобия при моделировании процессов трибосистемы.Similarity criteria for modeling tribosystem processes.

Критерий гомохронности, характеризующий однородность процессов во времени Vck⋅τ/l=idem, в реализованном моделировании получаем, если

Figure 00000146
Критерий гомохронности сформирован из параметров Vck, τ и l, то даже если не один из них не входит в число базисных, имеем основные параметры фрикционного взаимодействия микровыступов металлополимерных пар трения.The homochronism criterion characterizing the homogeneity of processes in time V ck ⋅τ / l = idem, in the implemented simulation we obtain if
Figure 00000146
The homochronism criterion is formed from the parameters V ck , τ, and l, then even if not one of them is not among the basic ones, we have the basic parameters of the frictional interaction of the microprotrusions of metal-polymer friction pairs.

Остальные критерии, используемые при моделировании, были получены таким же путем как и критерий HO. При этом их толкование отвечает нано- и микроуровням развития трибологии.The remaining criteria used in the simulation were obtained in the same way as the criterion H O. Moreover, their interpretation corresponds to the nano- and microlevels of the development of tribology.

Рассмотрим несколько разных "стандартных" критериев на основании которых получим один из основных "нестандартных" критериев, устанавливающих связь между теплофизическими параметрами пар трения и омывающих их скоростные токи воздуха, и смеси не только в газообразном, но и в жидком состоянии.Let us consider several different “standard” criteria, based on which we obtain one of the main “non-standard” criteria, establishing a relationship between the thermophysical parameters of friction pairs and washing their high-speed air currents, and the mixture not only in a gaseous, but also in a liquid state.

Критерий БиоBio Criterion

Figure 00000147
Figure 00000147

Критерий Био можно рассматривать как отношение процессов охлаждения при омывании скоростными токами компонентами смеси среды к процессам кондуктивного нагревания слоев тормозного шкива при достижении тепловыми токами заданной глубины его обода.The Biot criterion can be considered as the ratio of cooling processes when high-speed components are used to wash the mixture of the medium to the processes of conductive heating of the brake pulley layers when thermal currents reach the specified rim depth.

Критерий ФурьеFourier test

Figure 00000148
Figure 00000148

Критерий Фурье можно рассматривать как отношение времени протекания торможения τ к времени перестройки энергонагруженности рабочих слоев тормозного шкива b2 ш.эф/а, пропорциональному квадрату их толщины и обратно пропорциональному коэффициенту температуропроводности материала его обода.The Fourier criterion can be considered as the ratio of the braking time τ to the restructuring time of the energy load of the working layers of the brake pulley b 2 sh.eff / a , proportional to the square of their thickness and inversely proportional to the thermal diffusivity of the material of its rim.

Критерий НуссельтаNusselt criterion

Figure 00000149
Figure 00000149

Полученное выражение можно рассматривать как отношение величины плотности теплового потока, переданного в процессе теплоотдачи от полированной и матовых поверхностей тормозного шкива при их омывании скоростными токами смеси среды к величине плотности теплового тока через ее слои толщиной h вследствие их теплопроводности.The resulting expression can be considered as the ratio of the heat flux density transferred during the heat transfer from the polished and matte surfaces of the brake pulley when they are washed with high-speed currents of the medium mixture to the thermal current density through its layers of thickness h due to their thermal conductivity.

Критерий ПеклеPeclet criterion

Figure 00000150
Figure 00000150

В числителе находится величина теплового потока, переносимого омывающими скоростными потоками компонентов смеси среды, циркулирующего в зазорах с переменными сечениями между микровыступами пар трения, а в знаменателе величина теплового потока, прошивающая слой толщиной hC вследствие их температуропроводности. В таком виде критерий Пекле можно рассматривать как меру относительной роли молярного и молекулярного переноса теплоты.The numerator contains the value of the heat flux carried by the washing fluid flows of the components of the medium mixture circulating in the gaps with variable cross sections between the microprotrusions of the friction pairs, and the denominator shows the heat flux flashing the layer with thickness h C due to their thermal diffusivity. In this form, the Peclet criterion can be considered as a measure of the relative role of molar and molecular heat transfer.

Отношение критериевRatio of criteria

Figure 00000151
Figure 00000151

Анализ соотношения критериев с концептуального подхода с позиции синергетики и фракталов в трибологии [20] позволил предложить критерий Вольченко для оценки состояния охлаждаемой рабочей поверхности обода тормозного шкива и энергонагруженности его поверхностных и подповерхностных слоев.An analysis of the ratio of criteria from a conceptual approach from the perspective of synergetics and fractals in tribology [20] made it possible to propose the Volchenko criterion for assessing the state of a cooled working surface of a brake pulley rim and the energy load of its surface and subsurface layers.

Полученное соотношение можно рассматривать как произведение термического сопротивления поверхностного и подповерхностного слоев обода тормозного шкива к поверхности которого якобы "прилипают" слои омывающего воздуха при поверхностной температуре полимерной накладки ниже допустимой для ее фрикционноых материалов. В случае попадания поверхности полимерной накладки в зону выше допустимой температуры происходит выгорание связующих компонентов из ее материалов. Компоненты последних смешиваются с циркулирующими слоями воздуха. В дальнейшем на поверхности накладки появляются островки жидкости, которые якобы прилипают к рабочей поверхности обода шкива. Таким образом, управляющим воздействием для термического сопротивления поверхностного слоя полимерной накладки является ее состояние (твердое, жидкое, газообразное). Для поверхностных и подповерхностных слоев обода тормозного шкива управляющим воздействием для термического сопротивления является их энергонагруженность. Знание величин составляющих критерия Вольченко позволяет прогнозировать энергонагруженность поверхностных и подповерхностных слоев микровыступов металлополимерных пар трения.The resulting ratio can be considered as the product of the thermal resistance of the surface and subsurface layers of the rim of the brake pulley to the surface of which the layers of washer air allegedly “stick” at the surface temperature of the polymer lining below the allowable for its friction materials. If the surface of the polymer lining gets into the zone above the permissible temperature, the binding components burn out of its materials. The components of the latter are mixed with circulating layers of air. Subsequently, islands of liquid appear on the surface of the lining, which supposedly stick to the working surface of the pulley rim. Thus, the control action for the thermal resistance of the surface layer of the polymer lining is its state (solid, liquid, gaseous). For the surface and subsurface layers of the rim of the brake pulley, the control action for thermal resistance is their energy load. Knowing the values of the components of the Volchenko criterion makes it possible to predict the energy loading of surface and subsurface layers of microprotrusions of metal-polymer friction pairs.

Особенности компьютерного моделирования энергонагруженности металлополимерных пар трения тормозов. Исходные предпосылки модели следующие: материалы пятна контакта микровыступов однородны и изотропны; контакт носит дискретный характер и происходит по вершинам отдельных микровыступов шероховатостей, деформация микровыступов имеет упругий характер и описывается зависимостью Герца для контакта двух криволинейных гладких тел с первоначальным касанием в точке; размеры единичных пятен контакта малы по сравнению с размерами зоны взаимодействия и радиусами кривизны микровыступов в точке касания; в зоне контакта действуют только импульсные нормальные силы и силы трения; распределение пятен контакта по поверхности пар трения равномерное. Исходными данными для расчета являются характеристики микрогеометрии поверхностей - максимальная высота выступов над средней линией профиля hмax и максимальный радиус закругления выступов rmax; физико-механические характеристики материала - модуль упругости (модуль Юнга) Е, коэффициент Пуассона μ, удельное электрическое сопротивление материала ρ; эксплуатационные характеристики, импульсная нормальная сила, сжимающая контакт.Features of computer simulation of energy loading of metal-polymer brake friction pairs. The initial assumptions of the model are as follows: the materials of the contact patch of the microprotrusions are homogeneous and isotropic; the contact is discrete in nature and occurs along the vertices of individual microprotrusions of roughness, the deformation of the microprotrusions is elastic and is described by the Hertz dependence for the contact of two curvilinear smooth bodies with the initial contact at a point; the sizes of individual contact spots are small in comparison with the dimensions of the interaction zone and the radii of curvature of the microprotrusions at the point of contact; in the contact zone, only pulsed normal forces and friction forces act; the distribution of contact spots on the surface of the friction pairs is uniform. The initial data for the calculation are the characteristics of the surface microgeometry - the maximum height of the protrusions above the middle profile line h max and the maximum radius of curvature of the protrusions r max ; physico-mechanical characteristics of the material - elastic modulus (Young's modulus) E, Poisson's ratio μ, electrical resistivity of the material ρ; performance, pulsed normal force, compressive contact.

Компьютерная модель практически реализована в виде windows - приложения, написана на языке С++ с использованием библиотеки классов Borland. Програмно модель входит в основной расчетный модуль, в который включена оценка внешних и внутренних параметров металлополимерных пар трения на макро-, микро- и наноуровнях.The computer model is practically implemented as a windows application, written in C ++ using the Borland class library. The program model is included in the main calculation module, which includes an assessment of the external and internal parameters of metal-polymer friction pairs at the macro, micro, and nanoscale levels.

Кроме основного, есть дополнительный модуль, отвечающий за удобство представления данных и пользовательский интерфейс. Результатом работы являются эксплуатационные характеристики контакта, представленные в виде таблицы. Для большей наглядности на основе предложенных формул предусмотрена возможность строить графики зависимостей характеристик контакта от внешних факторов, которыми являются токи омывающего воздуха и компонентов смесей.In addition to the main one, there is an additional module responsible for the convenience of presenting data and the user interface. The result of the work is the operational characteristics of the contact, presented in the form of a table. For greater clarity, on the basis of the proposed formulas, it is possible to construct graphs of the dependences of the contact characteristics on external factors, which are the currents of the washing air and the components of the mixtures.

В табл. 10 представлены основные зависимости для расчета характеристик единичного контакта двух сферических микровыступов пятна контакта [21].In the table. 10 shows the main dependences for calculating the characteristics of a single contact of two spherical microprotrusions of the contact spot [21].

В рамках компьютерной модели расчет характеристик контакта происходит следующим образом. Генерируется пара случайных чисел, распределенных по заданному закону, соответствующих высоте и радиусу выступа шероховатой поверхности. Логику работы программы иллюстрирует блок-схема основного расчетного модуля для параметров механического, электрического и теплового полей (фиг. 53).Within the framework of a computer model, the calculation of the contact characteristics is as follows. A pair of random numbers is generated, distributed according to a given law, corresponding to the height and radius of the protrusion of the rough surface. The logic of the program is illustrated by the block diagram of the main calculation module for the parameters of the mechanical, electric and thermal fields (Fig. 53).

Figure 00000152
Figure 00000152

Программа связана с базой данных MS Access, состоящей из двух таблиц, каждая из которых включает в себя 33 поля. Первая таблица содержит значения исходных промежуточных данных, а вторая - значения результатов. Таблицы используются для построения графиков.The program is connected with the MS Access database, which consists of two tables, each of which includes 33 fields. The first table contains the values of the initial intermediate data, and the second contains the values of the results. Tables are used for plotting.

При этом первое поле каждой таблицы зарезервировано для проверенной начальной комбинации исходных параметров и используется только в начале работы и только для чтения. Прежде всего программа считывает начальную комбинацию исходных параметров из базы данных и дополняет этими значениями поля исходных данных. Затем пользователь редактирует их, выполняет расчет, после чего заполняется таблица значений и по ней строится график.At the same time, the first field of each table is reserved for the checked initial combination of initial parameters and is used only at the beginning of work and only for reading. First of all, the program reads the initial combination of source parameters from the database and supplements these fields with the source data fields. Then the user edits them, performs the calculation, after which the table of values is filled in and a graph is built on it.

Адекватность модели проверялась путем сравнения результатов моделирования с данными работ других авторов, полученными на основании аналитических моделей для некоторых частных случаев.The adequacy of the model was checked by comparing the simulation results with data from other authors obtained on the basis of analytical models for some special cases.

Посредством компьютерного моделирования определяли:Using computer simulation was determined:

- закономерности изменения твердости металлического и неметаллического материала от удельных нагрузок и относительной величины отношения 2a n/l;- patterns of changes in the hardness of metallic and nonmetallic material from specific loads and the relative value of the ratio 2 a n / l;

- закономерности изменений микротоков на пятне контактов микровыступов трибосопряжения в зависимости от поверхностной температуры и ее градиента по длине пятна контактов, и при различной импульсной нормальной нагрузке;- patterns of changes in microcurrents at the contact patch of microprotrusions of the tribo-conjugation, depending on the surface temperature and its gradient along the length of the contact patch, and at various pulsed normal loads;

- закономерности изменения деформаций микровыступов металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки от импульсных удельных нагрузок при разных площадях поверхностей пятен их контактирования;- patterns of changes in the deformations of the microprotrusions of metal-polymer friction pairs of the drawworks brake of the drawworks from pulsed specific loads at different surface areas of their contact spots;

- закономерности изменения площадей пятен контактов металлических микровыступов и их количества от действующих импульсных нормальных усилий.- patterns of change in the area of contact spots of metal microprotrusions and their number from the acting pulsed normal forces.

Программное обеспечение модельного тормозного стенда включает специальную программу записи и обработки сигналов с датчиков микровыступов металлополимерных пар трения трибосистемы.The software of the model brake stand includes a special program for recording and processing signals from sensors of microprotrusions of metal-polymer friction pairs of the tribosystem.

В программе задается:The program sets:

- частота дискретизации - максимальная частота зависит от тактовой частоты компьютера, технической характеристики аналогового цифрового преобразователя (АЦП) и подбирается экспериментально (например, 1,2 кГц);- sampling frequency - the maximum frequency depends on the clock frequency of the computer, the technical characteristics of the analog digital converter (ADC) and is selected experimentally (for example, 1.2 kHz);

- длительность выборки - задает время записи в секундах. Запись начинается с момента нажатия на клавишу СТАРТ и продолжается до истечения времени, заданного в данном пункте или до нажатия на клавишу СТОП. Длительность записи ограничена только размером жесткого диска компьютера;- sampling duration - sets the recording time in seconds. Recording starts from the moment you press the START key and continues until the time specified in this paragraph expires or until you press the STOP key. The recording time is limited only by the size of the computer's hard drive;

- калибровка - уровни, которые установлены в данный момент, считаются нулевыми (выбирается смещение нуля).- calibration - the levels that are currently set are considered zero (a zero offset is selected).

Записанные сигналы используются для их программной обработки, например, MATLAB. Система. MATLAB разработана фирмой The Math Works, Inc. (США, г. Нейтик, шт. Массачусетс) и является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных. Система использует математический сопроцессор и допускает возможность обращения к программам, написанным на языках FORTRAN, С и С++.The recorded signals are used for their software processing, for example, MATLAB. System. MATLAB was developed by The Math Works, Inc. (USA, Natic, Massachusetts) and is an interactive system for performing engineering and scientific calculations, focused on working with data arrays. The system uses a mathematical coprocessor and allows access to programs written in FORTRAN, C and C ++.

Программное обеспечение определяет частотную функцию передачи по результатам обработки сигналов импульсных нормальных нагрузок и силы трения и на основе анализа частотной функции передачи производится анализ динамического состояния пятен контактов микровыступов трибосистемы, а также проверку ее устойчивости по критериям устойчивости Найквиста, Ляпунова и пр. [22].The software determines the frequency transfer function based on the results of processing the signals of pulsed normal loads and the friction force, and based on the analysis of the frequency transfer function, the dynamic state of the contact spots of the microtubes of the tribosystem is analyzed, and its stability is checked according to the stability criteria of Nyquist, Lyapunov, etc. [22].

Приведем некоторые теоретические сведения.We give some theoretical information.

Пусть выходной сигнал узла трения у(k) представляет сумму (с весовыми коэффициентами) некоторого количества предыдущих выходных отсчетов, зависящих от некоторого количества входных отсчетов u(k) (включая последний). Если сгруппировать полученные слагаемые так, чтобы с одной стороны от знака равенства были только входные отсчеты, а с другой -только выходные, то получим форму записи, называемую разностным уравнением:Let the output signal of the friction node y (k) represent the sum (with weight coefficients) of a certain number of previous output samples, depending on a number of input samples u (k) (including the last). If we group the obtained terms in such a way that there are only input samples on the one side of the equal sign, and only weekend samples on the other, then we get a notation form called the difference equation:

Figure 00000153
Figure 00000153

Структура разностного уравнения похожа на структуру дифференциального уравнения аналоговой системы, только вместо операции дифференцирования в формуле фигурируют задержки дискретных последовательностей сигнала.The structure of the difference equation is similar to the structure of the differential equation of the analog system, but instead of the differentiation operation, the delays of the discrete signal sequences appear in the formula.

Выходной сигнал, исходя из линейности и стационарности рассматриваемой системы, должен представлять собой линейную комбинацию импульсных характеристик, т.е. нормальной и трения силыThe output signal, based on the linearity and stationarity of the system in question, should be a linear combination of impulse responses, i.e. normal and friction forces

Figure 00000154
Figure 00000154

Удобным анализом дискретных последовательностей является z-преобразование (z-transform). Смысл его заключается в том, что последовательность чисел {u(к)} ставится в соответствие функции комплексной переменной z.A convenient analysis of discrete sequences is the z-transform. Its meaning is that the sequence of numbers {u (k)} is associated with the function of the complex variable z.

Figure 00000155
Figure 00000155

Знание импульсной характеристики дискретной системы позволяет проанализировать прохождение через нее любого сигнала и найти ее внутреннее состояние. Применив z-преобразование к уравнениям дискретной системы (111), получим ее системную функцию или функцию передачи (transfer function)Knowing the impulse response of a discrete system allows you to analyze the passage through it of any signal and find its internal state. Applying the z-transformation to the equations of the discrete system (111), we obtain its system function or transfer function (transfer function)

Figure 00000156
Figure 00000156

Применив z - преобразование к обеим частям разностного уравнения (112), получимApplying the z - transformation to both sides of the difference equation (112), we obtain

Figure 00000157
Figure 00000157

Отсюда легко получить вид функции передачи дискретной системы:From here it is easy to obtain the form of the transfer function of a discrete system:

Figure 00000158
Figure 00000158

Таким образом, функция передачи физически реализуемой дискретной системы показывает, как изменяется при прохождении через систему комплексная амплитуда синусоиды с частотой со и может быть представлена в виде отношения полиномов по отрицательным степеням переменной z. Полином числителя характеризует внешнее воздействие на узел трения, а полином знаменателя (характеристический полином) - результат этого воздействия на пятна контактов микровыступов трибосистемы.Thus, the transfer function of a physically feasible discrete system shows how the complex amplitude of a sinusoid with frequency ω changes when passing through the system and can be represented as the ratio of polynomials in negative powers of the variable z. The numerator polynomial characterizes the external impact on the friction unit, and the denominator polynomial (characteristic polynomial) is the result of this effect on the contact spots of the microprotrusions of the tribosystem.

Зная спектры * (* спектр - форма представления анализируемого сигнала не во временной области исследования, а в частотной), и преобразования сигнала из временного домена исследований в частотный осуществляется алгоритмом быстрого преобразования Фурье согласно выражения

Figure 00000159
входного и выходного сигналов, дальше рассчитывается взаимный спектр входного и выходного сигналов, представляющий собой произведение их спектральных функций, одна из которых подвергнута комплексному сопряжению:Knowing the spectra * (* the spectrum is a representation of the analyzed signal not in the time domain of the study, but in the frequency domain), and the signal is converted from the temporary domain of research into the frequency domain by the fast Fourier transform algorithm according to the expression
Figure 00000159
input and output signals, then the mutual spectrum of the input and output signals is calculated, which is a product of their spectral functions, one of which is subjected to complex conjugation:

Figure 00000160
Figure 00000160

Если сигнал u(τрс) - четная функция, то спектр будет чисто вещественным (будет являться четной функцией). Если u(τрс) - функция нечетная, то спектральная функция S(ω) будет чисто мнимой (и нечетной).If the signal u (τ p −τ s ) is an even function, then the spectrum will be purely real (it will be an even function). If u (τ p −τ s ) is an odd function, then the spectral function S (ω) will be purely imaginary (and odd).

Таким образом, если спектры сигналов не перекрываются, то их взаимный спектр равен нулю на всех частотах и взаимная корреляционная функция этих сигналов будет также равна нулю при любых временных сдвигах τ. Следовательно, сигналы с неперекрывающимися спектрами являются некоррелированными.Thus, if the spectra of the signals do not overlap, then their mutual spectrum is equal to zero at all frequencies and the mutual correlation function of these signals will also be equal to zero for any time shifts τ. Therefore, signals with non-overlapping spectra are uncorrelated.

Из полученного выражения (114) определяется комплексный коэффициент передачи дискретной системыFrom the obtained expression (114), the complex transmission coefficient of the discrete system is determined

Figure 00000161
Figure 00000161

Математические модели динамики реальных трибосистем являются, в основном, нелинейными и во многих случаях не могут быть линеаризованы из-за возможности потерять характерные динамические свойства, обусловленные принципиальной нелинейностью уравнений динамики. Однако, с некоторыми ограничениями, частотную передаточную функцию трибологии линеаризовывают по критерию минимума дисперсии выходного сигнала импульсной функции Дирака. Оптимальным порядком полиномов числителя и знаменателя является такой порядок полиномов числителя (m) и знаменателя (n) функции передачи (115), при котором дисперсия выходного импульсного сигнала будет минимальна.The mathematical models of the dynamics of real tribosystems are mainly non-linear and in many cases cannot be linearized due to the possibility of losing the characteristic dynamic properties due to the fundamental non-linearity of the dynamics equations. However, with some limitations, the frequency transfer function of tribology is linearized by the criterion of the minimum dispersion of the output signal of the Dirac pulse function. The optimal order of the polynomials of the numerator and denominator is the order of the polynomials of the numerator (m) and the denominator (n) of the transfer function (115), in which the dispersion of the output pulse signal will be minimal.

Результатом анализа амплитудно-фазочастотных характеристик (АФЧХ) является, возможность проверки устойчивости внутреннего пространства состояний системы и значения комплексного динамического коэффициента трения, действующего в зоне фрикционного нагружения пятен контактов микровыступов металлополимерных пар тренияThe result of the analysis of amplitude-phase-frequency characteristics (AFC) is the ability to check the stability of the internal space of the system states and the value of the complex dynamic coefficient of friction acting in the zone of frictional loading of contact spots of microprotrusions of metal-polymer friction pairs

Figure 00000162
Figure 00000162

где

Figure 00000163
- характеристики динамического коэффициента трения: амплитудно-частотная; фазочастотная; вещественная частотная и мнимая частотная.Where
Figure 00000163
- characteristics of the dynamic coefficient of friction: amplitude-frequency; phase-frequency; real frequency and imaginary frequency.

Рассмотрим процесс изменения динамического коэффициента трения при электротермомеханическом фрикционном взаимодействии пятен контактов микровыступов металлополимерных пар трения во времени (фиг. 54).Consider the process of changing the dynamic coefficient of friction during electrothermomechanical frictional interaction of contact spots of microprotrusions of metal-polymer friction pairs in time (Fig. 54).

Исследование этого динамического процесса выполнялось на модельном ленточно-колодочном тормозе при импульсной нормальной нагрузке N=0,3 кН на восьмой накладке набегающей ветви тормозной ленты при отношении линейных размеров ободов шкивовThe study of this dynamic process was performed on a model tape-shoe brake with a normal impulse load of N = 0.3 kN on the eighth pad of the running branch of the brake belt with respect to the linear dimensions of the pulley rims

Figure 00000164
Figure 00000164

и масштабном факторе нормальной нагрузки CN=C1=8,12 кН и скорости скольжения V=0,6 м/с и объекта исследований V=1,71 м/с.and the scale factor of the normal load C N = C 1 = 8.12 kN and the sliding velocity V ck = 0.6 m / s and the object of study V = 1.71 m / s.

Структурные изменения и перераспределение энергетических потоков на поверхностях пятен контактов микровыступов металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза можно наблюдать только в процессах самого электротермомеханического трения, которые необходимо развивать и использовать in-situ методы исследования.Structural changes and the redistribution of energy flows on the surfaces of the contact spots of the microprotrusions of metal-polymer friction pairs of the band brake can be observed only in the processes of electrothermomechanical friction, which must be developed and used in-situ research methods.

Износофрикционные свойства пар трения «полимер - металл» в тормозных устройствах.The wear and tear properties of polymer-metal friction pairs in braking devices.

Изучение во времени зависимостей динамического коэффициента трения фрикционных узлов тормозных устройств (фиг. 55) позволяет констатировать о динамической картине общего баланса подведенной и отведенной к трибосистеме энергии.The study over time of the dependences of the dynamic coefficient of friction of the friction assemblies of the brake devices (Fig. 55) allows us to state a dynamic picture of the overall balance of the energy supplied and allocated to the tribosystem.

Внешняя работа, подводимая к трибосистеме, затрачивается на упругое и пластическое деформирование поверхностных слоев и на образование микротермобатарей, которые работают в режимах микротермоэлектрогенераторов и микротермохолодильников, и, как следствие, прямого нагревания и охлаждения поверхностных и приповерхностных слоев пар трения тормозных устройств. Другие виды трансформации механической энергии при низких скоростях скольжения пар трения тормозов являются несущественными (например, излучение). Работа трения зависит от площади фактического контакта и от физико-механических и химических свойств поверхностных и подповерхностных слоев материалов пар трения тормозных устройств, которые упрочняются и разупрочняются в процессе трения сравнительно медленно. Поэтому часть кривой 2 (фиг. 54) динамического коэффициента трения, которая описывается низкочастотной составляющей, связанная с поступающей в трибосистему механической энергией. Последняя затрачивается на ее перераспределение и обеспечение работы микротермобатарей, которые генерируют электрическую энергию с последующим ее превращением в тепловую в приповерхностных слоях элементов фрикционных узлов тормозных устройств.External work, applied to the tribosystem, is spent on elastic and plastic deformation of the surface layers and on the formation of microthermobatteries, which operate in microthermoelectric generators and microthermal refrigerators, and, as a result, direct heating and cooling of the surface and surface layers of friction pairs of brake devices. Other types of transformation of mechanical energy at low sliding speeds of the friction pairs of the brakes are insignificant (for example, radiation). The work of friction depends on the area of actual contact and on the physicomechanical and chemical properties of the surface and subsurface layers of materials of friction pairs of brake devices, which harden and soften relatively slowly. Therefore, part of curve 2 (Fig. 54) of the dynamic coefficient of friction, which is described by the low-frequency component, is associated with the mechanical energy entering the tribosystem. The latter is spent on its redistribution and maintenance of the microthermal batteries, which generate electrical energy with its subsequent transformation into thermal energy in the surface layers of the elements of the friction assemblies of the brake devices.

Природа высокочастотной составляющей (кривая 1 на фиг. 54), связана с дискретностью контакта, а высокочастотные пики динамического коэффициента трения отвечают мгновенно происходящим энергетическим процессам в контактируемых поверхностным слоях, которые являются источником теплоты и холода, за счет генерирования в них прямых и обратных токов. Кривые 1, 2 и 3 (фиг. 54) содержат информацию о влиянии направления тока, генерируемого в парах трения «полимер - металл», на величину динамического коэффициента трения. При прохождении прямых микротоков от контактирующих поверхностей обода тормозного шкива к рабочим поверхностям полимерных накладок (анодно-поляризованные поверхности накладок) f оказывается всегда больше (см. фиг. 54 интервалы времени (510-520) с и (550-570) с для кривых 1 и 2), чем у катодно-поляризованных участках поверхностей накладок ленты, материал которых находится при температурах выше допустимой температуры, и при этом возникают обратные микротоки (см. фиг. 54 интервал времени (510-580) с для кривой 3). Причем во всех случаях f снижается с увеличением плотности тока j на контакте пар трения тормозных устройств. Динамический коэффициент трения катодно-поляризованных участков полимерных накладок всегда меньше динамического коэффициента трения их анодно-поляризованных участков, т.е. (f a >fk), при возрастании j изменяется для фрикционных материалов по-разному.The nature of the high-frequency component (curve 1 in Fig. 54) is related to the discreteness of the contact, and the high-frequency peaks of the dynamic coefficient of friction correspond to instantly occurring energy processes in the contacting surface layers, which are a source of heat and cold, due to the generation of forward and reverse currents in them. Curves 1, 2, and 3 (Fig. 54) contain information on the influence of the direction of the current generated in the polymer – metal friction pairs on the value of the dynamic coefficient of friction. When direct microcurrents pass from the contacting surfaces of the rim of the brake pulley to the working surfaces of the polymer linings (anode-polarized surfaces of the linings) f is always larger (see Fig. 54 time intervals (510-520) s and (550-570) s for curves 1 and 2) than at the cathode-polarized sections of the surfaces of the tape linings, the material of which is at temperatures above the permissible temperature, and in this case reverse microcurrents occur (see Fig. 54 time interval (510-580) s for curve 3). Moreover, in all cases, f decreases with increasing current density j at the contact of the friction pairs of the brake devices. The dynamic coefficient of friction of the cathode-polarized sections of the polymer plates is always less than the dynamic coefficient of friction of their anode-polarized sections, i.e. (f a > f k ), as j increases, it varies differently for friction materials.

Таким образом, переполяризация участков фрикционных накладок в парах трения тормозных устройств вызывает инверсию микротоков и изменение их величин, и как следствие, изменение динамического коэффициента трения, характеризующего энергетические процессы в их поверхностных и приповерхностных слоях пар трения.Thus, the repolarization of the friction lining sections in the friction pairs of the brake devices causes inversion of microcurrents and a change in their values, and as a result, a change in the dynamic coefficient of friction characterizing the energy processes in their surface and near-surface layers of friction pairs.

Характеристика износа определяет долговечность и многие другие эксплуатационные параметры пар трения тормозных устройств. Если работа пар трения происходит при температурах ниже допустимой для материалов фрикционной накладки, то можно утверждать, что износ их рабочих поверхностей и металлических фрикционных элементов является суммой механического (усталостного) up.n.м и электрического (эрозионного) ир.n.э износов (фиг. 55).The wear characteristic determines the durability and many other operational parameters of friction pairs of brake devices. If the work of friction pairs occurs at temperatures below the allowable for friction lining materials, then it can be argued that the wear of their working surfaces and metal friction elements is the sum of the mechanical (fatigue) u pnm and electrical (erosion) and rn.e wear (Fig. 55).

Оценка вклада up.n.м в общий износ дает от 1/2 до 3/4 в зависимости от полярности рабочих поверхностей полимерных накладок. Механический износ рабочей поверхности обода металлического фрикционного элемента составляет 5-10% от износа рабочей поверхности полимерных накладок.Assessment of the contribution u pnm to the total wear gives from 1/2 to 3/4 depending on the polarity of the working surfaces of the polymer linings. Mechanical wear of the working surface of the rim of the metal friction element is 5-10% of the wear of the working surface of the polymer linings.

Расчет электрической компоненты износа up.n.э зависит от совокупности факторов (направления тока, режима разряда между элементами контакта). Количество переносимого вещества с рабочих поверхностей ободов металлического фрикционного элемента, а следовательно, и износ зависят от направления тока, его величины. Зависимость количества переносимого вещества с неодинаково поляризованных участков поверхностей полимерных накладок на рабочую поверхность обода металлического фрикционного элемента, полученная методом радиоактивных изотопов, показана на фиг. 55. Видно, что перенос с анодно-поляризованных участков поверхностей полимерных накладок является более интенсивным.The calculation of the electrical wear component u pne depends on a combination of factors (current direction, discharge mode between contact elements). The amount of transported material from the working surfaces of the rims of the metal friction element, and therefore the wear, depends on the direction of the current and its magnitude. The dependence of the amount of transported substance from unequally polarized sections of the surfaces of the polymer plates on the working surface of the rim of a metal friction element obtained by the radioactive isotope method is shown in FIG. 55. It can be seen that the transfer from the anode-polarized sections of the surfaces of the polymer overlays is more intense.

Схема зависимости, позволяющая оценить влияние режима разрядов при работе участков рабочих поверхностей накладок с искрообразованием на износ, показана на фиг. 56. Любая форма самостоятельного разряда в ионизированных газах, находящихся между парами трения при их взаимодействии, сопровождается эрозией микроучастков. При тлеющем разряде преобладает износ рабочей поверхности обода металлического фрикционного элемента, а искровой разряд приводит к изнашиванию рабочих поверхностей полимерных накладок. Переход разряда из одной формы в другую всегда сопровождается инверсией электрической составляющей износа взаимодействующих микроучастков поверхностей трения.The dependency diagram, which makes it possible to evaluate the effect of the discharge mode during the operation of sections of the working surfaces of the plates with sparking on wear, is shown in FIG. 56. Any form of self-sustained discharge in ionized gases between friction pairs during their interaction is accompanied by erosion of the micro-sites. In the case of a glow discharge, wear of the working surface of the rim of the metal friction element predominates, and spark discharge leads to wear of the working surfaces of the polymer linings. The transition of a discharge from one form to another is always accompanied by an inversion of the electrical component of the wear of the interacting microareas of friction surfaces.

Энергонагруженность дискретного контакта микровыступов металлополимерных пар трения трибосистемы выполнена на основании фиг. 57 с привлечением процентного соотношения компонентов газовой смеси, образованной в межконтактном пространстве пары трения (табл. 11). Энергонагруженность дискретного контакта микровыступов металлополимерных пар трения трибосистем приведена в табл. 12.The energy load of the discrete contact of the microprotrusions of the metal-polymer friction pairs of the tribosystem is based on FIG. 57 with the involvement of the percentage ratio of the components of the gas mixture formed in the intercontact space of the friction pair (table. 11). The energy load of the discrete contact of the microprotrusions of metal-polymer friction pairs of tribosystems is given in table. 12.

Figure 00000165
Figure 00000165

Таким образом, на примере изменения динамического коэффициента трения в зависимости от энергонагруженности пятен контактов микровыступов металлополимерных пар трения во взаимной связи их внешних и внутренних параметров проиллюстрирована реализация различных энергетических уровней поверхностных и подповерхностных слоев фрикционных узлов.Thus, an example of a change in the dynamic coefficient of friction depending on the energy loading of contact spots of microprotrusions of metal-polymer friction pairs in the interconnection of their external and internal parameters illustrates the implementation of various energy levels of the surface and subsurface layers of friction units.

Figure 00000166
Figure 00000166

Figure 00000167
Figure 00000167

Figure 00000168
Figure 00000168

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯCONVENTIONS

РазмерыDimensions

Аф, Ак, Ан - площади фрикционного взаимодействия: фактическая; контурная; номинальная, мм2;And f , A to , And n - the area of frictional interaction: actual; contour line; nominal, mm 2 ;

ΔАф, ΔАк - элементарная площадь: единичного фактического пятна касания; контурной площади трения, мм2;ΔA f , ΔA to - elementary area: a single actual spot of touch; contour area of friction, mm 2 ;

Аα1, Аα2, Аα3 - площади поверхностей теплоотдачи, м2;And α1 , And α2 , And α3 - the surface area of heat transfer, m 2 ;

Aq - площадь сечения, через которую проходит тепловой поток Qλ, м2 A q is the cross-sectional area through which the heat flux Q λ , m 2

ηr - относительная фактическая площадь контакта; ηrфн;η r is the relative actual contact area; η r = A f / A n ;

А1, А2, - площади положительных и отрицательных импульсов, мм2;And 1 , And 2 - the area of positive and negative impulses, mm 2 ;

А3…An And 3 ... A n

Ав, Аф - площади поперечных сечений крепежных выступов обода и фланца барабана, м2;And in , And f - the cross-sectional area of the mounting protrusions of the rim and the flange of the drum, m 2 ;

An, Ам - площади поверхностей металлического элемента: полированная, матовые трения, м2;A n , A m - surface area of the metal element: polished, matte friction, m 2 ;

dcp, dn - диаметр пятна контакта: средний, приведенный, мм;d cp , d n - diameter of the contact spot: average, reduced, mm;

bш, δш - ширина и толщина обода шкива, м;b W , δ W - the width and thickness of the pulley rim, m;

Lн, ВН и δН - размеры фрикционной накладки: длина, ширина и толщина, м;L n , In N and δ N - the dimensions of the friction lining: length, width and thickness, m;

δ1, δ2, δср - толщина: крепежного выступа; фланца барабана; их средняя величина, м;δ 1 , δ 2 , δ cf - thickness: mounting protrusion; drum flange; their average value, m;

δЛ, Вл, ВП, - конструктивные параметры тормозной ленты: толщина,δ L , V l , V P , - design parameters of the brake tape: thickness,

АЛ, Rл и R0 ширина, ширина паза, площадь поперечного сечения, радиус ленты и ее срединной поверхности, м;A L , R l and R 0 width, groove width, cross-sectional area, radius of the tape and its middle surface, m;

Rш, RB и rш - радиусы обода шкива: наружный, внутренней и текущий, м;R W , R B and r W - the radii of the pulley rim: outer, inner and current, m;

a n - радиус пятна контакта, мкм; a n is the radius of the contact spot, microns;

ν1, 2, 3 - объемы, м3;ν 1, 2, 3 - volumes, m 3 ;

е' - зазор между наружными поверхностями фрикционных накладок и внутренней поверхностью тормозной ленты в разомкнутом фрикционном узле тормоза, мм;e '- the gap between the outer surfaces of the friction linings and the inner surface of the brake tape in the open friction brake assembly, mm;

h, hmax, rmax и Sм - выступ микронеровности: текущая и наибольшая высота, радиус закругления, шаг, мкм;h, h max , r max and S m - protrusion microroughness: current and greatest height, radius of curvature, step, microns;

hC - толщина слоев скоростных токов омывающей среды, м;h C is the thickness of the layers of high-speed currents of the washing medium, m;

d - толщина слоя, прочно связанного с поверхностью полимерной накладки, мм;d is the thickness of the layer firmly bound to the surface of the polymer lining, mm;

lk - длина контакта, мм;l k is the contact length, mm;

r - расстояние от пятна контакта, мкм;r is the distance from the contact spot, microns;

hэф - высота контактного зазора, мкм;h eff - the height of the contact gap, microns;

s - воздушный зазор между пятнами контактов, мкм;s is the air gap between the spots of contacts, microns;

lC и lH - длина сбегающей и набегающей ветвей ленты, м;l C and l H - the length of the runaway and oncoming branches of the tape, m;

l0 - величина пройденного пути микровыступа обода шкива к началу его движения, мкм;l 0 - the distance traveled by the microprotrusion of the pulley rim to the beginning of its movement, microns;

ln - длина свободного пробега молекул токов омывающих сред, мкм;l n is the mean free path of the molecules of the currents of the washing media, μm;

l - путь трения микровыступа, мм;l is the friction path of the microprotrusion, mm;

z - некоторое расстояние от линии микровыступов относительно сечения профиля линий, параллельных средней, мкм;z is a certain distance from the line of microprotrusions relative to the section profile of lines parallel to the average, microns;

tp=li/l - отношение опорной длины микровыступа к его базовой длине;t p = l i / l is the ratio of the reference length of the microprotrusion to its base length;

ε - усредненное значение относительного сближения поверхностей;ε is the average value of the relative approximation of the surfaces;

zT - координата по ширине обода шкива, мм;z T - coordinate along the width of the pulley rim, mm;

lci - плечо статического момента, создаваемого действием приведенной импульсной пары, мкм;l ci is the shoulder of the static moment created by the action of the reduced impulse pair, microns;

ϕ - центральный угол накладки, °;ϕ is the central lining angle, °;

βi - угол между торцами соседних фрикционных накладок, °.β i is the angle between the ends of adjacent friction linings, °.

Масса, энергияMass, energy

mc, mм - масса: слоев элемента трения, микровыступа, кг;m c , m m - mass: layers of the friction element, microprotrusion, kg;

m - масса обода тормозного шкива, кг;m is the mass of the rim of the brake pulley, kg;

g - ускорение свободного падения, м/с2 g - gravity acceleration, m / s 2

γ, ρ* - удельный вес материала обода шкива, кг/м3;γ, ρ * is the specific gravity of the pulley rim material, kg / m 3 ;

G - вес колонны бурильных труб, Н;G is the weight of the drill pipe string, N;

up.n - износ рабочих поверхностей, мг;u pn — wear of working surfaces, mg;

EC, FM (EF) - энергетические уровни: критического движения, металла и FП (Ферми), полимера;E C , F M (E F ) - energy levels: critical motion, metal and F P (Fermi), polymer;

ЕС1, ЕП1 - энергии зон: дна проводимости и валентного потолка полимера, Дж;E C1 , E P1 - energy zones: the bottom of the conductivity and the valence ceiling of the polymer, J;

WM, WП - работы выхода электронов и ионов из металла и полимера, Дж;W M , W P - work function of electrons and ions from metal and polymer, J;

ΔQ - изменение тепловой энергии, Дж;ΔQ is the change in thermal energy, J;

δ0 - толщина обагащенного и обедненного электронного слоев, мкм;δ 0 - the thickness of the enriched and depleted electronic layers, microns;

Ес, Ен - энергия от колебания на ветвях ленты: сбегающей, набегающей, Дж;E with , E n - energy from oscillations on the branches of the tape: runaway, running, J;

Iин - момент инерции тормозного шкива, кг⋅м2;I in - the moment of inertia of the brake pulley, kg⋅m 2 ;

U - энергия частиц во внешнем электрическом поле, Дж.U is the energy of particles in an external electric field, J.

Динамические параметрыDynamic parameters

Figure 00000169
- значение мгновенного фиктивного импульса, Н;
Figure 00000169
is the value of the instantaneous fictitious impulse, N;

ΣAM, ΣАП - суммарные импульсы, создаваемые микровыступами пары трения «металл-полимер»;ΣA M , ΣA P - total pulses created by the microprotrusions of the metal-polymer friction pair;

N, dN - импульсное нормальное усилие и его приращение, кН;N, dN - pulse normal force and its increment, kN;

F, dF - импульсная сила трения и ее приращение, кН;F, dF — impulse friction force and its increment, kN;

∂N - нормальная реакция обода шкива, кН;∂N - normal reaction of the pulley rim, kN;

∂FT - элементарная сила трения в паре «накладка-шкив», кН;∂F T is the elementary friction force in a pair of "slip-pulley", kN;

Qp - реакция металлического микровыступа, кН;Q p is the reaction of the metal microprotrusion, kN;

S, S+ΔS - натяжения концов участка ленты, кНS, S + ΔS - tension of the ends of the tape section, kN

SH, SC - натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты, кН;S H , S C - tension of the running and running branches of the brake belt, kN;

р - импульсная удельная нагрузка, МПа;p - pulse specific load, MPa;

Миз, Mиз+dMиз - изгибающие моменты в сечениях накладки и их приращение, кНм;M from , M from + dM from - bending moments in the lining sections and their increment, kNm;

МТ - тормозной момент, кНм;M T - braking torque, kNm;

С - жесткость фрикционного стыка;C is the rigidity of the friction joint;

Пn - податливости микровыступов, мкм;P n - the compliance of the microprotrusion, microns;

Д - деформация полимерного микровыступа, мкм;D - deformation of the polymer microprotrusion, microns;

εД - относительная деформация участков тормозной ленты;ε D - the relative deformation of the sections of the brake tape;

σ1max, σк, σ1, σ2 - максимальные сжимающие напряжения и напряжения в ободе шкива от действия: удельных нагрузок в парах трения; температурных градиентов рабочей поверхности; объемной температуры: крепежного выступа (ϑв) и обода шкива (ϑоб) при условии (ϑобв), МПа;σ 1max , σ k , σ 1 , σ 2 - maximum compressive stresses and stresses in the pulley rim from the action: specific loads in friction pairs; temperature gradients of the working surface; volumetric temperature: mounting protrusion (ϑ c ) and pulley rim (ϑ r ) provided (ϑ r > ϑ c ), MPa;

σ0, σ' - напряжения: сопротивления трещинообразованию; максимальное тепловое, МПа;σ 0 , σ '- stress: resistance to cracking; maximum thermal, MPa;

σ а , σmax - амплитуда и максимальные напряжения цикла, МПа;σ a , σ max - amplitude and maximum stress of the cycle, MPa;

τкн - касательные напряжения, МПаτ kn - shear stress, MPa

σ-1 - предел выносливости материала при симметрическом цикле нагружения, МПа;σ -1 is the fatigue limit of the material with a symmetric loading cycle, MPa;

σB - предел прочности при сжатии пластически деформируемого материала, МПа;σ B is the compressive strength of a plastically deformable material, MPa;

Е - модуль упругости (Юнга), МПа;E - elastic modulus (Young), MPa;

НВ - твердость по Бринеллю контактных материалов, МПа.HB - Brinell hardness of contact materials, MPa.

Термодинамические параметрыThermodynamic parameters

Q - количество теплоты, аккумулируемое на поверхностях металлополимерных пар трения тормоза, кДж;Q is the amount of heat accumulated on the surfaces of metal-polymer brake friction pairs, kJ;

П1 - теплота Пельтье;P 1 - Peltier heat;

q - тепловой поток на контактной поверхности с учетом электрической и фрикционной составляющей, Вт/м2;q is the heat flux on the contact surface, taking into account the electric and frictional component, W / m 2 ;

Wx, WY - тепловые сопротивления частей потоков, отнесенные к осям координат X и YW x , W Y - thermal resistance of parts of the flows, referred to the axes of the coordinates X and Y

bш.эф - эффективная глубина проникновения теплоты в тело обода шкива, м;b sh.ef - effective depth of heat penetration into the pulley rim body, m;

ϑ1, ϑ'1 и ϑ2 - температуры обода шкива: рабочей и внутренней поверхности, приповерхностного слоя, °С;ϑ 1 , ϑ ' 1 and ϑ 2 are the temperatures of the pulley rim: the working and inner surfaces, the surface layer, ° С;

ϑП, ΔϑП1, ϑν1 и ϑвсп - температуры: поверхностная и ее приращение, объемная и вспышки, °С; n θ, Δθ P1, θ ν1 and θ aux - Temperature: Surface and its increment, and volumetric flash, ° C;

ϑв, ϑоб, ϑф - объемная температура: крепежного выступа; обода шкива, °С; объемная температура фланца барабана, °С;ϑ in , ϑ about , ϑ f - volumetric temperature: mounting protrusion; pulley rim, ° С; volumetric temperature of the flange of the drum, ° C;

Δϑ, Δϑυ - разность температур: поверхностных на исследуемом участке; объемных между ободом шкива и его крепежным выступом, °С;Δϑ, Δϑ υ - temperature difference: surface in the studied area; volumetric between the rim of the pulley and its mounting protrusion, ° C;

ϑf, ϑк, ϑn, ϑν, ϑд - температуры: пар трения, контактная, поверхностная на микроучастках взаимодействия; объемная ниже зоны деформации; допустимая для материалов полимерной накладки, °С;ϑ f , ϑ k , ϑ n , ϑ ν , ϑ d - temperature: friction pairs, contact, surface on the interaction micro-sites; volumetric below the deformation zone; permissible for polymer lining materials, ° С;

ϑmax - максимальная температура на пятне контакта микровыступов, °С.ϑ max - maximum temperature at the contact spot of microprotrusions, ° С.

θ, ϑ и ϑ0 - температуры: разности на пятне контакта; металлической поверхности и окружающей среды, °С;θ, ϑ and ϑ 0 are temperatures: differences on the contact spot; metal surface and environment, ° С;

Figure 00000170
,
Figure 00000171
- температуры поверхностей трения: номинальной; контурного участка, °С;
Figure 00000170
,
Figure 00000171
- temperature of friction surfaces: nominal; contour plot, ° C;

ϑН - температура нагревания поверхности металлического элемента трения, °К;ϑ N is the temperature of the surface of the metal friction element, ° K;

ϕк - начальный фазовый угол колебаний температуры, град; ϕ'=90-ϕк;ϕ to - the initial phase angle of temperature fluctuations, degrees; ϕ '= 90-ϕ k ;

Ак - амплитуда температурных колебаний, °С;And to - the amplitude of temperature fluctuations, ° C;

dϑ/dn - градиент температуры, °С/ммdϑ / dn - temperature gradient, ° С / mm

ΔQ/Δτ и Δϑ/Δτ - темпы изменения количества теплоты (Дж/с) и температуры (°С/с);ΔQ / Δτ and Δϑ / Δτ are the rates of change in the amount of heat (J / s) and temperature (° C / s);

WТД - уровень тепловых деформаций и напряжений;W TD - the level of thermal deformation and stress;

с - теплоемкость, Дж/(кг°С);C is the specific heat, J / (kg ° C);

R'К, R'c, R'м - термическое сопротивление: контакта; межконтактной среды; фактического контакта, °С/Вт;R ' K , R' c , R ' m - thermal resistance: contact; intercontact medium; actual contact, ° C / W;

R1, R2 - термическое сопротивление: слоев обода шкива; слоев циркулирующей среды или находящейся в жидком состоянии между микровыступами пятен контактов, °С/Вт;R 1 , R 2 - thermal resistance: layers of the pulley rim; layers of a circulating medium or in a liquid state between the microprotrusions of the contact spots, ° C / W;

μxn - химический потенциал частиц, Дж/кг.μ xn is the chemical potential of particles, J / kg.

Электрические параметрыElectrical parameters

I - генерируемый ток на микровыступах пар трения, мА;I is the generated current on the microprotrusion of friction pairs, mA;

Io и IPr, Icn, IP a - токи: реактивные, обусловленные быстрым и замедленными видами поляризации; сквозной проводимости; медленный, обусловленный замедленными видами поляризации, мА;I o and I Pr , I cn , I P a - currents: reactive, caused by fast and slowed-down types of polarization; through conductivity; slow, due to delayed types of polarization, mA;

IT, ICK, IД - суммарные токи: термический; возникающие за счет трения скольжения и контактного взаимодействия; обусловленные сорбционно-десорбционными процессами в приповерхностных слоях накладки при температуре выше допустимой для ее материалов, мА;I T , I CK , I D - total currents: thermal; arising due to sliding friction and contact interaction; due to sorption-desorption processes in the surface layers of the lining at a temperature higher than permissible for its materials, mA;

ITC, IM - составляющие суммарного тока: возникающие за счет трения скольжения; образованные движением заряженных частиц массопереноса, мА;I TC , I M - components of the total current: arising due to sliding friction; formed by the movement of charged particles of mass transfer, mA;

IP, I a , Ir - токи: импульсный (разрядный), активный, реактивный, мА;I P , I a , I r - currents: pulse (discharge), active, reactive, mA;

j - плотность электрического тока, мА/мм2;j is the electric current density, mA / mm 2 ;

Figure 00000172
- плотность заряда поверхностного слоя, Кл/мм2;
Figure 00000172
- charge density of the surface layer, C / mm 2 ;

qn - общий пространственный заряд, Кл/мм3;q n is the total space charge, C / mm 3 ;

u - общее напряжение стягивания, мВ;u is the total tension tension, mV;

ϕэ - потенциал электрического поля, мВ;ϕ e is the electric field potential, mV;

dϕ/dn - градиенты электрического потенциала, мВ/мм;dϕ / dn — gradients of electric potential, mV / mm;

РП - поляризованность поверхностей фрикционного взаимодействия, (Кл⋅м)/м3;R P - polarization of the friction interaction surfaces, (Kl⋅m) / m 3 ;

R' - электрическое сопротивление контактов микровыступов, Ом;R 'is the electrical resistance of the contacts of the microprotrusion, Ohm;

ρ, ρ' - удельное сопротивление: контактных материалов; пленок на контакте, (Ом⋅мм2)/м;ρ, ρ '- resistivity: contact materials; films on the contact, (Ohm⋅mm 2 ) / m;

σэn - электрическая проводимость среды, Ом-1;σ en - electrical conductivity of the medium, Ohm -1 ;

ε - диэлектрическая проницаемость жидкости, Ф/м;ε is the dielectric constant of the liquid, f / m;

ξ - напряженность электрического поля, В/м;ξ is the electric field strength, V / m;

М - электрический дипольный момент, Кл⋅м;M - electric dipole moment, Kl⋅m;

Ср - емкость электрического тока, Ф.With p - capacity of electric current, F.

Критерии подобияSimilarity criteria

Но - критерий гомохронности;But - a criterion of homochronism;

Ре - критерий Пекле;Re - Peclet criterion;

Bi - критерий Био;Bi - Biot criterion;

FO - критерий Фурье;F O - Fourier criterion;

Nu - критерий Нуссельта;Nu - Nusselt criterion;

VO - критерий Вольченко.V O - Volchenko criterion.

Математические параметрыMathematical parameters

G(x) - распределение инжектированных электронов в полимерной пленке;G (x) is the distribution of injected electrons in the polymer film;

N(τ) - переменная во времени и величине импульсной нормальной силы, действующая за время τ;N (τ) is the variable in time and the magnitude of the pulsed normal force acting over time τ;

w(к) - импульсная характеристика дискретной динамической системы;w (k) is the impulse response of a discrete dynamic system;

z - элемент памяти дискретного фильтра, осуществляющий задержку дискретной последовательности тактов (z-рТ);z -k is a discrete filter memory element delaying a discrete sequence of clock cycles (z -k = e -rT );

u(к) - отсчеты входного сигнала;u (k) - samples of the input signal;

U(z)-z - преобразование входного сигнала;U (z) -z is the conversion of the input signal;

Y(z) и - преобразование выходного и входного сигналов;Y (z) and - conversion of the output and input signals;

U(z) - zU (z) - z

W(к) - импульсная характеристика системы от k-го отсчета входного сигнала;W (k) is the impulse response of the system from the k-th sample of the input signal;

Figure 00000173
- комплексное сопряжение спектральной плотности входного сигнала;
Figure 00000173
- complex conjugation of the spectral density of the input signal;

Figure 00000174
- энергетический спектр входного сигнала, автоспектр;
Figure 00000174
- energy spectrum of the input signal, auto-spectrum;

W(ω) - комплексный коэффициент передачи системы;W (ω) is the complex transmission coefficient of the system;

u(τр) - входной сигнал, поступающий на узел трения (изменение импульсной нормальной нагрузки), Н;u (τ p ) is the input signal arriving at the friction unit (change in the pulse normal load), N;

у(τр) - выходной сигнал, полученный в результате трения (импульсная тангенциальная сила трения), Н;y (τ p ) is the output signal obtained as a result of friction (pulsed tangential friction force), N;

Figure 00000175
- основная функция ошибки.
Figure 00000175
- The main function of the error.

КоэффициентыOdds

Квз - коэффициента взаимного перекрытия внешних и внутренних поверхностей;By substituting - coefficient of mutual overlapping outer and inner surfaces;

f - динамический коэффициент трения;f is the dynamic coefficient of friction;

αТП1 - коэффициент распределения тепловых потоков;α TP1 - distribution coefficient of heat fluxes;

λуч, λ, λЗ, λС - коэффициент теплопроводности: участка поверхности, материалов пар трения, воздушного зазора между контактами, слоев скоростных токов омывающей среды, Вт/(м⋅°С);λ uch , λ, λ З , λ С - coefficient of thermal conductivity: surface area, materials of friction pairs, air gap between contacts, layers of high-speed currents of the washing medium, W / (m⋅ ° С);

а, а С - коэффициент температуропроводности: материалов пар трения, слоев смеси среды, м2/с; a , a C - thermal diffusivity: materials of friction pairs, layers of a mixture of medium, m 2 / s;

α - коэффициент линейного расширения;α is the coefficient of linear expansion;

αm - термоэлектрический коэффициент.α m is the thermoelectric coefficient.

μ - коэффициент Пуассона;μ is the Poisson's ratio;

KC - коэффициент сопротивления тепловому удару;K C - coefficient of resistance to thermal shock;

αT - коэффициент теплоотдачи, Bт/(м2⋅°C);α T - heat transfer coefficient, Wt / (m 2 ⋅ ° C);

l/k - коэффициент экранирования Дебая;l / k is the Debye screening coefficient;

χ - коэффициент электропроводности контактирующих материалов;χ is the coefficient of electrical conductivity of the contacting materials;

σt, γ - коэффициенты: Томпсона, пропорциональности;σ t , γ - coefficients: Thompson, proportionality;

kδ - эффективный коэффициент концентрации напряжений;k δ is the effective stress concentration coefficient;

Ψσ - коэффициент, зависящий от материала тормозной ленты;Ψ σ is a coefficient depending on the material of the brake tape;

εp и βЛ - коэффициенты, учитывающие размеры поперечного сечения ленты и класс чистоты ее рабочей поверхности.ε p and β L are coefficients that take into account the dimensions of the cross section of the tape and the cleanliness class of its working surface.

mЗ - коэффициент заполнения профиля неровностей материалами при различных видах механической обработки;m З - fill factor of the roughness profile with materials for various types of machining;

СЛ - коэффициент излучения (постоянная Стефана-Больцмана), Вт/(м2⋅К4);With L - emissivity (Stefan-Boltzmann constant), W / (m 2 ⋅K 4 );

aj, bi - вещественные коэффициенты.a j , b i are real coefficients.

РазныеDifferent

к - номер отсчета;k is the reference number;

е1 - безразмерное число, изменяющееся от 0 до 1,0;e 1 is a dimensionless number varying from 0 to 1.0;

mП - количество пазов в поперечном сечении тормозной ленты;m P - the number of grooves in the cross section of the brake tape;

z1 - минимальное количество микровыступов;z 1 is the minimum number of microprotrusions;

εmax=z/Hmax - относительный уровень микровыступов;ε max = z / H max is the relative level of microprotrusions;

τ, τ1 и τ'1 - время: торможения; достижения температур ϑ1 и ϑ'1, с;τ, τ 1 and τ ' 1 - time: braking; reaching temperatures ϑ 1 and ϑ ' 1 , s;

Figure 00000176
- относительное время торможения;
Figure 00000177
- отношение времени цикла к максимально возможной его величине;
Figure 00000176
- relative braking time;
Figure 00000177
- the ratio of cycle time to its maximum possible value;

τ1, τ2, τ3…τn - отрезки времени, определяющие положения центров тяжести площадей импульсов до прямой, относительно которой находится алгебраическая сумма статических моментов, с;τ 1 , τ 2 , τ 3 ... τ n - time intervals that determine the position of the centers of gravity of the pulse areas to a straight line, relative to which is the algebraic sum of static moments, s;

τк - время, отсчитываемое от некоторого заданного начального момента, с;τ to - time counted from some given initial moment, s;

zк - период колебаний, с;z to - period of oscillations, s;

τр - регистрируемое время, с;τ p - recorded time, s;

τс - временной сдвиг выходного сигнала относительно входного, с;τ s - time shift of the output signal relative to the input, s;

Aν - амплитуда радиальной виброскорости ветвей тормозной ленты, мм/с;A ν is the amplitude of the radial vibration velocity of the branches of the brake tape, mm / s;

V0 - начальная скорость движения микровыступа обода шкива, м/с;V 0 - the initial velocity of the microprotrusion of the pulley rim, m / s;

VCK, V - скорость: скольжения; токов омывающей смеси, м/с;V CK , V - speed: slip; washing mixture currents, m / s;

ωр - регистрируемая частота сигналов (0…0,5 fЛ), Гц;ω p - the recorded frequency of the signals (0 ... 0.5 f L ), Hz;

tД - частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя.t D - sampling frequency of the analog-to-digital Converter.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2507423 С2, кл. F16D 49/08 Способ определения эксплуатационных параметров при квазилинейной закономерности их изменения в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. - 20.02.2014. Бюл. №5. - 39 с. (аналог).1. RF patent No. 2507423 C2, class. F16D 49/08 A method for determining operational parameters in the case of a quasilinear regularity of their change in band-brake brakes of drawworks. - 02.20.2014. Bull. No. 5. - 39 p. (analogue).

2. Чичинадзе А.В. Практическая реализация тепловой динамики и моделирования трения и износа при сухом и граничном трении / А.В. Чичинадзе // Практическая трибология, мировой опыт. Том 1. - М.: Центр: наука и техника. - 1994. - С. 67-72 (прототип).2. Chichinadze A.V. The practical implementation of thermal dynamics and modeling of friction and wear during dry and boundary friction / A.V. Chichinadze // Practical tribology, world experience. Volume 1. - M .: Center: science and technology. - 1994. - S. 67-72 (prototype).

3. Фрикционное взаимодействие в электрических и тепловых полях металлополимерных пар трения / А.Х. Джанахмедов, А.И. Вольченко, Э.С. Пирвердиев [и др.] // Вестник Азербайджанской инженерной академии. - Баку. - 2014. - №6(2). - С. 30-54.3. Friction interaction in electric and thermal fields of metal-polymer friction pairs / A.Kh. Dzhanakhmedov, A.I. Volchenko, E.S. Pirverdiyev [et al.] // Bulletin of the Azerbaijan Engineering Academy. - Baku. - 2014. - No. 6 (2). - S. 30-54.

4. Темпы нагревания металлополимерных пар трения при импульсном и длительном подводе теплоты в ленточно-колодочном тормозе / А.Х. Джанахмедов, А.И. Вольченко, Д.А. Вольченко, Н.А. Вольченко, Н.М. Стебелецкая // Научно-техн. журнал / - Киев: НАУ. - №2(61). - 2013. - С. 20-30.4. The rate of heating of metal-polymer friction pairs during a pulsed and continuous heat supply in a tape-brake brake / A.Kh. Dzhanakhmedov, A.I. Volchenko, D.A. Volchenko, N.A. Volchenko, N.M. Stebeletskaya // Scientific and Technical. Journal / - Kiev: NAU. - No. 2 (61). - 2013 .-- S. 20-30.

5. Патент 2459986 С2 РФ F16D 65/82, F16D 51/10. Способ определения составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях (варианты). / Вольченко А.И., Вольченко Н.А., Вольченко Д.А., Бачук И.В., Горбей А.Н., Поляков П. А.; заявитель и патентообладатель Ивано-Франковск, национал, техн. ун-т нефти и газа. - №2010107170/11; заявл. 26.02.2010; опубл. 27.08.2012, Бюл.№25. - 14 с.5. Patent 2459986 C2 of the Russian Federation F16D 65/82, F16D 51/10. A method for determining the components of electric currents in the polymer-metal friction pairs of a drum-shoe brake when they are heated in bench conditions (options). / Volchenko A.I., Volchenko N.A., Volchenko D.A., Bachuk I.V., Gorbey A.N., Polyakov P.A .; applicant and patent holder Ivano-Frankivsk, national, tech. un-t oil and gas. - No. 201007170/11; declared 02/26/2010; publ. 08/27/2012, Bull.No. 25. - 14 p.

6. Патент 2462628 С2 РФ F16D 65/82, F16D 51/10. Способ определения направлений составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях / Вольченко А.И., Вольченко Н.А., Вольченко Д.А., Бачук И.В., Горбей А.Н., Поляков П. А.; заявитель и патентообладатель Ивано-Франковск, национал, техн. ун-т нефти и газа. - №2010115528/11; заявл. 19.04.2010; опубл. 27.10.2011, Бюл. №30. - 27 с.6. Patent 2462628 C2 of the Russian Federation F16D 65/82, F16D 51/10. A method for determining the directions of the components of electric currents in the polymer-metal friction pairs of a drum-shoe brake when they are heated in bench conditions / Volchenko A.I., Volchenko N.A., Volchenko D.A., Bachuk I.V., Gorbey A.N., Polyakov P.A .; applicant and patent holder Ivano-Frankivsk, national, tech. un-t oil and gas. - No.2010115528 / 11; declared 04/19/2010; publ. 10/27/2011, Bull. No. 30. - 27 p.

7. Патент 2502900 С2 РФ F16D 49/08. Способ электродинамического исследования закономерностей изменения эксплуатационных параметров металлополимерных пар трения ленточно-колодочных тормозов буровой лебедки. / Вольченко А.И., Вольченко Н.А., Вольченко Д.А., Поляков П.А., Возный А.В.; заявитель и патентообладатель Ивано-Франковск, национал, техн. ун-т нефти и газа. - №20125664/11; заявл. 20.02.2012; опубл. 27.12.2013, Бюл. №36. - 11 с.7. Patent 2502900 C2 of the Russian Federation F16D 49/08. The method of electrodynamic study of the laws of changes in the operational parameters of metal-polymer friction pairs of tape and shoe brakes of a drawworks. / Volchenko A.I., Volchenko N.A., Volchenko D.A., Polyakov P.A., Vozny A.V .; applicant and patent holder Ivano-Frankivsk, national, tech. un-t oil and gas. - No. 20125664/11; declared 02/20/2012; publ. 12/27/2013, Bull. Number 36. - 11 p.

8. Тимошенко С.П. Механика материалов / С.П. Тимошенко, Дж. Гере. - М.: Мир, 1976. - 669 с.8. Timoshenko S.P. Material Mechanics / S.P. Tymoshenko, J. Gere. - M .: Mir, 1976 .-- 669 p.

9. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / Под общ. редакцией А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003. - 575 с.9. Friction, wear and lubrication (tribology and tribotechnology) / Under the general. edited by A.V. Chichinadze. - M.: Mechanical Engineering, 2003 .-- 575 p.

10. Вольченко Н.А. Динамика многопарных фрикционных узлов / Н.А. Вольченко. - Ростов-на-Дону: Северо-Кавказский науч. центр, высш. школы, 2005. - 238 с.10. Volchenko N.A. Dynamics of multi-pair friction units / N.A. Volchenko. - Rostov-on-Don: North Caucasian scientific. center, higher Schools, 2005 .-- 238 p.

11. Браун Э.Д. Модели трения и изнашивания в машинах / Э.Д. Браун, Ю.А. Евдокимов, А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностоение, 1982, - 191 с.11. Brown E.D. Models of friction and wear in cars / E.D. Brown, Yu.A. Evdokimov, A.V. Chichinadze. - M.: Machine Stand, 1982, - 191 p.

12. Ленточно-колодочные тормозные устройства. Монография (научное издание) в 2 т. Т. 2 / [Н.А. Вольченко, Д.А. Вольченко, С.И. Крыштопа, Д.Ю. Журавлев, А.В. Возный]. - Кубанск. государств, технолог, ун-т. - Краснодар - Ивано-Франковск, 2013. - 441 с.12. Tape-shoe braking devices. Monograph (scientific publication) in 2 vol. T. 2 / [N.A. Volchenko, D.A. Volchenko, S.I. Kryshtopa, D.Yu. Zhuravlev, A.V. Vozny]. - Kubansk. states, technologist, un-t. - Krasnodar - Ivano-Frankivsk, 2013 .-- 441 p.

13. Шлыков Ю.П. Контактное термическое сопротивление / Ю.П. Шлыков, Е.А. Ганин, СИ. Царевский. - М.: Энергия, 1977. - 328 с.13. Shlykov Yu.P. Contact thermal resistance / Yu.P. Shlykov, E.A. Ganin, SI. Tsarevsky. - M.: Energy, 1977 .-- 328 p.

14. Трибология (электротермомеханические основы, анализ и синтез на нано-, микро- и миллиуровнях и технические приложения): учеб. пособие. [А.И. Вольченко, М.В. Киндрачук, Д.А. Вольченко и др.]. - Киев - Краснодар, 2015. - 371 с.14. Tribology (electrothermomechanical foundations, analysis and synthesis at the nano-, micro- and milli-levels and technical applications): textbook. allowance. [A.I. Volchenko, M.V. Kindrachuk, D.A. Volchenko and others.]. - Kiev - Krasnodar, 2015 .-- 371 p.

15. Бердинских В.А. Статическое моделирование процессов фрикционно-контактного взаимодействия при внешнем трении / В.А. Бердинских, В.В. Запорожец // Надежность и долговечность машин и сооружений, - М, 1984, №5. С. 80-84.15. Berdinsky V.A. Static modeling of friction-contact interaction processes during external friction / V.A. Berdinsky, V.V. Zaporozhets // Reliability and durability of machines and structures, - M, 1984, No. 5. S. 80-84.

16. Гухман А.А. Введение в теорию подобия / А.А. Гухман. - М.: Высшая школа, 1963, 254 с.16. Gukhman A.A. Introduction to the theory of similarity / A.A. Guhman. - M.: Higher School, 1963, 254 p.

17. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике / Л.И. Седов. - М.: Наука, 1967, 438 с.17. Sedov L.I. Methods of similarity and dimensions in mechanics / L.I. Sedov. - M .: Nauka, 1967, 438 p.

18. Шаповалов В.В. Комплексное моделирование динамических нагруженных узлов трения машин / В.В. Шаповалов // Трение и износ. - М., 1985. №3. С. 451-457.18. Shapovalov V.V. Complex modeling of dynamic loaded knots of machine friction / V.V. Shapovalov // Friction and wear. - M., 1985. No. 3. S. 451-457.

19. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Д. Бакли: Пер. с англ. / Под ред. А. И. Свериденка. М.: Мир, 1986, 294 с.19. Buckley D. Surface phenomena during adhesion and frictional interaction / D. Buckley: Per. from English / Ed. A.I. Sveridenka. M .: Mir, 1986, 294 p.

20. Джанахмедов А.Х. Синергетика и фракталы в трибологии / А.Х. Джанахмедов, О.А. Дышин, М.Я. Джавадов // Баку: Апостроф: 2014. - 504 с.20. Djanakhmedov A.Kh. Synergetics and fractals in tribology / A.Kh. Dzhanakhmedov, O.A. Dyshin, M.Ya. Javadov // Baku: Apostrophe: 2014 .-- 504 p.

21. Компьютерное моделирование энергонагруженности металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза буровых лебедок (часть первая) / Д.Ю. Журавлев, С.И. Крыштопа, И.О. Бекиш и др. // Научно-техн. журнал. - Киев: НАУ. - №4(65). - 2014. - С. 47-59.21. Computer simulation of the energy load of metal-polymer pairs of friction of the tape-shoe brake of drawworks (part one) / D.Yu. Zhuravlev, S.I. Kryshtopa, I.O. Bekish et al. // Scientific and Technical. Journal. - Kiev: NAU. - No. 4 (65). - 2014 .-- S. 47-59.

22. Патент 2343450 С2 РФ, МПК G01N 3/56. Способ испытаний узлов трения / Шаповалов В.В., Челохьян А.В., Лубягов A.M. и др.; заявитель и патентообладатель Шаповалов Владимир Владимирович. - №2006121024/28; заявл. 13.06.06; опубл. 10.01.09, Бюл. №1. - 31 с.22. Patent 2343450 C2 of the Russian Federation, IPC G01N 3/56. Test method for friction units / Shapovalov V.V., Chelokhyan A.V., Lubyagov A.M. and etc.; Applicant and patent holder Vladimir Vladimirovich Shapovalov. - No. 2006121024/28; declared 06/13/06; publ. 01/10/09, Bull. No. 1. - 31 p.

23. Чичинадзе А.В. Износостойкость фрикционных полимерных материалов / Чичинадзе А.В., Белоусов В.Я., Богатчук И.М. / Львов. - Высшая школа, 1989. - 114 с.23. Chichinadze A.V. Wear resistance of friction polymer materials / Chichinadze A.V., Belousov V.Ya., Bogatchuk I.M. / Lviv. - Higher school, 1989. - 114 p.

24. Диплом №444 на открытие «Явление тепловой стабилизации в металлополимерных парах трения» от 18.01.2013 г. авторов А.И. Вольченко, М.В. Киндрачук, Д.А. Вольченко, Н.А. Вольченко. - М.: Международ, акад. авторов научн. открыт, и изобрет. - Экспертиза заявки на открытие № А-588 от 05.09.2012 г.24. The diploma No. 444 for the opening of the "Phenomenon of thermal stabilization in metal-polymer friction pairs" dated January 18, 2013 by A.I. Volchenko, M.V. Kindrachuk, D.A. Volchenko, N.A. Volchenko. - M .: International, Acad. authors of scientific open, and invented. - Examination of the application for opening No. A-588 of 09/05/2012

Claims (53)

Способ оценки внешних и внутренних параметров узлов трения при испытании в стендовых условиях, при которой механические системы объектной и модельной структуры, состоящие из подсистем, при их контактно-импульсном электротермомеханическом фрикционном взаимодействии, находящемся во взаимодействии с конструктивными особенностями, линейным или полиноминальным законами изменения тахограмм металлического фрикционного элемента пары трения, а также со скоростной, силовой, электрической, тепловой и химическими характеристиками узла трения, составляющими его единое поле энергетического взаимодействия при условии, что между внешними и внутренними параметрами «объекта» и «модели» обеспечивают следующие соотношения:A method for evaluating the external and internal parameters of friction units during testing under bench conditions, in which mechanical systems of an object and model structure, consisting of subsystems, with their contact-pulse electrothermomechanical frictional interaction, interacting with structural features, linear or polynomial laws of change of metal tachograms friction element of a friction pair, as well as with high-speed, power, electrical, thermal and chemical characteristics of friction unit I, constituting its single field of energy interaction, provided that between the external and internal parameters of the “object” and “model” provide the following relationships: - отношения масс объекта (М) и модели (m) равно М/m=См=C2 L;- the mass ratio of the object (M) and model (m) is M / m = C m = C 2 L ; - отношение линейных размеров объекта (L) и модели
Figure 00000178
равно геометрическому масштабному подобию
Figure 00000179
;
- the ratio of the linear dimensions of the object (L) and the model
Figure 00000178
equal to geometric scale similarity
Figure 00000179
;
- отношение полированных площадей объекта (Sп) и модели (sп) равно Sп/sп=CSп2 Lп;- the ratio of the polished areas of the object (S n) and the model (s n) is equal to S n / s n Sn = C = C 2 Ln; - отношение матовых площадей объекта (Sм) и модели (sм) равно Sм/sм=C2 ,- the ratio of the matte areas of the object (S m ) and the model (s m ) is S m / s m = C Sm = C 2 Lm , - отношение физико-механических параметров материалов: коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, температур и их градиентов, коэффициентов теплоотдачи; твердости, модуля упругости, предела прочности, сопротивления срезу объекта (Ф) и модели (ф) равно Ф/ф=Сф=1,0;- the ratio of physical and mechanical parameters of materials: thermal conductivity and thermal diffusivity, temperatures and their gradients, heat transfer coefficients; hardness, elastic modulus, tensile strength, shear resistance of an object (Ф) and model (f) is equal to Ф / ф = С ф = 1,0; - отношение внешних сил, действующих на элементы пары трения, объекта (F) и модели (f) равно F/f=CF=C2 L;- the ratio of external forces acting on the elements of the friction pair, object (F) and model (f) is F / f = C F = C 2 L ; - отношение времени протекания исследуемых процессов, явлений и эффектов в объекте (ζ) и модели (τ) равно ζ/τ=Сτ=1,0, которые соблюдают при следующих допустимых внешних параметрах:- the ratio of the duration of the studied processes, phenomena and effects in the object (ζ) and model (τ) is ζ / τ = С τ = 1,0, which are observed for the following admissible external parameters: - отношение натяжений набегающей ветви (SH) и натяжение сбегающей ветви (SC) тормозной ленты составляет SH/SC≤[n];- the ratio of the tension of the running branch (S H ) and the tension of the running branch (S C ) of the brake belt is S H / S C ≤ [n]; - удельные нагрузки (р) не превышают допустимой величины для материалов фрикционной накладки;- specific loads (p) do not exceed the permissible value for the materials of the friction lining; - изменение динамического коэффициента трения (f) колеблется от 0,2 до 0,5;- change in the dynamic coefficient of friction (f) ranges from 0.2 to 0.5; - поверхностные температуры фрикционной накладки не превышают допустимой для ее материалов;- surface temperatures of the friction lining do not exceed the allowable for its materials; - обод шкива не попадает в зону термостабилизационного состояния,- the pulley rim does not fall into the zone of thermostabilization state, отличающийся тем, что закономерности изменения линий токов силового, электрического, теплового и химического полей характеризуются внутренними и внешними параметрами, во взаимодействии с линиями токов скоростного поля омывающих сред подчиняются волновой природе со сдвигом по фазе и описываются отвечающими ей симплексами при соблюдении следующих отношений:characterized in that the patterns of change in the lines of the currents of the force, electric, thermal and chemical fields are characterized by internal and external parameters, in interaction with the lines of the currents of the velocity field of the washing media they obey the wave nature with a phase shift and are described by the corresponding simplexes subject to the following relations: - отношение высоты микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Н) и модели (h) равно H/h=CH=1,0;- the ratio of the height of the microprotrusions of the friction surfaces of the object (H) and the model (h) is H / h = C H = 1,0; - отношение длины микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Lм) и модели
Figure 00000180
равно
Figure 00000181
;
- the ratio of the length of the microprotrusion of the friction surfaces of the object (L m ) and model
Figure 00000180
equally
Figure 00000181
;
- отношение площадей пятен контактов микровыступов фрикционных поверхностей объекта (Ао) и модели (Ам) равно АомАо=1,0;- the ratio of the areas of the spots of contacts of the microprotrusions of the friction surfaces of the object (A o ) and the model (A m ) is equal to A o / A m = C Ao = 1.0; - отношение импульсных нормальных усилий объекта (N) и модели (n) равно N/n=CN=1,0;- the ratio of the impulse normal forces of the object (N) and model (n) is N / n = C N = 1,0; - отношение линейных скоростей скольжения объекта (VСК) и модели (vск) равно VСК/vск=CV=1,0;- the ratio of the linear sliding velocities of the object (V SK ) and the model (v SK ) is equal to V SK / v SK = C V = 1,0; - отношение импульсных сил трения объекта (Fт) и модели (fт) равно Fт/fт=C=1,0;- the ratio of the pulsed friction forces of the object (F t ) and the model (f t ) is F t / f t = C Ft = 1,0; - отношение импульсных динамических коэффициентов трения объекта (fо) и модели (fм) равно fо/fм=C=1,0;- the ratio of the pulsed dynamic coefficients of friction of the object (f о ) and the model (f m ) is equal to f о / f m = C = 1,0; - отношение импульсных удельных нагрузок объекта (ро) и модели (рм) равно ромРо=1,0;- the ratio of the pulsed specific loads of the object (r o ) and model (r m ) is equal to r o / r m = C Po = 1,0; - отношение импульсных тормозных моментов объекта (Мо) и модели (Мм) равно МомМо=1,0;- the ratio of the impulse braking moments of the object (M o ) and the model (M m ) is equal to M o / M m = C Mo = 1.0; - отношение податливости стыков подсистемы "тормозная лента - нерабочие поверхности накладок" объекта (По1) и модели (По2) равно По1о2По1=1,0;- the compliance ratio of the joints of the subsystem "brake tape - non-working surfaces of the linings" of the object (P o1 ) and model (P o2 ) is equal to P o1 / P o2 = C Po1 = 1.0; - отношение податливости стыков подсистемы «рабочая поверхность накладки - поверхность обода шкива» объекта (По3) и модели (По4) равно По3о4По3=1,0;- the compliance ratio of the joints of the subsystem “working surface of the lining - the surface of the pulley rim” of the object (P o3 ) and model (P o4 ) is equal to P o3 / P o4 = C Po3 = 1.0; - отношение амплитуд колебаний связей механических подсистем и деформаций микронеровностей объекта (А) и модели (а) равно А/а=СА=1,0;- the ratio of the amplitudes of the oscillations of the bonds of the mechanical subsystems and the deformations of the microroughness of the object (A) and model (a) is equal to A / a = C A = 1.0; - отношение частот колебаний объекта (Ω) и модели (ω) равно Ω/ω=CΩ=1,0;- the ratio of the oscillation frequencies of the object (Ω) and the model (ω) is Ω / ω = C Ω = 1,0; - отношение энергетических уровней подповерхностных слоев объекта (Э'о) и модели (Э'м) равно Э'о/Э'мЭ'о=1,0;- the ratio of the energy levels of the subsurface layers of the object (E ' o ) and the model (E' m ) is equal to E ' o / E' m = C E'o = 1.0; - отношение токов скоростей омывающего воздуха объекта (Vв) и модели (vв) равно Vв/vв=C=1,0;- the ratio of the currents of the speeds of the washing air of the object (V in ) and the model (v in ) is equal to V in / v in = C Vt = 1,0; - отношение токов скоростей компонентов омывающих сред объекта (Vc) и модели (vc) равно Vc/vc=1,0 и при этом соблюдают в открытой термодинамической системе трибосопряжения равенство не только поверхностных температур, но и равенство химических потенциалов при вынужденном конвективном теплообмене его подсистем:- the ratio of the velocity currents of the components of the washing media of the object (V c ) and the model (v c ) is equal to V c / v c = С = 1,0 and at the same time, in an open thermodynamic tribo-conjugation system, not only the equality of surface temperatures, but also the equality of chemical potentials in forced convective heat transfer of its subsystems: - «наружная поверхность обода шкива - скоростные токи охлаждающего воздуха»;- “the outer surface of the pulley rim - high-speed currents of cooling air”; - «внутренняя поверхность обода шкива - скоростные токи компонентов омывающей среды»;- "the inner surface of the pulley rim - high-speed currents of the components of the washing medium"; - «поверхностный и подповерхностный слой полимерной накладки - скоростные токи компонентов омывающей среды», а взаимодействие подсистемы «обод тормозного шкива - крепежный выступ - фланец барабана лебедки» осуществляют кондуктивным теплообменом за счет температурных градиентов по их толщине, после чего производят измерение и определение параметров трибосопряжения с одновременным контролем и фиксацией площадей пятен контактов микровыступов в реальном масштабе времени, поскольку электротермическое сопротивление дискретных контактов с различной энергетической активностью микроконденсаторов и -термобатарей с мгновенным их переключением при изменении площадей пятен контакта микровыступов при соблюдении условий на первой стадии фрикционного взаимодействия (Афн), что фактическая площадь контактирования (Аф) мала по сравнению с номинальной (Ан), производят суммирование составляющих генерируемых токов, а при Анф фиксируют трибоЭДС в сопряжении с переменным градиентов механических свойств его материалов и при этом темп проникновения взаимодействующих между собой импульсов электрического и теплового токов влияет на интенсивность износа микровыступов при переполяризации, а величины тепловых токов на поверхностях пятен контактов микровыступов определяют с помощью гипотезы суммирования температур на поверхности с учетом генерируемых электрических токов- "the surface and subsurface layer of the polymer lining - high-speed currents of the components of the washing medium", and the interaction of the subsystem "brake pulley rim - mounting protrusion - winch drum flange" is carried out by conductive heat exchange due to temperature gradients along their thickness, after which the tribo-conjugation is measured and determined with simultaneous monitoring and fixing of areas of spots of contacts of microprotrusions in real time, since the electrothermal resistance of discrete contacts in with different energetic activity of microcapacitors and thermal batteries with their instantaneous switching when changing the areas of contact spots of microprotrusions under the conditions at the first stage of friction interaction (A f <A n ), that the actual contact area (A f ) is small compared to the nominal (A m ), the components of the generated currents are summed, and at A n = A f, the triboEMF is fixed in conjunction with the variable gradients of the mechanical properties of its materials and the penetration rate of the interacting between of pulses of electric and thermal currents affects the intensity of wear of microprotrusions during repolarization, and the values of thermal currents on the surfaces of the spots of contacts of microprotrusions are determined using the hypothesis of summing the temperatures on the surface taking into account the generated electric currents
Figure 00000182
Figure 00000182
где ϑП - поверхностная температура от трения и контактного сопротивления, вызванная генерируемыми токами на пятнах контактов микровыступов, а также фрикционной составляющей; ΔϑП1 - прирост поверхностной температуры от температуры вспышки, вызванной разрядными токами между микровыступами; ϑвсп - температура вспышки, вызванная разрядными токами между микровыступами;where ϑ P is the surface temperature from friction and contact resistance caused by the generated currents on the contact spots of the microprotrusions, as well as the friction component; Δϑ П1 - increase in surface temperature from the flash point caused by discharge currents between microprotrusions; ϑ pop - flash point caused by discharge currents between microprotrusions; при этом в теле металлического фрикционного элемента формируется объемная температура (ϑυ1), вызванная действием первых двух составляющих, определяют из условия действия двух источников теплоты (электрического и фрикционного) в зоне тренияin this case, a volumetric temperature (ϑ υ1 ) is formed in the body of the metal friction element caused by the action of the first two components, it is determined from the condition of the action of two heat sources (electric and frictional) in the friction zone
Figure 00000183
Figure 00000183
где
Figure 00000184
- тепловой поток на контактной поверхности с учетом электрической и фрикционной составляющей, Вт/м2; Аф - фактическая площадь касания, мм2; I - генерируемый ток в парах трения, А; ρ - удельное сопротивление контактных материалов, (Ом⋅мм2)/м; HB - твердость по Бринеллю контактных материалов, МПа; N - импульсное нормальное усилие, действующее в зоне контакта материалов, Н; ρ' - удельное сопротивление пленок на контакте, (Ом⋅мм2)/м; ƒ - динамический коэффициент трения; VСК - скорость скольжения, м/с; αТП1 - коэффициент распределения тепловых потоков; λ - приведенный коэффициент теплопроводности материалов пар трения, Вт/(м⋅°С); dcp - средний диаметр пятна контакта, определяют с учетом реальной его шероховатости, мм; температуру вспышки ϑвсп определяют по зависимости вида
Where
Figure 00000184
- heat flux on the contact surface, taking into account the electric and frictional component, W / m 2 ; And f is the actual area of contact, mm 2 ; I is the generated current in friction pairs, A; ρ - resistivity of contact materials, (Ohm⋅mm 2 ) / m; HB - Brinell hardness of the contact materials, MPa; N - normal impulse force acting in the contact zone of materials, N; ρ 'is the resistivity of the films at the contact, (Ohm⋅mm 2 ) / m; ƒ - dynamic coefficient of friction; V SK - sliding speed, m / s; α TP1 - distribution coefficient of heat fluxes; λ is the reduced coefficient of thermal conductivity of materials of friction pairs, W / (m⋅ ° С); d cp is the average diameter of the contact spot, determined taking into account its real roughness, mm; flash point ϑ vsp is determined by the type
Figure 00000185
Figure 00000185
где Ре=(VСКdcp)/а - критерий Пекле; а - приведенный коэффициент температуропроводимости материалов пар трения, м/с2, а объемную температуру металлического фрикционного элемента (ϑν1) определяют из условия равенства тепловых потоков на контактной поверхности с учетом фрикционной и электрической составляющей и которая отводится от его полированной поверхности к скоростным токам омывающей среды:where Re = (V SC d cp ) / a is the Peclet criterion; a is the reduced coefficient of thermal diffusivity of materials of friction pairs, m / s 2 , and the volumetric temperature of the metal friction element (ϑ ν1 ) is determined from the condition of equal heat fluxes on the contact surface taking into account the friction and electric components and which is diverted from its polished surface to high-speed currents washing Wednesday:
Figure 00000186
Figure 00000186
в дальнейшем по приведенным выше температурам и оценивают энергетические уровни поверхностных и подповерхностных слоев элементов трибосопряжения, после чего аналитическим путем оценивают максимальные сжимающие напряжения σ1max в ободе шкива по зависимости видаsubsequently, from the above temperatures, the energy levels of the surface and subsurface layers of the tribojunction elements are estimated, and then the maximum compressive stresses σ 1max in the pulley rim are estimated by the dependence of the form
Figure 00000187
Figure 00000187
где σк, σ1, σ2 - напряжение в ободе шкива от действия: удельных нагрузок в парах трения; температурных градиентов на его рабочей поверхности; объемной температуры: крепежного выступа (ϑв) и обода шкива (ϑоб) при условии (ϑобв),where σ k , σ 1 , σ 2 - stress in the pulley rim from the action: specific loads in friction pairs; temperature gradients on its working surface; volumetric temperature: mounting protrusion (ϑ in ) and pulley rim (ϑ about ) under condition (ϑ about > ϑ in ),
Figure 00000188
Figure 00000188
где Квз - коэффициент взаимного перекрытия пар трения; bш, δш - ширина и толщина обода шкива,where To b - the coefficient of mutual overlap of friction pairs; b W , δ W - width and thickness of the pulley rim,
Figure 00000189
Figure 00000189
где α - коэффициент линейного расширения; Е - модуль упругости; ϑ1, ϑ'1 - температуры рабочей и внутренней поверхности обода шкива; μ - коэффициент Пуассона,where α is the coefficient of linear expansion; E is the modulus of elasticity; ϑ 1 , ϑ ' 1 - temperature of the working and inner surface of the pulley rim; μ is the Poisson's ratio,
Figure 00000190
Figure 00000190
где ϑв, ϑф - объемная температура крепежного выступа и фланца барабана; Ав, Аф - площади поперечных сечений крепежных выступов обода и фланца барабана;where ϑ in , ϑ f - volumetric temperature of the mounting protrusion and the flange of the drum; And in , And f - the cross-sectional area of the mounting protrusions of the rim and the flange of the drum; но при этом для более точного определения составляющих σ1 и σ2 в зависимость вместо (ϑ1-ϑ'1) подставляют слагаемое
Figure 00000191
(где τ - время торможения; τ1, τ'1 - время достижения температур ϑ1 и ϑ'1), которое характеризует темп нагревания обода шкива, а в зависимость вместо
Figure 00000192
(где δ1, δ2, δср - толщины: крепежного выступа; фланца барабана; их средняя величина), которое характеризует температурные градиенты по толщине рассматриваемых элементов, а зарождение и развитие трещин на рабочей поверхности ободов тормозных шкивов оценивают коэффициентом сопротивления тепловому удару
but at the same time, for a more accurate determination of the components σ 1 and σ 2, the term is substituted instead of (ϑ 1 -ϑ ' 1 ) by the term
Figure 00000191
(where τ is the braking time; τ 1 , τ ' 1 is the time to reach temperatures ϑ 1 and ϑ' 1 ), which characterizes the heating rate of the pulley rim, and instead of the dependence
Figure 00000192
(where δ 1 , δ 2 , δ cf are the thicknesses of the mounting protrusion; drum flange; their average value), which characterizes the temperature gradients along the thickness of the elements under consideration, and the nucleation and development of cracks on the working surface of the brake pulley rims is evaluated by the coefficient of resistance to thermal shock
Figure 00000193
Figure 00000193
где σ0, σ' - напряжения: сопротивления трещинообразованию; максимальное тепловое.where σ 0 , σ '- stress: resistance to cracking; maximum thermal.
RU2015122719A 2015-06-11 2015-06-11 Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions RU2647338C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122719A RU2647338C2 (en) 2015-06-11 2015-06-11 Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122719A RU2647338C2 (en) 2015-06-11 2015-06-11 Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015122719A RU2015122719A (en) 2016-12-27
RU2647338C2 true RU2647338C2 (en) 2018-03-15

Family

ID=57759261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015122719A RU2647338C2 (en) 2015-06-11 2015-06-11 Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647338C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745382C1 (en) * 2020-03-19 2021-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) Method for dynamic monitoring of high mobile non-linear technical systems
RU2758181C1 (en) * 2019-05-21 2021-10-26 Китайский Университет Горного Дела И Технологии Method for estimating the dynamic reliability in relation to faults in the connection of the median trough of a drag conveyor

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109916810B (en) * 2018-12-28 2024-05-07 中国矿业大学(北京) Dry sliding friction pair interface transient temperature simulation and test system and disc module
CN113513291A (en) * 2021-04-22 2021-10-19 陕西长庆专用车制造有限公司 Intermittent-open oil pumping unit and intermittent-open control method
CN114459941B (en) * 2021-12-29 2023-11-21 宁波职业技术学院 Method and system for predicting cracking risk of stator component in exhaust system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3450242A (en) * 1967-02-07 1969-06-17 Stoeckicht Alexander W Fluid pressure engaged friction coupling
DE2516292A1 (en) * 1974-04-16 1975-11-06 Sabes & Cie BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE
RU2279579C2 (en) * 2004-08-30 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
RU2357131C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determination of zone of initial interaction of friction pairs in belt-block brakes of draw works
RU2357130C2 (en) * 2007-03-27 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3450242A (en) * 1967-02-07 1969-06-17 Stoeckicht Alexander W Fluid pressure engaged friction coupling
DE2516292A1 (en) * 1974-04-16 1975-11-06 Sabes & Cie BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE
RU2279579C2 (en) * 2004-08-30 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
RU2357130C2 (en) * 2007-03-27 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for control of specific loads in strands of brake belt of belt-block brake of draw works
RU2357131C2 (en) * 2007-07-23 2009-05-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method for determination of zone of initial interaction of friction pairs in belt-block brakes of draw works

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758181C1 (en) * 2019-05-21 2021-10-26 Китайский Университет Горного Дела И Технологии Method for estimating the dynamic reliability in relation to faults in the connection of the median trough of a drag conveyor
RU2745382C1 (en) * 2020-03-19 2021-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО РГУПС) Method for dynamic monitoring of high mobile non-linear technical systems

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015122719A (en) 2016-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2647338C2 (en) Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions
Loo et al. A new type of symmetric slip-friction connector
Khoo et al. Influence of steel shim hardness on the sliding hinge joint performance
Goel et al. Molecular dynamics simulation model for the quantitative assessment of tool wear during single point diamond turning of cubic silicon carbide
Blau How common is the steady-state? The implications of wear transitions for materials selection and design
Jalalahmadi et al. A Voronoi finite element study of fatigue life scatter in rolling contacts
Dubourg et al. A predictive rolling contact fatigue crack growth model: onset of branching, direction, and growth—role of dry and lubricated conditions on crack patterns
Kubin et al. A new roughness parameter to evaluate the near-surface deformation in dry rolling/sliding contact
Conner et al. Using a dovetail fixture to study fretting fatigue and fretting palliatives
Eriten Multiscale physics-based modeling of friction
Dong et al. Wear reduction through piezoelectrically-assisted ultrasonic lubrication
Jones et al. The effect of strain hardening on shakedown limits of a pearlitic rail steel
Grossi et al. Tribological investigation on metal mating surfaces to explore real use conditions of a novel friction damper for seismic applications
Zaki et al. Effect of thread and bearing friction coefficients on the self-loosening of preloaded countersunk-head bolts under periodic transverse excitation
Saboori et al. A novel test configuration designed for investigating mixed mode II/III fracture
Hattori et al. Residual stress distribution through thickness in cold-rolled aluminum sheet
Dorafshan et al. Friction coefficients for slide-in bridge construction using PTFE and steel sliding bearings
Wang et al. A non-uniform friction distribution model for partial slip fretting contact
Wang et al. Dynamic identification of tangential contact stiffness by using friction damping in moving contact
Ramhormozian et al. Recent developments on the sliding hinge joint
Miranda et al. Study of the effects of damage accumulation on wear
Kadin Modeling of hydrogen transport in rolling contact fatigue conditions
Volkov et al. Modeling of functional properties of porous shape memory alloy
Liou et al. Finite element analysis of residual stress in Ti-6Al-4V alloy plate induced by deep rolling process under complex roller path
Fadin et al. Effect of electric current on the contact characteristics of metallic materials under sliding conditions

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20170331

HE9A Changing address for correspondence with an applicant
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20171226

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180324