RU2272192C2 - Method and device for cooling drum-block brake - Google Patents

Method and device for cooling drum-block brake Download PDF

Info

Publication number
RU2272192C2
RU2272192C2 RU2003131301/11A RU2003131301A RU2272192C2 RU 2272192 C2 RU2272192 C2 RU 2272192C2 RU 2003131301/11 A RU2003131301/11 A RU 2003131301/11A RU 2003131301 A RU2003131301 A RU 2003131301A RU 2272192 C2 RU2272192 C2 RU 2272192C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
brake
thermocouples
drum
friction linings
positive
Prior art date
Application number
RU2003131301/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003131301A (en
Inventor
Александр Иванович Вольченко (UA)
Александр Иванович Вольченко
Евстахий Иванович Крыжановский (UA)
Евстахий Иванович Крыжановский
Николай Александрович Вольченко (RU)
Николай Александрович Вольченко
Дмитрий Александрович Вольченко (UA)
Дмитрий Александрович Вольченко
к Михаил Андреевич Сп (UA)
Михаил Андреевич Спяк
Ежи Винцентович Пиотровски (UA)
Ежи Винцентович Пиотровски
Original Assignee
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
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 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа filed Critical Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
Priority to RU2003131301/11A priority Critical patent/RU2272192C2/en
Publication of RU2003131301A publication Critical patent/RU2003131301A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2272192C2 publication Critical patent/RU2272192C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: device comprises braking plate, braking drum, and two self-adjusting brake blocks with friction linings on the front and back sections provided with cooling units. The cooling units are made of thermopiles of two types. The first one is composed of thermal elements with electronic and hole conductivity. The thermal elements are made of square rods which are interconnected from the side of working surfaces of the friction linings over their width via metallic cross-pieces and pass through the body of the linings and heat insulated openings in the base of the blocks. From below, the edges of the square rods are interconnected by means of plates-heat-exchangers. The thermopiles are arranged in the front and back sections of the left and right brake blocks. The sections of the working surfaces of the friction linings of the brake blocks cooperate with the working surface of the brake drum. The second thermopile has thermal elements with positive and negative polarity. The thermal elements are made of rectangular plates mounted in the body of the friction linings. The method comprises making two types of thermopiles. The first one is composed of thermal elements of electronic and hole conductivity and operates in the regime of thermoelectric cooler. The second one has thermal elements with positive and negative polarity and operates in the regime of thermoelectric generator. The thermal elements with positive and negative polarities are connected with the positive and negative terminals of the DC power source during operation of the brake, and the remainder time the circuits of the thermopiles are disconnected from the power sources and operate independently.
EFFECT: prolonged service life.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тормозных механизмах транспортных средств, а также в дорожных и строительных машинах.The invention relates to the field of engineering and can be used in the braking mechanisms of vehicles, as well as in road and construction vehicles.

Известен барабанно-колодочный тормоз, содержащий тормозной барабан, две самоустанавливающиеся тормозные колодки, рабочие тормозные цилиндры различного диаметра.Known drum-shoe brake containing a brake drum, two self-locking brake pads, working brake cylinders of various diameters.

Фрикционная поверхность каждой из двух тормозных колодок образована сопряжением двух кривых, одна из которых имеет кривизну, равную внутренней рабочей поверхности барабана, а вторая кривая имеет меньшую кривизну. Концы тормозных колодок установлены в барабане диаметрально с минимальным зазором относительно рабочей поверхности барабана и контактируют с рабочими поршнями рабочих тормозных цилиндров меньшего диаметра. Концы тормозных колодок установлены в барабане с максимальным зазором и контактируют с поршнем рабочего тормозного цилиндра большего диаметра. При торможении тормозная жидкость поступает в рабочий тормозной цилиндр и давит на соответствующие поршни. В начальный момент касание тормозных колодок происходит в зоне, имеющей меньшую кривизну. В дальнейшем концы тормозной колодки отходят от рабочей поверхности барабана. В конечном итоге тормозная колодка прижата к барабану фрикционной поверхностью с кривизной, равной кривизне внутренней рабочей поверхности тормозного барабана [1, аналог]. Недостатком данной конструкции фрикционных узлов тормоза является то, что носочные и пяточные части тормозных колодок с расположенными на них накладками при торможении взаимодействуют с рабочей поверхностью обода тормозного барабана неодинаковое время, что ведет к выполнению ими разной работы трения, и, как следствие, на указанных поверхностях генерируется разное количество теплоты. Последнее и ухудшает эксплуатационные параметры тормоза, и уменьшает ресурс его пар трения.The friction surface of each of the two brake pads is formed by pairing two curves, one of which has a curvature equal to the inner working surface of the drum, and the second curve has less curvature. The ends of the brake pads are installed diametrically in the drum with a minimum clearance relative to the working surface of the drum and are in contact with the working pistons of the working brake cylinders of a smaller diameter. The ends of the brake pads are installed in the drum with the maximum clearance and are in contact with the piston of the larger brake cylinder. When braking, the brake fluid enters the working brake cylinder and presses on the corresponding pistons. At the initial moment, the brake pads touch in the area with less curvature. Further, the ends of the brake pads depart from the working surface of the drum. Ultimately, the brake pad is pressed against the drum by a friction surface with a curvature equal to the curvature of the inner working surface of the brake drum [1, analogue]. The disadvantage of this design of the friction brake assemblies is that the toe and heel parts of the brake pads with brake pads located on them interact with the working surface of the brake drum rim for unequal time, which leads to different friction work, and, as a result, on these surfaces different amounts of heat are generated. The latter and degrades the operational parameters of the brake, and reduces the resource of its friction pairs.

Известно устройство для охлаждения барабанно-колодочного тормоза, которое выполнено в виде термоэлементов-стержней. На холодные спаи разноименных термоэлементов, торцы которых находятся на глубине допустимого износа накладок, попарно надеты подпружиненные пустотелые теплопроводные вставки с выпуклыми перемычками, перемещающиеся в продольных пазах накладок. Со стороны защемления обода барабана с фланцем разноименные термоэлементы установлены попарно, на глубине допустимого износа накладок, соединены между собой посредством внутренней поверхности выпуклых теплопроводных пластин, наружные поверхности которых установлены заподлицо накладок и являются горячими спаями термоэлементов. Новое в способе выравнивания теплонагруженности тормоза состоит в том, что осуществляют подключение источника постоянного тока к первому и последнему горячему спаю термоэлементов, расположенных со стороны свободного края обода. Холодные спаи термоэлементов, расположенные со стороны защемленного края обода барабана, подсоединяют к цепи постоянного электрического тока, включаемой в работу между торможениями [2, прототип]. Данное устройство для охлаждения тормоза имеет тот недостаток, что снижает теплонагруженность его пар трения только по краям тормозных колодок.A device for cooling the drum-shoe brake, which is made in the form of thermocouples-rods. On cold junctions of unlike thermoelements, the ends of which are at the depth of the allowable wear of the linings, spring-loaded hollow spring-loaded heat-conducting inserts with convex jumpers moving in the longitudinal grooves of the linings are worn in pairs. From the pinch side of the drum rim with a flange, unlike thermocouples are installed in pairs, at the depth of the allowable wear of the plates, interconnected by the inner surface of the convex heat-conducting plates, the outer surfaces of which are flush with the plates and are hot junctions of the thermocouples. New in the method of balancing the heat load of the brake consists in connecting a DC source to the first and last hot junction of thermocouples located on the side of the free edge of the rim. Cold junctions of thermocouples located on the side of the clamped edge of the rim of the drum are connected to a constant current circuit that is included in the work between braking [2, prototype]. This device for cooling the brake has the disadvantage that it reduces the heat load of its friction pairs only along the edges of the brake pads.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:Compared with the analogue and prototype, the proposed technical solution has the following significant distinguishing features:

- обеспечивается снижение уровня теплонагруженности поверхностей накладок колодок, находящихся в носочной и пяточной их частях при замкнутом тормозе в результате работы термобатарей в режиме термоэлектрогенератора;- provides a reduction in the level of heat load on the surfaces of the pads on the pads located in the toe and heel parts with the brake closed as a result of the operation of thermopiles in the thermoelectric generator mode;

- обеспечивается снижение уровня теплонагруженности поверхности накладок, находящихся в пяточной и носочной их частях при замкнутом тормозе в результате работы термобатарей в режиме термоэлектрохолодильника;- provides a reduction in the level of heat load on the surface of the pads located in the heel and forefoot parts with the brake closed as a result of the operation of thermopiles in the thermoelectric cooler mode;

- автоматически повышается эффективность охлаждения участков поверхностей накладок, находящихся в носочной и пяточной частях тормозных колодок, с ростом теплонагруженности пар трения тормоза;- the cooling efficiency of the parts of the surfaces of the linings located in the toe and heel parts of the brake pads automatically increases with increasing heat load of the friction pairs of the brake;

- надежность и компактность конструкции.- reliability and compact design.

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

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей двух типов: первые составлены из термоэлементов с электронной и дырочной проводимотями, при этом указанные термоэлементы выполнены в виде квадратных стержней, соединенных со стороны рабочих поверхностей фрикционных накладок по их ширине металлическими перемычками и проходящих через тело накладок и теплоизолированные отверстия в основании колодок, а снизу квадратные стержни по краям соединены между собой пластинами-теплообменниками, при этом термобатареи расположены в пяточной и носочной частях левой и правой тормозных колодок участков рабочих поверхностей фрикционных накладок, которые первыми взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана.This goal is achieved in that the cooling units are made in the form of thermopiles of two types: the first are composed of thermocouples with electronic and hole conductors, while these thermocouples are made in the form of square rods connected from the working surfaces of the friction linings along their width with metal jumpers and passing through the body of the pads and heat-insulated holes in the base of the pads, and bottom square rods at the edges are interconnected by plates-heat exchangers The batteries are located in the heel and toe of the left and right brake pad sections Surface friction linings that interact with the first working surface of the brake drum.

Вторые составлены из термоэлементов с положительной и отрицательной полярностями, при этом указанные термоэлементы выполнены в виде прямоугольных пластин, установленных в теле фрикционных накладок, простирающихся на всю их ширину и проходящих через теплоизолированные щели в основании носочной и пяточной частей левой и правой тормозных колодок, участки рабочих поверхностей фрикционных накладок последними взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана. Способ охлаждения барабанно-колодочного тормоза при торможении состоит в том, что первые термобатареи работают в режиме термоэлектрохолодильника, вторые - в режиме термоэлектрогенератора, а их термоэлементы с положительной и отрицательной полярностью подключены к положительной и отрицательной клеммам источника постоянного тока на время работы тормоза, а остальное время цепи термобатарей отключены от источников питания и они работают самостоятельно.The second are composed of thermocouples with positive and negative polarities, while these thermocouples are made in the form of rectangular plates installed in the body of the friction linings, extending over their entire width and passing through insulated slots at the base of the fore and heel parts of the left and right brake pads, sections of the working surfaces of the friction linings last interact with the working surface of the brake drum. The method of cooling the drum-shoe brake during braking is that the first thermopiles operate in the thermoelectric cooler mode, the second in thermoelectric generator mode, and their thermocouples with positive and negative polarity are connected to the positive and negative terminals of the DC source for the duration of the brake operation, and the rest the thermopile circuit time is disconnected from the power sources and they work independently.

На фиг.1 изображен барабанно-колодочный тормоз с устройствами для охлаждения его пар трения; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показан вид сверху на тормозную колодку с охлаждающими устройствами; на фиг.4 - термобатарея с радиатором; на фиг.5 - барабанно-колодочный тормоз с охлаждающими узлами в начальный момент торможения; фиг.6 - то же, в момент создания максимального тормозного момента.Figure 1 shows a drum-shoe brake with devices for cooling its friction pairs; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 shows a top view of the brake pad with cooling devices; figure 4 - thermopile with a radiator; figure 5 - drum-shoe brake with cooling nodes at the initial moment of braking; 6 is the same, at the time of creating the maximum braking torque.

Барабанно-колодочный тормоз с охлаждающими устройствами содержит тормозной барабан 1, левую 2 и правую 3 тормозные колодки (самоустанавливающиеся) с фрикционными накладками 4, установленными на их основаниях 5 и прикрепленными к ним с помощью заклепок (на чертеже не показаны). Фрикционная поверхность каждой тормозной колодки 2 и 3 образована сопряжением дополнительной фрикционной поверхности 6, имеющей одинаковую кривизну с рабочей поверхностью барабана 1, с фрикционной поверхностью 7, имеющей кривизну, отличающуюся от кривизны рабочей поверхности барабана 1. Кривизна дополнительной фрикционной поверхности 6 меньше кривизны фрикционной поверхности 7, причем фрикционные поверхности 6 и 7 расположены диаметрально. При этом тормозные колодки 2 и 3 соединены между собой стяжными пружинами 8, а их носочные 9 и пяточные 10 части взаимодействуют с поршнями 11 и 12 тормозных цилиндров 13 и 14, расположенных диаметрально и выполненных с различными диаметрами. Кроме того, в носочной части 9 правой 3 и пяточной части 10 левой 2 тормозных колодок установлены термобатареи, выполненные в виде пластинчатых термопар 15. Последние отделены от оснований 5 тормозных колодок 2 и 3 теплоизоляцией (не показаны) и простираются в них поперек. Пластинчатые термопары образованы двумя сваренными пластинами, изготовленными, например, из хромеля (+) и копеля (-). Термопары соединены между собой последовательно, а их термоэлектроды 16 и 17 подключены к источнику постоянного тока 18. В основаниях 5 в накладках 4, находящихся в носочной части 9 левой 2 и пяточной части 10 правой 3 тормозных колодок, по их ширине и на краях выполнены прямоугольные отверстия 19, в которые установлены прямоугольной формы стержни, т.е. полупроводниковые термоэлементы 20 и 21 с n- и p-типа проводимости. При этом они отделены от оснований 5 теплоизоляционными втулками (на чертеже не показаны). По обеим краям колодок 2 и 3 термоэлементы 20 и 21 установлены так, что их торцы находятся на глубине допустимого износа накладок 4, а сверху они соединены поперечными металлическими перемычками 22. Снизу по краям оснований 5 тормозных колодок 2 и 3 они соединены продольными пластинами-теплообменниками 23. Выводы 24 термоэлементов 19 и 20 подключены к соответствующим клеммам источника постоянного тока 25. Тормозные колодки 2 и 3 установлены в тормозном барабане 1 с помощью пальцев 26, неподвижно закрепленных на тормозном щите 27. Тормозные цилиндры 13 меньшего диаметра расположены со стороны фрикционных поверхностей 6, имеющих кривизну большую, чем кривизна фрикционной поверхности 7. Минимальные зазоры между фрикционной поверхностью тормозных колодок 2 и 3 и рабочей поверхностью барабана 1 расположены в зоне сопряжения фрикционных поверхностей 6 и 7.Drum-shoe brake with cooling devices contains a brake drum 1, left 2 and right 3 brake pads (self-installing) with friction pads 4 mounted on their bases 5 and attached to them with rivets (not shown in the drawing). The friction surface of each brake shoe 2 and 3 is formed by mating an additional friction surface 6 having the same curvature with the working surface of the drum 1, with a friction surface 7 having a curvature different from the curvature of the working surface of the drum 1. The curvature of the additional friction surface 6 is less than the curvature of the friction surface 7 moreover, the friction surfaces 6 and 7 are diametrically located. In this case, the brake pads 2 and 3 are interconnected by the coupling springs 8, and their nose 9 and heel 10 parts interact with the pistons 11 and 12 of the brake cylinders 13 and 14, which are diametrically arranged and made with different diameters. In addition, in the forefoot part 9 of the right 3 and the heel part 10 of the left 2 brake pads, thermopiles are installed in the form of plate thermocouples 15. The latter are separated from the bases of 5 brake pads 2 and 3 by thermal insulation (not shown) and extend across them. Plate thermocouples are formed by two welded plates made, for example, of chromel (+) and copel (-). Thermocouples are interconnected in series, and their thermoelectrodes 16 and 17 are connected to a direct current source 18. In the bases 5 in the overlays 4 located in the fore part 9 of the left 2 and the heel part 10 of the right 3 brake pads, rectangular in width and at the edges are made holes 19 in which the rods are mounted in a rectangular shape, i.e. semiconductor thermoelements 20 and 21 with n- and p-type conductivity. Moreover, they are separated from the bases by 5 insulating sleeves (not shown in the drawing). On both edges of the pads 2 and 3, thermocouples 20 and 21 are installed so that their ends are at a depth of allowable wear on the pads 4, and on top they are connected by transverse metal jumpers 22. From the bottom along the edges of the bases 5 of the brake pads 2 and 3 they are connected by longitudinal heat exchanger plates 23. The findings of 24 thermocouples 19 and 20 are connected to the corresponding terminals of the DC source 25. The brake pads 2 and 3 are installed in the brake drum 1 with the help of pins 26, which are fixedly mounted on the brake shield 27. Brake cylinders 13 men Larger diameters are located on the side of the friction surfaces 6, having a curvature greater than the curvature of the friction surface 7. The minimum gaps between the friction surface of the brake pads 2 and 3 and the working surface of the drum 1 are located in the interface between the friction surfaces 6 and 7.

Тормозные цилиндры 13 и 14 с соответствующими поршнями 11 и 12 закреплены на тормозном щите 27 с помощью кронштейна 28. Тормозной щит 27 неподвижно установлен на корпусе 29, а тормозной барабан 1 закреплен с помощью фланца 30 на полуоси 31.The brake cylinders 13 and 14 with the corresponding pistons 11 and 12 are mounted on the brake shield 27 using the bracket 28. The brake shield 27 is fixedly mounted on the housing 29, and the brake drum 1 is fixed using the flange 30 on the axle shaft 31.

Для реализации способа охлаждения пар трения барабанно-колодочного тормоза транспортного средства рассмотрим работу термобатарей, составленных из термоэлементов 20 и 21 с электронной (n) и дырочной (р) проводимостями и работающих в режиме термоэлектрохолодильника (фиг.4).To implement the method of cooling the friction pairs of the drum-shoe brake of a vehicle, we consider the operation of thermopiles composed of thermocouples 20 and 21 with electronic (n) and hole (p) conductivities and operating in the thermoelectric cooler mode (Fig. 4).

Если по цепи элементы, которые находятся в одинаковых температурных условиях (Т=Т0), пропустить электрический ток в направлении, указанном на фиг.4, то свободные электроны начнут перемещаться в термоэлементе 20 от спая (а) к спаю (в), причем это движение является замедленным, поскольку электроны тормозятся электрическим полем. Движение электронов от спая (а) к спаю (в) сопровождается переносом энергии. На спае (а) электроны, отбирая энергию атомов, приобретают кинетическую энергию; на спае (в), сталкиваясь с атомами кристаллической решетки термоэлемента 20, они отдают ему энергию. В связи с этим спай (а) охлаждается, а спай (в) способствует тому, что он заряжается отрицательно, а спай (а) - положительно.If the circuit contains elements that are in the same temperature conditions (T = T 0 ), let the electric current pass in the direction indicated in Fig. 4, then the free electrons will begin to move in thermocouple 20 from junction (a) to junction (c), and this movement is slow because the electrons are inhibited by the electric field. The movement of electrons from the junction (a) to the junction (c) is accompanied by energy transfer. At the junction (a), electrons, taking away the energy of atoms, acquire kinetic energy; at the junction (c), colliding with the atoms of the crystal lattice of thermoelement 20, they give it energy. In this regard, junction (a) is cooled, and junction (c) contributes to the fact that it is charged negatively, and junction (a) - positively.

В термоэлементе 21 с дырочной проводимостью направление электрического тока совпадает с направлением перемещения дырок: от спая (а) к спаю (в), вследствие чего электроны ускоряются. Как уже отмечалось, образовавшиеся вакантные места могут занять электроны с уровнем энергии, близким к энергии дырки, поэтому наиболее интенсивное движение электронов наблюдается у спая (в). Здесь электроны, сталкиваясь с атомами, повышают их внутреннюю энергию, расходуемую на нагревание этого спая. По мере движения от спая (в) к спаю (а), вдоль ветви термоэлемента 21, энергия электронов уменьшается и дальнейшее их перемещение осуществляется за счет внутренней энергии атомов, вследствие чего (а) охлаждается. Скопление электронов на этом спае обуславливает его отрицательный заряд, при этом спай (в) заряжен положительно. Таким образом, пропускание постоянного электрического тока через термобатарею приводит 4 возникновению перепада температур на ее спаях. На спае (а) поглощается теплота, называемая теплотой Пельтье, а на спае (в) выделяется теплота. Если от горячего спая термобатареи постоянно отводить теплоту, то на холодном ее спае можно достичь низких температур. Таким образом, получили термоэлектрохолодильник.In the thermocouple 21 with hole conductivity, the direction of the electric current coincides with the direction of movement of the holes: from junction (a) to junction (c), as a result of which the electrons are accelerated. As already noted, the vacant spots formed can be occupied by electrons with an energy level close to the hole energy; therefore, the most intense electron motion is observed in the junction (c). Here, electrons, colliding with atoms, increase their internal energy spent on heating this junction. As you move from the junction (c) to the junction (a), along the branch of thermocouple 21, the energy of the electrons decreases and their further movement is due to the internal energy of the atoms, as a result of which (a) is cooled. The accumulation of electrons at this junction causes its negative charge, while junction (c) is positively charged. Thus, passing a constant electric current through a thermopile leads 4 to the occurrence of a temperature difference at its junctions. Heat is absorbed at spa (a), called Peltier heat, and heat is released at spa (c). If heat is constantly removed from the hot junction of the thermopile, then low temperatures can be achieved on its cold junction. Thus, a thermoelectric refrigerator was obtained.

Рассмотрим работу термобатарей, составленных их термоэлементов 16 и 17 с положительной (+) и отрицательной (-) полярностями и работающих в режиме термоэлектрогенератора (по аналогии с фиг.4). Концы термоэлектродов 16 и 17 установлены заподлицо фрикционных поверхностей 7 в пяточной части правой 3 и пяточной части 10 левой 2 тормозных колодок, являются горячими спаями термобатареи. Два других конца термоэлектродов 16 и 17, образующие пластинчатые термопары 15, соединены между собой последовательно, а их крайние термоэлектроды 16 и 17 подключены к источнику постоянного тока 18. При замкнутом тормозе в результате трения температура (Т0) торцов термоэлектродов 16 и 17 увеличивается по сравнению с температурой (7) холодных концов термоэлектродов 16 и 17 (Т0>Т), при этом тепловая энергия атомов горячего спая термоэлектродов 16 и 17 возрастает. В результате на горячем спае термоэлектрода 16 появляется больше свободных электронов и с более высокой тепловой энергией, чем на холодном, поэтому они переходят к холодному спаю, заряжая его отрицательно. Вследствие теплового движения атомов в термоэлектроде 17 часть электронов уносится из горячего спая. На их месте появляются свободные (не занятые) места-дырки, обладающие положительным зарядом. Направление перемещения дырок, как положительных зарядов, совпадает с направлением электрического тока, поэтому их движение ускоряется. Занять освободившиеся места (дырки) могут электроны, энергия которых близка к энергии дырки. Но электроны, движущиеся против электрического поля, замедляются и переходят в зону меньших скоростей, а на их месте образуются дырки. Таким образом, происходит перемещение дырок к холодному спаю 17, и он заряжается положительно. В результате взаимодействия рабочей поверхности тормозного барабана 1 с горячим спаем термоэлектродов 16 и 17 при замыкании цепи в ней наблюдается электрический ток, обусловленный именно температурным градиентом. Фактически имеет место эффект Зеебека, а сама термобатарея является термоэлектрогенератором.Consider the operation of thermopiles composed of their thermocouples 16 and 17 with positive (+) and negative (-) polarities and operating in the thermoelectric generator mode (by analogy with figure 4). The ends of the thermoelectrodes 16 and 17 are mounted flush with the friction surfaces 7 in the calcaneal part of the right 3 and the calcaneal part 10 of the left 2 brake pads, are hot junctions of the thermopile. The other two ends of thermoelectrodes 16 and 17, forming plate thermocouples 15, are interconnected in series, and their extreme thermoelectrodes 16 and 17 are connected to a constant current source 18. When the brake is closed as a result of friction, the temperature (T 0 ) of the ends of thermoelectrodes 16 and 17 increases along compared with the temperature (7) of the cold ends of the thermoelectrodes 16 and 17 (T 0 > T), while the thermal energy of the atoms of the hot junction of the thermoelectrodes 16 and 17 increases. As a result, more free electrons and with a higher thermal energy appear on the hot junction of the thermoelectrode 16 than on the cold junction, therefore they pass to the cold junction, charging it negatively. Due to the thermal motion of atoms in the thermoelectrode 17, part of the electrons is carried away from the hot junction. In their place appear free (unoccupied) hole places with a positive charge. The direction of movement of the holes, as positive charges, coincides with the direction of the electric current, so their movement is accelerated. Electrons whose energy is close to the energy of the hole can occupy the vacant places (holes). But the electrons moving against the electric field slow down and pass into the zone of lower speeds, and holes are formed in their place. Thus, the holes move to the cold junction 17, and it charges positively. As a result of the interaction of the working surface of the brake drum 1 with a hot junction of the thermoelectrodes 16 and 17, when the circuit is closed, an electric current is observed in it, which is caused precisely by the temperature gradient. In fact, the Seebeck effect takes place, and the thermopile itself is a thermoelectric generator.

Барабанно-колодочный тормоз с устройством охлаждения работает следующим образом.Drum-pad brake with a cooling device operates as follows.

При торможении тормозная жидкость поступает в тормозные цилиндры 13 и 14 и давит на поршни 11 и 12. При этом начинают перемещаться левая 2 и правая 3 тормозные колодки с фрикционными накладками 4, установленных на пальцах 26. Так как минимальный зазор Δ1 между рабочей поверхностью накладок 4 и внутренней поверхностью тормозного барабана 1 расположен в зоне сопряжения фрикционных поверхностей 6 и 7, находящихся на носочной части 9 левой 2 и пяточной части 10 правой 3 тормозных колодок, то в начальный момент торможения касание происходит на данных участках (фиг.5). На последних генерируется некоторое количество теплоты, которое отводится термобатареями, работающими в режиме термоэлектрогенератора. В следующее мгновение в связи с продолжающим поступательным движением поршней 12 тормозных цилиндров 14, взаимодействующих с концом пяточной части 10 левой тормозной колодки 2 и с концом носочной части 9 правой тормозной колодки 3, поверхность контакта фрикционных накладок 4 и внутренней поверхности тормозного барабана 1 увеличивается. Такое взаимодействие возможно благодаря зазору Δ2 между фрикционными парами (фиг.6). В результате выполнения работы трения отмеченными участками взаимодействия поверхностей трения тормоза и генерируется значительное количество теплоты, в связи с чем в них и были вмонтированы термобатареи, работающие в режиме термоэлектрохолодильника. В это время зона сопряжения фрикционных поверхностей 6 и 7, находящихся на носочной части 9 левой 2 и пяточной части 10 правой 3 тормозных колодок отходит от рабочей поверхности тормозного барабана 1 и не взаимодействует с ним, т.к. усилие, создаваемое поршнями 11 тормозных цилиндров 13, больше усилия, создаваемого поршнями 12 тормозных цилиндров 14. При этом уровень теплонагруженности участков накладок, вступившим на первой стадии торможения во взаимодействие с рабочей поверхностью тормозного барабана 1, значительно ниже, чем теплонагруженность тех участков накладок, которые вступили на второй стадии торможения во взаимодействие с рабочей поверхностью тормозного барабана 1.When braking, the brake fluid enters the brake cylinders 13 and 14 and presses on the pistons 11 and 12. At the same time, the left 2 and right 3 brake pads with friction pads 4 mounted on the fingers 26 begin to move. Since the minimum clearance Δ 1 between the working surface of the pads 4 and the inner surface of the brake drum 1 is located in the interface between the friction surfaces 6 and 7 located on the fore part 9 of the left 2 and the heel part 10 of the right 3 brake pads, then at the initial moment of braking, the touch occurs on the data Kah (Figure 5). On the latter, a certain amount of heat is generated, which is removed by thermopiles operating in the thermoelectric generator mode. In the next instant, due to the continued translational movement of the pistons 12 of the brake cylinders 14, which interact with the end of the heel part 10 of the left brake pad 2 and with the end of the fore part 9 of the right brake pad 3, the contact surface of the friction linings 4 and the inner surface of the brake drum 1 increases. This interaction is possible due to the gap Δ 2 between the friction pairs (Fig.6). As a result of the friction work, the marked areas of interaction between the brake friction surfaces generate a significant amount of heat, and therefore thermo-batteries operating in the thermoelectric cooler mode were mounted in them. At this time, the interface between the friction surfaces 6 and 7 located on the fore part 9 of the left 2 and the heel part 10 of the right 3 brake pads departs from the working surface of the brake drum 1 and does not interact with it, because the force exerted by the pistons 11 of the brake cylinders 13 is greater than the force exerted by the pistons 12 of the brake cylinders 14. In this case, the heat load level of the lining portions, which at the first stage of braking interacted with the working surface of the brake drum 1, is much lower than the heat load of those lining portions that entered the second stage of braking in interaction with the working surface of the brake drum 1.

Поэтому в участках накладок, работающих на первой стадии торможения с рабочей поверхностью обода тормозного барабана 1, и были вмонтированы термобатареи, работающие в режиме термоэлектрогенератора, а с противоположной стороны тормозных колодок 2 и 3 - в режиме термоэлектрохолодильника. Кроме того, горячие спаи термоэлектроузлов 16 и 17, а также термоэлементов 20 и 21, составляющие термобатареи, изнашиваются вместе с фрикционными накладками 4 до толщины их допустимого износа.Therefore, in the parts of the pads that work at the first stage of braking with the working surface of the rim of the brake drum 1, thermo-batteries operating in the thermoelectric generator mode were mounted, and on the opposite side of the brake pads 2 and 3 - in the thermoelectric cooler mode. In addition, the hot junctions of thermoelectric units 16 and 17, as well as thermocouples 20 and 21, constituting the thermopile, wear together with the friction linings 4 to the thickness of their allowable wear.

Значительная часть генерируемой теплоты на взаимодействующих поверхностях тормоза отводится теплопроводностью через термоэлементы 20 и 21 и их металлические перемычки 22 к холодным спаям термобатарей, работающих в режиме термоэлектрохолодильника, затем передается пластинам теплообменников 23, от которых рассеивается в окружающую среду. При этом перепад температур Т0 и Т между горячим и холодным спаем термобатареи ведет к тому, что на ее холодных спаях возникает термо-ЭДС, которая по замкнутой электрической цепи способствует протеканию электрического тока, поглощающего определенное количество теплоты от общего количества, генерируемого на взаимодействующих поверхностях пар трения тормоза. Усиливается отвод теплоты также за счет подключения теромэлементов 20 и 21 к источнику питания постоянного тока 25. Незначительная часть генерируемой теплоты расходуется на нагревание термоэлементов 20 и 21 термобатареи.A significant part of the generated heat on the interacting brake surfaces is removed by thermal conductivity through thermoelements 20 and 21 and their metal jumpers 22 to cold junctions of thermopiles working in the thermoelectric cooler mode, then it is transferred to the plates of heat exchangers 23, from which it is scattered into the environment. In this case, the temperature difference T 0 and T between the hot and cold junction of the thermopile leads to the appearance of thermo-EMF on its cold junctions, which promotes the flow of electric current through a closed electric circuit, which absorbs a certain amount of heat from the total amount generated on the interacting surfaces steam friction brakes. The heat removal is also enhanced by connecting the thermocouples 20 and 21 to the DC 25 power supply. A small part of the generated heat is spent on heating the thermocouples 20 and 21 of the thermopile.

Своего рода термоэлектрогенераторами являются пластинчатые термопары 15, работающие на эффекте Зеебека, выводы термоэлектродов 16 и 17, которые подключены к источнику постоянного тока 18, что составляет электрическую цепь. Таким образом, наличие в цепи разности температур между горячим (Т0) спаем термоэлектродов 16 и 17 пластинчатых термопар 15 и их холодным спаем способствует возникновению в цепи термоэлектрического тока, поглощающего также некоторое количество теплоты от общего генерируемого на взаимодействующих поверхностях тормоза.A kind of thermoelectric generators are plate thermocouples 15, operating on the Seebeck effect, the terminals of thermoelectrodes 16 and 17, which are connected to a constant current source 18, which makes up the electric circuit. Thus, the presence in the circuit of the temperature difference between the hot (T 0 ) junction of thermoelectrodes 16 and 17 of plate thermocouples 15 and their cold junction contributes to the appearance of a thermoelectric current in the circuit, which also absorbs some heat from the total brake generated on the interacting surfaces.

С увеличением количества торможений барабанно-колодочного тормоза транспортного средства наблюдается рост температуры: горячего спая термоэлектродов 16 и 17 термопар 15, являющих термобатареями и работающих в режиме термоэлектрогенератора, и термоэлементов 20, 21 батарей с металлическими перемычками 22, работающих в режиме термоэлектрохолодильника, что ведет к интенсификации охлаждения рабочих поверхностей тормоза, т.к. резко возрастает электрическая проводимость термоэлементов 20 и 21 термобатареи.With an increase in the number of brakes of the drum-shoe brake of the vehicle, an increase in temperature is observed: hot junction of thermoelectrodes 16 and 17 of thermocouples 15, which are thermopiles and operating in the thermoelectric generator mode, and thermoelectric elements 20, 21 of batteries with metal jumpers 22 operating in the thermoelectric cooler mode, which leads to intensification of cooling of brake working surfaces, as the electrical conductivity of thermoelements 20 and 21 of the thermopile sharply increases.

После завершения процесса торможения тормозные колодки 2 и 3 с фрикционными накладками 4 отходят от рабочей поверхности тормозного барабана 1 за счет падения давления в тормозных цилиндрах 13 и 14 и перемещения поршней 11 и 12 в первоначальное положение.After completion of the braking process, the brake pads 2 and 3 with friction linings 4 depart from the working surface of the brake drum 1 due to the pressure drop in the brake cylinders 13 and 14 and the displacement of the pistons 11 and 12 to their original position.

Таким образом, применение предложенного технического решения позволит не только снизить, но и в некоторой степени выровнять теплонагруженность на взаимодействующих поверхностях трения тормоза, улучшить его эксплуатационные параметры и увеличить ресурс их фрикционных накладок.Thus, the application of the proposed technical solution will not only reduce but also to some extent equalize the heat load on the interacting friction surfaces of the brake, improve its operational parameters and increase the life of their friction linings.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. 1511485 А1 (СССР), F 16 D 51/30, 1987, БИ №36 (аналог).1. A.S. 1511485 A1 (USSR), F 16 D 51/30, 1987, BI No. 36 (analogue).

2. Патент на изобретение 2174199 (Россия), F 16 D 65/813, 65/833, 2001, БИ №27 (прототип).2. Patent for invention 2174199 (Russia), F 16 D 65/813, 65/833, 2001, BI No. 27 (prototype).

Claims (2)

1. Устройство для охлаждения барабанно-колодочного тормоза, содержащее тормозной щит, тормозной барабан с постоянной кривизной его внутренней рабочей поверхности и две самоустанавливающиеся тормозные колодки с переменной кривизной рабочей поверхности их основания, полученной сопряжением двух кривых, на которых установлены фрикционные накладки постоянной толщины, что обеспечивает между рабочими поверхностями фрикционных узлов переменные зазоры, изменяющиеся для левой колодки от максимальной до минимальной величины, а для правой колодки - наоборот, при этом носочную и пяточную части левой и правой тормозных колодок поджимают поршни большего диаметра тормозных цилиндров, чем пяточную и носочную части левой и правой тормозных колодок, а также охлаждающие узлы, отличающийся тем, что охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей двух типов: первые составлены из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостями, при этом указанные термоэлементы выполнены в виде квадратных стержней, соединенных со стороны рабочих поверхностей фрикционных накладок по их ширине металлическими перемычками и проходящих через тело накладок и теплоизолированные отверстия в основании колодок, а снизу квадратные стержни по краям соединены между собой пластинами-теплообменниками, при этом термобатареи расположены в пяточной и носочной частях левой и правой тормозных колодок, участки рабочих поверхностей фрикционных накладок которых первыми взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана, вторые составлены из термоэлементов с положительной и отрицательной полярностями, при этом указанные термоэлементы выполнены в виде прямоугольных пластин, установленных в теле фрикционных накладок, простирающихся на всю их ширину и проходящих через теплоизолированные щели в основании носочной и пяточной частей левой и правой тормозных колодок, участки рабочих поверхностей фрикционных накладок которых последними взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана.1. A device for cooling a drum-shoe brake containing a brake shield, a brake drum with a constant curvature of its inner working surface and two self-installing brake pads with a variable curvature of the working surface of their base, obtained by pairing two curves on which friction linings of constant thickness are installed, which provides variable gaps between the working surfaces of the friction units, varying from the maximum to the minimum value for the left block, and for the right Odka - on the contrary, while the toe and heel parts of the left and right brake pads are pressed by pistons of a larger diameter of the brake cylinders than the heel and toe parts of the left and right brake pads, as well as cooling units, characterized in that the cooling units are made in the form of two types of thermal batteries : the first are composed of thermocouples with electronic and hole conductivities, while these thermocouples are made in the form of square rods connected from the side of the working surfaces of the friction linings along their width met with metallic jumpers and linings passing through the body and heat-insulated holes in the base of the pads, and bottom square rods at the edges are interconnected by heat exchanger plates, while the thermal batteries are located in the heel and forefoot of the left and right brake pads, the areas of the friction linings working surfaces are the first to interact with the working surface of the brake drum, the second are composed of thermocouples with positive and negative polarities, while these thermocouples Execute in the form of rectangular plates installed in the body of the friction linings extending over their entire width and extending through the insulated gap at the base of the toe and heel portions of the left and right brake pad, the portions of working surfaces of the friction linings which the latter interact with the working surface of the brake drum. 2. Способ охлаждения барабанно-колодочного тормоза, содержащего левую и правую тормозные колодки с фрикционными накладками на носочной и пяточной их частях, на которых установлены охлаждающие узлы, отличающийся тем, что охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей двух типов, первые составлены из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостями и работают в режиме термоэлектрохолодильника, вторые термобатареи составлены из термоэлементов с положительной и отрицательной полярностями и работают в режиме термоэлектрогенератора, а их термоэлементы с положительной и отрицательной полярностями подключены к положительной и отрицательной клеммам источника постоянного тока на время работы тормоза, а остальное время цепи термобатарей отключены от источников питания и работают самостоятельно.2. A method of cooling a drum-shoe brake containing left and right brake pads with friction linings on the fore and heel parts, on which cooling units are installed, characterized in that the cooling units are made in the form of thermal batteries of two types, the first ones are composed of electronic thermocouples and hole conductivities and operate in the thermoelectric cooler mode, the second thermopile is composed of thermocouples with positive and negative polarities and operate in the thermoelectric generator mode And thermocouples with their positive and negative polarities are connected to the positive and negative terminals of the DC at the time of brake operation, and the rest of the thermopile circuit disconnected from the power source and operate independently.
RU2003131301/11A 2003-10-24 2003-10-24 Method and device for cooling drum-block brake RU2272192C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131301/11A RU2272192C2 (en) 2003-10-24 2003-10-24 Method and device for cooling drum-block brake

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003131301/11A RU2272192C2 (en) 2003-10-24 2003-10-24 Method and device for cooling drum-block brake

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003131301A RU2003131301A (en) 2005-04-20
RU2272192C2 true RU2272192C2 (en) 2006-03-20

Family

ID=35634448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003131301/11A RU2272192C2 (en) 2003-10-24 2003-10-24 Method and device for cooling drum-block brake

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2272192C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459986C2 (en) * 2010-02-26 2012-08-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of defining directions of electric current components in friction pairs ''polymer-metal'' of drum shoe brake at its heating at test bench (versions)
RU2462628C2 (en) * 2010-04-19 2012-09-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions
RU2525347C2 (en) * 2012-03-21 2014-08-10 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of heating and cooling of brake drums of carrier drum-shoe brake for evaluation of their thermal balance

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459986C2 (en) * 2010-02-26 2012-08-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of defining directions of electric current components in friction pairs ''polymer-metal'' of drum shoe brake at its heating at test bench (versions)
RU2462628C2 (en) * 2010-04-19 2012-09-27 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions
RU2525347C2 (en) * 2012-03-21 2014-08-10 Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа Method of heating and cooling of brake drums of carrier drum-shoe brake for evaluation of their thermal balance

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003131301A (en) 2005-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100986657B1 (en) An apparatus for thermoelectric generator and cooling
RU2272192C2 (en) Method and device for cooling drum-block brake
RU2008129732A (en) TURNING FILLING MACHINE FOR A SHAFT FURNACE FURNISHED WITH A COOLING SYSTEM
US11946672B2 (en) Energy recovery from waste heat
KR102248103B1 (en) Vehicle power module using thermoelectric element
RU2159878C1 (en) Cooling system of drum-shoe brake and method of its embodiment
RU2134368C1 (en) Method and device for cooling band-and-shoe brake
RU2221944C1 (en) Cooling system of brake mechanism with servo action and method of cooling
RU2279579C2 (en) Method of heating and cooling brake pulleys of belt-block brake of draw-works at estimation of their thermal balance
CN102714271A (en) Device for generating electric energy from a heat-conducting material
RU2268416C2 (en) Band-and-shoe brake cooling method and system
KR20160066190A (en) Self-generation cold and waterproof footwear features
RU2107852C1 (en) Cooled drum-and-shoe brake
JP7241265B2 (en) Brake pads with integrated thermoelectric energy collector for braking system
RU2335102C1 (en) Cooler of radio electronic equipment
CN218301252U (en) Self-circulation cooling system for heat power generation of brake drum
RU2107853C1 (en) Belt-and-shoe brake with thermoelectric cooling
KR20130118404A (en) Mobile phone battery recharging shoes with cooling and heating functions
RU2124152C1 (en) Drum block brake
RU2124153C1 (en) Disk-block brake with thermoelectric cooling
RU2221175C1 (en) Band-and-shoe brake cooling system
CN115566933A (en) Self-circulation cooling system for thermal power generation of brake drum and cooling method thereof
KR20160069830A (en) Heat absorption structure having heat spread bands in a thermoelectric generator module
RU2538503C2 (en) System and method for forced cooling of automotive drum-shoe brake friction pairs
KR102185515B1 (en) Structure for cooling

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051025