RU2462628C2 - Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions - Google Patents
Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462628C2 RU2462628C2 RU2010115528/11A RU2010115528A RU2462628C2 RU 2462628 C2 RU2462628 C2 RU 2462628C2 RU 2010115528/11 A RU2010115528/11 A RU 2010115528/11A RU 2010115528 A RU2010115528 A RU 2010115528A RU 2462628 C2 RU2462628 C2 RU 2462628C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- friction
- drum
- metal
- brake
- polymer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжелонагруженных барабанно-колодочных тормозах, например, в автотранспортных средствах.The invention relates to mechanical engineering and can be used in heavily loaded drum-shoe brakes, for example, in motor vehicles.
Известен метод Кельвина, заключающийся в измерении контактной разности потенциалов между исследуемой металлической поверхностью и относительно стабильной поверхностью металлического эталонного образца [1, аналог]. Структурная схема зонда Кельвина содержит цилиндрические образцы из фрикционного материала, вращающийся диск, эталонный металлический образец, расположенный на расстоянии 0,5 мм от поверхности вращающегося диска, модулятор, создающий вибрацию эталонного металлического образца. Последний подключен к измерителю, представляющему собой фазовую автокомпенсационную систему, которая постоянно отслеживает на выходе потенциал, равный контактной разности потенциалов между эталонным металлическим образцом и трущейся поверхностью диска. Разность потенциалов между указанными поверхностями фиксируется регистрирующим устройством.The known Kelvin method, which consists in measuring the contact potential difference between the investigated metal surface and the relatively stable surface of the metal reference sample [1, analog]. The structural diagram of the Kelvin probe contains cylindrical samples of friction material, a rotating disk, a reference metal sample located at a distance of 0.5 mm from the surface of the rotating disk, a modulator that creates a vibration of the reference metal sample. The latter is connected to a meter, which is a phase self-compensation system, which constantly monitors the output potential equal to the contact potential difference between the reference metal sample and the friction surface of the disk. The potential difference between these surfaces is fixed by a recording device.
Метод Кельвина имеет тот недостаток, что он определяет контактную разность потенциалов, т.е. одну из составляющих суммарного тока, возникающего за счет контакта макроповерхностей при взаимодействии.The Kelvin method has the disadvantage that it determines the contact potential difference, i.e. one of the components of the total current arising from the contact of macro-surfaces during interaction.
Известен способ охлаждения пар трения ленточно-колодочного тормоза, в котором охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей, которые работают в режиме термоэлектрогенератора на набегающей ветви ленты, а в режиме термоэлектрохолодильника на сбегающей ветви ленты [2, аналог]. Данный способ имеет тот недостаток, что он не может раскрыть физику процесса возникновения микротоков на макроучастках поверхностей взаимодействия тормоза.There is a method of cooling friction pairs of a tape-shoe brake, in which the cooling units are made in the form of thermal batteries that operate in the thermoelectric generator mode on the incident branch of the tape, and in the thermoelectric cooler mode on the runaway branch of the tape [2, analog]. This method has the disadvantage that it cannot reveal the physics of the process of occurrence of microcurrents on the macro-sections of the surfaces of the interaction of the brake.
Известен способ определения составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях на основании расчетно-экспериментальных данных [3, прототип], который реализуется с помощью пяти этапов:There is a method of determining the components of electric currents in the polymer-metal friction pairs of a drum-shoe brake when they are heated in bench conditions based on calculation and experimental data [3, prototype], which is implemented using five stages:
на первом - суммарный ток, возникающий за счет трения и контакта взаимодействующих макроучастков поверхностей - 
на втором - составляющую суммарного тока, возникающего за счет трения скольжения взаимодействующих макроучастков поверхностей - 
на третьем - долю составляющего суммарного тока, образованного движением заряженных частиц фрикционного массопереносаin the third, the fraction of the total component current generated by the movement of charged particles of friction mass transfer
на четвертом - суммарный ток, обусловленный сорбционно-десорбционными процессами в приповерхностных слоях секторов накладок тормозных колодок - 
на пятом - величины суммарных термических токов - 
В приведенных зависимостях использованы следующие обозначения:In the given dependencies the following notation is used:
Δφ1i, Δφ2i - разность потенциалов между: поверхностью диска обода барабана и эталонным металлическим образцом; термоэлектродами пластинчатой и ступенчатой пластинчатой термопар; Δφ1 сд, Δφ2 сд - разность потенциалов между внешней и внутренней поверхностями приповерхностного слоя секторов накладок; 
Расчетно-экспериментальный способ определения составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза имеет тот недостаток, что в нем не приводятся общие закономерности возникновения микротоков на макроучастках поверхностей трения, а также не установлены направления слагаемых токов.The calculation-experimental method for determining the components of electric currents in the polymer-metal friction pairs of a drum-shoe brake has the disadvantage that it does not give general patterns of microcurrents on macro-sections of friction surfaces, and also does not establish the directions of the current components.
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:
- возможность моделировать на фрикционном и металлических дисках обода тормозного барабана различные поверхности макроучастков, а в паре из секторами фрикционных и металлической накладки - прямые и обратные пары трения с различной топографией динамического контактирования;- the ability to simulate on the friction and metal disks of the rim of the brake drum various surfaces of the macroareas, and in pairs of sectors of friction and metal lining - direct and reverse friction pairs with different topography of dynamic contact;
- представляется возможным точно оценить разности потенциалов между: металлической поверхностью диска обода барабана и эталонным металлическим образцом; фрикционной поверхностью диска обода барабана и эталонным фрикционным образцом; термоэлектродами пластинчатых и ступенчатой пластинчатой термопар, что позволяет раздельно рассматривать суммарные токи, возникающие за счет трения скольжения и контакта взаимодействующих макроучасков поверхностей, а также токи, вызванные движением полимерных и металлических заряженных частиц фрикционного массопереноса;- it seems possible to accurately assess the potential difference between: the metal surface of the disk of the rim of the drum and the reference metal sample; the friction surface of the disk of the drum rim and a reference friction sample; thermoelectrodes of plate and step-like plate thermocouples, which allows one to separately consider the total currents arising from sliding friction and contact of interacting macroscopic surfaces, as well as currents caused by the movement of polymer and metal charged particles of friction mass transfer;
- введением новых понятий: «внешний двойной электрический слой», что позволило дать оценку явления обратного разряда, возникающего при разрушении фрикционного контакта (импульсный ток); «внутренний двойной электрический слой», который возникает в приповерхностном слое накладки при температуре выше допустимой для ее материалов;- the introduction of new concepts: “external double electric layer”, which made it possible to assess the phenomenon of the reverse discharge that occurs when the friction contact is destroyed (pulse current); "Inner double electric layer", which occurs in the surface layer of the lining at a temperature higher than permissible for its materials;
- установлением общих закономерностей возникновения микротоков на макроучастках поверхностей трения за счет формирования множества микротермобатарей, работающих в режимах микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников;- the establishment of general patterns of the occurrence of microcurrents on macro-sections of friction surfaces due to the formation of many microthermobatteries operating in microthermoelectric generators and microthermoelectric refrigerators;
- установлением закономерностей влияния теплового состояния обода и боковой стенки барабана на инверсию токов в парах трения тормоза;- the establishment of patterns of influence of the thermal state of the rim and the side wall of the drum on the inversion of currents in the friction pairs of the brake;
- установлением закономерностей направлений слагаемых токов в интервале поверхностных температур ниже и выше допустимой для материалов фрикционной накладки в парах трения барабанно-колодочного тормоза.- the establishment of patterns of directions of the components of the currents in the range of surface temperatures below and above the allowable for materials of the friction lining in the friction pairs of the drum-shoe brake.
Задача изобретения - определение направлений составляющих суммарных токов, генерируемых с помощью микротермоэлектрогенераторов и микроэлектрохолодильников на макроучастках прямых и обратных пар трения «полимер - металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях при преимущественном направлении вращения его тормозного барабана до и выше допустимой температуры материалов накладки, поверхности фрикционных узлов которых подвержены адсорбционно-десорбционному воздействию, а приповерхностный слой накладок деструкционным изменениям с учетом влияния боковой стенки барабана на тепловое состояние его обода для точной оценки генерируемого количества теплоты в процессе торможения.The objective of the invention is the determination of the directions of the components of the total currents generated using microthermoelectric generators and microelectric coolers on the macroareas of direct and reverse pairs of polymer-metal friction drum-shoe brake when they are heated in bench conditions with the preferred direction of rotation of its brake drum to and above the permissible temperature of the materials overlays, surfaces of friction units of which are subject to adsorption-desorption effects, and a surface layer of overlays destruction changes, taking into account the influence of the side wall of the drum on the thermal state of its rim to accurately assess the amount of heat generated during braking.
Поставленная задача достигается тем, что независимые прямые и обратную пары трения «металлические диски-сектора фрикционных накладок» и «полимерный диск-сектора металлических накладок» нагревают циклическими или длительными торможениями на тормозном стенде до температуры ниже допустимой для материалов фрикционной накладки, и при этом зоны динамического контактирования макроучастков поверхностей взаимодействия подвержены адсорбционно-десорбционному воздействию, и после чего устанавливают общую закономерность возникновения микротоков на макроучастках поверхностей трения за счет образования на них «жестких» и «мягких» окисных пленок, частично экранируемых взаимным массопереносом, и являющихся соединительными мостиками микротермоэлементов, в качестве которых выступают частицы продуктов износа, ионизированная газовая среда и компоненты десорбции влаги, которые способствуют возникновению множества микротермобатарей, создающих в зоне контакта двойной электрический слой, т.е. внешнее электрическое поле, и работающих в режиме микротермоэлектрогенераторов, а затем экспериментальным путем при условии, что работа выхода электронов из фрикционной накладки больше работы выхода электронов из обода тормозного барабана (Wп>Wм) при преимущественном направлении его вращения, определяют генерируемый в их цепях за счет трибоЭДС суммарный ток IФ электризации с учетом направлений его слагаемых по зависимости видаThe problem is achieved by the fact that the independent direct and reverse friction pairs “metal disks-sectors of the friction linings” and “polymer disk-sectors of the metal linings” are heated by cyclic or prolonged braking on the brake stand to a temperature below the allowable for the materials of the friction linings, and dynamic contacting of macro-sections of interaction surfaces are subject to adsorption-desorption effects, and then establish the general pattern of the occurrence of mic outflows on macroregions of friction surfaces due to the formation of “hard” and “soft” oxide films on them, partially shielded by mutual mass transfer, and which are connecting bridges of microthermoelements, which are particles of wear products, an ionized gas medium, and moisture desorption components that contribute to the occurrence of many microthermobatteries, creating a double electric layer in the contact zone, i.e. external electric field, and operating in the mode of microthermoelectric generators, and then experimentally, provided that the work function of the electrons from the friction lining is greater than the work function of the electrons from the rim of the brake drum (W p > W m ) with the preferred direction of rotation, generated in their circuits due to triboelectric power, the total current I F of electrification, taking into account the directions of its terms according to the type
IФ-=-Iск±Iм±Iд+Iт+Iр (где Iск, Iм, Iд, Iт и Iр - токи: электризации скольжения и контакта; движения полимерных и металлических заряженных частиц фрикционного массопереноса; возникающие за счет сорбционно-десорбционных процессов в приповерхностных слоях контакта пар трения тормоза; термические и обратных разрядов).I Ф- = -I sc ± I m ± I d + I t + I p (where I sc , I m , I d , I t and I p are currents: electrification of slip and contact; movements of polymer and metal charged particles of friction mass transfer; arising due to sorption-desorption processes in the surface contact layers of brake friction pairs; thermal and reverse discharges).
Пары трения барабанно-колодочного тормоза при преимущественном направлении вращения его барабана в стендовых условиях нагревают до и выше допустимой температуры материалов фрикционной накладки, и при этом их зоны динамического контактирования макроучастков поверхностей взаимодействия и приповерхностный слой накладки подвержены адсорбционно-десорбционному воздействию и деструкционным изменениям, и после чего устанавливают общую закономерность возникновения микротоков на макроучастках поверхностей трения за счет образования на них «жестких» и «мягких» окисных пленок, частично экранируемых взаимным массопереносом, и являющихся соединительными мостиками микротермоэлементов, в качестве которых выступают частицы продуктов износа, ионизированная газовая среда и компоненты десорбции влаги, зарождается тепловое равновесие между ободом барабана и его боковой стенкой из-за перераспределения теплоты между ними, которое поддерживается возникновением в элементарных объемах приповерхностных слоев металлического и полимерного элементов множества микротермобатарей, создающих внешнее и внутренние электрические поля с различными структурами двойных электрических слоев и работающих в режиме микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников, а при преобладании внешнего электрического поля происходит инверсия токов от приповерхностного слоя металлического фрикционного элемента в приповерхностные слои накладок, а затем экспериментальным путем определяют генерируемый в их цепях за счет трибоЭДС суммарный ток электризации IФ с учетом направлений его слагаемых по зависимостям видаThe friction pairs of the drum-shoe brake with the predominant direction of rotation of its drum under bench conditions are heated to and above the permissible temperature of the materials of the friction lining, and at the same time, their zones of dynamic contact of the macro-sections of the interaction surfaces and the surface layer of the lining are subject to adsorption-desorption effects and destruction changes, and after which establish the general pattern of the occurrence of microcurrents on macro-sections of friction surfaces due to the formation of of them “hard” and “soft” oxide films, partially shielded by mutual mass transfer, and which are connecting bridges of microthermological elements, which are particles of wear products, an ionized gas medium, and moisture desorption components, thermal equilibrium arises between the drum rim and its side wall for the redistribution of heat between them, which is supported by the appearance in the elementary volumes of the surface layers of metal and polymer elements of a multitude of microthermal batteries creating external and internal electric fields with different structures of double electric layers and operating in the mode of microthermoelectric generators and microthermoelectric coolers, and when the external electric field predominates, currents invert from the surface layer of the metal friction element into the surface layers of the plates, and then experimentally determine the generated in their chains due to triboelectric power, the total electrification current I Ф , taking into account the directions of its terms according to the dependencies of the form
при Wп>Wм IФ-=-Iск±Iм±Iд+Iт+Iр;when W p > W m I Ф- = -I ck ± I m ± I d + I t + I p ;
при Wм>Wп IФ+=Iск±Iм±Iд+Iт-Iр.when W m > W p I Ф + = I sc ± I m ± I d + I t -I r .
На фиг.1а и 2а проиллюстрированы модели фрикционного контакта «полимер (2) - металл (1)», а также плотность электрических зарядов (σ) на их контактирующих макроучастках (фиг.1б и 2б) в диапазоне поверхностных температур до (фиг.1а, б) и выше (фиг.2а, б) допустимой температуры для материалов полимера. На фиг.3 приведена эквивалентная электрическая схема фрикционного контакта «полимер-металл»; на фиг.4 и 5 показаны схемы построения внешнего и внутреннего двойного электрического слоя в паре трения и в приповерхностном слое фрикционной накладки: М - металл; П - полимер; на фиг.5 - вид сверху на фрикционную накладку тормозной колодки; на фиг.6 и 7 показаны пропускной и запорный токи в электронных (+) и дырочных (-) полупроводниковых пленках фрикционных элементов; на фиг.8 и 9 изображены микротермобатареи с термоэлементами (1 и 2), работающими в режимах микротермоэлектрогенератора и микротермоэлектрохолодильника; на фиг.10 показан продольный разрез заднего барабанно-колодочного тормоза автотранспортного средства; на фиг.11 представлена измерительная схема оценки контактной разности потенциалов между рабочей поверхностью обода тормозного барабана и относительно стабильной поверхностью металлического эталонного образца; на фиг.12 показана схема оценки контактной разности потенциалов между рабочей поверхностью фрикционной накладки тормозного барабана и относительно стабильной поверхностью полимерного фрикционного эталонного образца; на фиг.13 проиллюстрирован общий вид пластинчатой термопары, размещенной в предохранительном корпусе; на фиг.14 и 15 изображены схемы установки различных типов ленточных термопар в полимерный и в металлические элементы тормозной колодки; на фиг.16 показаны темпы нагревания (до 720 с) и вынужденного охлаждения (от 720 до 1200 с) обода (1) и боковой стенки (2) заднего тормозного барабана автотранспортного средства ЗИЛ-130 в течение испытания типа II и после его завершения; на фиг.17 - темпы нагревания и вынужденного охлаждения рабочей (1) и нерабочей (2) зоны приповерхностного слоя фрикционной накладки задней тормозной колодки автотранспортного средства ЗИЛ-130 в течение испытания типа II и после его завершения; на фиг.17а, б проиллюстрированы схемы направлений составляющих электрических токов при температурах до (а) и выше (б) допустимой для материалов фрикционной накладки.On figa and 2a illustrates the model of the friction contact "polymer (2) - metal (1)", as well as the density of electric charges (σ) on their contacting macroareas (fig.1b and 2b) in the surface temperature range to (figa , b) and above (figa, b) allowable temperature for polymer materials. Figure 3 shows the equivalent electrical circuit of the friction contact "polymer-metal"; figure 4 and 5 show a diagram of the construction of the external and internal double electric layer in a pair of friction and in the surface layer of the friction lining: M - metal; P is a polymer; figure 5 is a top view of the friction lining of the brake pads; Figures 6 and 7 show the pass and lock currents in electronic (+) and hole (-) semiconductor films of friction elements; Figures 8 and 9 show microthermal batteries with thermocouples (1 and 2) operating in the microthermoelectric generator and microthermoelectric cooler modes; figure 10 shows a longitudinal section of the rear drum-shoe brake of a vehicle; figure 11 presents a measuring circuit for evaluating the contact potential difference between the working surface of the rim of the brake drum and the relatively stable surface of the metal reference sample; on Fig shows a scheme for evaluating the contact potential difference between the working surface of the friction lining of the brake drum and the relatively stable surface of the polymer friction reference sample; on Fig illustrates a General view of a plate thermocouple placed in a safety case; on Fig and 15 depict installation diagrams of various types of tape thermocouples in the polymer and metal elements of the brake pads; on Fig shows the rate of heating (up to 720 s) and forced cooling (from 720 to 1200 s) of the rim (1) and side wall (2) of the rear brake drum of the ZIL-130 vehicle during the type II test and after its completion; on Fig - the rate of heating and forced cooling of the working (1) and non-working (2) zone of the surface layer of the friction lining of the rear brake pads of the ZIL-130 vehicle during the type II test and after its completion; on figa, b illustrates the direction diagrams of the components of the electric currents at temperatures up to (a) and above (b) acceptable for the materials of the friction lining.
Модели пар трения «полимер-металл» показаны в зонах теплового состояния фрикционной накладки (2) до (фиг.1а) и выше (фиг.2а) допустимой температуры материалов накладки. Выгорание связующих компонентов фрикционных материалов накладок является причиной дымления их поверхностей и приводит к образованию на них жидких фракций (3) (см. фиг.2а). На фиг.1б и 2б проиллюстрированы закономерности изменения плотности зарядов (σ) в зоне динамического контактирования по ее длине (1). Во втором случае происходит выравнивание плотности зарядов из-за увеличения зоны взаимного динамического контактирования.Models of polymer-metal friction pairs are shown in the zones of the thermal state of the friction lining (2) to (figa) and above (figa) the allowable temperature of the lining materials. Burnout of the binder components of the friction materials of the linings causes the smoke of their surfaces and leads to the formation of liquid fractions (3) on them (see figa). Figures 1b and 2b illustrate the patterns of changes in charge density (σ) in the zone of dynamic contact along its length (1). In the second case, the charge density is equalized due to the increase in the zone of mutual dynamic contacting.
Металлополимерную фрикционную пару барабанно-колодочного тормоза рассматриваем как источник трибо- и термоЭДС (ЕФ и ET) с соответствующими внутренними сопротивлениями (фиг.3). Внутренним сопротивлением источника трибоЭДС является сопротивление фактического контакта, включающее сопротивление макроучастков контакта: «полимер - ювенильная поверхность металла» (R1); «полимер - окисная пленка металла» (R2), «полимер - металл с перенесенной пленкой полимера» (R3); «полимер с перенесенной пленкой металла - металл» (R4); «приповерхностный слой полимера, находящийся в различном термодинамическом состоянии - металл» (R5), а источника термоЭДС - сопротивление фактического контакта, последовательно соединенное с сопротивлением объема полимера (RП). Емкость (С), параллельно подключенная с сопротивлением фактического контакта (RП), отражает вклад неперекрываемых поверхностей взаимодействующих макроучастков. В соответствии с приведенной схемой (фиг.3) трибоЭДС (ЕФ) представляет собой сумму контактной составляющей, обусловленной наличием контактной разности потенциалов (Δφ1): внешней - за счет того, что рабочая поверхность металлического фрикционного элемента отдает электроны рабочей поверхности полимерной фрикционной накладке и она накапливает их на своей поверхности, что ведет к возникновению в нагретом слое электрического поля с очень короткими линиями, который называется двойным электрическим слоем (фиг.4). При возникновении двойного электрического слоя по всей проводящей поверхности взаимодействия электрические заряды +q и -q смещаются относительно друг друга за счет замедленного вращения металлического фрикционного элемента при торможении барабанно-колодочным тормозом. При этом макроучастки поверхностей трения фрикционных накладок, имеющие остаточные сжимающие напряжения, становятся анодами (+) неизнощенные, а напряженные (изношенные) - катодами (-) (см. фиг.5).We consider the metal-polymer friction pair of a drum-shoe brake as a source of tribo- and thermoEMF (Е Ф and ET ) with corresponding internal resistances (Fig. 3). The internal resistance of the triboEMF source is the resistance of the actual contact, including the resistance of the macro-contact areas: “polymer - juvenile metal surface” (R 1 ); “Polymer is an oxide film of a metal” (R 2 ), “polymer is a metal with a transferred polymer film” (R 3 ); “Polymer with a transferred metal film - metal” (R 4 ); “The surface layer of the polymer in a different thermodynamic state is metal” (R 5 ), and the source of thermoEMF is the resistance of the actual contact, connected in series with the resistance of the polymer volume (R P ). The capacitance (C), connected in parallel with the resistance of the actual contact (R P ), reflects the contribution of the non-overlapping surfaces of the interacting macroareas. In accordance with the above diagram (Fig. 3), the triboEMF (Е Ф ) represents the sum of the contact component due to the presence of the contact potential difference (Δφ 1 ): external - due to the fact that the working surface of the metal friction element gives off the electrons to the working surface of the polymer friction pad and it accumulates them on its surface, which leads to the appearance in the heated layer of an electric field with very short lines, which is called a double electric layer (figure 4). When a double electric layer occurs over the entire conductive interaction surface, the electric charges + q and -q are displaced relative to each other due to the slow rotation of the metal friction element when braking with a drum-shoe brake. In this case, the macro-sections of the friction surfaces of the friction linings, having residual compressive stresses, become anode (+) annealed, and stressed (worn) - anode (-) (see figure 5).
Внутренняя контактная разность потенциалов (Δφ2) между рабочей поверхностью фрикционной накладки (уровень х2) и нижней отметкой ее приповерхностного слоя (уровень х3) обусловлена возникновением двойного электрического слоя по всей проводящей его глубине взаимодействия электрических зарядов +q и -q, смещающихся относительно друг друга благодаря наличию плоскости смещения х3 (фиг.6).The internal contact potential difference (Δφ 2 ) between the working surface of the friction lining (level x 2 ) and the lower mark of its surface layer (level x 3 ) is caused by the appearance of a double electric layer over the entire conductive depth of interaction of electric charges + q and -q, which are shifted relative to each other due to the presence of a displacement plane x 3 (Fig.6).
Таким образом, образование внешнего и внутреннего двойных электрических слоев, вызывающих контактную разность потенциалов, происходит на межфазной границе двух сред с различными характеристиками проводимости: электронной (металлический фрикционный элемент) и ионной (поверхностный и приповерхностные слои накладки, находящиеся в различных термодинамических состояниях). Поверхностный и приповерхностный слои фрикционных элементов и накладок являются многокомпонентными, т.е. гетерогенной системой, в которой рассмотрение их моделей (фиг.1а и 2а) ведется, как для твердого и пластично-жидкого вещества, соответственно, ниже и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки.Thus, the formation of the external and internal double electric layers, causing a contact potential difference, occurs at the interphase boundary of two media with different conductivity characteristics: electronic (metal friction element) and ionic (surface and surface layers of the patch, which are in different thermodynamic states). The surface and near-surface layers of friction elements and linings are multicomponent, i.e. heterogeneous system in which the consideration of their models (figa and 2a) is carried out, both for solid and plastic-liquid substances, respectively, below and above the permissible temperature for the materials of the friction lining.
Различают быстрые и медленные состояния поверхностей пар трения барабанно-колодочного тормоза в связи с тем, что они отличаются временами захвата носителей заряда. Время жизни быстрых состояний составляет 10-4-10-7 с; они часто возникают на чистой неокислившейся поверхности и отличаются слабым реагированием на конкретный вид дефектов.There are fast and slow states of the surfaces of the friction pairs of the drum-shoe brake due to the fact that they differ in the times of capture of charge carriers. The lifetime of fast states is 10 -4 -10 -7 s; they often occur on a clean, non-oxidizing surface and are characterized by poor response to a specific type of defect.
Медленные поверхностные состояния обычно связывают с наличием окисных пленок на рабочей поверхности обода тормозного барабана (жестких) и фрикционных накладок (мягких), которые чаще всего обусловлены процессами адсорбции (происходит на границе раздела «твердое тело - газ», «твердое тело - жидкость» и «жидкость - газ») - десорбции (обратный адсорбции). Время жизни медленных их состояний колеблется от 10-2 до нескольких часов и суток. Плотность медленных состояний составляет 1010-1015 см2. Последняя зависит от внешних факторов и электрических свойств пар трения барабанно-колодочного тормоза. Плотность поверхностных состояний для полимеров составляет DA=1010 см2.Slow surface states are usually associated with the presence of oxide films on the working surface of the brake drum rim (hard) and friction linings (soft), which are most often caused by adsorption processes (occurs at the interface “solid body - gas”, “solid body - fluid” and "Liquid - gas") - desorption (reverse adsorption). The life time of their slow states ranges from 10 -2 to several hours and days. The density of slow states is 10 10 -10 15 cm 2 . The latter depends on external factors and the electrical properties of the friction pairs of the drum-shoe brake. The density of surface states for polymers is D A = 10 10 cm 2 .
Особенно существенно влияние поверхностных состояний пар трения барабанно-колодочного тормоза на структуру двойного электрического слоя, возникающего при контакте «металл-полимер». В этом случае при большой плотности поверхностных состояний реализуется эффект металлизации поверхности полимера, при котором заряд двойного слоя образуется за счет ионизации поверхностных состояний и по порядку величины сравним с зарядами слоев, возникающих при контакте металлов.Especially significant is the influence of the surface states of the friction pairs of the drum-shoe brake on the structure of the double electric layer that occurs upon the metal-polymer contact. In this case, at a high density of surface states, the effect of metallization of the polymer surface is realized, in which the charge of the double layer is formed due to ionization of the surface states and is comparable in order of magnitude with the charges of the layers arising from the contact of metals.
При этом необходимо учитывать тот факт, что система «металл - полимер» в контакте находится в неуравновешенном термодинамическом состоянии. В то же время взаимодействие частиц внутри микроскопического объема, которыми являются термоэлементы микротермобатарей, гораздо сильнее, чем с элементами других частей системы, в результате чего каждый такой объем считается находящимся в равновесии, а между отдельными объектами, т.е. во всей системе, равновесие отсутствует.It is necessary to take into account the fact that the metal-polymer system in contact is in an unbalanced thermodynamic state. At the same time, the interaction of particles inside a microscopic volume, which are thermoelements of microthermobatteries, is much stronger than with elements of other parts of the system, as a result of which each such volume is considered to be in equilibrium, and between individual objects, i.e. throughout the system, there is no equilibrium.
Сначала рассмотрим полупроводниковые пленки фрикционных элементов при эффекте их электризации в передаче пропускного и запорного тока (фиг.7 и 8).First, we consider semiconductor films of friction elements with the effect of their electrification in the transmission of pass-through and shut-off current (Figs. 7 and 8).
При одном направлении тока дырки (-) в полупроводниковой пленке и электроны (+) в другой движутся навстречу друг другу и создают пропускной ток (фиг.7), при противоположном направлении тока они расходятся, увеличивая сопротивление непроводящего запорного слоя (фиг.8).With one direction of the hole current (-) in the semiconductor film and electrons (+) in the other move towards each other and create a passing current (Fig. 7), in the opposite direction of the current they diverge, increasing the resistance of the non-conducting barrier layer (Fig. 8).
Рассмотрим принцип работы микротермобатарей, состоящих из двух электропроводных материалов, которые имеют разные проводимости (фиг.9), обусловленные работой пар трения барабанно-колодочного тормоза в диапазоне температур ниже и выше допустимой для материала фрикционной накладки, т.е. при различных температурах поверхности, и при этом приповерхностный слой не претерпевает деструктивных изменений.Consider the principle of operation of microthermal batteries consisting of two electrically conductive materials that have different conductivities (Fig. 9), due to the work of friction pairs of the drum-shoe brake in the temperature range below and above the allowable friction lining material, i.e. at various surface temperatures, and at the same time the surface layer does not undergo destructive changes.
Концы термоэлементов 1 и 2 соединены металлическим мостиком с сопротивлением R, являющимся окислительной пленкой с полупроводниковыми свойствами, находящейся в элементарном объеме приповерхностного обода тормозного барабана, и выполняющим функции горячего спая микротермобатареи. Электронная проводимость термоэлемента 1 образована массопереносом материала накладки на рабочую поверхность обода тормозного барабана. В элементарном объеме ее приповерхностного слоя находится мягкая окислительная пленка с полупроводниковыми свойствами, которая и соединяет вторые концы термоэлементов электрической цепью. При трении температура соединительного мостика увеличивается в сравнении с температурой Т0 холодных концов микротермоэлементов (Т>Т0), тепловая энергия атомов горячего конца микротермоэлементов растет. Эта энергия выполняет работу перехода электронов в свободное состояние. В связи с этим в микротермоэлементе 1 на горячем конце появляется большее количество свободных электронов и с высшей тепловой энергией, чем на холодном. Поэтому они переходят к холодному концу, заряжая его отрицательно. В связи с тепловым движением атомов в микротермоэлементе 2 некоторая часть электронов выносится из горячей зоны. На их месте появляются свободные электроны, которые имеют положительный заряд. Направление перемещения положительных зарядов совпадает с направлением электрического поля, поэтому их движение ускоряется.The ends of
В то же время электроны, которые двигаются против электрического поля, замедляются и переходят в зону меньших скоростей. При этом за счет адсорбции кислорода часть поверхности окисной пленки в элементарном объеме приповерхностного слоя накладки заряжается отрицательно, являясь холодным концом микротермоэлемента 1. При замыкании цепи в ней наблюдается электрический ток, предопределенный разницей температур. Фактически имеет место эффект Зеебека, а сама макротермобатарея является микротермоэлектрогенератором.At the same time, electrons that move against the electric field slow down and pass into the zone of lower speeds. Moreover, due to oxygen adsorption, part of the surface of the oxide film in the elementary volume of the surface layer of the lining is negatively charged, being the cold end of
Рассмотрим работу микротермобатареи при условии, что температура поверхности фрикционной накладки превысила допустимую для ее материалов. Как видно из фиг.10, полярности микротермоэлементов 1 и 2 при условии Т=Т0 стали противоположными фиг.9. При этом приповерхностный слой фрикционной накладки претерпевает деструкционные изменения, а поверхности трения тормоза подвергаются адсорбционно-десорбционному воздействию.Consider the operation of microthermal batteries, provided that the surface temperature of the friction lining exceeds the allowable temperature for its materials. As can be seen from figure 10, the polarities of the
Если по внутренней цепи, все элементы которой находятся при одинаковых условиях (Т=Т0), протекает электрический ток в направлении, указанном на фиг.10, то свободные электроны, которые находятся в микротермоэлементе 1, приобретают направленное движение от спая (а) к спаю (в), причем их движение является замедленным, поскольку электроны тормозятся электрическим током. Движение электронов от спая (а) к спаю (в) сопровождается переносом энергии. На спае (а) электроны, отбирая энергию атомов, приобретают прирост кинетической энергии. На конце (в), сталкиваясь с атомами кристаллической решетки окисленной пленки поверхности обода тормозного барабана, они отдают энергию указанному спаю. В связи с этим спай (а) охлаждается, а спай (в) нагревается. Причем скопление электронов на спае (в) способствует тому, что этот спай заряжается отрицательно, а спай (а) - положительно.If an electric current flows in the internal circuit, all elements of which are under the same conditions (T = T 0 ), in the direction indicated in Fig. 10, then the free electrons that are in the
В микротермоэлементе 2, который соединен с микротермоэлементом 1 с помощью мостика с сопротивлением Re, состоящего из жидкости (своего рода электролита), направление электрического тока совпадает с направлением движения ионов: от спая (а') к спаю (в'). В результате чего движение ионов ускоряется. Поэтому наиболее интенсивное движение электронов наблюдается около спая (в'). Образование электронов в элементарном объеме приповерхностного слоя обода тормозного барабана связано с ионизацией газовой смеси возле него, а также десорбцией влаги в нем. В самом же элементарном объеме приповерхностного слоя обода движение свободных электронов происходит против движения электрического тока, т.е. против его поля. При этом электроны, сталкиваясь с атомами, повышают их внутреннюю энергию, которая тратится на нагревание этого спая.In
По мере передвижения от спая (в') к спаю (а') вдоль ветви микротермоэлемента 1 энергия электронов уменьшается, в результате чего спай (а') охлаждается. Скопление ионов на этом спае предопределяет его отрицательный заряд, а в общем, спай (а') заряжен положительно.As you move from the junction (in ') to the junction (a') along the branch of
Таким образом, движение тока инверсии через микротермобатарею приводит к перепаду температур на ее спаях. На спае (а') поглощается теплота, а на спае (в') - выделяется в результате контактного взаимодействия пар трения тормоза. В этом случае микротермобатарея работает в режиме микротермоэлектрохолодильника.Thus, the movement of the inversion current through the microthermobattery leads to a temperature difference at its junctions. Heat is absorbed at the joint (a '), and heat is released at the joint (b') as a result of the contact interaction of the brake friction pairs. In this case, the microthermobattery operates in the microthermoelectric refrigerator mode.
Термобатареи, выполняя роль термоэлектрогенератора или термоэлектрохолодильника, могут менять направление тока на прямой и обратный и при этом усиливать, уменьшать и стабилизировать его значение.Thermal batteries, acting as a thermoelectric generator or thermoelectric refrigerator, can change the direction of the current to direct and reverse and at the same time amplify, reduce and stabilize its value.
Микротермобатареи располагаются на поверхности трения барабанно-колодочного тормоза в поперечном и в продольном направлении. Пары трения тормоза взаимодействуют в гиротропной среде и подвержены гальвано- и термомагнитным эффектам. Различают следующие эффекты: поперечный и продольной гальваномагнитные, поперечный и продольный - термомагнитные. Перечисленные эффекты зависят от напряженности магнитного поля, вызываемого электрическим полем. Закономерности для поперечных и продольных эффектов носят характер линейных и квадратных зависимостей с учетом того, что в парах трения тормоза наводятся слабые магнитные поля.Microthermal batteries are located on the friction surface of the drum-shoe brake in the transverse and longitudinal directions. Friction pairs of the brake interact in a gyrotropic medium and are subject to galvanic and thermomagnetic effects. The following effects are distinguished: transverse and longitudinal galvanomagnetic, transverse and longitudinal - thermomagnetic. The listed effects depend on the strength of the magnetic field caused by the electric field. The patterns for transverse and longitudinal effects are linear and square dependencies, given the fact that weak magnetic fields are induced in the friction pairs of the brake.
В соответствии с работой микротермобатарей в режимах микротермоэлектрогенератора (ТГ) (фиг.9) и микротермоэлектрохолодильников и представленной электрической схемой (фиг.3) трибоЭДС (Еф) является суммой контактно-скользящей составляющей, обусловленной наличием контактной разности потенциалов пары «полимер-металл» и «поверхности полимера-нижний уровень приповерхностного слоя полимера», и составляющей, обусловленной массопереносом в зоне трения макроучастков и сорбционно-десорбционными процессами в приповерхностных слоях контактирующих материалов. Тогда генерируемый в цепи за счет трибоЭДС ток Iф будет алгебраической суммой токов
In accordance with the operation of the microthermal batteries in the microthermoelectric generator (TG) modes (Fig. 9) and the microthermoelectric coolers and the presented electric circuit (Fig. 3), the triboEMF (E f ) is the sum of the contact-sliding component due to the presence of the contact potential difference of the polymer-metal pair and “the polymer surface — the lower level of the surface layer of the polymer”, and the component due to mass transfer in the friction zone of macroareas and sorption-desorption processes in the surface layers of the contact materials. Then the current I f generated in the circuit due to triboEMF will be the algebraic sum of the currents
где ICK, IM, IД, IТ, IР - токи, возникающие за счет: электризации скольжения и контакта; движения заряженных частиц фрикционного массопереноса; сорбционно-десорбционных процессов в приповерхностных слоях контакта; термический; обратного заряда, возникающего при разрушении фрикционного контакта (импульсный ток).where I CK , I M , I D , I T , I P - currents arising due to: electrification of slip and contact; motion of charged particles of frictional mass transfer; sorption-desorption processes in the surface contact layers; thermal; reverse charge arising from the destruction of the frictional contact (pulse current).
Барабанно-колодочный тормоз (фиг.11) содержит тормозной барабан 1, имеющий обод 2 с внутренней (рабочей) 3 и наружной 4 поверхностями. Внутренняя поверхность 3 обода 2 с помощью цилиндрических канавок 5 по его периметру разделена на одинаковые диски 6. На наружной поверхности 4 обода 2 со стороны его свободного края выполнен прилив в виде подкрепляющего кольца 7. С противоположной стороны обод 2 барабана 1 сопряжен с фланцем 8, в котором выполнены отверстия 9. С помощью последних тормозной барабан 1 прикреплен к фланцу ступицы 10 посредством болтов 11. В свою очередь, фланец ступицы 10 снизу через роликовый подшипник 12 опирается на полуось 13 заднего моста.Drum-shoe brake (11) contains a
Внутри тормозного барабана 1 установлены тормозные колодки 14, к основанию 15 которых с помощью заклепок 16 прикреплены фрикционные накладки 17, выполненные из полимерного материала и из материала, из которого изготовлен обод 2 барабана 1. Металлический фрикционный элемент расположен со стороны обода 2 барабана 1, сопряженного с фланцем 8. На рабочей поверхности 18 фрикционной накладки 17 по всему ее периметру выполнены канавки 19, разделяющие их рабочие поверхности 18 на отдельные сектора 20. Наличие в ободе 2 барабана 1 четырех независимых дисков 6, один из которых изготовлен из фрикционного материала, и секторов 20 фрикционных накладок 17 колодок 14 тормоза позволяет моделировать на их макроучастках следующие виды контактов: «полимер - ювенильная поверхность металла»; «полимер - металл с перенесенной пленкой полимера»; «полимер с перенесенной пленкой металла - металл»; «приповерхностный слой полимера, находящийся в различном термодинамическом состоянии - металл». Кроме того, моделировать на их микроучастках следующие типы пар трения: прямую - «металлическая поверхность - полимерная поверхность» и обратную - «полимерная поверхность - металлическая поверхность». Под каждым пазом 19 по ширине в одной из накладок 17 выполнено сквозное окно 21 в ее теле в основании 15 колодки 14.Inside the
С нерабочей стороны основания 15 колодки 14 размещены их ребра жесткости 22, которые между собой соединены пальцем 23 с проточкой 24. В последнюю посажена оттяжная цилиндрическая пружина 25.On the non-working side of the base 15 of the block 14, their stiffening ribs 22 are placed, which are interconnected by a finger 23 with a groove 24. The last has a retractable coil spring 25.
Со свободного края обода 2 тормозного барабана 1 уставлен направляющий диск 26, к которому крепятся тормозные колодки 14.From the free edge of the
В окна 21 одной из тормозных колодок 14 установлены эталонные металлический и полимерный образцы 27 (см. фиг.12 и 13) в виде пластин, изготовленных из того же материала, что и обод 2 барабана 1 и фрикционная накладка 17. Образцы 27 связаны напрямую с модуляторами 28, а также через измерительные устройства 29 с регистрирующим устройством 30.In the
В дальнейшем, после завершения торможения барабанно-колодочным тормозом на стенде, начиная со стороны защемления обода 2 с фланцем 8, поочередно в окна 21 набегающей тормозной колодки 14 по ширине основания 15 производят перестановки эталонного металлического и полимерного образцов 27.Further, after braking by the drum-shoe brake on the stand, starting from the pinch side of the
Рядом с эталонным металлическим и полимерным образцами 27 монтируют, соответственно, две и одну пластинчатые термопары (фиг.14), каждая из которых имеет термоэлектроды 31, изготовленные из хромеля (+) и копеля (-), между которыми расположен слой изоляции 32. Каждая из термопар размещена в корпусе 33. Устанавливаются пластинчатые термопары в отверстия 34 во фрикционной и металлической накладке 17, первая из которых имеет приповерхностный слой 38 в средней части колодки 14, а в ее основании 15 выполнены отверстия 35, через которые пропущены выводы 36 и 37 термопар. Термоэлектроды 36 первой и третьей термопар расположены заподлицо сектора 20 накладок 17, т.е. на их рабочей поверхности 18. Термоэлектроды 37 второй термопары выполнены различной высоты и расположены в приповерхностном слое 38 сектора 20 накладки 17 и поэтому она названа ступенчатой пластинчатой термопарой (см. фиг.15 и 16).Next to the reference metal and
Барабанно-колодочный тормоз на стенде работает следующим образом. Разгоняют маховые массы стенда до заданной скорости и выполняют торможение тормозом. В процессе торможения барабанно-колодочным тормозом разжимной кулак (на чертеже не показан) разводит тормозные колодки 14, фрикционные и металлические накладки 17, которые своими рабочими поверхностями 18 взаимодействуют с рабочими металлическими и фрикционной поверхностями 3 обода 2 тормозного барабана 1. В результате длительных или циклических торможений достигается нагревание пар трения тормоза до заданного состояния и при этом возникают тепловые потоки, направленные в тело обода 2 барабана 1 и в приповерхностный слой 38 накладки 17, собственно в тело накладки 17 и в основание 15 тормозной колодки 14. Для моделирования торможения автотранспортного средства в дорожных условиях пары трения барабанно-колодочного тормоза принудительно обдувают окружающим воздухом.Drum-shoe brake on the stand works as follows. The flywheel masses of the stand are accelerated to a predetermined speed and braking is performed by the brake. During braking with a drum-shoe brake, an expanding fist (not shown) spreads brake pads 14, friction and
Для оценки теплового потока, генерируемого в парах трения, представим закон Фурье в форме, аналогичной закону Ома в электротехнике, оперируя понятием о термическом сопротивлении неоднородной многослойной стенки (
где tδ1 - температура наружной поверхности обода тормозного барабана;where t δ1 is the temperature of the outer surface of the rim of the brake drum;
tk - температура внутренней поверхности основания тормозной колодки;t k is the temperature of the inner surface of the base of the brake pads;
R1+R2+R3+R4 - термическое сопротивление: основания колодки с температурами tк и tk1, фрикционной накладки с температурами tн и t1; приповерхностного слоя накладки с температурами tн1 и tc, обода тормозного барабана с температурами tδ и tδ1.R 1 + R 2 + R 3 + R 4 - thermal resistance: the base of the pads with temperatures t to and t k1 , the friction lining with temperatures t n and t 1 ; the surface layer of the lining with temperatures t n1 and t c , the rim of the brake drum with temperatures t δ and t δ1 .
Зависимость для определения термического сопротивления пар трения барабанно-колодочного тормоза имеет вид 
где δ1, δ2, δ3, δ4 и λ1 λ2 λ3 λ4 - толщины и коэффициенты теплопроводности материалов: основания тормозной колодки; фрикционной накладки и ее приповерхностного слоя; обода тормозного барабана.where δ 1 , δ 2 , δ 3 , δ 4 and λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 - thickness and thermal conductivity of materials: the base of the brake pads; friction lining and its surface layer; the rim of the brake drum.
Способ определения направлений составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при их нагревании в стендовых условиях реализуют в пять этапов.The method for determining the directions of the component electric currents in the polymer-metal friction pairs of the drum-shoe brake when they are heated in bench conditions is implemented in five stages.
Первый этап. В лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения барабанно-колодочного тормоза в зависимости от степени их нагретости, до и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки и одновременным включением в цепь модулятора эталонного металлического образца определяют составляющую суммарного тока, возникающего за счет трения скольжения и контакта взаимодействующих макроучастков поверхностей.First step. In laboratory conditions, on the brake stand, by heating the macro-sections of the friction pairs of the drum-shoe brake, depending on their degree of heating, to and above the permissible temperature for the materials of the friction lining and simultaneously connecting a standard metal sample to the modulator circuit, the component of the total current arising due to sliding friction is determined and contact of interacting macroareas of surfaces.
При включении модулятора 28 в цепь, создающего вибрацию эталонного металлического образца 27, и измерительного устройства 29, являющегося фазовой автокомпенсационной системой, постоянно отслеживающей на выходе потенциал, равный на регистрирующем устройстве 30 контактной разности потенциалов между исследуемыми объектами, а с помощью термоэлектродов 36 и 37 пластинчатой и ступенчатой пластинчатой термопар регистрируют разность потенциалов между внешним и внутренним уровнями приповерхностного слоя 38 сектора 20 накладки 17 по его длине.When you turn on the
Составляющую суммарного тока, возникающего за счет трения скольжения и контакта взаимодействующих макроучастков, определяют по зависимости вида, 
где Δφ1i - разность потенциалов между поверхностью диска 6 обода 2 барабана 1 и эталонным металлическим образцом 27, подключенным к модулятору 28; Δφ2i - разность потенциалов между термоэлектродами 36 и 37 пластинчатой и ступенчатой пластинчатой термопар.where Δφ 1i is the potential difference between the surface of the
Модифицируем известную формулу Круппа для определения величины плотности контактно-скользящего заряда и определяем величину ICK применительно к случаю наличия пяти видов макроучастков контактаWe modify the well-known Krupp formula to determine the density of the contact-sliding charge and determine the value of I CK in the case of the presence of five types of macro-sections of the contact
где t - время торможения; σ - плотность заряда; AR - соответствующие площадки макроучастков скользящего контакта и отвечающие им термические сопротивления; e - заряд электрона; DA - плотность поверхностного состояния фрикционной накладки; WМ, WП, W0, WПМ, WМП, Wд - работа выхода электрона из: металла; полимера, окисной пленки металла; перенесенной пленки полимера на металл; перенесенной пленки металла на полимер; приповерхностного слоя полимера при сорбционно-десорбционных процессах.where t is the braking time; σ is the charge density; A R are the corresponding areas of the macro-sections of the sliding contact and the corresponding thermal resistances; e is the electron charge; D A is the density of the surface state of the friction lining; W M , W P , W 0 , W PM , W MP , W d - work function of the electron exit from: metal; polymer, metal oxide film; transferred polymer film to metal; transferred film of metal on the polymer; the surface layer of the polymer during sorption-desorption processes.
Анализ приведенного выражения показывает, что поскольку в большинстве случаев значения W0>WП, АR2>AR1 (при t=0), WП≈WПМ,The analysis of the above expression shows that since in most cases the values W 0 > W P , A R2 > A R1 (at t = 0), W P ≈ W PM ,
В случае термоактивированного эффекта растворения поверхностного слоя металла полимером и восстановления металла из окисла 
Определение составляющей IК (тока контактного взаимодействия), являющейся компонентой IСК производится в лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения ниже и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки барабанно-колодочного тормоза и при замкнутых парах трения при остановленном тормозе, и одновременном включением в цепь модулятора 28 эталонного металлического образца 27 определяют составляющую суммарного тока, возникающего за счет трения скольжения взаимодействующих макроучастком поверхностей. Составляющую суммарного тока, возникающего за счет трения скольжения взаимодействующих макроучастков поверхностей, определяют как разностьThe determination of component I K (contact interaction current), which is component I of the SC, is carried out under laboratory conditions on a brake stand by heating the macro-sections of friction pairs below and above the allowable temperature for the materials of the friction lining of the drum-shoe brake and with closed friction pairs with the brake stopped, and simultaneously the inclusion in the circuit of the
где Iск, Iк - составляющие суммарных токов, вызванных скольжением и контактным взаимодействием и собственно контактным взаимодействием. Поэтому для режима нагревания макроучастков взаимодействующих пар трения через каждые 50°С и остановки тормоза при включенном эталонном металлическом образце 27 к модулятору 28 определяют разность потенциалов для неработающего тормоза с раздвинутыми колодками 14 и находят составляющую суммарного тока, возникающего за счет контакта взаимодействующих макроучастков поверхностей, по зависимости вида 
Направление тока ICK в парах трения барабанно-колодочного тормоза в процессе торможения автотранспортного средства определяется преимущественным направлением вращения тормозного барабана (см. фиг.19а). Ток IСК состоит из двух составляющих, т.е. скольжения (IС) и контактного взаимодействия (IК). Первая направлена по касательной к поверхностям трения, а вторая - перпендикулярно. Результирующий ток IСК является гипотенузой прямоугольника, построенного на его катетах. При этом полярность суммарного тока скользящей контактной электризации IСК не является квазистабильной в динамике процесса трения вследствие непостоянства параметров скольжения и контакта взаимодействующих макроучастков пары трения.The direction of current I CK in the friction pairs of the drum-shoe brake during the braking of the vehicle is determined by the preferred direction of rotation of the brake drum (see figa). Current I SC consists of two components, i.e. slip (I C ) and contact interaction (I K ). The first is directed tangentially to the friction surfaces, and the second is perpendicular. The resulting current I SC is the hypotenuse of the rectangle built on its legs. In this case, the polarity of the total current of sliding contact electrization I SC is not quasi-stable in the dynamics of the friction process due to the inconsistency of the sliding and contact parameters of the interacting macroareas of the friction pair.
Второй этап. В лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения барабанно-колодочного тормоза в зависимости от степени их нагретости, до и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки и одновременным включением в цепь модуляторов эталонных металлического и полимерного образцов определяют составляющую суммарного тока, образованного движением заряженных частиц фрикционного массопереноса.Second phase. In laboratory conditions, on the brake stand, by heating the macro-sections of the friction pairs of the drum-shoe brake, depending on the degree of their heating, to and above the permissible temperature for the materials of the friction lining and simultaneously connecting the reference metal and polymer samples to the modulator circuit, the component of the total current generated by the movement of charged particles of frictional mass transfer.
По соотношению максимальных к минимальным суммарным токам, возникающим за счет трения скольжения и контакта взаимодействующих макроучастков поверхностей трения, моделирующих прямую и обратную пары трения, определяют долю составляющего суммарного тока, образованного движением заряженных частиц фрикционного массопереносаThe ratio of the maximum to the minimum total currents arising due to sliding friction and contact of the interacting macroregions of the friction surfaces that model the forward and reverse friction pairs determines the fraction of the total current component formed by the movement of charged particles of friction mass transfer
для полимерной составляющейfor polymer component
для металлической составляющейfor metal component
Кроме того, величина тока массопереноса IM в общем случае определяется алгебраической суммой токовIn addition, the mass transfer current I M in the general case is determined by the algebraic sum of the currents
где qi, ni, vi - заряд, количество и средняя скорость i-ой частицы массопереноса.where q i , n i , v i is the charge, quantity and average speed of the i-th particle of mass transfer.
В связи с тем, что вибрирующий под действием модулятора 28 металлический эталонный образец 27 расположен на расстоянии 0,5 мм под вращающейся дорожкой трения металлического диска 6 обода 2 барабана 1, то образуется с ней цилиндрический конденсатор емкостью С. Однако из-за незначительной площади поверхности металлического эталонного образца 27, и представив дорожку трения металлического диска 6 в виде бесконечной пластины, указанный конденсатор представляем как плоский и имеющий заряд 
Полагая, что перенос осуществляется двумя видами заряженных частиц, выражение для тока массопереноса записывается в видеAssuming that the transfer is carried out by two types of charged particles, the expression for the mass transfer current is written as
Из анализа зависимости (7) очевидна коррекция между количеством частиц n и интенсивностью изнашивания. Экспериментальным путем установлено, что износ полимера в 8-10 раз происходит быстрее, чем металлического фрикционного элемента. В случае, если WП>WМ, то сила тока Iм1 увеличивает составляющую IК, в результате чего суммарный ток IСК растет. В то же время Iм2 уменьшает составляющую IК, в результате чего суммарный ток IСК будет незначительно уменьшаться. В случае, если WМ>WП, наблюдается противоположная картина. На фиг.19б показаны направления токов Iм1 и Iм2.From the analysis of dependence (7), a correction between the number of particles n and the wear rate is obvious. It has been experimentally established that polymer wear is 8-10 times faster than that of a metal friction element. If W P > W M , then the current strength I m1 increases the component I K , as a result of which the total current I SC increases. At the same time, I m2 reduces the component I K , as a result of which the total current I SC will slightly decrease. In the case where W M > W P , the opposite picture is observed. On figb shows the direction of the currents I m1 and I m2 .
Третий этап. В лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения барабанно-колодочного тормоза в зависимости от степени их нагретости, до и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки и одновременным включением в цепь модулятора эталонного металлического образца с фиксацией времени торможения определяют составляющую суммарного тока, называемую разрядным током (импульсным током).The third stage. In laboratory conditions, on the brake stand, by heating the macro-sections of the friction pairs of the drum-shoe brake, depending on the degree of their heating, to and above the permissible temperature for the materials of the friction lining and simultaneously connecting a standard metal sample with fixing the braking time to the modulator circuit, determine the component of the total current, called discharge current (pulse current).
Разрядный ток вызван пробоем внешнего электрического поля, и поэтому его приводим к движению электрических зарядов между микроучастками взаимодействующих поверхностей пар трения тормоза. Для точного определения количества зарядов эталонный металлический образец 27 устанавливается заподлицо сектора 20 фрикционной накладки 17 напротив независимого диска 6 обода 2 тормозного барабана 1. При включении модулятора 28 в цепь, создающего вибрацию эталонного металлического образца 27, следят за реакцией зарядов, так называемым баллистическим отклонением: стрелка регистрирующего устройства 29 отклоняется, затем идет в обратную сторону и возвращается к исходному положению. Для измерения импульса зарядов достаточно одного отсчета положения стрелки на регистрирующем устройстве 29. При этом фиксируется продолжительность времени (τ) данного процесса. После чего по зависимости вида 
При WМ>WП направление тока является отрицательным, а при WП>WМ - положительным. На фиг.19в проиллюстрированы направления токов Iр.At W M > W P , the current direction is negative, and at W P > W M it is positive. On figv illustrates the direction of currents I p .
Четвертый этап. В лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения барабанно-колодочного тормоза в зависимости от степени их нагретости, т.е. ниже и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки определяют суммарный ток, обусловленный сорбционно-десорбционными процессами в межконтактной зоне макроучастков поверхностей взаимодействия и деструкционными изменениями в приповерхностных слоях секторов фрикционных накладок тормозных колодок.The fourth stage. In laboratory conditions, on the brake stand by heating the macro-sections of the friction pairs of the drum-shoe brake, depending on the degree of their heating, i.e. below and above the permissible temperature for the materials of the friction lining determine the total current due to sorption-desorption processes in the intercontact zone of the macro-sections of the interaction surfaces and destruction changes in the surface layers of the sectors of the friction linings of the brake pads.
Работа приповерхностных слоев 38 сектора 20 накладки 17 в зоне и выше допустимой температуры для их материалов характеризуется процессами дымления, образованием жидких фракций и их превращением в парообразное состояние. Поэтому в приповерхностных слоях 38 сектора 20 накладки 17 установляется как минимум две пластинчатые термопары с термоэлектродами 36 и 37, расположенными на трех уровнях. Последнее обстоятельство по разностям потенциалов, зарегистрированных пластинчатыми термопарами в приповерхностном слое 38 сектора 20 накладки 17, и находят по зависимости вида 
где Δφ1сд, Δφ2сд - разность потенциалов внешней и внутренней поверхности приповерхностного слоя 38 секторов 20 накладки 17; R3 - термическое сопротивление приповерхностного слоя 38 секторов 20 накладки 17) суммарный ток, обусловленный сорбционно-десорбционными процессами в приповерхностном слое 38 сектора 20 накладок 17 тормозных колодок 14.where Δφ 1sd , Δφ 2sd is the potential difference of the outer and inner surfaces of the
Ток Iд обусловлен сорбционно-десорбционными процессами, как в межконтактной зоне, так и в приповерхностном слое фрикционной накладки, определяется суммой зарядов медленных состояний взаимодействующих поверхностей. Знак поверхностного заряда зависит от состава газового окружения, т.е. от адсорбционных процессов. Установлено, что при малых количествах поглощенного водорода поверхность адсорбента заряжается положительно, а при достаточном поглощении - отрицательно. Аналогичная картина наблюдается при адсорбции или десорбции воды. Поскольку группа ОН обладает электронодонорными свойствами, то адсорбция воды приведет к увеличению исходного положительного заряда или к уменьшению исходного отрицательного заряда, а в пределе - к инверсии знака заряда. Следовательно, при определенных условиях в процессе фрикционного взаимодействия направления токов Iд и составляющей токов IСК слагаемого IК при условиях WМ>WП и WМ>WП будут либо совпадать, либо противоположны. На фиг.19г показаны направления тока Iд.The current I d is due to sorption-desorption processes, both in the intercontact zone and in the near-surface layer of the friction lining, determined by the sum of the charges of the slow states of the interacting surfaces. The sign of the surface charge depends on the composition of the gas environment, i.e. from adsorption processes. It was found that with small amounts of absorbed hydrogen, the surface of the adsorbent is charged positively, and with sufficient absorption, negatively. A similar pattern is observed during the adsorption or desorption of water. Since the OH group has electron-donating properties, the adsorption of water will lead to an increase in the initial positive charge or to a decrease in the initial negative charge, and in the limit, to invert the sign of the charge. Therefore, under certain conditions, during the frictional interaction, the direction of the currents I d and the component of the currents I SC of the term I K under the conditions W M > W P and W M > W P will either coincide or are opposite. On Figg shows the direction of current I d .
Пятый этап. В лабораторных условиях на тормозном стенде путем нагревания макроучастков пар трения барабанно-колодочного тормоза в зависимости от степени их нагретости, до и выше допустимой температуры для материалов фрикционной накладки определяют суммарный термический ток.The fifth stage. In laboratory conditions, the total thermal current is determined on the brake stand by heating the macro-sections of the friction pairs of the drum-shoe brake, depending on the degree of their heating, to and above the permissible temperature for the materials of the friction lining.
Для эффективной реализации способа рабочие поверхности 3 обода 2 и фрикционных накладок 17 разделены продольными канавками 5 и 19 различной ширины и поэтому одни края их совмещены в вертикальной плоскости, образуя таким образом независимые пары трения «металлические диски 6 - сектора накладок 20». Рабочие поверхности последних нагреваются на тормозном стенде путем выполнения барабанно-колодочным тормозом циклических или длительных торможений. С помощью термоэлектродов 36 пластинчатой термопары, расположенной заподлицо приповерхностного слоя 38 сектора 20 фрикционной накладки 17 по ее длине, регистрируют разность термоэлектродвижущихся сил (термоЭДС), отвечающих поверхностным температурам на тарировочных графиках, зарегистрированных термоэлектродами 36 пластинчатой термопарой, а затем определяют ЭДС термотока по зависимости вида EТ=КП(t1-t2), где КП - коэффициент термоЭДС, мкВ/°С; t1 и t2 - поверхностная температура пар трения и окружающей среды, °С; после чего по зависимости вида 
где δ1, δ2, δ3, δ4 и λ1 λ2 λ3 λ4 - толщины и коэффициенты теплопроводности материалов: основания тормозной колодки: фрикционной накладки и ее приповерхностного слоя; обода тормозного барабана) находят величины суммарных термических токов.where δ 1 , δ 2 , δ 3 , δ 4 and λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 - thickness and thermal conductivity of materials: the base of the brake pad: friction lining and its surface layer; rim of the brake drum) find the total thermal currents.
В горячем контакте термоток всегда идет из фрикционного элемента с меньшим значением K во фрикционный элемент с большим значением K. Следовательно, при КП>0 термоток IT будет направлен от полимера к металлу (отрицательное направление). На фиг.19д проиллюстрированы направления тока IT.In hot contact, the thermocurrent always goes from the friction element with a lower value of K to the friction element with a larger value of K. Therefore, at K P > 0, the thermocurrent I T will be directed from the polymer to the metal (negative direction). On fig.19d illustrates the direction of current I T.
Таким образом, экспериментально регистрируемый суммарный ток электризации с учетом направлений слагаемых токов имеет видThus, the experimentally recorded total electrification current, taking into account the directions of the components of the currents, has the form
при WП>WM 
при WM>WП 
Однако на величины составляющих суммарного тока электризации в парах трения барабанно-колодочного тормоза существенно влияет тепловое состояние обода и боковой стенки барабана, а также фрикционных накладок колодок.However, the thermal state of the rim and side wall of the drum, as well as the friction linings of the pads, significantly affect the magnitude of the components of the total electrification current in the friction pairs of the drum-shoe brake.
Характер изменения доли теплоты обода барабана и его боковой стенки в аккумулировании генерируемой теплоты наглядно иллюстрируется с помощью изменения прироста их средних температур в течение предварительного этапа испытания типа II заднего барабанно-колодочного тормоза автомобиля ЗИЛ-130 при скорости V=30 км/ч (фиг.17а, до 720 с). Согласно фиг.17а интервал времени темпов нагревания обода тормозного барабана и его боковой стенки составлял 0-720 с. Темпы нагревания обода барабана и его боковой стенки определялись по полиноминальным регрессиям видаThe nature of the change in the fraction of heat of the drum rim and its side wall in the accumulation of generated heat is clearly illustrated by changing the increase in their average temperatures during the preliminary stage of the type II test of the rear drum-shoe brake of the ZIL-130 at a speed of V = 30 km / h (Fig. 17a, up to 720 s). According figa, the time interval of the rate of heating of the rim of the brake drum and its side wall was 0-720 C. The heating rate of the drum rim and its side wall was determined by polynomial regressions of the form
Согласно фиг.17б интервал времени темпов охлаждения обода тормозного барабана и его боковой стенки составлял (720-1200) с, т.е. 480 с. Темпы охлаждения обода барабана и его боковой стенки определялись по полиноминальным регрессиям видаAccording to Fig.17b, the time interval of the cooling rate of the rim of the brake drum and its side wall was (720-1200) s, i.e. 480 s The cooling rate of the drum rim and its side wall was determined by polynomial regressions of the form
Резкое изменение удельных долей теплоты указанных элементов барабана в аккумулировании теплоты прослеживается в течение первой половины данного испытания. Квазистабильный температурный перепад наблюдается ближе до завершения предварительного этапа торможения. При переходе к основному этапу испытаний типа II и после 720 с видно, что прирост температуры обода барабана мгновенно приобретает отрицательные значения, а прирост температуры боковой стенки барабана резко уменьшается, но до 1000 с сохраняет знак «+». Это объясняется тем, что от 720 к 1000 с боковая стенка аккумулирует теплоту, которая ведет к выравниванию их средней температуры с температурой обода барабана и в конечном результате к термостабилизационному состоянию тормозного барабана.A sharp change in the specific heat fractions of the indicated drum elements in the heat storage is observed during the first half of this test. A quasi-stable temperature drop is observed closer to the completion of the preliminary braking stage. Upon transition to the main stage of type II tests and after 720 s, it is evident that the temperature increase of the drum rim instantly acquires negative values, and the temperature increase of the side wall of the drum sharply decreases, but retains the “+” sign to 1000 s. This is due to the fact that from 720 to 1000 s the side wall accumulates heat, which leads to the alignment of their average temperature with the temperature of the rim of the drum and, as a result, to the thermal stabilization state of the brake drum.
Последнее обстоятельство способствует стабильной работе микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников во внешнем электрическом поле и, как следствие, квазистабильному состоянию величин и направлений составляющих электрических токов в парах трения тормоза.The latter circumstance contributes to the stable operation of microthermoelectric generators and microthermoelectric refrigerators in an external electric field and, as a result, to the quasi-stable state of the magnitudes and directions of the components of electric currents in the friction pairs of the brake.
Согласно рис.18а интервал времени темпов нагревания рабочей и нерабочей зоны фрикционной накладки составлял 0-720 с. Темпы нагревания рабочей и нерабочей зон накладки определялись по полиноминальным регрессиям видаAccording to Fig. 18a, the time interval for heating the working and non-working zones of the friction lining was 0–720 s. The heating rates of the working and non-working areas of the patch were determined by polynomial regressions of the form
Согласно фиг.18б интервал времени темпов охлаждения рабочей и нерабочей зоны накладки составлял (720-1200) с, т.е. 480 с. Темпы охлаждения рабочей и нерабочей зон накладки определялись по полиноминальным регрессиям видаAccording to FIG. 18b, the time interval for cooling the working and non-working areas of the patch was (720-1200) s, i.e. 480 s The cooling rates of the working and non-working areas of the patch were determined by polynomial regressions of the form
Резкое изменение удельных долей теплоты рабочей зоны фрикционной накладки, которая идет на аккумулирование теплоты ее приповерхностным слоем, прослеживается до 300 с испытаний, после чего темп нагревания стабилизируется и становится равным нижнему уровню приповерхностного слоя накладки. Объясняется это тем, что в приповерхностном слое накладки начинается взаимодействие компонентов фрикционных материалов, носящих характер эндотермических химических реакций. Кроме того, в дальнейшем после 300 с нагревания возможны также инверсии тока электризации, вызванные ионизированной газовой смесью, так и десорбцией компонентов влаги из приповерхностных слоев накладки при положительном квазистабильном темпе их нагревания.A sharp change in the specific heat fractions of the working zone of the friction lining, which is used to accumulate heat by its surface layer, can be traced up to 300 s of testing, after which the heating rate stabilizes and becomes equal to the lower level of the surface layer of the lining. This is explained by the fact that in the surface layer of the lining begins the interaction of the components of the friction materials, which are in the nature of endothermic chemical reactions. In addition, in the future, after 300 s of heating, inversions of the electrification current caused by the ionized gas mixture are also possible, as well as desorption of moisture components from the surface layers of the lining at a positive quasistable rate of heating.
Что касается темпов охлаждения рабочей зоны приповерхностного слоя и его нижнего уровня фрикционной накладки, то к 240 с (после завершения испытаний) они стабилизируются при отрицательных темпах.As for the cooling rate of the working zone of the near-surface layer and its lower level of the friction lining, then by 240 s (after completion of the tests) they stabilize at negative rates.
Знание закономерностей изменения темпов нагревания и вынужденного охлаждения тормозного барабана и фрикционной накладки позволяет судить об их тепловом состоянии как в процессе длительных и циклических торможений, так и перед началом их выполнения.Knowledge of the laws governing the change in the rate of heating and forced cooling of the brake drum and friction lining allows us to judge their thermal state both during prolonged and cyclic braking, and before they begin to be performed.
Рассмотрим закон изменения суммарного тока электризации по зонам теплового состояния металлического элемента трения тормозного устройства при двух условиях: WМ>WП и WП>WМ. В зоне до стабилизационного теплового состояния металлического элемента трения тормозного устройства суммарный ток электризации будет наибольшим в случае приближения пары трения к указанной зоне при условии, что WП>WМ. При этом суммарные токи 
Это обстоятельство указывает на то, что при торможениях происходит интенсивное накопление тепловой энергии в металлическом элементе трения, а конвективный теплообмен с его матовых поверхностей и радиационный теплообмен весьма незначительны. Наиболее интересное явление происходит в зоне стабилизационного теплового состояния металлического фрикционного элемента в случае интенсификации сорбционно-десорбционных процессов, происходящих в приповерхностных слоях материала накладок при условии WМ>WП. В этом случае суммарные токи 
Исходя из вышеизложенного условием возникновения термостабилизации металлического элемента трения тормозных устройств является критерий устойчивости трибосистемы Ку=dW/dT<0, Ку<0 (где dW - изменение остаточной энергии; dW>0 в том случае, если дополнительная энергия термохимической реакции деструкции связующих компонентов материала поверхностных слоев накладки и радиационного теплообмена между взаимодействующими поверхностями трения тормоза будет расти интенсивнее, чем энергия нагружения трибосистемы, определяемая величиной работы сил трения; dT - изменение поверхностной температуры пар трения тормоза).Based on the foregoing, the condition for the occurrence of thermal stabilization of the friction metal element of braking devices is the stability criterion of the tribosystem К у = dW / dT <0, К у <0 (where dW is the change in residual energy; dW> 0 if the additional energy of the thermochemical reaction of degradation of the binder components of the material of the surface layers of the lining and radiative heat transfer between the interacting friction surfaces of the brake will grow more rapidly than the loading energy of the tribosystem, determined by the magnitude of the work l of friction; dT is the change in the surface temperature of the friction pairs of the brake).
Таким образом, определены направления составляющих электрических токов в парах трения «полимер-металл» барабанно-колодочного тормоза при преимущественном направлении вращения его барабана при их нагревании в стендовых условиях до и выше допустимой температуры материалов фрикционной накладки для точной оценки генерируемого количества теплоты в процессе длительных или циклических торможений.Thus, the directions of the component electric currents in the polymer-metal friction pairs of the drum-shoe brake are determined with the predominant direction of rotation of its drum when they are heated in bench conditions to and above the allowable temperature of the friction lining materials to accurately assess the amount of heat generated during long or cyclic braking.
Источники информацииInformation sources
1. Применение зонда Кельвина в трибологии / Шипица Н.А., Жарин А.Л., Сорока Д.И. - Материалы международн. конгресса «Механика и трибология транспортных систем». - Ростов на Дону, т.2, 2003. - с.398-402.1. The use of the Kelvin probe in tribology / Shipitsa N.A., Zharin A.L., Soroka D.I. - Materials international Congress "Mechanics and Tribology of Transport Systems". - Rostov-on-Don, vol. 2, 2003 .-- p. 398-402.
2. Патент России 2134368 C1, кл. F16D 65/813, 10.08.1999.2. Patent of Russia 2134368 C1, cl. F16D 65/813, 08/10/1999.
3. Заявка на предполагаемое изобретение на патент России за №2010138203 с приоритетом от 19.02.2010 г.3. Application for the alleged invention for a patent of Russia No. 2010138203 with a priority of 02/19/2010.
Claims (2)
где Iск, Iм, Iд, Iт и Iр - токи: электризации скольжения и контакта; движения полимерных и металлических заряженных частиц фрикционного массопереноса; возникающие за счет сорбционно-десорбционных процессов в приповерхностных слоях контакта пар трения тормоза; термические и обратных разрядов.1. A method for determining the directions of the constituent electric currents in the tribotechnical system “polymer-metal” of a drum-shoe brake when it is heated in bench conditions, containing a brake mechanism with a drum and brake shoes, to the bases of which friction and metal plates are attached, while between the blocks are installed expansion devices with a drive, and plate and step-plate thermocouples are installed in metal and friction plates, and on the side of a non-working surface The base of the pad has through windows with partitions for their entire length, in which, after braking on the stand, starting from the pinch of the rim with the flange, there is constantly a reference polymer sample made of friction lining material, next to which is located a reference metal sample, made of the material of the rim of the drum, which is installed alternately in subsequent through windows in the direction of the free edge of the rim of the drum after braking on the stand, and when Ohms, reference samples are connected in series to a modulator and to a measuring device connected directly to the recording device, and the working surfaces of the rim and pads are separated by longitudinal grooves of different widths, so some of their edges are aligned in a vertical plane, forming independent reverse and forward friction pairs “polymer disk - sectors of metal linings "and" metal discs - sectors of friction linings ", which are heated by prolonged or cyclic braking on the brake stand to temperatures below the allowable friction lining materials, while the zones of dynamic contact of the macro-sections of the interaction surfaces are subject to adsorption-desorption effects, characterized in that they establish the general pattern of microcurrents on the macro-sections of the friction surfaces due to the formation of “hard” and “soft” oxide films on them, partially shielded by mutual mass transfer, and are connecting bridges of microthermological elements, which are particles wear products, ionized gaseous medium and moisture desorption components, which contribute to the emergence of many microthermal batteries, creating a double electric layer in the contact zone — an external electric field, and operating in the mode of microthermoelectric generators, and then experimentally, provided that the electron work function from the friction lining W n is greater than the work function of the electron exit from the rim of the brake drum W m , i.e. that W p > W m , with the predominant direction of its rotation, determine the total electrification current I Ф generated in their circuits due to triboEMF taking into account the directions of its terms according to the dependence of the form I Ф- = -I sc ± I m ± I d + I t + I p
where I SK , I m , I d , I t and I p - currents: electrification of slip and contact; movement of polymer and metal charged particles of friction mass transfer; arising due to sorption-desorption processes in the surface contact layers of brake friction pairs; thermal and reverse discharges.
при Wп>Wм IФ-=-Iск±Iм±Iд+Iт+Iр;
при Wм>Wп IФ+=Iск±Iм±Iд+Iт-Iр. 2. A method for determining the directions of the constituent electric currents in the tribotechnical system “polymer-metal” of the drum-shoe brake, taking into account the preferred direction of rotation of the brake drum when it is heated in bench conditions above the permissible temperature for materials of the friction lining, and their dynamic contact zone of macro-sections of the interaction surfaces and the surface layer of the lining is susceptible to adsorption-desorption effects and destruction changes according to claim 1, characterized in that which establish the general pattern of the occurrence of microcurrents on macro-sections of friction surfaces due to the formation of “hard” and “soft” oxide films on them, partially shielded by mutual mass transfer, and which are connecting bridges of microthermoelements, which are particles of wear products, ionized gas medium, and desorption components moisture, thermal equilibrium arises between the rim of the drum and its side wall due to the redistribution of heat between them, which is supported by the formation of a number of microthermobaths in the elementary volumes of the surface layers of the metal and polymer elements, creating external and internal electric fields with different structures of the double electric layers, and operating in the mode of microthermoelectric generators and microthermoelectric refrigerators, and when the external electric field predominates, currents from the surface layer in the metal friction element are inverted the surface layers of the plates, then experimentally determine g the total electrification current I f generated in their circuits due to triboelectric power taking into account the directions of its terms according to the form
when W p > W m I Ф- = -I ck ± I m ± I d + I t + I p ;
when W m > W p I Ф + = I sc ± I m ± I d + I t -I r .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115528/11A RU2462628C2 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115528/11A RU2462628C2 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010115528A RU2010115528A (en) | 2011-10-27 |
| RU2462628C2 true RU2462628C2 (en) | 2012-09-27 |
Family
ID=44997742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010115528/11A RU2462628C2 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2462628C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3610377A (en) * | 1969-10-29 | 1971-10-05 | Gen Motors Corp | Drum brake heat pipe cooling |
| DE2332219A1 (en) * | 1973-06-25 | 1975-01-23 | Klaue Hermann | Water-cooled vehicle drum brakes - has hollow section brake shoe supplied with cooling water through hollow bolts |
| RU2134368C1 (en) * | 1997-04-01 | 1999-08-10 | Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа | Method and device for cooling band-and-shoe brake |
| RU2225544C2 (en) * | 2000-02-10 | 2004-03-10 | Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа | Thermal stabilization unit for drum-and-shoe brakes and method of thermal stabilization |
| WO2005021993A1 (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Safe Effect Pty Ltd | Fluid cooled drum brake system |
| RU2272192C2 (en) * | 2003-10-24 | 2006-03-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method and device for cooling drum-block brake |
-
2010
- 2010-04-19 RU RU2010115528/11A patent/RU2462628C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3610377A (en) * | 1969-10-29 | 1971-10-05 | Gen Motors Corp | Drum brake heat pipe cooling |
| DE2332219A1 (en) * | 1973-06-25 | 1975-01-23 | Klaue Hermann | Water-cooled vehicle drum brakes - has hollow section brake shoe supplied with cooling water through hollow bolts |
| RU2134368C1 (en) * | 1997-04-01 | 1999-08-10 | Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа | Method and device for cooling band-and-shoe brake |
| RU2225544C2 (en) * | 2000-02-10 | 2004-03-10 | Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа | Thermal stabilization unit for drum-and-shoe brakes and method of thermal stabilization |
| WO2005021993A1 (en) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Safe Effect Pty Ltd | Fluid cooled drum brake system |
| RU2272192C2 (en) * | 2003-10-24 | 2006-03-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method and device for cooling drum-block brake |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010115528A (en) | 2011-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oligschleger et al. | Simulation of thermal conductivity and heat transport in solids | |
| Kasem et al. | Thermal levels and subsurface damage induced by the occurrence of hot spots during high-energy braking | |
| Gomes et al. | In-plane and out-of-plane thermal conductivity of silicon thin films predicted by molecular dynamics | |
| Ettles | The thermal control of friction at high sliding speeds | |
| RU2459986C2 (en) | 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) | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions | |
| Maloney et al. | Heat capacity and thermal conductivity considerations for coal particles during the early stages of rapid heating | |
| Lever et al. | The mechanics of snow friction as revealed by micro-scale interface observations | |
| Lee et al. | Microwear mechanism of head carbon film during head disk interface sliding contact | |
| Cangialosi et al. | Dynamics of polycarbonate far below the glass transition temperature: A positron annihilation lifetime study | |
| Iverson et al. | Thermal property testing of nitrate thermal storage salts in the solid-phase | |
| Coupier et al. | Local symmetries and order-disorder transitions in small macroscopic Wigner islands | |
| Majcherczak et al. | Experimental thermal study of contact with third body | |
| RU2015122719A (en) | METHOD FOR EVALUATING EXTERNAL AND INTERNAL PARAMETERS OF FRICTION UNITS UNDER TEST IN STAND CONDITIONS | |
| Suzuki et al. | Measurement of flash temperature and contact between slider and magnetic recording disk | |
| RU2514385C2 (en) | Device and method for determination of thermal conditions of drum-shoe brake metal-polymer friction pairs at loading under test bench conditions | |
| Tani et al. | Spreading mechanism of PFPE lubricant on the magnetic disks | |
| SE9901755D0 (en) | Method of measuring thermal properties of materials with direction dependent properties | |
| Carneiro | Dynamical phase diagrams for moving vortices interacting with periodic pinning | |
| RU2533864C2 (en) | System of thermoelectric polarisation of drum-shoe brake friction pad surfaces in test conditions | |
| Hou et al. | Energy loss of a charged particle moving over a 2D strongly coupled dusty plasma | |
| Panier et al. | Infrared characterization of thermal gradients on disc brakes | |
| Yatsyshyn et al. | Investigating Thermoelectric Batteries Based on Nanostructured Materials, Energies 2023, 16, 3940 | |
| Horowitz et al. | The dependence of the dose response supralinearity of peak 5 in TLD-100 on recombination temperature | |
| Suzuki et al. | Relaxation behavior of polymers probed by positron annihilation lifetime spectroscopy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130420 |