RU2531676C2 - Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs - Google Patents
Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531676C2 RU2531676C2 RU2012148635/11A RU2012148635A RU2531676C2 RU 2531676 C2 RU2531676 C2 RU 2531676C2 RU 2012148635/11 A RU2012148635/11 A RU 2012148635/11A RU 2012148635 A RU2012148635 A RU 2012148635A RU 2531676 C2 RU2531676 C2 RU 2531676C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- friction
- polymer
- metal
- brake
- belt
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах различных типов лебедок.The invention relates to mechanical engineering and can be used in tape and shoe brakes of various types of winches.
Известна тормозная лента с равномерным шагом размещения на ней фрикционных накладок. Равномерное расположение накладок на дуге обхвата при неравномерном распределении усилий натяжения тормозной ленты ведет к неравномерному распределению нормальной нагрузки на рабочие поверхности накладок и, как следствие, удельных нагрузок при взаимодействии фрикционных узлов тормоза. Все вышеуказанное и вызывает неравномерный износ фрикционных накладок. При этом на набегающей ветви они изнашиваются быстрее, чем на сбегающей [1, аналог, Александров М.П., Лысяков А.Г., Федосеев В.Н. и др. Тормозные устройства (справочник). - М.: Машиностроение, 1985. - 308 с. (рис. 3.18. - стр. 121)].Known brake tape with a uniform pitch of the placement of friction linings on it. The uniform arrangement of the linings on the arc of the girth with an uneven distribution of the efforts of the tension of the brake tape leads to an uneven distribution of the normal load on the working surfaces of the linings and, as a result, the specific loads during the interaction of the friction brake assemblies. All of the above causes uneven wear of the friction linings. Moreover, on the oncoming branch, they wear out faster than on the oncoming branch [1, analogue, Alexandrov MP, Lysyakov AG, Fedoseev VN etc. Braking devices (reference book). - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 308 p. (Fig. 3.18. - p. 121)].
В данном фрикционном узле не достигается выравнивания удельных нагрузок в его парах трения на уровне динамики процесса торможения и не решается на уровне генерирования электрических токов на поверхностях металлополимерных пар трения снижение их энергонагруженности, поскольку имеет место трибоэлектрический эффект. Наличие трибоэлектрического эффекта в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза ухудшает антифрикционные свойства применяемых материалов, увеличивая силу трения на 15,0-50,0%. Последняя в ленточно-колодочном тормозе определяется по зависимости вида
Эффективным способом подавления трибоэлектрических явлений является применение биполярных фрикционных элементов, имеющих в своей структуре одновременно положительные и отрицательные заряды, которые способны вызвать в них внутренние электрические поля, влияющие на деполяризацию взаимодействующих участков металлополимерных пар трения тормозов [2, прототип, Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. и др. Поверхностная прочность материалов при трении. Киев: Техника, 1976. - 296 с. (стр. 227-228)]. An effective way of suppressing triboelectric phenomena is the use of bipolar friction elements having both positive and negative charges in their structure, which can cause internal electric fields in them, affecting the depolarization of interacting sections of metal-polymer brake friction pairs [2, prototype, B. Kostetsky, Nosovsky I.G., Karaulov A.K. and others. The surface strength of materials under friction. Kiev: Technique, 1976. - 296 p. (p. 227-228)].
Известен двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением, в котором охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей, составленных из пластинчатых термопар, изготовленных из разных материалов, и цилиндрических стержней, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостями, которые установлены в тело дополнительных и основных накладок, составляющих первый и второй контуры при последовательном соединении в каждом из них между собой термобатарей, подключенных через стабилизационное устройство к генераторам, а нерабочие поверхности термоэлементов батарей соединены между собой теплопроводными пластинами-перемычками. При этом термобатареи первого и второго контуров работают раздельно в режимах термоэлектрогенератора и термоэлектрохолодильника [3, прототип, патент России №2352832 С2, МПК F16D 49/08 - F16D 65/813 от 20.04.2009 г.].Known two-stage tape-shoe brake with thermoelectric cooling, in which the cooling units are made in the form of thermopiles composed of plate thermocouples made of different materials, and cylindrical rods consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, which are installed in the body of additional and main pads constituting the first and second circuits with a series connection in each of them between each other thermal batteries connected via stabilization devices for power generators, and batteries outside surface thermoelements interconnected conductive plate-bridges. In this case, the thermopile of the first and second circuits operate separately in the modes of thermoelectric generator and thermoelectric refrigerator [3, prototype, Russian patent No. 2352832 C2, IPC F16D 49/08 - F16D 65/813 of 04/20/2009].
В данном двухступенчатом ленточно-колодочном тормозе достигается снижение энергонагруженности его пар трения и тем самым уменьшается трибоэлектрический эффект. Однако конструкция узлов охлаждения является сложной, а ее сборка - трудоемкой.In this two-stage tape-block brake, a decrease in the energy load of its friction pairs is achieved and thereby the triboelectric effect is reduced. However, the design of the cooling units is complex, and its assembly is time-consuming.
По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:Compared with analog and prototype, the proposed technical solution has the following advantages:
- кольцо-каркас с выступами из биполярного полимерного материала, полностью охватывает нерабочие поверхности металлических секторов;- a ring-frame with protrusions of bipolar polymeric material, completely covers the non-working surfaces of metal sectors;
- биполярные фрикционные элементы за счет своего внутреннего электрического поля ослабляют действие связанных электрических зарядов рабочих поверхностей фрикционных накладок, способствуя тем самым электротермостимулированной деполяризации взаимодействующих участков металлополимерных пар трения тормоза;- bipolar friction elements, due to their internal electric field, weaken the action of the associated electric charges of the working surfaces of the friction linings, thereby contributing to the electrothermally stimulated depolarization of the interacting sections of the metal-polymer brake friction pairs;
- при достаточной напряженности электрического поля происходит пробой (искровой) слоя материалов фрикционной накладки, связанный с высвобождением электронов или ионов с металлических и биполярных полимерных элементов за счет свободных носителей, при этом слой полимерного материала перестает быть диэлектриком и в нем возникает и течет электрический ток;- with sufficient electric field strength, a breakdown of the (spark) layer of the friction lining materials occurs, associated with the release of electrons or ions from metal and bipolar polymer elements due to free carriers, while the layer of polymer material ceases to be an insulator and an electric current appears and flows in it;
- на участках взаимодействующих пар «полимер - металл» и «полимер - полимер» формируются металлические, полупроводниковые и полимерные пленочные структуры, способные выполнить функции термоэлектрической пары; пленочные полимерные материалы поддаются электризации, ибо лишь в них заряды остаются в тех местах, куда они перебрались от одной пленочной структуры к другой;- metal, semiconductor and polymer film structures capable of performing the functions of a thermoelectric pair are formed in the areas of the interacting polymer – metal and polymer – polymer pairs; film polymer materials can be electrified, because only in them charges remain in those places where they moved from one film structure to another;
- биполярные фрикционные элементы в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза не только обеспечивают подавление трибоэлектрического эффекта, но и снижают их энергонагруженность, что позволяет материалам фрикционных накладок работать в интервале температур ниже допустимой, обеспечивающей стабильные износофрикционные характеристики его фрикционных узлов.- bipolar friction elements in metal-polymer friction pairs of the tape-brake block not only provide suppression of the triboelectric effect, but also reduce their energy load, which allows the materials of the friction linings to operate in the temperature range below the permissible level, ensuring stable wear characteristics of its friction units.
Задачей настоящего изобретения является подавление трибоэлектрического эффекта и тем самым обеспечить снижение энергонагруженности металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет применения биполярных фрикционных элементов, вмонтированных непосредственно в верхнюю часть тормозного шкива.The objective of the present invention is to suppress the triboelectric effect and thereby reduce the energy load of the metal-polymer friction pairs of the band brake due to the use of bipolar friction elements mounted directly in the upper part of the brake pulley.
Поставленная задача достигается тем, что в ленточно-колодочном тормозе с устройством электротермостимулированной деполяризации взаимодействующих участков металлополимерных пар трения, в котором верхняя часть шкива выполнена в виде кольца-каркаса из биполярного материала с выступами (фрикционными элементами) типа «ласточкин хвост» с шагом
В процессе торможения за счет формирования термоэлектрических пар увеличивается напряженность электрического поля, вызывающая пробой (искровой) слоя материалов фрикционной накладки, связанной с появлением свободных носителей (электронов и ионов) с металлических и биполярных полимерных элементов и при этом слой фрикционных материалов накладок перестает быть диэлектриком и в нем возникает и течет электрический ток.During braking, due to the formation of thermoelectric pairs, the electric field increases, causing a breakdown of the (spark) layer of friction lining materials associated with the appearance of free carriers (electrons and ions) from metal and bipolar polymer elements, and the layer of friction lining materials ceases to be an insulator and electric current arises and flows in it.
Ленточно-колодочный тормоз с электротермостимулированной деполяризацией взаимодействующих участков металлополимерных пар трения в виде кинематических схем показан на фиг. 1 и 2; на фиг. 3 проиллюстрирован продольный разрез фрикционного узла по А-А фиг. 2; на фиг. 4 показан продольный разрез тормозного шкива, выполненного в виде каркаса-кольца с выступами; на фиг. 5 и 7 показаны модели фрикционного контакта «полимер (1) - металл (2)» и «полимер (1) - полимер (3)»; на фиг. 6 и 8 проиллюстрированы плотности электрических зарядов (б) на фрикционных контактах «полимер (1) - металл (2)» и «полимер (1) - полимер (3)» по длине (l) их макроучастков; на фиг. 9 показана электрическая схема фрикционного контакта «полимер - металл» и «полимер - полимер»; на фиг. 10 и 11 приведены схемы построения внешних двойных электрических слоев на фрикционных контактах «металл (М) - полимер (П1)» и «полимер (П1) - полимер (П2)»; на фиг. 12 и 13 показаны контактные явления в паре трения «металл (М) - полимер (П1)»; на фиг. 14 и 15 проиллюстрированы контактные явления в паре трения «полимер (П1) - полимер (П2)»; на фиг. 16 а, б, в показаны диполи, которые возникают при адсорбции на поверхности металла, а, б - хемосорбция: ковалентная; ионная; в - физическая сорбция; d - расстояние между центрами зарядов; на фиг. 17 а, б, в, г, д показаны термоэлектрические пары с замкнутой (а, б, в, д) и незамкнутой (г) цепью: 1, 2 - металлы; 3 - полимеры; 4 - слабый электролит.A tape brake with electrothermally stimulated depolarization of interacting sections of metal-polymer friction pairs in the form of kinematic schemes is shown in FIG. 1 and 2; in FIG. 3 illustrates a longitudinal section through the friction assembly along AA of FIG. 2; in FIG. 4 shows a longitudinal section of a brake pulley made in the form of a ring-frame with protrusions; in FIG. 5 and 7 show the models of friction contact “polymer (1) - metal (2)” and “polymer (1) - polymer (3)”; in FIG. 6 and 8 illustrate the density of electric charges (b) at the friction contacts “polymer (1) - metal (2)” and “polymer (1) - polymer (3)” along the length (l) of their macroregions; in FIG. 9 shows the electrical circuit of the friction contact “polymer - metal” and “polymer - polymer”; in FIG. 10 and 11 are diagrams of the construction of external double electric layers on the friction contacts “metal (M) - polymer (P 1 )” and “polymer (P 1 ) - polymer (P 2 )”; in FIG. 12 and 13 show the contact phenomena in the pair of friction "metal (M) - polymer (P 1 )"; in FIG. 14 and 15, the contact phenomena in the friction pair “polymer (P 1 ) - polymer (P 2 )” are illustrated; in FIG. 16 a, b, c show the dipoles that occur during adsorption on the metal surface, a, b - chemisorption: covalent; ionic; c - physical sorption; d is the distance between the centers of charges; in FIG. 17 a, b, c, d, d shows thermoelectric pairs with a closed (a, b, c, d) and open (d) circuit: 1, 2 - metals; 3 - polymers; 4 - weak electrolyte.
Согласно кинематической схеме (см. фиг. 1) фрикционные накладки 3 установлены на тормозных лентах 2, которые одним концом (со стороны сбегающей ветви II ленты) прикреплены к балансиру 11, а другим (со стороны набегающей ее ветви I) - мотылевым шейкам 6 и 9 коленчатого вала 10.According to the kinematic scheme (see Fig. 1), the
Серийные ленточно-колодочные тормоза буровой лебедки работают следующим образом. Перемещением рукоятки 1 осуществляется поворот коленчатого вала 10, в результате которого бурильщик затягивает тормозные ленты 2 с фрикционными накладками 3, и они садятся на тормозные шкивы 4. Процесс торможения ленточно-колодочным тормозом (см. фиг. 2) характеризуется следующими стадиями: начальной (первой), промежуточной (второй) и заключительной (третьей). Остановимся на каждой из стадий в отдельности.Serial tape-shoe brakes of a drawworks operate as follows. By moving the
На начальной стадии торможения фрикционные накладки 3 размещены в средней части тормозной ленты 2, взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного шкива 4. Фронт взаимодействия расширяется в сторону фрикционных накладок 3 набегающей ветви (I) тормозной ленты 2.At the initial stage of braking, the
Промежуточная стадия торможения характеризуется дальнейшим распространением фронта взаимодействия в сторону фрикционных накладок 3 сбегающей ветви (II) тормозной ленты 2.The intermediate stage of braking is characterized by the further spread of the interaction front towards the
Конечная стадия торможения характеризуется тем, что почти все неподвижные накладки 3 тормозной ленты 2 взаимодействуют с рабочей поверхностью вращающегося шкива 4. Во время притормаживания последовательность вхождения поверхностей трения в контакт повторяется. Полный цикл торможения завершается остановкой тормозных шкивов 4 с барабаном 5. Управление тормозом буровой лебедки осуществляют также подачей сжатого воздуха через кран 7 бурильщика в пневматический цилиндр 8, шток которого соединен с одной из мотылевых шеек коленчатого вала 10 тормоза. Величину давления сжатого воздуха в пневмоцилиндре 8 регулируют поворотом крана 7 бурильщика.The final stage of braking is characterized by the fact that almost all the
При неравномерном изнашивании фрикционных накладок 3, установленных на лентах 2, балансир 11 в момент торможения несколько отклоняется от горизонтального положения и выравнивает нагрузки на сбегающей ветви (II) тормозных лент 2, обеспечивая при этом равномерный и одновременный обхват ими тормозных шкивов 4. Благодаря шаровым шарнирам реализация нагрузок от тормозных лент 2 к балансиру 11 при этом не изменяется.When uneven wear of the
Устройство с электротермостимулированной деполяризацией металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза содержит верхнюю часть тела шкива 4, состоящую из кольца-каркаса 12, имеющего выступы (фрикционные элементы) 13, выполненные в виде «ласточкиного хвоста». Кольцо-каркас 12 вместе с выступами 13 выполнено из биполярного полимерного материала по отношению к фрикционным материалам накладки 3. Выступы 13 расположенные по периметру кольца-каркаса 12 с шагом
Рабочие поверхности фрикционных выступов 13 и металлических секторов 14 при взаимодействии с рабочими поверхностями серийных фрикционных накладок 3 и формируют пары трения «полимер - металл» и «полимер - полимер».The working surfaces of the friction protrusions 13 and the
Металлополимерные пары трения ленточно-колодочного тормоза можно представить как термоэлектрогенератор, который генерирует ток благодаря возникновению явления Зеебека. Возникновение электрического тока в замкнутой цепи с разнородными материалами «полимер - металл», «полимер - полимер», поверхности которых должны находиться при различных контактных температурах. Контактная разность потенциалов - разность электрических потенциалов
где
В связи с тем, что контактирующие поверхности фрикционного узла ленточно-колодочного тормоза имеют различные температуры, то в цепи возникает термоэлектродвижущая сила, величина которой в широких пределах пропорциональна разности температур поверхностей
Металлополимерную пару трения ленточно-колодочного тормоза рассматриваем как источник трибо- и термоЭДС (
Первоначально рассмотрим пару трения «полимер - металл».Initially, we consider a polymer – metal friction pair.
В соответствии с приведенной схемой (фиг. 9) трибоЭДС (
Рассмотрим контактное явление в случае пары трения «металл - полимер», разделенных тонким зазором, при температуре фрикционных материалов полимера ниже допустимой (фиг. 12). Контактная разность потенциалов (
Согласно фиг. 13, при условии если
Таким образом, после установления равновесия возникает контактная разность потенциаловThus, after equilibrium is established, the contact potential difference
Более сложным является случай, когда рассматривается пара трения «полимер - полимер», разделенная вакуумным зазором, при температуре фрикционных материалов полимеров ниже допустимой (фиг. 14). В этом случае полимер (
В случае установления квазивыравнивания возникает контактная разность потенциаловIn the case of the establishment of quasi-equalization, a contact potential difference arises
Таким образом, образование внутреннего и внешнего электрических полей, соответственно в биполярном полимерном материале (
Из разнообразия фрикционных материалов для накладок тормозных устройств, воспользуемся данными Д.А. Болдырева с исследовательского центра ВАТ «АВТОВАЗ» (г. Тольятти, Россия).From the variety of friction materials for brake linings, we use the data of D.A. Boldyreva from the research center BAT "AvtoVAZ" (Togliatti, Russia).
Остановимся на химическом составе полимерных фрикционных накладок, которые представлены в табл. 1.Let us dwell on the chemical composition of polymer friction linings, which are presented in table. one.
Таблица 1 - Химический состав материалов фрикционных накладокTable 1 - the Chemical composition of the materials of the friction linings
Материалы фрикционной накладки представляют собой композит, состоящий из фракции, различной степени дисперсности и химического состава. В табл. 1 проиллюстрированы материалы фрикционных накладок отечественных Dafmi, Tans, Master (Украина) и зарубежных QH, Lockheed Feredo (Великобритания); ATE, Bosch (Германия); Samko (Италия); Rouluds (Венгрия) и Полиэдр, ВАТИ, STS, ТИИР, ЕЗАТИ (Россия). Все представленные материалы фрикционных накладок отличаются по твердости, прочности и упругости, по химическому и композитному составам, размеру и дисперсностью структурных составляющих.The materials of the friction lining are a composite consisting of a fraction of varying degrees of dispersion and chemical composition. In the table. 1 illustrates materials of friction linings of domestic Dafmi, Tans, Master (Ukraine) and foreign QH, Lockheed Feredo (Great Britain); ATE, Bosch (Germany); Samko (Italy); Rouluds (Hungary) and Polyhedron, VATI, STS, TIIR, EZATI (Russia). All presented materials of friction linings differ in hardness, strength and elasticity, in chemical and composite compositions, in size and dispersion of structural components.
Таблица 2 - Термоэлектрические эдс в парах трения «металл-металл» и «полупроводниковые соединения (ПС) - металл»Table 2 - Thermoelectric emfs in friction pairs “metal-metal” and “semiconductor compounds (PS) - metal”
Связующим всех материалов фрикционных накладок является фенолформальдегидная смола (табл. 1). Во всех материалах фрикционных накладок основными твердыми включениями являются стальная высечка, алюминиевая и латунная (в материале накладки D - медная стружка, слюда).The binder of all materials of the friction linings is phenol-formaldehyde resin (table. 1). In all materials of friction linings, the main solid inclusions are steel die-cutting, aluminum and brass (in the lining material D - copper shavings, mica).
Сопоставительный анализ компонентов, входящих в состав материалов тормозных дисков и фрикционных накладок, показали, что большинство из них относится к полупроводниковым материалам (табл. 2). Кроме того, взаимодействие пар трения «металл - полимер» и «полимер - полимер» позволяет формировать на их поверхностях различных видов пленки в зависимости от теплового состояния металлического и неметаллического фрикционных накладок и элементов.A comparative analysis of the components that make up the materials of brake discs and friction linings showed that most of them relate to semiconductor materials (Table 2). In addition, the interaction of friction pairs “metal - polymer” and “polymer - polymer” allows the formation of various types of films on their surfaces depending on the thermal state of metallic and non-metallic friction linings and elements.
В связи с тем, что материалы фрикционной накладки и элемента ведут себя по-разному в интервале температур до допустимой и выше нее, и при этом их приповерхностные слои могут находиться в твердом состоянии полностью и частично в жидком и газообразном состоянии. Исходя из этого, выделим следующие типы поверхностей раздела: «металл - полимер»; «метал - полимер с жидкостью»; «металл - полимер с жидкостью и с газом»; «метал - газ - полимер»; «полимер - полимер»; «полимер - полимер с жидкостью»; «полимер - полимер с жидкостью и с газом»; «полимер - газ - полимер». Воздействием на разделяющие слои в парах трения тормозных устройств являются: объемная и граничная вязкости, теплоемкость; химическая активность и содержащие слои являются предметом особых исследований, так как благодаря им происходят процессы сорбции, десорбции и адсорбции.Due to the fact that the materials of the friction lining and the element behave differently in the temperature range up to and above the permissible temperature, and their surface layers can be completely and partially in the solid state in the liquid and gaseous state. Based on this, we distinguish the following types of interfaces: "metal - polymer"; “Metal - polymer with liquid”; “Metal is a polymer with liquid and gas”; "Metal - gas - polymer"; "Polymer - polymer"; "Polymer - polymer with liquid"; "Polymer - polymer with liquid and gas"; "Polymer - gas - polymer." The impact on the separating layers in the friction pairs of brake devices are: volumetric and boundary viscosity, heat capacity; chemical activity and containing layers are the subject of special studies, since thanks to them processes of sorption, desorption and adsorption occur.
Электризация двух полимерных материалов путем трения в процессе торможения не связана (во всяком случае, непосредственно) с поляризацией их поверхностных слоев. Явление поляризации обусловлено образованием связанных электрических зарядов, которые тем и особенные, что их нельзя «отвести» от поверхностных слоев рабочих поверхностей фрикционных накладок 3 и элементов 13. Однако последние выполнены из биполярных полимерных материалов, которые способны за счет своего внутреннего электрического поля ослаблять действие связанных электрических зарядов рабочих поверхностей фрикционных накладок 3, что способствует электротермостимулированной деполяризации взаимодействующих участков металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза. Electrification of two polymeric materials by friction during braking is not connected (in any case, directly) with the polarization of their surface layers. The polarization phenomenon is due to the formation of coupled electric charges, which are special because they cannot be “removed” from the surface layers of the working surfaces of the
Рассмотрим случай поведения молекулы, являющейся составляющей фрикционных материалов накладок 3 или элементов 13, обладающих дипольным моментом (диполь характеризуется величиной заряда и плечом, т.е. расстоянием между центрами зарядов (фиг. 16 а, б, в) при отсутствии электрического поля. «Дипольная» молекула ведет себя как система двух точечных зарядов (одна точка - центр тяжести отрицательных, а другая - центр тяжести положительных зарядов). При этом будут иметь месть оба механизма поляризации: поворот молекул и смещение электронов.Consider the case of the behavior of the molecule, which is a component of the friction materials of the
В отсутствие электрического поля молекулы в полимерах расположены хаотично. Для объема полимера, содержащего много молекул, результирующий дипольный момент равен нулю, так как они складываются геометрически. Электрическое поле перемещает молекулы полимера, заставляя их ориентироваться в одну сторону. При этом в процессе взаимодействия участков металлополимерных пар трения тормоза в противоборство вступают две силы:In the absence of an electric field, the molecules in the polymers are randomly arranged. For the volume of a polymer containing many molecules, the resulting dipole moment is zero, since they add geometrically. An electric field moves polymer molecules, forcing them to orient in one direction. Moreover, in the process of interaction of sections of metal-polymer brake friction pairs, two forces enter into the confrontation:
- тепловое движения, которое вносит беспорядок в расположение молекул;- thermal motion, which makes a mess in the arrangement of molecules;
- электрическое поле, упорядочивающее расположение молекул.- an electric field that orders the arrangement of molecules.
В связи с этим, чем выше поверхностная температура рабочих поверхностей фрикционных накладок 3 и элементов 13, тем труднее электрическому полю ориентировать молекулы.In this regard, the higher the surface temperature of the working surfaces of the
Работа, совершаемая электроном, находящимся в адсорбированном слое у поверхности металлического фрикционного элемента, зависит от того, как диполь (фиг. 16 а, б, в) расположен относительно (воображаемой) электронной плоскости. При этом электрон совершает работу по преодолению только полного или половины потенциала адсорбированного слоя. При этом необходимо учитывать тот факт, что в поверхностном слое фрикционной накладки, при выгорании связующих компонентов ее материалов при достижении допустимой температуры и выше ее молекулы образовавшегося электролита сильно ориентированы, в результате чего их эффективный дипольный момент увеличивается по отношению к дипольному моменту поверхности металлического фрикционного элемента. Это обстоятельство и является одним из основных условий инверсии множества микротоков от рабочей поверхности накладок в рабочую поверхность металлического фрикционного элемента.The work done by an electron located in the adsorbed layer near the surface of the metal friction element depends on how the dipole (Fig. 16 a, b, c) is located relative to the (imaginary) electronic plane. In this case, the electron does the work of overcoming only the full or half of the potential of the adsorbed layer. In this case, it is necessary to take into account the fact that in the surface layer of the friction lining, when the binder components of its materials burn out, when the acceptable temperature and above its molecules are reached, the molecules of the formed electrolyte are strongly oriented, as a result of which their effective dipole moment increases with respect to the dipole moment of the surface of the metal friction element . This circumstance is one of the main conditions for the inversion of many microcurrents from the working surface of the plates to the working surface of the metal friction element.
Дадим оценку происходящего с компонентами полимерных материалов (фрикционных накладок 3 и элементов 13) при увеличении электрического поля при взаимодействии участков метоллополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза. Очевидно, что должна увеличиваться поляризация полимерных материалов, происходящая за счет растяжения диполей: в атоме это сдвиг электронного облака относительно ядра; в молекуле - удаление друг от друга двух ионов. При этом, до каких пор электрон, оттянутый электрическим полем далеко от ядра, является по-прежнему электроном атома, а два иона, находящиеся уже достаточно далеко друг от друга, образуют по-прежнему молекулу. Предел существует и при достаточной напряженности
Переход электронов от одной пленочной структуры к другой, образующихся при трении в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза, возможен как для металлов, полупроводников, так и для полимеров. Наэлектризовать не удается только полимерные материалы, ибо лишь в них заряды остаются в тех местах, куда они перебрались от одной пленочной структуры к другой. При этом на поверхностях взаимодействия пар «полимер - металл» и «полимер - полимер» формируются металлические, полупроводниковые и полимерные пленочные структуры, которые способны выполнять функции термоэлектрической пары.The transition of electrons from one film structure to another, formed during friction in metal-polymer friction pairs of a tape-shoe brake, is possible for metals, semiconductors, and polymers. It is not possible to electrify only polymer materials, because only in them charges remain in those places where they moved from one film structure to another. At the same time, metal, semiconductor and polymer film structures are formed on the interaction surfaces of the polymer – metal and polymer – polymer pairs, which are capable of acting as thermoelectric pairs.
В дополнение к макротермобатареям, проиллюстрированным в патенте России 2352832С, на фиг. 17 а, б, в, г, д показаны термоэлектрические пары с замкнутой (а, б, в, д) и незамкнутой (г) цепью. Замкнутая цепь (вариант в) свойственна накладке и элементу, когда их фрикционные материалы достигают температуры выше допустимой.In addition to the macro thermal batteries illustrated in Russian Patent 2352832C, FIG. 17 a, b, c, d, e thermoelectric pairs with a closed (a, b, c, e) and an open (d) circuit are shown. A closed circuit (option c) is characteristic of the pad and the element when their friction materials reach a temperature above the permissible level.
Спонтанно деполяризованное состояние рабочих поверхностей фрикционных накладок 3 и фрикционных элементов 13 может быть устойчивым в том случае, когда оно энергетически выгодно для пар трения тормоза, чем поляризованное. При этом для спонтанно деполяризованного состояния нужно учитывать не только энергию поверхностей фрикционных накладок 3 и элементов 13, но и энергию внешнего электрического поля, токи которого генерируются на взаимодействующих участках металлополимерных пар трения тормоза, а также энергию электрического поля, заложенного в структуру биполярных полимерных материалов, которыми являются фрикционные элементы 13.The spontaneously depolarized state of the working surfaces of the
ТрибоЭДС в парах трения «металл - металл» и «полупроводниковое соединение - металл» приведены в табл. 2. Из последней следует, что в режимах термоэлектрогенераторов будут работать термопары, составленные из материалов, имеющих положительную термоэлектрическую ЭДС, а в режимах термоэлектрохолодильников - отрицательную термоэлектрическую ЭДС. Из указанных в табл. 2 компонентов и изготавливаются биполярные фрикционные элементы 13.TriboEMF in friction pairs “metal - metal” and “semiconductor compound - metal” are given in table. 2. From the latter it follows that thermocouples composed of materials having a positive thermoelectric EMF will work in thermoelectric generators modes, and negative thermoelectric EMF in thermoelectric coolers modes. Of the specified in table. 2 components and
В соответствии с работой микротермобатарей в режимах микротермоэлектрогенератора (ТГ) и микротермоэлектрохолодильников (ТХ) и представленной электрической схемой (фиг. 9), трибоЭДС (
где
Рассмотренные явления и процессы, происходящие в металлополимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза, относятся к работе устройства с электротермостимулированной деполяризацией на различных режимах взаимодействующих участков металлополимерных пар трения. При этом генерируемый ток на поверхностях металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза сопровождается тепловыми процессами без учета химических и магнитных воздействий на ток и теплоту.The considered phenomena and processes occurring in metal-polymer friction pairs of a tape-shoe brake relate to the operation of a device with electrothermally stimulated depolarization in various modes of interacting sections of metal-polymer friction pairs. In this case, the generated current on the surfaces of metal-polymer friction pairs of the tape-shoe brake is accompanied by thermal processes without taking into account the chemical and magnetic effects on current and heat.
Снижение энергонагруженности металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза на различных режимах их нагружения позволяет работать фрикционным накладкам при поверхностных температурах, ниже допустимых для их материалов, что позволяет не только уменьшить силы трения, но и стабилизировать износофрикционные характеристики фрикционных узлов тормоза. При этом имеет место уменьшение износа рабочих поверхностей фрикционных накладок тормозных лент.Reducing the energy load of metal-polymer friction pairs of the tape-shoe brake at different loading modes allows friction linings to work at surface temperatures below the allowable for their materials, which not only reduces the friction forces, but also stabilizes the wear characteristics of the brake friction assemblies. In this case, there is a decrease in wear of the working surfaces of the friction linings of the brake bands.
Таким образом, применение устройства с электротермостимулированной деполяризацией взаимодействующих участков металлополимерных пар трения ленточно-колодочного тормоза с помощью биполярных полимерных материалов в процессе торможения позволяет уменьшить генерируемую фактическую силу тока за счет тока деполяризации и тем самым снизить их энергонагруженность, что приведет к уменьшению силы трения во фрикционных узлах и, как следствие, уменьшит износ рабочих поверхностей фрикционных накладок.Thus, the use of a device with electrothermally stimulated depolarization of interacting sections of metal-polymer friction pairs of a tape-shoe brake using bipolar polymeric materials during braking can reduce the generated actual current due to the depolarization current and thereby reduce their energy load, which will lead to a decrease in the friction force in friction nodes and, as a result, reduce wear on the working surfaces of the friction linings.
Источники информацииInformation sources
1. Александров М.П., Лысяков А.Г., Федосеев В.Н. и др. Тормозные устройства (справочник). - М.: Машиностроение, 1985. - 308с. (рис. 3.18, стр.121) [аналог].1. Alexandrov M.P., Lysyakov A.G., Fedoseev V.N. etc. Braking devices (reference book). - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 308s. (Fig. 3.18, p. 121) [analog].
2. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. и др. Поверхностная прочность материалов при трении. - Киев: Техника, 1976. - 296 с. (стр. 227-228) [прототип].2. Kostetsky B.I., Nosovsky I.G., Karaulov A.K. and others. The surface strength of materials under friction. - Kiev: Technique, 1976. - 296 p. (p. 227-228) [prototype].
3. Патент России №2352832 С2, МПК F16D 49/08; F16D 65/813 от 20.04.20009 г. [прототип].3. Russian patent No. 2352832 C2, IPC F16D 49/08; F16D 65/813 dated 04/20/20009 [prototype].
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148635/11A RU2531676C2 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148635/11A RU2531676C2 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012148635A RU2012148635A (en) | 2014-05-20 |
RU2531676C2 true RU2531676C2 (en) | 2014-10-27 |
Family
ID=50695636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148635/11A RU2531676C2 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2531676C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3450242A (en) * | 1967-02-07 | 1969-06-17 | Stoeckicht Alexander W | Fluid pressure engaged friction coupling |
DE2516292A1 (en) * | 1974-04-16 | 1975-11-06 | Sabes & Cie | BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE |
RU2263833C1 (en) * | 2004-08-30 | 2005-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Double-step belt-block cooled brake |
RU2352832C2 (en) * | 2006-11-27 | 2009-04-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Two-stage band-and-shoe brake with thermal electric cooling |
-
2012
- 2012-11-15 RU RU2012148635/11A patent/RU2531676C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3450242A (en) * | 1967-02-07 | 1969-06-17 | Stoeckicht Alexander W | Fluid pressure engaged friction coupling |
DE2516292A1 (en) * | 1974-04-16 | 1975-11-06 | Sabes & Cie | BAND BRAKE WITH COOLING DEVICE |
RU2263833C1 (en) * | 2004-08-30 | 2005-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Double-step belt-block cooled brake |
RU2352832C2 (en) * | 2006-11-27 | 2009-04-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Two-stage band-and-shoe brake with thermal electric cooling |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Костецкий Б.И. и др., "Поверхностная прочность материалов при трении", Киев: Техника, 1976, с. 227 - 228. Александров М.П. и др. "Тормозные устройства", Справочник, - М.: Машиностроение, 1985, рис. 3.18. с. 121. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012148635A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ikeda et al. | Self-assembled nanometer lamellae of thermoelectric PbTe and Sb2Te3 with epitaxy-like interfaces | |
Li et al. | Enhanced thermoelectric performance of Yb-single-filled skutterudite by ultralow thermal conductivity | |
Huang et al. | Electrical sliding friction and wear properties of Cu–MoS2–graphite–WS2 nanotubes composites in air and vacuum conditions | |
Meroz et al. | Development of Bi2Te2. 4Se0. 6 alloy for thermoelectric power generation applications | |
Yi et al. | Effect of the electric current on the friction and wear properties of the CNT–Ag–G composites | |
Zhang et al. | Effect of silicon and sodium on thermoelectric properties of thallium-doped lead telluride-based materials | |
Gunnarsson et al. | Binding energies for different adsorption sites of hydrogen on simple metals | |
Mao et al. | Graphene as a lubricant on Ag for electrical contact applications | |
Yao et al. | Synergistic strategy to enhance the thermoelectric properties of CoSbS1–x Se x Compounds via solid solution | |
Kulbachinskii et al. | Composites of Bi2–xSbxTe3 nanocrystals and fullerene molecules for thermoelectricity | |
Koleini et al. | Gas Doping on the Topological Insulator B i 2 S e 3 Surface | |
Tang et al. | Structural and electronic properties of Pd-decorated graphene oxides and their effects on the adsorption of nitrogen oxides: insights from density functional calculations | |
RU2647338C2 (en) | Method for evaluating external and internal parameters of friction units when tested in bench conditions | |
RU2531676C2 (en) | Belt-drum brake with device of electrothermostimulated depolarisation of interacting sections of metallopolymeric friction pairs | |
Yu et al. | First-principles study of fast Na diffusion in Na3P | |
Volchenko et al. | Pulse-contact frictional interaction of microprotrusions of friction pairs of brake devices | |
Liang et al. | Highly enhanced thermoelectric and mechanical properties of Bi-Sb-Te compounds by carrier modulation and microstructure adjustment | |
Poliakov et al. | Polymeres with enhanced energy capacity modified by semiconductor materials | |
Bulat et al. | Bulk nanocrystalline thermoelectrics based on Bi—Sb—Te solid solution | |
Erdemir | Crystal chemistry and solid lubricating properties of the monochalcogenides gallium selenide and tin selenide | |
US3744560A (en) | Thermal block | |
Singh et al. | Effect of gamma radiation on graphite–PTFE dry lubrication system | |
Li et al. | Rare earth element doping introduces pores to improve thermoelectric properties of p-type Bi0. 46Sb1. 54Te3 | |
DE202012009977U1 (en) | Thermoelectric generator with temperature absorber | |
Dai et al. | First principles study on stability and hydrogen adsorption properties of Mg/Ti interface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141116 |