РОЗДІЛ 2
ДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ В БАГАТОРЯДНИХ ФРИКЦІЙНИХ ВУЗЛАХ СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВИХ ГАЛЬМ
2.1. Загальна оцінка динамічного навантаження багаторядних
вузлів гальма
Розглянемо основні поняття та терміни динаміки, які необхідні для динамічного аналізу багаторядних вузлів тертя стрічково-колодкових гальм. Під останніми розуміємо сукупність двох і більше рядів фрикційних накладок, посаджених за допомогою пружного елемента або без нього на робочу поверхню гальмівного шківа з натягом чи без нього та гальмівні стрічки. При цьому металеві фрикційні елементи почергово взаємодіють із поверхнями накладок і між ними здійснюється відносний рух.
Під "динамічною моделлю" розуміємо опис багаторядного вузла тертя, який відображає його динамічні властивості й зв'язки за допомогою сукупності символів, умовних позначень та аналітичних засобів, які гарантують, що динамічна дія на модель викликає ідентичну дію реальній, яка відбувається в багаторядних вузлах тертя.
Багаторядні вузли тертя стрічково-колодкових гальм знаходяться в складних умовах динамічних навантажень, зумовлених інерційними силами, що виникають при раптовому зменшенні швидкості гальмівного шківа при гальмуванні.
При ковзанні фрикційних накладок відносно шківа або гальмівної стрічки відбувається динамічна взаємодія жорсткостей контактуючих поверхонь, що призводить до їхніх деформацій та виділення теплоти. Дані процеси залежать від стану контактуючих поверхонь та інших умов і проходять неоднаково, вони суттєво впливають на сили тертя і фізико-хімічні перетворення, що відбуваються при цьому в зоні контакту поверхонь тертя.
Процес тертя в багаторядних фрикційних вузлах є досить складним і його математичне описання з урахуванням усіх притаманних цьому складових викликає суттєві труднощі. Але враховуючи, що визначним процесом формування сил тертя є деформування жорсткостей при їх співударянні, які характеризуються реологічними властивостями матеріалів (пружними та дисипативними), для спрощення математичних залежностей стосовно тертя ковзання існує звичайно припущення про незмінюваність законів молекулярної взаємодії поверхневих сил. Контакти тертя багаторядних вузлів при певних умова самі утворюють фрикційні коливання релаксаційного типу, які є джерелом вібрацій і шуму при роботі вузлів тертя гальма. Динамічна дія на поверхні пар тертя викликає як пружні, так і пластичні деформації в зоні контакту [105]. При цьому пружні деформації локалізуються на дискретних ділянках контакту, від чого залежать специфічні властивості контактної жорсткості. Імпульсна взаємодія в зоні контакту викликає не тільки коливання, але й поверхневі хвилі. Пластичні деформації утворюють теплові флуктації. Разом усі перелічені процеси визначають розсіяння (дисипацію) механічної енергії коливань [111]. Поглинання енергії відбувається як у матеріалах багаторядних пар тертя, так і оточуючим середовищем.
При певних умовах виникає режим контактного резонансу, який аномально підвищує інтенсивність пластичної деформації та накопичення пошкоджень у багаторядних вузлах тертя. При пластичній деформації мікровиступів поверхневі зерна полікристалічних матеріалів деформуються раніше й інтенсивніше, ніж у внутрішніх шарах, що прискорює дифузиційні процеси, перенесення речовини з глибини в поверхневі шари, а також із зовнішнього середовища даної пари тертя, інтенсифікує структурно-енергетичні процеси в поверхневих шарах, підсилює електрохімічні, акустичні й інші явища. Таким чином, динамічне навантаження є джерелом накопичення різноманітних дефектів в матеріалах багаторядних вузлів тертя гальма.
Динамічна компонента контактних напружень у фрикційних вузлах стрічково-колодкових гальм є співставною, а іноді перевищує постійні складові проектних навантажень у їхніх парах тертя [119].
Загальном схема динамічного навантаження контактуючих поверхонь шківа й фрикційної накладки може бути зображена у вигляді графічної залежності (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Характерна схема сполучень постійної і змінної складових контактного навантаження
Звичайно при розрахунках контактних навантажень їхній динамічний приріст оцінюється динамічним коефіцієнтом, який залежить від особливостей конструкції багаторядного вузла тертя й умов його роботи, визначається експериментально.
Для найбільш точної оцінки динамічних навантажень розглядається ряд питань, які стосуються розміщення багаторядного фрикційного вузла, робочого процесу, розмірів і мас елементів вузла. У подальшому:
- визначають мінімальні значення контактних навантажень у зоні взаємодії;
- аналізують деформацію елементів вузла під дією навантажень і визначають площу плям контакту, будують епюру контактних напружень у кожній ділянці дотику елементів пар тертя;
- проводять динамічну схематизацію фрикційного вузла, його математичний опис і розраховують інерційні сили в зоні контакту, які впливають на контактні напруження в зоні взаємодії (при лінійній постановці розрахунку діапазон зміни інерційних зусиль є пропорційним масі накладок, амплітуді й квадрату частоти їхнього обертання зі шківом);
- на моделях вузлів тертя проводять експериментальну перевірку розрахункової оцінки.
На основі динамічного аналізу розробляють конструктивні рішення для зменшення динамічних навантажень у фрикційних вузлах і гальмі в цілому. Неправильна оцінка динамічної навантаженості фрикційних вузлів призводить до зниження експлуатаційного ресурсу фрикційного вузла та його надійності [120].
На основі загальної оцінки динамічного навантаження багаторядних вузлів тертя стрічково-колодкового гальма перейдемо до його конструктивних особливостей та роботи.
2.2. Конструкція та робота стрічково-колодкових гальм із
багаторядними вузлами тертя
На відміну від серійних стрічково-колодкових гальм бурових лебідок в стрічково-колодкових гальмах із багаторядними фрикційними накладками, останні рухомо з'єднані як із гальмівною стрічкою, та