Stabdžių terminiai parametrai
Stabdant viršutiniame trinties elementų sluoksnyje pasireiškia įvairūs tribologiniai ir kiti su šiuo procesu susiję reiškiniai. Šie reiškiniai gali turėti įtakos stabdžių darbo efektyvumo pablogėjimui. Tai gali įvykti staiga ir negrįžtamai (pavyzdžiui, pažeidus medžiagą) arba palaipsniui, sukeliant trinties elementų susidėvėjimo pagreitėjimą. Viršutinio sluoksnio pokyčiai yra ypač intensyvūs bei daro įtaką trinties elementų darbo efektyvumui ir patvarumui.
Susilietimo vietos trinčiai būdinga savybė, kad šioje vietoje vykstantys reiškiniai ir poveikiai pasireiškia tik atskiruose lietimosi taškuose. Vienas iš šių poveikių rezultatų yra susidėvėjimo procesas, kurį sukelia medžiagos naikinimas ir pašalinimas dėl trinties. Susidėvėjimo procesas yra mechaninio, fizinio ir cheminio pobūdžio bei pasireiškia visada, kai veikia tiek sausa, tiek ir mišri trintis.
Frikcinės medžiagos atveju, susidėvėjimas sukelia trinties paviršiaus atsinaujinimą, todėl nuo jo yra pašalinamos suanglėjusios medžiagos. Iš kitos pusės, dėl susidėvėjimo būtina reguliuoti stabdžių laisvumą, nereikėtų pamiršti ir ekonominio aspekto. Paprasčiau galima pasakyti, kad frikcinės medžiagos susidėvėjimas didėja kylant temperatūrai.
Be to, frikcinės medžiagos susidėvėjimo proceso charakteristika taip pat priklauso nuo darbinės temperatūros. Šios medžiagos šilumos laidumo padidėjimas gali sukelti naikinamo sluoksnio storio padidėjimą. Laikoma, kad 85 % stabdymo proceso metu išskiriamos šiluminės energijos turi būti pašalinta per stabdžių diską. Siekiant pagerinti stabdžių aušinimą, taikomos tokios priemonės:
· stabdžių diskų ventiliavimas;
· laisvos vietos padidinimas ratlankio viduje, kad pagerėtų disko aušinimas;
· disko šiluminės talpos padidinimas;
· skylių arba griovelių įpjovimas stabdžių disko trinties paviršiuje.
Dėl temperatūros įtakos gali kilti dideli trinties elementų „bendradarbiavimo“ sutrikimai. Daugumai frikcinių medžiagų būdingas trinties koeficiento sumažėjimas dėl temperatūros įtakos, tačiau yra ir tokių frikcinių medžiagų, naudojamų, visų pirma, sportiniuose automobiliuose, kurių trinties koeficientas įkaitus padidėja.
Laikinas stabdymo jėgos sumažėjimas („fedingas“) dėl aukštos temperatūros yra įspėjimas vairuotojui, kad stabdžiai įkaitę ir transporto priemone reikia važiuoti taip, kad jie atvėstų. Šis reiškinys gali būti eksploataciniu arba kritiniu. Eksploatacinis stabdymo jėgos sumažėjimas – tai nedidelis transporto priemonės stabdymo efektyvumo sumažėjimas dėl stabdžių įkaitimo. Tokiu įprastai laikomas stabdymo jėgos sumažėjimas, neviršijantis 20 %. Po trumpalaikio įkaitimo ir atvėsimo frikcinių medžiagų trinties koeficiento vertė turi visiškai atsistatyti.
Avarinio stabdymo metu transporto priemonei judant dideliu greičiu arba ilgo stabdymo metu, pvz. važiuojant nuokalne, gali pasireikšti staigus ir didelis trinties koeficiento sumažėjimas, vadinamas kritiniu. Dėl jo automobilio stabdymo kelias gali pailgėti netgi du kartus bei tapti eismo įvykio priežastimi.
Abiem atvejais stabdymo jėgos sumažėjimo priežastis yra ta pati – naikinantis aukštos temperatūros (virš 300 °C) poveikis frikcinei medžiagai. Dėl frikcinės medžiagos sudėtinių dalių skaidymosi ir oksidacijos, veikiant aukštai temperatūrai, paviršiuje susidaro plonas skystos arba dujinės būsenos (dūmai) sluoksnis. Skystos būsenos sluoksnis daro neigiamą įtaką trinties sąlygoms, kadangi sausa trintis tarp trinkelės ir disko yra pakeičiama mišria trintimi, kuri lemia trinties koeficiento sumažėjimą. Išsiskiriančios dujos gali sukelti sprogstamąjį frikcinės medžiagos dalelių išplėšimą. Jeigu šiose dujose yra vandenilio, patekęs į ketaus paviršių jis gali sukelti vandenilio koroziją. Kita stabdymo jėgos sumažėjimo ypač aukštoje temperatūroje (virš 500 °C) priežastis gali būti stabdžių skysčio virimas. Trinties koeficiento sumažėjimas dėl greičio ir apkrovos laikomas tuo pačiu stabdymo jėgos sumažėjimo reiškiniu („fedingu“).
Kritinio stabdymo jėgos sumažėjimo atveju trinties medžiagos pokyčiai yra labai intensyvūs ir vyksta daug giliau, nei eksploatacinio stabdymo jėgos sumažėjimo atveju. Jei eksploatacinis stabdymo jėgos sumažėjimas yra leistinas, tai kritinis stabdymo jėgos sumažėjimas pasireikšti neturėtų. Jo išvengiama, visų pirma, parenkant tinkamą frikcinės medžiagos sudėtį. Siekiant užkirsti kelią šiam reiškiniui, gamybos proceso metu atliekamas terminis stabdžių trinkelių frikcinės medžiagos paviršiaus apdorojimas, vadinamasis nudeginimas. Nudeginant iš viršutinio stabdžių trinkelių sluoksnio pašalinamos organinės medžiagos. Tokiu būdu pagamintos stabdžių trinkelės nuo pat jų naudojimo pradžios pasižymi stabiliu trinties koeficientu tiek žemoje, tiek ir aukštoje temperatūroje. Atlikus nudeginimą, sutrumpėja trinkelių pritrynimo trukmė. Šis procesas atliekamas kaitinant paviršių 600 °C temperatūros infraraudonaisiais spinduliais arba kontaktiniu būdu, prispaudžiant stabdžių trinkeles prie iki 800 °C įkaitintos temperatūros plokštės.
Dėl šilumos poveikio gali pasireikšti stabdžių elementų matmenų pasikeitimas (geometrinių parametrų deformacija), todėl gali sumažėti stabdymo momentas. Toks reiškinys vadinamas mechaniniu stabdymo jėgos sumažėjimu („fedingu“). Ši problema dažniau pasireiškia būgniniuose stabdžiuose nei diskiniuose.
Per dideli įtempimai stabdžių būgnuose ir diskuose gali lemti jų paviršiaus sugadinimą. Šie pažeidimai gali būti netaisyklingo tinklelio formos arba lygiagretūs būgno ašiai, o ant stabdžių disko – spinduliniai. Šie disko pažeidimai sukelia greitesnį frikcinės medžiagos susidėvėjimą. Trinties paviršiaus įtrūkimai susidaro dėl pernelyg didelių įtempimų, pasireiškiančių stabdant arba sukeliami dviejų pagrindinių priežasčių:
· mechaninės kilmės – dėl stabdžių kaladėlių prisispaudimo prie darbinio būgno arba stabdžių trinkelių prisispaudimo prie disko paviršiaus;
· šiluminės kilmės – dėl didelio būgno sienelės arba disko trinties paviršiaus temperatūrų skirtumo.
Abiejų reiškinių poveikis pasireiškia kartu. Taip pat svarbi yra medžiagos struktūra, kuri ne tik daro įtaką atsparumo savybėms, bet ir kinta dėl aukštos trinties paviršiaus temperatūros.
Mechaniniai stabdžių disko įtempimai važiuojant, kai stabdžiai nenaudojami, yra nedideli – pasireiškia tik tempiamoji jėga, kurią sukelia besisukančio disko išcentrinė jėga. Stabdymo metu prisideda dar dvi jėgos – gniuždymo jėga, kurią sukuria statmenai prie disko spaudžiamos trinkelės, ir tempimo (traukos) jėga, kurią sukuria stabdžių trinkelių trintis į disko paviršių. Gniuždymo jėga yra svarbi ventiliuojamų diskų atveju, kadangi veikia mentelių skerspjūvį ir padidina jas veikiančias apkrovas dešimt kartų. Po ilgo naudojimo laikotarpio šios jėgos gali sukelti smulkius įtrūkimus. Prie diską veikiančių mechaninių jėgų dar reikėtų pridėti lenkimą, kuris pasireiškia stabdant posūkyje, bei dinamines apkrovas, susijusias su disko vibracija.
Diskinių stabdžių atveju didžiausią naikinančią įtaką daro šiluminės kilmės poveikis. Diskas stabdymo metu perima šiluminę energiją, generuojamą trinties jėgos tarp frikcinės medžiagos ir disko, tuomet yra atvėsinamas. Dėl greito disko įkaitimo stabdant ir vėlesnio atvėsinimo pasireiškia disko medžiagos šiluminis nuovargis, kuris sukelia įtrūkimus. Įkaitimo metu padidėja disko paviršiaus zonos tūris, kurį neutralizuoja po ja esantis vidinis žemesnės temperatūros metalo sluoksnis. Disko medžiagoje pasireiškia gniuždymo jėgos. Aušinimo metu disko paviršiaus zona traukiasi, o ją veikiančias jėgas keičia tempimo jėgos. Dėl ciklo pasikartojimų tempimo jėgų vertė didėja ir, viršijus medžiagos atsparumo tempimui ribas, atsiranda spinduliniai paviršiaus įtrūkimai, kurie didėja atliekant kitus stabdymus. Aštrios įtrūkimų briaunos pjauna frikcinės medžiagos paviršių ir lemia greitą jo susidėvėjimą. Be to, medžiaga šalia įtrūkimų ištrupa. Tarpuose susikaupę susidėvėjimo produktai veikia kaip pritvirtinti abrazyviniai grūdeliai. Stabdymo metu generuojama šiluma išsisklaido dviejose medžiagose, kurios sudaro trinties porą. Šilumos srauto paskirstymas priklauso nuo abiejų medžiagų fizikinių-mechaninių savybių, tačiau daugiau nei 80 % pagaminamos šilumos patenka į stabdžių diską.
Įtrūkimų susidarymui, be eksploatacijos sąlygų, didelę įtaką turi frikcinės medžiagos sudėtis ir jos fizikinės savybės, pavyzdžiui, spūdumas. Aukšto spūdumo frikcinės medžiagos rečiau lemia įtrūkimų stabdžių diskuose atsiradimą.
Komentarai