Stabdžių terminiai parametrai

20 spalio 2015, 23:00

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

Komentaras turi būti ilgesnis nei 5 ženklai.

Atkreipkite dėmesį į taisykles!

Komentarų nėra. Būkite pirmas!