Разработка способа обеспечения стабильности процесса торможения путём совершенствования конструкции тормозных механизмов

Цель – создание способа обеспечения стабильности и эффективности процесса торможения путем дифференциации фрикционных накладок тормозных колодок дисковых тормозных механизмов колодочного типа. В исследованиях применялась дифференциация времени взаимодействия пар трения и их площади, обеспечивающего наибольшие показатели стабильности тормозных механизмов. В работе применялись разработанные автором нестандартизированное стендовое оборудование и сегментарные тормозные механизмы, обеспечивающие дифференциацию пар трения по площади. Используя взаимосвязь между поперечным перемещением колодок и развиваемым тормозным моментом фрикционного узла, был разработан способ построения результирующего тормозного момента. В результате стендовых испытаний коэффициенты стабильности и колебания тормозного момента разработанных дисковых тормозных механизмов колодочного типа с шестью прижимающими элементами увеличились на 12,2 и 34,9%. Данные значения получены в сравнении с серийными тормозными механизмами, оснащенными моноприжимающим механизмом с единой тормозной колодкой. Расхождения между моделируемыми и полученными данными в ходе стендового эксперимента по критериям стабильности составили в среднем: по коэффициентам стабильности и колебания тормозного момента для рассматриваемых трех вариантов тормозных механизмов 5,1 и 6,7% соответственно. Дифференциация прижимающих элементов и сегментирование тормозных колодок оказывает эффект увеличения критериев стабильности и эффективности торможения для дисковых тормозных механизмов колодочного типа. Анализ зависимости поперечного перемещения и развиваемого тормозного момента позволил моделировать гарантированный результат по критерию стабильности и колебания тормозного момента дисковых тормозных механизмов колодочного типа. Апробация проведенных стендовых испытаний дала возможность утверждать, что разработанная модель получения результирующего тормозного момента для тормозного механизма с сегментными колодками может использоваться для проектирования пар трения с закладываемыми параметрами.

1. Fritz G., Sinou J.-J., Duffal J.-M., Jezequel L. Effects of damping on brake squeal coalescence patterns–application on a finite element model // Mechanics Research Communications. 2007. Vol. 34. No. 2. P. 181–190. https://doi.org/10.1016/j.mechrescom.2006.09.012.

2. Wehner J.-H., Jekel D., Sampaio R., Hagedorn P. Optimization of finite element models of disc brakes // Part of the SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology book series. Cham: Springer, 2018. Р. 31–48. https://doi.org/10.1007/978-3-319-62713-7_4.

3. Bulthé A.L., Desplanques Y., Degallaix G., Coupling between friction physical mechanisms and transient thermal phenomena involved in pad-disc contact during railway braking // Wear. 2007. Vol. 263. Iss. 7-12. Р. 1230–1242. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.12.052.

4. Поляков П.А. Метод проектирования тормозного механизма дисково-колодочного типа с использованием структурно-параметрического синтеза тормозного механизма // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021. № 12. С. 547–555. https://doi.org/10.36652/0202-3350-2021-22-12-547-555. EDN: VYPNKD.

5. Поляков П.А. Функционально-структурная модель структурно-параметрического синтеза тормозного механизма // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщений. 2021. № 4. С. 32–43. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2021_4_32. EDN: ZZLSBQ.

6. Яицков И.А., Литвинов А.Е., Поляков П.А., Задаянчук Н.А. Структурно-параметрический синтез дисково-колодочного тормоза // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщений. 2021. № 2. С. 75–85. https://doi.org/10.46973/0201-727X_2021_2_75. EDN: NYXZGN.

7. Flint J., Hultén J. Lining-deformation-induced modal coupling as squeal generator in a distributed parameter disc brake model // Journal of Sound and Vibration. 2002. Vol. 254. Iss. 1. Р. 1–21. https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.4052.

8. Filip P., Weiss Z., Rafaja D. On friction layer formation in polymer matrix composite materials for brake applications // Wear. 2002. Vol. 252. Iss. 3-4. Р. 189–198. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(01)00873-0.

9. Konca B. Material selection of brake rotors for sports cars // MECH 202 TERM PROJECT. 2019. 16 p. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13813865.

10. Li Peilong, Xu Hongmei. Braking efficiency and stability of chassis braking system of combine harvester: the theoretical derivation and virtual prototype simulation // Mathematical Problems in Engineering. 2019. https://doi.org/10.1155/2019/6713231.

11. Chen Qingzhang, Liu Youhua, Li Xuezhi. Stability control of vehicle emergency braking with tire blowout // International Journal of Vehicular Technology. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/436175.

12. Wang Fahui, Lu Yongjie, Li Haoyu. Heavy-duty vehicle braking stability control and HIL verification for improving traffic safety // Journal of Advanced Transportation. 2022. https://doi.org/10.1155/2022/5680599.

13. Yin Guodong, Jin XianJian. Cooperative control of regenerative braking and antilock braking for a hybrid electric vehicle // Mathematical Problems in Engineering. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/890427.

14. Pan Gongyu, Chen Lei. Impact analysis of brake pad backplate structure and friction lining material on disc-brake noise // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. https://doi.org/10.1155/2018/7093978.

15. Zhang S., Hao Q., Liu Y., Jin L., Ma F., Sha Z., et al. Simulation study on friction and wear law of brake pad in high-power disc brake // Mathematical Problems in Engineering. 2019. https://doi.org/10.1155/2019/6250694.

16. Wahlström J. A Factorial design to numerically study the effects of brake pad properties on friction and wear emissions // Advances in Tribology. 2016. 10 p. https://doi.org/10.1155/2016/8181260.

17. Vignati M., Belloni M., Tarsitano D., Sabbioni E. Optimal cooperative brake distribution strategy for IWM vehicle accounting for electric and friction braking torques // Mathematical Problems in Engineering. 2021. https://doi.org/10.1155/2021/1088805.

18. Lü Hui, Yu Dejie. Stability optimization of a disc brake system with hybrid uncertainties for squeal reduction // Shock and Vibration. 2016. https://doi.org/10.1155/2016/3497468.

19. Поляков П.А., Федотов Е.С., Полякова Е.А., Голиков А.А., Виниченко В.О. Математическое моделирование удельного давления тормозного механизма // Мехатроника, автоматика и робототехника. 2020. № 5. С. 20–25. https://doi.org/10.26160/2541-8637-2020-5-20-25.

20. Gu Yihong, Liu Yucheng, Lu Congda. Effect of compressive strain of brake pads on brake noise // Shock and Vibration. 2020. https://doi.org/10.1155/2020/8832363.