Polymeric Materials Modified by Semiconductor Substances in Friction Units of Braking Devices

Abstract

У статті досліджено контактно-імпульсну фрикційну взаємодію мікровиступів поверхонь тертя стрічково-колодкового гальма, виходячи з принципів градієнтної теорії електричного і теплового полів. Доведено, що при фрикційній взаємодії мікровиступів поверхонь тертя електричне поле діє перпендикулярно напрямку сили тертя, а теплове поле – паралельно. На прикладі однієї з основних напівпровідникових речовин Si (кремній) проілюстровано характеристики і параметри структури "метал – полімер – напівпровідник" у миттєвих електричних полях, які спостерігаються в початковий момент фрикційної взаємодії мікровиступів поверхонь тертя. Напівпровідникові елементи, вмонтовані з боку робочої поверхні фрикційних накладок, при гальмуванні взаємодіють з хімічними елементами матеріалу ободу шківа гальма, що сприяє виникненню складних комбінацій переходів електропровідності. Вони здатні працювати в режимах мікротемогенераторів і мікротемохолодильників, діодів і транзисторів з миттєвим їх перемиканням. При цьому виникають прямі й зворотні електричні струми, які навантажують і розвантажують обід шківа. Для зниження їх енергонавантаженості і підвищення зносостійкості при підборі матеріалів пар тертя гальма досягається ефект "транзистора". Проведено експериментальні дослідження вдосконалених пар тертя стрічково-колодкового гальма, які показали стабілізацію сили тертя і динамічного коефіцієнта тертя, зменшення поверхневих і об'ємних градієнтів температури обода шківа і зниження гальмівного моменту до 3.0 %. Це дозволить запобігти перегріву поверхневих шарів полімерних накладок і суттєво підвищити ефективність дії пар тертя гальмівних пристроїв. За рахунок ефекту транзистора досягнуто зменшення енергонавантаженості пар тертя гальма до 15.0 % і зносу робочих поверхонь накладок до 11.5 %.

The materials of the article disclose contact-impulse frictional interaction of microasperities of friction pairs of band-shoe brake, based on the principles of the gradient theory of electric and thermal fields. It is proved that the electric field acts across, and the thermal field – longitudinally with frictional interaction of microasperities of friction pairs. At one of the main semiconductor substances Si (silicon), the characteristics and parameters of the metal – polymer – semiconductor structure in instantaneous electric fields observed at the initial moment of the frictional interaction are illustrated. Semiconductor elements are mounted on the side of the working surface of the friction linings and, when braking, interact with the chemical elements of the brake pulley rim, which contributes to the emergence of complex combinations of electrical conductivity junctions. They are capable of operating in the modes of microthermogenerators and microthermal coolers, diodes and transistors with their instantaneous switching. This leads to the emergence of direct and reverse electrical currents, loading and unloading the pulley rim. The effect of “transistor” is applied by selecting friction pairs of the brake to reduce their energy load, and as a result, increase wear resistance. Experimental studies of the improved friction pairs of the band-shoe brake show stabilization of the friction force and dynamic coefficient of friction, reduction of the surface and volume temperature gradients of the pulley rim and reduction of the braking moment to 3.0 %. This allows preventing overheating of the surface layers of the polymer linings and significantly increasing the effectiveness of the brake friction pairs. Due to the effect of the transistor, a reduction in the energy load of the friction pairs of the brake to 15.0 % and the wear of the working surfaces of the linings to 11.5 % have been achieved.