Electrothermomechanical Friction of Wet Elements of Automotive Disc-shoe Brakes

Abstract

У статті звернено увагу на фактори, що впливають на граничний кут змочування як полірованих, так і матових бічних поверхонь твердих та самовентильованих дисків гальмівних пристроїв транспортних засобів, коли вони рухаються по мокрому дорожньому полотну. Розглядаються такі фактори: матеріал елементів пари тертя та їх структура, енергетичний рівень поверхневого шару, топографія поверхонь тертя та геометричні параметри їх мікровиступів і мікровпадин, наявність в них пор і пазів, капілярний, відцентровий і інерційні сили та моменти, динамічна рівновага між рівнем енергії подряпин внаслідок тертя та водяної плівкою на поверхні. При дослідженні мікрогеометрії поверхні тертя диска враховувались її площа, відношення висоти мікронерівностей до їх кроку, інтенсивність змін їх висоти та ступінь забруднення. Було встановлено, що мікрогеометрія поверхні впливає на теплоту десорбції водної плівки. Дослідження вищезазначених факторів показало, що рушійною силою процесів та ефектів у мокрих гальмівних системах є градієнти потенціалу, що виникають в результаті дії поперечних та поздовжніх електричних подвійних шарів. Досліджено трибоелектричні явища, на які впливає присутність води. Представлені результати випробувань самовентильованих дискових гальм дисково-колодкового типу автомобіля MAN моделі TGA 26.420 із сухими та мокрими гальмами, випробуваних із 20-кратним гальмуванням (падіння швидкості 30 км/год за 1 хв.). Зареєстрована температура на поверхні тертя склала 320-340 °C. В результаті дорожніх випробувань на вантажівці з мокрими гальмівними пристроями були встановлені закономірності часу гальмування, гальмівного моменту та зміни гальмівного шляху від динамічного коефіцієнта тертя. Проведено аналіз отриманих даних. Наведено результати досліджень негативного ефекту проникнення води всередину дисковоколодкових гальм.

In the article, attention is paid to the factors affecting the limiting wetting angle of both polished and matte side surfaces of solid and self-ventilated discs of vehicles' brake devices when they are moving on a wet roadbed. The following factors are considered: the material of the friction elements and its structure, the energy level of the surface layer, the topography of the friction surfaces and the geometric parameters of their microasperities, the presence of pores and grooves in them, capillary, centrifugal and inertial forces and moments, dynamic equilibrium between the energy level of the friction surface and a water film on it. In examining the microgeometry of the disc friction surface, its area, the ratio of the microasperities height to their pitch, the intensity of changes in their height and the degree of contamination were taken into account. It was found that the surface microgeometry affects the heat of desorption of the water film. The research of the above factors has shown that the driving force of the processes and effects in wet brake friction couples are potential gradients arising as a result of action of transverse and longitudinal electric double layers. The triboelectric water-effected phenomena were studied. The test results of self-ventilated disc-shoe brakes of MAN trucks (model TGA 26.420) with dry and wet friction couples tested with 20-fold cyclic braking are presented (speed drop 30 km/h per 1 min). The registered temperature at the interface was 320-340 °C. As a result of the road tests carried out on a truck with wet brake friction couples, regularities of the braking time, braking torque and braking distance depending on the dynamic coefficient of friction were established. The analysis of the obtained data was carried out. The results of studies of the negative effect of water penetration into disc-shoe interface are given.