Badania termomechanicznej niestabilności hamulców przemysłowych

This paper presents disc brake surface temperature field measurements, during emergency braking in real industrial conditions, by means of the thermovision infrared camera. The temperature field assessment enables the verification of the numerical modelling of the brake performance in the succeeding step. The experimental part of the research also covers tribological testing on the coefficient of friction between the friction brake material (brake pad) and steel (brake disc) in laboratory conditions on a tribotester which satisfied the similarity criteria with the mine winder hydraulic disc brake. The tribological characteristic of the friction couple, including the kinetic and static coefficients of friction, were determined for use in the finite elements analysis (FEA) of the brake thermo-mechanical instability (TMI) problem. In the numerical part of this work, the FE modelling technique was used to simulate the brake interface hot spotting and the axial disc distortion as a function of the geometrical and material properties of the brake elements and the brake’s operational conditions. The critical speed above which TMI would occur was calculated for the analysed mine winder brake system. A FE method was used to find the temperature distribution and the resulting thermal stresses and distortions in the brake discs. The disc division into various numbers of sections was numerically tested for the division’s effect on thermal stress reduction and axial distortions.Artykuł przedstawia wyniki badań rozkładu temperatur na powierzchni tarczy hamulcowej w czasie hamowania awaryjnego maszyny z użyciem kamery termowizyjnej. Uzyskane wyniki umożliwiły weryfikację obliczeń numerycznych tego procesu hamowania. Przedstawiono także badania tribologiczne charakterystyki ciernej pary hamulcowej, czyli materiału okładziny hamulcowej i materiału tarczy hamulcowej. Badania tribologiczne wykonano na stanowisku spełniającym najważniejsze kryteria podobieństwa do hamulca tarczowego maszyny wyciągowej. Uzyskane wartości współczynników tarcia kinetycznego i statycznego były wykorzystane następnie w modelowaniu numerycznym termomechanicznej niestabilności analizowanego hamulca i wyznaczeniu krytycznej prędkości początkowej, powyżej której system staje się niestabilny. Obliczenia numeryczne obejmowały także wyznaczenie naprężeń termicznych w tarczy, deformacji osiowej tarczy oraz wpływu podziału tarczy na segmenty na naprężenia i jej deformacje osiowe