[發明專利]盤式制動器射流快速冷卻方法及射流快速冷卻盤式制動器

無效

• 申請號: 200910211056.0
• 申請日: 2009-11-11
• 公開（公告）號: CN101699096A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發明（設計）人: 謝徐洲;龔領會;杜軍華
• 申請（專利權）人: 江西華伍制動器股份有限公司
• 主分類號: F16D65/847
• 分類號: F16D65/847;F16D55/22
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 張靜

技術領域

本發明涉及一種盤式制動器的冷卻方法，尤其涉及一種盤式制動器射流快速冷卻方法及采用此方法進行冷卻的盤式制動器。

背景技術

隨著負載及其運行速度的不斷增大，高速重載下制動副所吸收的能量也大大增加。為了保障設備運行的安全性和可靠性，必須首先解決高速重載時制動副的熱衰退現象及熱損傷等問題。大量的理論及實驗研究表明：摩擦熱對摩擦副的摩擦學行為有著非常重要的影響。

制動過程是一個復雜的隨機過程。干式制動摩擦系統由摩擦襯片、摩擦對偶件及摩擦界面第三體(界面膜、磨粒等)組成。制動過程中，摩擦材料與金屬配偶所產生的摩擦力可以使接觸表面變形、粘著點撕裂，使硬質點或是磨屑產生犁削效應，其摩擦學性能和磨損機理與制動過程的各個參數、材料性質、表面形貌以及環境因素等有關。大量研究表明：對于干摩擦及邊界摩擦，在一定壓力條件下，摩擦系數和磨損率與最大表面溫度之間有著明確的函數關系。

材料的摩擦磨損過程是在摩擦副表面微凸體間接觸面積上進行的，所以材料的磨損又受到接觸區應力狀態、溫度和相對移動速度所制約，而速度對磨損過程的影響主要是通過摩擦溫度而很少通過接觸的流變性起作用，壓力和負荷的變化、摩擦區域中的熱效應、名義接觸面的形貌等這些因素的影響則綜合體現在摩擦區域的溫度場上。對于有機基襯片/金屬摩擦副而言，摩擦熱引起襯片中的有機物組分間發生熱降解等一系列化學反應和物理作用，其反應速率隨溫度呈指數增加。制動熱導致制動片表面材料磨損的不均勻，使得制動片中間區域的材料磨損較為嚴重，并且導致材料表面的成分和摩擦學性能發生變化。在摩擦接觸界面形成轉移膜，出現“制動熱衰退”現象和“氫脆”現象，促進磨粒的形成，加劇材料的磨損。

研究表明，由冷焊產生的粘著——撕裂磨損能使表面瞬間溫度達到760℃。一旦對偶件表面的小塊面積開始承擔不適當的載荷且其溫度比周圍表面高時，它將膨脹并伸出“平均水平面”，形成“熱點”，使情況變得更糟。表面壓應力的變化使得熱點周圍的區域發生塑性變形，也可能發生冶金變化。當熱流輸入下降很快或是制動很快結束時，這一區域的材料很快地被冷卻，可能發生由珠光體到馬氏體的相變(在一定的條件下，可生成摩擦奧氏體、摩擦馬氏體)，由于馬氏體占用的體積比母材金屬大，使得這一相變區域更為突出，因此在這一區域及其周圍有可能形成初始裂紋。此外，在熱點處所形成馬氏體硬度大，可導致表面刮削現象加劇。

熱點的形成與局部熱膨脹、界面壓力峰值及磨損有關。這在半金屬襯片/金屬制動副中表現得更為突出。局部熱點的形成導致制動壓力不均勻分布的進一步發展，反過來又造成局部溫度的進一步升高，表面溫度梯度變化加劇，這又導致壓力不均勻分布的加劇，這一現象稱為摩擦導致的熱彈性不穩定(TEI)。從一次制動到另一次制動，該現象并不會消失。由于接觸壓力與物體的熱變形有關，而摩擦熱的產生又取決于接觸壓力的大小，因此屬于應力場與溫度場耦合問題。在熱應力的作用下很容易造成材料的熱衰退和破壞，制動器出現摩擦振動與噪聲的可能性加大。高溫和熱破壞的現象在公路、鐵路、航空制動器的實際應用中以及在實驗室條件下廣泛存在。

由此看來，摩擦熱不僅使復合摩擦材料發生熱降解、粘結劑的氣化，導致摩擦系數發生變化，制動性能降低，出現熱衰退現象；也使金屬配偶發生局部材料的相變與熱變形，出現局部熱點，進而使制動器出現熱彈性不穩定現象，加速了制動器的磨損及疲勞破壞。

摩擦熱量絕大部分是由機械切削作用和接觸區域的塑性變形而形成的。由于金屬制動盤的硬度要比摩擦材料的大得多，因此機械切削和塑性變形大都發生在摩擦材料的表層，而不是在制動盤的表面。故可認為，摩擦產生的熱量發生在摩擦材料表面，并通過接觸表面傳遞到制動盤。

盤式制動器工作時的熱量產生于制動盤和制動片表面的摩擦，這部分熱量一部分通過各種途徑散發出去，剩余部分在制動盤和制動片內部積累，使其含熱量增加，從而使溫度升高。從傳熱學角度來說，有三種基本的熱傳遞方式，既熱傳導、熱對流和熱輻射。這三種傳熱方式在制動器的散熱過程中同時存在。

盤式制動器中傳導散熱主要集中在制動盤與制動摩擦片之間。因為摩擦副接觸面為生熱表面，其溫度高于其它表面的溫度，摩擦熱量通過傳導方式沿制動盤向其徑向和軸向進行傳導。制動盤的材料為鑄鐵或炭鋼，具有良好的導熱性，而制動片為樹脂材料或粉末冶金材料，其導熱性能較差，摩擦熱基本不向制動片內部傳熱，而集中在摩擦表面附近，從而導致制動片在緊急制動過程中表面溫度非常高。