Спосіб керування силою тертя

Спосіб керування силою тертя, що включає визначення коефіцієнта тертя фрикційної пари (19) UA (11) 93408 K  A 3 застосування в гальмівних системах протиблоку вальних пристроїв. Найбільш близьким до пропонованого способу по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб керування силою тертя з використанням експериментальної залежності коефіцієнта тертя [Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин. М.: Машиностроение. 1984. - 277с.: ил.]. f=(а+b)exp(-c)+d, де а-параметр, який визначається модулем пружності, швидкістю деформації матеріалу і шорсткістю поверхонь, що труться; b-параметр, залежний від в'язко-пластичних властивостей матеріалів поверхонь; с-параметр, який є добутком декремента затухання власних коливань на коефіцієнт в'язкості контактних шарів. Недоліки цього способу - неможливість врахування впливу тиску в зоні тертя і розміру поверхонь тертя, складність експериментального визначення параметрів a, b, c, d і їх залежності від температури фрикційного нагріву. У основу винаходу покладено задачу удосконалення способу керування силою тертя, в якій на основі урахування агрегатних властивостей коефіцієнта тертя любої виділеної трибологічної стстеми шляхом введення нових технологічних параметрів керування досягається практично незалежність коефіцієнта тертя від швидкості відносного ковзання фрикційної пари, можливість керування з урахуванням коливального характеру навантаження фрикційної пари в результаті кінематичного збудження вимушених коливань за рахунок дискретності контакту тертя і фрикційних автоколивань в трибологічній системі переважно в умовах невисоких швидкостей ковзання фрикційної пари, зокрема для гальмівних систем рухомого складу рейкового транспорту шахт і за рахунок цього підвищує ефективність гальма і гальмування рухомого складу, виключає параметричний відказ гальма в результаті блокування колісних пар, підвищує безпеку експлуатації транспорту. Задача вирішується тим, що у відомому способі керування силою тертя, що включає визначення коефіцієнта тертя фрикційної пари трибологічної системи, який відрізняється тим, що заздалегідь визначають співвідношення пружних і диссипативних властивостей на основі показників призначення та несучої здатності кожного окремого елементу виділеної трибологічної системи в межах допустимих швидкостей ковзання фрикційної пари та відповідну величину і діапазон зміни коефіцієнта тертя для даного співвідношення, визначають поточні значення коефіцієнта тертя, порівнюють їх із значеннями в заданому діапазоні і при їх відхиленні зміною номінальної площі та маси поверхні тертя, модуляі пружності моуля зсуву матеріалів фрикційної пари, жорсткості та мас рухомих деталей приводу, передачі і механізму навантаження пари тертя досягають відповідності поточного значення коефіцієнта тертя трибологічної системи заданому. Спосіб може бути реалізований для будь-якої трибологічної системи. На Фіг.1 показана схема трибологічної системи, 93408 4 на Фіг.2 - трибологічна модель гальма, де 1 - фрикційна пара «колодка-колесо»; 2 підвіска гальмівного механізму; 3 - гальмівна передача; 4 - гальмівний привід; 5 - контактна поверхня гальмівної колодки. Так, для гальмівної системи рухомого складу рейкового транспорту шахт, яка має гальмівні механізми з парою тертя «колодка-колесо» 1, гальмівну передачу 3 і привід 4, заздалегідь задають величину і діапазон зміни коефіцієнта тертя гальмівної пари (0,73-0,25) в межах зміни гальмівного натиснення від 4 до 12кН і швидкості шахтного рухомого складу, що регламентується від 0,5 до 5м/с. Експериментальне, наприклад тензометрируванням або іншим відомим способом, або аналітичне, наприклад математичним моделюванням коливальних процесів диссипативної системи трибологічної моделі даної системи, визначають поточні значення коефіцієнта тертя пари по формулі B K  K , K порівнюють їх із заданими і при їх відхиленні зміною площі контакту 5 гальмівної колодки, маси т, коефіцієнтів жорсткості с і в'язкості b матеріалу колодки, елементів структури передачі 3 і приводу 4 досягають відповідності поточного значення коефіцієнта тертя заданому. Всі поверхні тертя володіють хвилястістю і шорсткістю в результаті попередньої обробки і поточного зносу. Якщо силою зовнішнього тертя рахувати силу опору відносному руху двох твердих тіл і рівнодіючою елементарних сил тертя в зонах окремих мікронерівностей (ГОСТ 23.002-78), то відносне ковзання цих поверхонь, що володіють хвилястістю і шорсткістю, приводить до вимушених коливань мас в напрямі нормальному до поверхонь тертя і фрикційних автоколивань в тангенціальному напрямі. У запропонованому способі вибір технологічних параметрів керування силою тертя будь-якої трибологічної системи виходить з того, що тертя породжує коливання деталей вузлів тертя, зокрема, гальма. Очевидно, що коливання впливають на сили тертя у функції швидкості відносно ковзання контактних поверхонь залежно від в'язко-пружних і демпфуючих властивостей поверхневих шарів контакту і зв'язків структури системи тертя. Таким чином, процес механічних коливань, яким супроводжується тертя, синтезує всі властивості структури трибологічної системи. В результаті коефіцієнт тертя змінюється не тільки геометричними параметрами поверхонь тертя, але і характеристиками і структурою деталей, що належать до трибологічної системи в цілому. Тому коефіцієнт тертя володіє агрегатними властивостями, що дозволяє розширити область керування тертям. Експериментальне отримано і узагальнено зміну коефіцієнта тертя гальмівних колодок шахтних локомотивів при швидкостях руху до 5м/с [Коптовец А.Н. Экспериментальные исследования характеристик трения и колебаний тормозной колодки с учетом инерционных, упругих и демпфирующих свойств тормозной системы шахтных локомотивов. // Науковий вісник НГУ. - 2007. - №10] 5 93408 K=a0-a1K-a2, де а0, a1, a2 - емпіричні коефіцієнти для чавунних гальмівних колодок залежно від в'язкопружних властивостей гальмівного механізму і передачі (жорстка важільна, пружинна, з гумовими втулками в шарнірах). Таким чином, регулюючи жорсткість ланок в нормальному напрямі переміщення гальмівної колодки можна змінити величину і понизити інтенсивність залежності коефіцієнта тертя колодки від швидкості руху колеса  і гальмівного натиснення K. При цьому нормальні вібропереміщення колодки збільшуються при підвищенні швидкості ковзання, підвищення жорсткості ланки в цьому напрямі демпфують коливання колодки. Досліджуваний частотний діапазон нормальних і тангенціальних вибропереміщень колодки і змінних складових зусиль гальмівного механізму склав 40-1000Гц. При регулюванні пружних і диссипативних сил в кінематичному ланцюзі гальмівної системи відбувається зміна амплітудночастотних характеристик коливань гальмівного механізму в цьому діапазоні частот і досягається зміна коефіцієнта тертя гальмівної колодки K по величині і у функції гальмівного натиснення K і Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 6 швидкості ковзання  до певного значення для даної системи. Задаваемою величиною і діапазоном зміни коефіцієнта тертя гальмівної колодки досягається виконання критеріїв оптимізації по стійкості, ефективності, стабільності гальмування рухомого складу, швидкодії і синхронності роботи гальмівних механізмів. Використання в керуванні тертям процесу фрикційних коливань шляхом зміни параметрів і структури деталей, включених з поверхнями тертя до складу трибологічної системи, дозволяє підвищити ефективність керування тертям і досягти реалізації робочих процесів, що відповідають вимогам експлуатації відповідно до призначення об'єкту техніки, підвищення технічного рівня його, привести систему до стану, коли сила тертя не залежить від швидкості відносного ковзання контактних поверхонь. Останнє підтверджується також способом керування силою тертя найбільш близьким до пропонованого тим, що для поверхонь тертя матеріалів, що володіють порівняно досконалими пружними властивостями і в умовах, коли контактна температура істотно не змінюється, коефіцієнт тертя відповідно не залежить від швидкості ковзання. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601