The article presents the results of thermovision tests of the disc brake and the drive system components located in its vicinity on the 111Ed electric locomotive in field conditions. For this locomotive, tests were carried out on a test track to measure the temperature of the disc and the temperature of other devices that were installed close to the brake disc. These tests were performed pointwise, i.e. before and after the test, and continuously through-out the braking process. The article presents the methodology of thermal imaging research and the preparation of the camera for outdoor research with objects with different emissivity. Due to the rotating brake disc, it was decided to measure using an IR camera because measurements using thermocouples were very difficult and complex. In exceptional situations, temperature measurement using thermocouples is used, but it requires an extensive additional measurement system and signal recording, which is more expensive. Correct configuration of the IR camera to real conditions is extremely important because it directly translates into the increase in measurement error.
Purpose: Ensuring the required operational reliability of disc brakes by forecasting their technical condition taking into account thermomechanical processes. Design/methodology/approach: Differential equations of rotation of a rigid body around a fixed axis are solved, it is established that the equations of motion and the equations of thermal conductivity are indirectly related. The use of these analytical dependences provides a better understanding of thermomechanical transients. Findings: The solution is obtained on the basis of the differential equation of thermal conductivity of the hyperbolic type, which does not allow an infinite velocity of propagation of temperature perturbations in contrast to the differential equation of thermal conductivity of the parabolic Fourier type. The obtained analytical dependences provide a better understanding of thermomechanical transients and develop a theoretical basis for determining stresses and heat fluxes in solving problems of reliability and durability of disc brakes. Research limitations/implications: The work uses generally accepted assumptions and limitations for thermomechanical calculations. Practical implications: It is shown, that transients in a mechanical system - a brake disk at impulse loadings cause emergence of thermal effects which arise under the influence of external loadings. Originality/value: The application of these analytical dependences provides a better understanding of thermomechanical transients and develops a theoretical basis for solving problems of reliability and durability of disc brakes.
The article presents the methodology of thermal imaging tests of a disc brake of a DB Link III rail vehicle performed in field conditions. The test methodology was developed on the example of the above-mentioned vehicle, and the temperature distribution of the brake disc during braking was measured. In the article, particular attention was paid to the configuration of the thermal imaging camera to the actual conditions occurring during the test. It is important because due to the rotating brake disc, it is difficult to verify the temperature value with another contact type measuring device. In exceptional cases, temperature measurement with the use of thermocouples is used, but it requires an extensive additional measuring system, which will significantly extend the time of preparing the vehicle for testing and increase its costs. Although the temperature is measured indirectly with the thermal imager, the correct configuration of the camera settings to the real conditions may affect the measurement error by several percent.
PL
W artykule zaprezentowano metodykę badań termowizyjnych hamulca tarczowego pojazdu szynowego DB Link III w warunkach poligonowych. Na przykładzie wspomnianego pojazdu opracowano metodykę badań oraz przeprowadzono pomiar rozkładu temperatury tarczy hamulcowej w czasie hamowania. W artykule szczególną uwagę zwrócono na konfigurację kamery termowizyjnej do rzeczywistych warunków występujących podczas badania. Jest to istotne, gdyż ze względu na obracającą się tarczę hamulcową, utrudniona jest weryfikacja wartości temperatury innym stykowym przyrządem pomiarowym. W wyjątkowych sytuacjach stosuje się pomiar temperatury z zastosowaniem termopar, jednak wymaga to rozbudowanego dodatkowego układu pomiarowego, co znacząco wydłuży czas przygotowania obiektu do badań i zwiększy jego koszty. Mimo, że kamerą termowizyjną dokonuje się pomiaru temperatury w sposób pośredni, prawidłowa konfiguracja ustawień kamery do warunków rzeczywistych, może wpłynąć na kilku procentowy błąd pomiaru.
W elektrycznych zespołach trakcyjnych, ze względu na występowanie napędnych zestawów kołowych, tarcze hamulcowe są montowane do kół zestawów kołowych. Mimo, że hamowanie pojazdu jest wykonywane głównie za pomocą hamulca elektrodynamicznego, to w zależności od zastosowanego typu hamowania, w niektórych fazach hamowania dodatkowo jest używany hamulec cierny. W eksploatacji napędnych zestawów kołowych zużycie powierzchni ciernej tarczy do granicznego wymiaru następuje szybciej niż zużycie wieńca koła. Wskutek tego, podczas wymiany tarcz pełnych konieczne jest wyciskanie kół z osi zestawu kołowego, montaż tarcz i ponowne wciskanie kół na oś. Ze względu na zarysowanie powierzchni osi, czynności wyciśnięcia i ponownego wciśnięcia koła nie mogą być wykonywane wielokrotnie. Z tego powodu producenci tarcz hamulcowych proponują tarcze dzielone, które umożliwiają ich montaż bez wyciskania koła z osi zestawu kołowego. Tym samym nie ma potrzeby wywiązywania zestawu kołowego z ramy wózka. W artykule zaprezentowano konstrukcję nowej segmentowej tarczy hamulcowej, po badaniach przeprowadzonych według polskich norm na bezwładnościowym stanowisku hamulcowym do badań kolejowych hamulców tarczowych i klockowych. Zaproponowano również nową technologię jej wykonania. Większość tarcz hamulcowych jest wytwarzana przez odlewanie i wykańczającą obróbkę skrawania. Prototyp opisanej w artykule tarczy hamulcowej wykonano przez spawanie elementów wentylujących z płytą cierną tarczy. Zaproponowana tarcza hamulcowa powstała w wyniku realizacji projektu LIDER V, finansowanego z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w Warszawie.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article discusses the issue of crack propagation occurring in the surface of friction rings of spheroidical cast iron brake discs for railway applications. The first part describes the mechanism of crack formation as well as the maintenance procedures in the area of assesing technical condition of brake discs. Because most of used procedures do not include measurements of the depth of cracks which are important for assessment of the actual condition, the next part describes the testing method using a potential probe. On the basis of conducted measurements of model brake disc with significant surface damage, the mechanism of crack propagation have been defined and a mathematical model allowing to estimate the depth of crack have been developed.
PL
W artykule omówiono problem propagacji pęknięć zachodzącej na powierzchni pierścieni ciernych żeliwnych tarcz hamulcowych dla kolejnictwa. W pierwszej części opisano mechanizm formowania się pęknięć oraz procedury obsługi obejmującej ocenę stanu technicznego tarcz hamulcowych. Ponieważ większość procedur nie obejmuje pomiarów głębokości pęknięć pozwalających na faktyczną ocenę stanu technicznego tarczy w tym aspekcie, w kolejnej części opisano procedura pomiarowa z użyciem sondy potencjałowej. Na podstawie przeprowadzonych badań głębokości pęknięć wybranych tarcz hamulcowych, zdefiniowano mechanizm propagacji pęknięcia i opracowano model matematyczny pozwalający na oszacowanie głębokości pęknięcia w zależności od jego długości.
A new approach is developed to ensure the stability of the coefficient of friction at different braking modes for the entire speed range of braking high-speed ground transport. The new approach is a combination of friction materials with individual effort effects on the brake disc. A brake pad design and its performance are confirmed experimentally.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Skuteczność procesu hamowania w pojazdach szynowych w dużej mierze zależy od doboru elementów pary ciernej tarcza hamulcowa – okładzina cierna. Niestabilna praca układu hamulcowego jest spowodowana zmianami w przebiegu współczynnika tarcia, w szczególności jego obniżenia w procesie hamowania. Celem artykułu jest przedstawienie możliwości zastosowania kamery termowizyjnej w ocenie stanu pary ciernej hamulca tarczowego. W artykule zwrócono uwagę na trzy aspekty oceny stanu. Pierwszy związany z identyfikacją mikropęknięć na powierzchni tarczy. Drugi aspekt związany z rozkładem nacisków na tarczy hamulcowej oraz ostatni związany rozkładem temperatury na powierzchni okładzin ciernych.
EN
The reliability of the operation of the braking system of the rail vehicle depends to a large extent on the cooperation of the brake components forming a pair of friction e.g. brake disc-friction pad. Work instability arises by the occurrence of instantaneous changes to the coefficient of friction, which affects the lower efficiency of the braking process. The purpose of the article is to present the possibility of using thermal imaging cameras in the assessment of a friction gear disc brakes. The article highlighted three aspects of the state assessment. The first, associated with the identification of microcracks on the surface of the disk. The second aspect that is associated with the pressure distribution on the brake disc and the last associated temperature distribution on the surface of the friction pads.
Układ kolejowego hamulca tarczowego, poddawany w trakcie eksploatacji dużym obciążeniom dynamicznym i termicznym, ulega różnym procesom zużyciowym zwłaszcza w obszarze pary ciernej. Jednymi z najczęściej występujących uszkodzeń są pęknięcia powierzchniowe tarczy hamulcowej. Mają one różną długość i zwykle pojawiają się znacznie szybciej, niż liniowe zużycie grubości pierścienia ciernego w wyniku współpracy z okładziną. Ich pojawienie się zwykle wymusza wcześniejszą wymianę lub regenerację tarczy przez jej przetoczenie, co generuje dodatkowe koszty dla eksploatującego pojazd kolejowy. W artykule oceniono pęknięcia powierzchniowe kolejowych tarcz hamulcowych i opracowano metodę szacowania ich głębokości.
EN
The system of railway disc brake, because of transferring high dynamic and thermal loads during the exploitation process, undergoes various wear processes especially in the area of the friction pair. Ones of the most common defects to the disc surface are surface cracks. They vary in length and usually appear much faster than linear wear on the friction ring caused by cooperation with brake lining. Their occurrence usually enforces a faster replacement or regeneration of the disc, which generates additional costs for the operator of a railway vehicle. The aim of the article is evaluation of the surface cracks of railway brake discs in terms of estimation of their depth.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Attempt to raise train speed involves application of greater braking power i.e. braking systems rapidly absorbing and dispersing stored heat energy. Work instability arises from the occurrence of vibrations on friction element, which affects the lower efficiency of the braking process. In practice, this means that, during braking the vehicles currently alternative at a time of friction resistance may cause uneven braking process. The effects of these changes can manifest in the form of vibrations the high amplitude of the input. The purpose of this article is to present the relationship between the changes in instantaneous coefficient of friction of the disk brake and the changes in instantaneous accelerations of the vibrations of the friction pad during braking.
PL
W pojazdach szynowych ze względu na coraz to większe prędkości jazdy prowadzi się prace nad udoskonalaniem układów hamulcowych tak, aby zatrzymanie pojazdu odbyło się na możliwie najkrótszej drodze hamowania. Niestabilność pracy wynika między innymi z występowania drgań na styku elementów ciernych, co wpływa na obniżenie sprawności procesu hamowania. W praktyce oznacza to, że podczas hamowania pojazdów występujący zmienny w czasie opór tarcia może być powodem nierównomiernego przebiegu procesu hamowania. Skutki tych zmian mogą objawić się w postaci drgań samowzbudnych. Celem artykułu jest przedstawienie związku zmian chwilowego współczynnika tarcia hamulca tarczowego ze zmianami chwilowych przyspieszeń drgań okładziny ciernej w czasie hamowania.
Article describes the dangers resulting in improper brake components choice and using them in an incorrect way. It shows the results of the tests conducted on the Brake Dynamometer test station on three different Sport Utility Vehicles.
PL
Artykuł opisuje zagrożenia związane z niewłaściwym doborem komponentów hamulca oraz z użytkowania hamulców w niewłaściwy sposób. Pokazuje wyniki badań hamulców z trzech pojazdów samochodowych typu SUV wykonanych na stanowisku dynamometrycznym do badań hamulców.
W artykule przedstawiono sposób utworzenia modeli geometrycznych oraz opisano przebieg przeprowadzenia dyskretyzacji i ustalenia warunków brzegowych niezbędnych do badań symulacyjnych. Wyniki badań pozwalają określić rozkład obciążeń termicznych występujących w tarczy pełnej oraz wentylowanej, a także w klockach hamulcowych.
EN
The article presents the creation of geometric models and describes the course of discretization and establishment of boundary conditions necessary for simulation tests. The results of the study allow to determine the distribution of thermal loads occurring in the full and ventilated disc, as well as in brake pads.
Hamulec tarczowy jest obecnie powszechnie stosowany w pojazdach kolejowych przeznaczonych do ruchu pasażerskiego, a ostatnio także coraz częściej w wagonach towarowych. Szeroki zakres zastosowań wymusił przez lata opracowanie materiałów spełniających różnorodne wymagania, mogących zapewnić bezpieczne zatrzymaniu rozpędzonego pojazdu niezależnie od panujących warunków atmosferycznych. Celem artykułu jest przedstawienie obecnie stosowanych okładzin hamulcowych stosowanych w układach hamulca tarczowego w pojazdach szynowych oraz podstawowych problemów związanych z ich eksploatacją.
EN
The disc brake is now widely used in rail vehicles dedicated for passenger traffic, and recently also becomes more common on freight wagons. A wide range of applications over the years has forced to develop materials that meet various requirements, which provide a safe stopping of a speeding mass regardless of the weather conditions. The aim of the article is to present the currently used types of brake pads used in disc brake systems of rail vehicles and the fundamental problems associated with their exploitation.
Ze względu na wiele zalet w stosunku do tradycyjnego powietrznego hamulca klockowego, hamulce tarczowe są coraz częściej stosowane w wagonach pasażerskich oraz w pojazdach trakcyjnych. Do podstawowych zalet tarczowych układów hamulcowych należy stabilny przebieg współczynnika tarcia okładzin ciernych o tarczę hamulcową w funkcji prędkości hamowania. Długotrwała eksploatacja tarczowych układów hamulcowych wykazała, że poza eksploatacyjnym zużyciem okładzin ciernych przy hamowaniach z dużych prędkości lub hamowaniach w krótkich odstępach czasu dochodzi do przyspieszonego zużycia powierzchni ciernej tarczy. Na powierzchni tarczy pojawiają się mikropęknięcia, które rozrastają się promieniowo przy kolejnych hamowaniach. Osobną grupą uszkodzeń są defekty występujące w mechanizmie dźwigniowym hamulca tarczowego, jednak są to przypadki losowe w stosunku do uszkodzeń pary ciernej tarcza-okładzina cierna.
EN
Disc brakes, because of numerous advantages in comparison to a traditional air block brake, are more and more often utilized in passenger carriages and other railway vehicles. Stable and constant (in the whole speed range) coefficient of friction μ, of amount: μ=0,35 is a basic advantage of disc brake systems [9]. Long exploitation of disc brake systems, excluding wear of the friction pads showed that with braking at a very high speed or braking in short time periods, faster wear of friction surface occurs. Micro heat cracks appear on the disc surface, which enlarge radially at consecutive brakings.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Attempt to raise train speed involves application of greater braking power i.e. braking systems rapidly absorbing and dispersing stored heat energy. Work instability arises from the occurrence of vibrations on friction element, which affects the lower efficiency of the braking process. In practice, this means that, during braking the vehicles currently alternative at a time of friction resistance may cause uneven braking process. The effects of these changes can manifest in the form of vibrations the high amplitude of the input. The vibrations generated by the assemblies are moved per vehicle, which also adversely affects ride comfort. The purpose of this article is to present selected models to describe the vibrations of the brakes and the test results of research vibration of the disc brake system of the braking passenger car.
PL
W pojazdach szynowych ze względu na coraz to większe prędkości jazdy prowadzi się prace nad udoskonalaniem układów hamulcowych tak, aby zatrzymanie pojazdu odbyło się na możliwie najkrótszej drodze hamowania. Niestabilność pracy wynika między innymi z występowania drgań na styku elementów ciernych, co wpływa na obniżenie sprawności procesu hamowania. W praktyce oznacza to, że podczas hamowania pojazdów występujący zmienny w czasie opór tarcia może być powodem nierównomiernego przebiegu procesu hamowania. Skutki tych zmian mogą objawić się w postaci drgań samowzbudnych. Celem artykułu jest przedstawienie wybranych modeli opisujących drgania hamulców oraz wyników badań wibroakustycznych tarczowego układu hamulcowego wagonu pasażerskiego.
Jednym z badań prowadzonych na bezwładnościowym stanowisku hamulcowym jest pomiar współczynnika tarcia dla hamulca tarczowego lub klockowego przy różnych symulacjach hamowań pociągu. Podczas symulowanych badań hamulcowych zgodnie z programem badań przewidzianym dla kolejowego hamulca tarczowego [3], rejestruje się przebiegi chwilowego współczynnika tarcia w funkcji czasu hamowania. Następnie obliczany jest średni współczynnik tarcia wyznaczony z całki chwilowego współczynnika tarcia po drodze hamowania. Jest to badanie jakie prowadzi się dla pary ciernej hamulca w szczególności dla dopuszczenia do eksploatacji danego materiału z jakiego wykonany jest klocek lub okładzina cierna. Celem artykułu jest ocena wyników badań rozkładu średniego współczynnika tarcia hamulca tarczowego uzyskanego w czasie serii hamowań w tych samych warunkach początkowych przy różnym stanie technicznym tarczy hamulcowej.
EN
One of the studies conducted on stationary test position of the brake measurement of the coefficient of friction for disc brakes or block brake at various imitations of braking of the train. During the model tests of brake pads in accordance with the test program provided for the station disk brake [3] registers the mileage of temporary friction coefficient in function of time of braking. Then calculated the average coefficient of friction calculated from the integral of the temporary coefficient of friction on the way of braking. This study, conducted for friction pairs of brakes, in particular, approval of this material, and what made the block or friction pad. The purpose of this paper is to assess the results of studies of the distribution of average coefficient of friction of disk brakes, are obtained during a series of braking in the same initial conditions under different technical condition of the brake disc.
Niezawodność działania układu hamulcowego danego pojazdu uzależniona jest w dużej mierze od współpracy elementów hamulcowych stanowiących parę cierną np. tarcza hamulcowa-okładzina cierna. Niestabilność pracy wynika między innymi z wahania chwilowego współ-czynnika tarcia a w konsekwencji na zmiany średniego współczynnika tarcia, co wpływa na obniżenie sprawności procesu hamowania. Celem artykułu jest ocena procesu hamowania w czasie hamowań zatrzymujących jak i ze stałą mocą w aspekcie wpływu zużycia okładzin ciernych na zmiany wybranych parametrów hamowania. W artykule przedstawiono wyniki badań porównawczych dla okładzin ciernych zużytych w różnym stopniu.
EN
The reliability of the operation of the braking system of the rail vehicle depends to a large extent on the cooperation of the brake components forming a pair of friction e.g. brake discfriction pad. Work instability arises by the occurrence of instantaneous changes to the coefficient of friction and average coefficient of friction, which affects the lower efficiency of the braking process. In practice, this means that, during braking the vehicles currently alternative at a time of friction resistance may cause uneven braking process. The aim of the article is to evaluate the braking process during braking and stopping with constant power in terms of the effect of wear on the friction pads on altering parameters of braking. The article presents the results of comparative tests for the friction pads used in different wear.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Firma Fastech jest obecna na polskim rynku od kilku lat. Przez ten czas marka Ezi-SERVO stała się rozpoznawalna, a określenie „napędy serwokrokowe” dla napędów krokowych pracujących w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego na dobre utrwaliło się w świadomości polskich inżynierów. Dzisiaj Fastech jest znowu o krok do przodu. Oferta firmy nie ogranicza się już tylko do napędów. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, została ona poszerzona o elementy mechaniki. Udało się w ten sposób stworzyć całą gamę gotowych rozwiązań, tak dzisiaj poszukiwanych przez odbiorców.
Niezawodność działania układu hamulcowego danego pojazdu uzależniona jest w dużej mierze od współpracy elementów hamulcowych stanowiących parę cierną np. tarcza hamulcowa-okładzina cierna. Niestabilność pracy wynika między innymi z występowania drgań na styku elementów ciernych, co wpływa na obniżenie sprawności procesu hamowania. W praktyce oznacza to, że podczas hamowania pojazdów występujący zmienny w czasie opór tarcia może być powodem nierównomiernego przebiegu procesu hamowania. Skutki tych zmian zgodnie z pracą [6] mogą objawić się w postaci drgań samowzbudnych. Drgania generowane przez układ hamulcowych przenoszone są na pojazd, co również niekorzystnie wpływa na pogorszenie komfortu jazdy. Celem artykułu jest ocena możliwości zastosowania wybranych parametrów drganiowych towarzyszącym procesowi tarcia w hamulcach tarczowych i wykorzystania ich do diagnozowania zużycia klocków hamulcowych.
EN
The reliability of the operation of the braking system of the vehicle depends to a large extent on the cooperation of the brake components forming a pair of friction e.g. brake disc-friction pad. Work instability arises between the occurrence of vibrations on friction element, which affects the lower efficiency of the braking process. In practice, this means that, during braking the vehicles currently alternative at a time of friction resistance may cause uneven braking process. The effects of these changes in accordance with the work [6] may be revealed in the form of a self-excited vibration. The vibrations generated by the assemblies are moved per vehicle, which also adversely affects ride comfort. The purpose of the article is to assess the possibility of selected vibration parameters accompanying processes of friction in the disk brakes and use it for diagnostics of brake pad wear.
In the paper an influence of the cover angle of the pad on temperature fields of the components of the disc brake is studied. A three-dimensional finite element (FE) model of the pad-disc system was developed at the condition of equal temperatures on the contacting surfaces. Calculations were carried out for a single braking process at constant deceleration assuming that the contact pressure corresponds with the cover angle of the pad so that the moment of friction is equal in each case analysed. Evolutions and distributions of temperature both for the contact surface of the pad and the disc were computed and shown.
Przedstawiono wybrane wyniki badań hamulca tarczowego na stanowisku laboratoryjnym. W trakcie doświadczeń mierzone były główne parametry procesu hamowania oraz rozkłady temperatury w klocku i na powierzchni tarczy hamulcowej za pomocą kamery termowizyjnej. Zebrane dane pomiarowe stanowią materiał do weryfikacji modeli matematycznych przy numerycznej symulacji działania tego typu hamulców. Głównym tematem tej pracy jest analiza zmian współczynnika emisyjności powierzchni tarczy w warunkach prowadzenia eksperymentów. Znajomość stwierdzonych prawidłowości jest przydatna przy planowaniu i prowadzeniu tego typu badań.
EN
Selected results of testing a disc brake on the laboratory stand, Fig. 1, are presented. There were measured the parameters of braking mechanics as well as the temperature distribution in a brake block and on the disc surface. The temperature distribution was determined with use of an infrared camera. The obtained measurement data were used for verification of the mathematical models for numerical simulations of brakes operation. The problems in determination of the disc surface emissivity coefficient and the character of its changeability during experiments at different braking parameters, Figs. 58, were the objectives of the project. The measurements of the emissivity coefficient on the entire disc surface were taken repeatedly, Figs. 2, 3. A correlation between the disc emissivity coefficient and the mechanical parameters of braking was found. Despite the fact that these correlations are qualitative rather than quantitative, they are interesting from the point of view of identification of the braking process as well as of planning such experiments. During the measurements, some interesting practical experience in the field of infrared measurements of temperature of the surface of not high emissivity coefficient was gained. In the project an isothermal protective screen was applied to normalize the radiation impact of the environment on the measurements, Figs 1, 4.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.