Mathematical model of pressure and temperature distribution in working area of mine locomotive disc brake

Abstract

Purpose. Calculate the coordinates of the maximum temperature and the greatest pressure on the working surface for the rational parameters of the main elements of the disc brake of the mine locomotive with a multi-sector brake disc selected by mathematical modeling. The methods. To find the coordinates of the maximum temperature and the greatest pressure on the working surface of a disc brake with a multi-sector brake disc with selected rational parameters, mathematical modeling of temperature and pressure on the friction surface was carried out. Findings. On the basis of mathematical modeling, the maximum temperature and its coordinates and the greatest pressure on the working surface of a disc brake with a multi-sector brake disc were found. It is shown that the maximum temperature on the friction surface of the main elements of the disc brake with the selected parameters in specific mine conditions under the most unfavorable operating conditions will not exceed the permissible value. The originality. A mathematical model of braking of a mine locomotive with a disc brake was developed, which creates a pulsating braking moment on the axle of the wheel pair, which depends on its angular coordinate, taking into account the non-linear dependence of the coupling coefficient on the relative slip, on the basis of which the parameters of the braking moment are established, which allow to improve the braking characteristics. Practical implementation. A scientifically based engineering methodology for choosing rational parameters of the disc brake of a mine locomotive and determining the dynamic and kinematic characteristics of the drive of a mine locomotive when braking with a disc brake with a multi-sector disc has been developed. An analytical solution to the non-stationary thermal conductivity problem of finding the temperature field that occurs in the brake disc and friction linings of the disc brake of a mine locomotive when the linings are made in the form of a ring sector was obtained, on the basis of which the dependence of the relative temperature on the friction surface of the brake was found of the disk over time during cyclic braking.

Мета. Для вибраних шляхом математичного моделювання раціональних параметрів основних елементів дискового гальма шахтного локомотива з багатосекторним гальмовим диском обчислити координати максимальної температури та найбільший тиск на робочій поверхні. Методика. Для знаходження координат максимальної температури і найбільшого тиску на робочій по-верхні дискового гальма з багатосекторним гальмовим диском при вибраних раціональних параметрах було проведено математичне моделювання температури і тиску на поверхні тертя. Результати. На основі математичного моделювання знайдені максимальна температура та її координати і найбільший тиск на робочій поверхні дискового гальма з багатосекторним гальмівним диском. Показано, що максимальна температура на поверхні тертя основних елементів дискового гальма з вибраними параметрами в специфічних шахтних умовах при найбільш несприятливих умовах роботи не перевищить допустиме значення. Наукова новизна. Розроблено математичну модель гальмування шахтного локомотива дисковим гальмом, що створює на осі колісної пари пульсуючий гальмовий момент, який залежить від її кутової координати, з урахуванням нелінійної залежності коефіцієнта зчеплення від відносного ковзання, на базі якої встановлені параметри гальмового моменту, що дозволяють поліпшити гальмові характеристики. Практична значимість. Розроблено науково обґрунтовану інженерну методику вибору раціональних параметрів дискового гальма шахтного локомотива та визначення динамічних і кінематичних характеристик привода шахтного локомотива при гальмуванні дисковим гальмом із багатосекторним диском. Отримано аналітичний розв’язок задачі нестаціонарної теплопровідності про знаходження температурного поля, що виникає в гальмовому диску та фрикційних накладках дискового гальма шахтного локомотива при виконанні накладок у вигляді кільцевого сектора, на підставі якого знайдена залежність відносної температури на поверхні тертя гальмівного диска від часу при циклічному гальмуванні.