Тепловой расчет тормоза

В процессе торможения кинетическая энергия движущегося груза и вращающихся масс механизма переходит в тепловую энергию и вызывает нагревание тормоза. Одной из задач правильного конструирования тормоза является ограничение нагрева поверхности трения, который не должен превышать температур, допускаемых для данного типа фрикционного материала. Поэтому каждое тормозное устройство необходимо проверять по нагреву. Недооценка тепловых явлений в тормозах подъемно-транспортных машин может привести к ненормальной работе тормоза и даже к аварии, особенно в связи с непрерывным увеличением скорости движения, грузоподъемности и интенсификацией работы.

Попытки аналитического решения задачи нагрева и охлаждения тормоза вызвали трудности, неопределимые средствами современной математики вследствие того, что тормоз не является однородным телом — отдельные элементы его обладают различными теплофизическими параметрами и весьма сложной конфигурацией. Кроме того, условия работы механизмов (частота торможений, использование по грузоподъемности, потери на трение внутри самой машины и т. п.) весьма различны для различных грузоподъемных машин. Математическое описание процесса нагрева и охлаждения тормоза состоит из сложной системы дифференциальных уравнений, определяющих распространение тепла в элементах тормоза и в окружающей среде. Решение этих уравнений возможно только при введении большого числа допущений, снижающих точность расчета.

Невозможность получения точного аналитического решения и ограниченная возможность обобщения результатов экспериментального исследования привели к использованию методов теплового моделирования тепловых процессов, основанных на теории теплового подобия. Этот метод позволяет увязать опытное исследование теплового процесса с его физико-математическим описанием и позволяет распространить зависимости, полученные для одного частного явления на все явления данной группы.

Для этого рассмотрим установившееся тепловое состояние тормоза, достигаемое в процессе длительной работы в повторно-кратковременном режиме. При достижении тормозом установившегося теплового состояния количество тепла, образующееся на поверхности трения, должно быть равно количеству тепла, отводимому от тормозного шкива конвекцией и лучеиспусканием.