Сравнительная оценка трения и износа альтернативных материалов, используемых для производства фрикционных композиционных материалов тормозных систем

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящем исследовании рассматриваются научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), направленные на разработку безасбестовых фрикционных композиционных материалов для тормозных систем (ФКТС) с целью повышения безопасности и эффективности работы автомобильных тормозных систем. Изучена эволюция ФКТС от материалов на основе асбеста к более безопасным заменителям и проведен анализ с целью разработки альтернативных комбинаций. Подчеркнута важная роль основных компонентов – волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей – в создании долговечных фрикционных композиционных материалов тормозных систем. Композиционный материал на основе базальтового волокна с наполнителем из карбоната кальция сравнивается с композиционным материалом на основе арамидного волокна с наполнителем из сульфата бария посредством оценки на испытательном стенде по схеме трения «штифт – диск». На основании результатов испытаний установлено, что альтернативные композиционные материалы перспективны для применения в тормозных системах. Настоящая работа предоставляет основу для дальнейшей разработки экологически чистых фрикционных композитов тормозных систем путем выбора оптимальных составов, а также определяет подход к последующим исследованиям, которые будут проводиться с целью изменения компонентов и их соотношения при создании композиционных материалов. Это исследование поможет в дальнейшем улучшить функциональность тормозных систем в автомобилях. Цель работы: данное исследование направлено на разработку безасбестовых фрикционных композиционных материалов для тормозных систем (ФКТС) с целью повышения безопасности и эффективности работы автомобильных тормозных систем. Исследуются экологически чистые альтернативы асбесту, анализируются роли волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей. Целью исследования является определение оптимальных составов для создания прочных, экологически безопасных тормозных материалов, открывающих путь для дальнейшего внедрения инновационных решений в практику. Методы исследования: для оценки износа, трения и долговечности, а также оценки пригодности разрабатываемых материалов с целью использования в тормозных системах применяется метод трения по схеме «штифт – диск». Исследование посвящено анализу влияния компонентов (волокон, связующих, модификаторов трения и наполнителей) на свойства фрикционных композиционных материалов тормозных систем. Экспериментально изучены два состава: базальтовое волокно с карбонатом кальция и арамидное волокно с сульфатом бария. Результаты и обсуждение: результаты исследования свидетельствуют об эффективности использования базальтового волокна с карбонатом кальция и арамидного волокна с сульфатом бария в качестве компонентов фрикционных композитов тормозных систем. Показано, что данные материалы обеспечивают высокие показатели износостойкости и фрикционных характеристик. Подчеркивается потенциал дальнейшей оптимизации составов для повышения экологичности и улучшения эксплуатационных свойств тормозных систем. Полученные результаты также подчеркивают важность выбора компонентов для разработки безопасных и экологически устойчивых фрикционных композитов.

Об авторах

Н. Кейт

Email: naren.kate@viit.ac.in
канд. техн. наук, Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Махараштра, Пуне - 411048, Индия, naren.kate@viit.ac.in

А. Кулкарни

Email: atul.kulkarni@viit.ac.in
канд. техн. наук, профессор, Институт информационных технологий Вишвакармы, Кондва (Бадрек), Махараштра, Пуне - 411048, Индия, atul.kulkarni@viit.ac.in

Й. Дама

Email: yogirajdama@dbatu.ac.in
Технологический университет доктора Бабасахеба Амбедкара, Лонере, Райгад, Махараштра, 402103, Индия, yogirajdama@dbatu.ac.in

Список литературы

  1. Tribological performance of brass powder with different copper and zinc content in the brake pad / K.A. Ahmed, S.R. Mohideen, M.A.S. Balaji, B.S. Rajan // Tribology in Industry. – 2020. – Vol. 42 (2). – P. 177–190. – doi: 10.24874/ti.783.10.19.03.
  2. Study of the interaction between microstructure, mechanical and tribo-performance of a commercial brake lining material / A. Sellami, M. Kchaou, R. Elleuch, A.-L. Cristol, Y. Desplanques // Materials & Design. – 2014. – Vol. 59. – P. 84–93. – doi: 10.1016/j.matdes.2014.02.025.
  3. Österle W., Dmitriev A.I. The role of solid lubricants for brake friction materials // Lubricants. – 2016. – Vol. 4 (1). – P. 5. – doi: 10.3390/lubricants4010005.
  4. Effect of material selection and surface texture on tribological properties of key friction pairs in water hydraulic axial piston pumps: a review / Y. Liang, W. Wang, Z. Zhang, H. Xing, C. Wang, Z. Zhang, T. Guan, D. Gao // Lubricants. – 2023. – Vol. 11 (8). – P. 324. – doi: 10.3390/lubricants11080324.
  5. Kumar M., Bijwe J. Studies on reduced scale tribometer to investigate the effects of metal additives on friction coefficient – temperature sensitivity in brake materials // Wear. – 2010. – Vol. 269 (11–12). – P. 838–846. – doi: 10.1016/j.wear.2010.08.012.
  6. Saffar A., Shojaei A., Arjmand M. Theoretical and experimental analysis of the thermal, fade and wear characteristics of rubber-based composite friction materials // Wear. – 2010. – Vol. 269 (1–2). – P. 145–151. – doi: 10.1016/j.wear.2010.03.021.
  7. Aranganathan N., Mahale V., Bijwe J. Effects of aramid fiber concentration on the friction and wear characteristics of non-asbestos organic friction composites using standardized braking tests // Wear. – 2016. – Vol. 354. – P. 69–77. – doi: 10.1016/j.wear.2016.03.002.
  8. McElheny D., Frydman V., Frydman L. A solid-state 13C NMR analysis of molecular dynamics in aramid polymers // Solid State Nuclear Magnetic Resonance. – 2006. – Vol. 29 (1–3). – P. 132–141. – doi: 10.1016/j.ssnmr.2005.08.010.
  9. Prasad V.V., Talupula S. A review on reinforcement of basalt and aramid (Kevlar 129) fibers // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (2). – P. 5993–5998. – doi: 10.1016/j.matpr.2017.12.202.
  10. Review on the friction and wear of brake materials / X. Xiao, Y. Yin, J. Bao, L. Lu, X. Feng // Advances in Mechanical Engineering. – 2016. – Vol. 8 (5). – doi: 10.1177/1687814016647300.
  11. Kumar M., Bijwe J. Composite friction materials based on metallic fillers: sensitivity of μ to operating variables // Tribology International. – 2011. – Vol. 44 (2). – P. 106–113. – doi: 10.1016/j.triboint.2010.09.013.
  12. Kumar M., Bijwe J. NAO friction materials with various metal powders: tribological evaluation on full-scale inertia dynamometer // Wear. – 2010. – Vol. 269 (11–12). – P. 826–837. – doi: 10.1016/j.wear.2010.08.011.
  13. Bachchhav B.D., Hendre K.N. Wear performance of asbestos-free brake pad materials // Jordan Journal of Mechanical & Industrial Engineering. – 2022. – Vol. 16 (4). – P. 459–469.
  14. Prabhu T.R. Effect of bimodal size particles reinforcement on the wear, friction and mechanical properties of brake composites // Tribology-Materials, Surfaces & Interfaces. – 2016. – Vol. 10 (4). – P. 163–171. – doi: 10.1080/17515831.2016.1262587.
  15. Performance assessment of phenolic-based non-asbestos organic brake friction composite materials with different abrasives / T. Singh, A. Patnaik, R. Chauhan, I. Bíró, E. Jánosi, G. Fekete // Acta Polytechnica Hungarica. – 2020. – Vol. 17 (5). – P. 49–67. – doi: 10.12700/APH.17.5.2020.5.3.
  16. The role of graphitic carbon nitride in the formulation of copper-free friction composites designed for automotive brake pads / V. Matejka, M. Leonardi, P. Praus, G. Straffelini, S. Gialanella // Metals. – 2022. – Vol. 12 (1). – P. 123. – doi: 10.3390/met12010123.
  17. Effect of space fillers in brake friction composites on airborne particle emission: a case study with BaSO4, Ca(OH)2, and CaCO3 / J. Park, J. Gweon, H. Seo, W. Song, D. Lee, J. Choi, Y.C. Kim, H. Jang // Tribology International. – 2022. – Vol. 165. – P. 107334. – doi: 10.1016/j.triboint.2021.107334.
  18. Prediction of wear rate of glass-filled PTFE composites based on machine learning approaches / A.R. Deshpande, A.P. Kulkarni, N. Wasatkar, V. Gajalkar, M. Abdullah // Polymers. – 2024. – Vol. 16 (18). – P. 2666. – doi: 10.3390/polym16182666.
  19. Влияние направления печати на характер износа PLA-биоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава / Й.Б. Дама, Б.Ф. Джоги, Р. Паваде, А.П. Кулкарни // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 19–40. – doi: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-19-40.
  20. Hendre K., Bachchhav B. Tribological behavior of non-asbestos brake pad material // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 38. – P. 2549–2554. – doi: 10.1016/j.matpr.2020.07.560.
  21. Mechanical and wear behavior of LM25 aluminium matrix hybrid composite reinforced with boron carbide, graphite and iron oxide / V. Suresh, P. Vikram, R. Palanivel, R.F. Laubscher // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5 (14). – P. 27852–27860. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.10.023.
  22. Sethupathi P.B., Chandradass J., Saibalaji M.A. Comparative study of disc brake pads sold in Indian market – impact on safety and environmental aspects // Environmental Technology & Innovation. – 2021. – Vol. 21. – P. 101245. – doi: 10.1016/j.eti.2020.101245.
  23. Chowdhury I.R., Pemberton R., Summerscales J. Developments and industrial applications of basalt fibre reinforced composite materials // Journal of Composites Science. – 2022. – Vol. 6 (12). – P. 367. – doi: 10.3390/jcs6120367.
  24. Effect of basalt fibers for reinforcing resin-based brake composites / X. Zhao, J. Ouyang, H. Yang, Q. Tan // Minerals. – 2020. – Vol. 10 (6). – P. 490. – doi: 10.3390/min10060490.
  25. Influence of binder on thermomechanical and tribological performance in brake pad / B.S. Rajan, M.A.S. Balaji, K. Sathickbasha, P. Hariharasakthisudan // Tribology in Industry. – 2018. – Vol. 40 (4). – P. 654–669. – doi: 10.24874/ti.2018.40.04.12.
  26. High frictional stability of braking material reinforced by basalt fibers / K. Yu, X. Shang, X. Zhao, L. Fu, X. Zuo, H. Yang // Tribology International. – 2023. – Vol. 178. – P. 108048. – doi: 10.1016/j.triboint.2022.108048.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».