Experimental investigations on wear properties of Palm kernel reinforced composites for brake pad applications

The use of asbestos material is being avoided to manufacture the brake pads as it is harmful and toxic in nature. Further it leads to various health issues like asbestosis, mesothelioma and lung cancers. These brake pads can be replaced by natural fibers like Palm kernel (0-50%), Nile roses (0-15%) and Wheat (0-10%) with additives like aluminum oxide (5%-20%) and graphite powder (10%-35%). Phenolic resin of 35% is utilized as a binder. Particulated Nile roses are used to increase the friction coefficient and wheat powder is used to reduce the wear rate. Aluminum oxide and graphite are abrasive in nature. This helps to make brake pads with high friction co-efficient and less wear rate with low noise pollution. The wear of the proposed composites have been investigated at different speeds. Various tests like wear on pin-ondisc apparatus, hardness on the Rockwell hardness apparatus and oil absorption test have been conducted. Phenolic resin produces good bonding nature to fiber. Thus, Fibers found to have performed palatably among all commercial brake pads. The objective of the research indicates that Palm kernal shell could be a conceivable alternative for asbestos in friction coating materials.

制动工况对盘式刹车片磨损量的影响

刹车片是制动系统中最关键的安全零件之一,在保障驾驶员行车安全中起着至关重要的作用,不同的制动工况对刹车片磨损量有不同的影响。为了探究制动工况对盘式刹车片磨损量的影响,利用Ansys Workbench仿真软件,基于Archard磨损模型建立刹车片的磨损仿真模型,并通过APDL命令流添加Archard磨损命令,实现对刹车片的磨损仿真,分析了计算刹车片的磨损量。搭建刹车片摩擦磨损试验台,并随机选取5组不同的制动工况进行刹车片磨损试验,对比分析试验结果与仿真结果,验证了仿真模型的正确性。研究结果表明,在设定的参数范围内,制动压力对刹车片磨损量的影响比制动初速度的影响小;在没有外界热源的干预下,刹车片表面温度对磨损量的单独影响比制动初速度、制动压力等其他参数对刹车片磨损量的综合影响更小。

列车刹车闸片冶金材料成分配比优化研究

为了促进我国列车刹车闸片粉末冶金材料的发展,研究分析了不同增强组元对粉末冶金材料制备的摩擦材料性能影响。研究分析的2种增强组元分别是羰基铁粉和磷铁粉,粉末冶金材料的基体为超细铜粉,润滑组元为镀铜石墨,摩擦组元为铬铁粉。结果显示,时速低于275 km/h时,磷铁粉材料的摩擦系数更高,时速高于275 km/h时,羰基铁粉的摩擦系数更高,时速为350 km/h时,羰基铁粉材料磨损量为0.625 mg/kJ,磷铁粉材料磨损量为1.634 mg/kJ,研究还探讨了磷铁粉及羰基铁粉对列车刹车材料摩擦性能的影响,对我国粉末冶金材料、制备列车刹车闸片的发展具有指导意义。

考虑瓦块磨损的可倾瓦径向轴承-转子系统动态特性研究

针对含有瓦块磨损故障的可倾瓦径向轴承-转子系统润滑和振动特性耦合建模问题,考虑了瓦块磨损、转子与瓦块平摆振动和轴承混合润滑的影响,提出了可倾瓦径向轴承-转子系统的混合润滑动力学模型,研究了不同磨损率下转子振动特性和轴承润滑性能的动态响应,探明了转子偏心量、转速和预载荷系数等参数与磨损率的耦合作用对轴承-转子系统动态特性的影响。结果表明:转子在磨损瓦块位置的振动位移和振动加速度随磨损率的增加而增大;与无磨损轴承相比,磨损轴承的转子加速度峰值频率会额外激起转频的偶次倍频;多瓦块磨损会导致转子振动响应和轴承油膜压力显著增大。该研究结果可为可倾瓦径向轴承-转子系统的状态监测及故障识别提供理论参考依据。

抛光垫表面织构化的摩擦学性能研究

目的研究表面织构化对抛光垫耐磨性的影响规律,分析材料去除增强机制,旨在提高抛光垫服役寿命,并优化气囊抛光加工效率。方法利用激光打标机在抛光垫表面分别制备沟槽、圆凹坑和三角形阵列织构,利用摩擦磨损试验机进行有/无抛光膏条件下织构抛光垫的摩擦学试验,使用高速摄影机记录试验过程,应用光学显微镜和共聚焦显微镜分析抛光垫和GCr15对摩球的表面形貌特征。结果在无抛光膏的干摩擦条件下,3种织构抛光垫的耐磨性均得到较大改善,且摩擦因数也不同程度地下降,但是对摩球表面的划痕既窄又浅,材料去除量小。在添加抛光膏的湿摩擦条件下,有/无织构抛光垫的磨损量与摩擦因数均未呈现显著差别,但织构抛光垫的对摩球配副表面犁沟既宽又深,材料去除明显。结论在干摩擦条件下,织构抛光垫的材料去除机理为织构的弹性撞击作用,去除效果轻微;在湿摩擦条件下,织构抛光垫的材料去除机理为织构对抛光膏的储存功能与硬质磨粒对材料表面剪切划擦的综合作用,去除效果显著,但应合理设计织构参数,以平衡摩擦界面内有效磨粒总数与真实接触面积间的耦合关系,进而获取最优的材料去除能力。表面织构技术具有改善抛光垫耐磨性,降低界面摩擦因数并增强材料去除率的应用潜力。

闸片摩擦块排列方式对高速列车制动盘磨损深度的影响

制动盘的摩擦磨损是高速列车盘式制动工作失效的重要原因,且摩擦块的排列方式是影响制动盘最大磨损深度的重要因素。为研究摩擦块排列方式对制动盘最大磨损深度的影响,考虑摩擦温度、接触应力和相对滑移速度在制动过程发生变化,基于Archard磨损模型进行修正,利用ANSYS有限元仿真软件,建立制动盘-闸片三维瞬态模型,采用列车在通过42号道岔紧急制动时的工况,仿真计算不同摩擦块排列方式下制动盘摩擦面的最大磨损深度。分析最大接触应力,提出“应力磨损因子”参数,用来表征应力对最大磨损深度的影响。提取径向节点磨损深度,分析摩擦表面的磨损形貌,给出摩擦块不同排列方式对制动盘磨损深度的影响规律。研究成果为改善制动盘磨损提供理论依据和新的思路,为今后铁路制动系统闸片结构的设计提供借鉴。

电厂发电机用密封瓦巴氏合金脱落原因

某核电厂发电机密封瓦表面的巴氏合金在运行期间发生破损及脱落。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、扫描电镜及能谱分析等方法分析了密封瓦巴氏合金脱落的原因。结果表明:密封瓦安装不当使密封瓦与密封座盖之间产生摩擦,导致密封瓦表面磨损;巴氏合金材料的化学成分不合格,β相分布不均匀,导致其承载能力下降,在周期性载荷下,巴氏合金发生疲劳脱落。

磨损工况下可倾瓦轴承性能研究

针对启停或外界干扰工况下发生磨损故障的转子-可倾瓦轴承系统,采用计算流体力学方法建立可倾瓦轴承三维热流体动压润滑模型。基于自编动网格程序实现润滑流场与转子、瓦块运动的耦合,对可倾瓦轴承的润滑流场进行瞬态计算;研究磨损前后轴承热流体润滑性能,分析不同磨损程度下轴承的瓦块表面压力分布、温度分布、承载力以及偏心率等性能参数。结果表明:可倾瓦轴承各瓦块均存在高压区,产生动压效应,瓦块磨损破坏了瓦块表面压力和温度的连续性,出现了局部的压力、温度降低;随着磨损深度增加,轴承承载力逐渐降低,偏心率不断增大。

SiC_p/Al复合材料-半金属刹车材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备15%(体积分数,下同),25%,35%,45%,55%的SiC颗粒(45,63μm)增强的铝基复合材料(SiCp/Al)。在M-200型环块式磨损试验机上研究了SiCp/Al复合材料、灰铸铁(HT250)分别与半金属刹车材料配副的干摩擦磨损性能。结果表明,颗粒体积分数对复合材料摩擦系数的影响显著,而颗粒尺寸对复合材料摩擦系数影响不大。当颗粒体积分数从15%上升到55%时,SiCp(45μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.319升高到0.385,提高20.7%,SiCp(63μm)/Al复合材料的摩擦系数从0.303升高到0.359,提高18.5%,且SiCp/Al复合材料摩擦系数的稳定性优于铸铁。HT250-刹车材料摩擦副的磨损率为7.09×10-6cm3m-1,是55%SiCp(45μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.2倍,是55%SiCp(63μm)/Al-刹车材料摩擦副的2.7倍,SiCp/Al-刹车材料摩擦副的耐磨性明显优于铸铁-刹车材料摩擦副。SiCp/Al-刹车材料摩擦副的磨损率随着颗粒尺寸的增加而降低。

风电盘式制动器制动闸片磨粒磨损仿真分析

针对风电制动器制动过程中制动闸片产生的摩擦磨损,借助有限元方法对制动过程中制动闸片的磨粒磨损进行有限元仿真.将制动盘/闸片相互作用的磨粒磨损过程简化为磨粒压入、滑移、卸载三个阶段,并根据磨损机理的不同将磨粒分为划擦型磨粒和刻划型磨粒.借助Rabinowicz单磨粒磨损模型分别推导出制动盘/闸片磨损过程中磨损量和划擦力的计算模型,并基于ABAQUS有限元软件分别对划擦型磨粒和刻划型磨粒制动过程中产生的磨粒磨损进行有限元仿真分析验证单磨粒磨损量和划擦力计算方法.

摩擦片偏磨引起制动低鸣噪声控制研究

从影响制动低鸣噪声的影响因素入手,抓取出其中一个重要的影响因素制动卡钳,重新设计制动卡钳,在设计过程中考虑改善摩擦片偏磨这个主要因素,从而达到消除制动低鸣噪声的目的。前期利用CAE分析、台架验证及整车验证等方法,对影响因素摩擦片偏磨进行评估,最终通过整车路试充分验证设计方案的有效性,对制动低鸣噪声评价及改善具有指导意义。

树脂基复合材料摩擦片摩擦学性能研究

摩擦片的摩擦磨损性能严重影响盘式制动器的使用寿命和客车行驶的安全性.以灰铸铁HT250圆盘为对偶件,利用销盘式摩擦磨损试验机,在不同温度下对树脂基复合材料摩擦片的摩擦系数和磨损率进行研究,同时应用JSM-651010LA型扫描电子显微镜、HGP-7500型光电直读光谱仪和HXD-1000TMSC型显微硬度测试仪对摩擦磨损表面进行观察和测量,表征其摩擦表面的微观形貌和测定微观硬度,进而推断其磨损机理.结果表明:在不同温度下,平均摩擦系数和磨损率均随着温度的升高先增加后降低;随着温度升高,摩擦层的面积和其微观硬度的变化和平均摩擦系数、磨损率的变化规律基本相同;在高温摩擦磨损过程中,黏着磨损占主导作用,同时伴随着切削磨损.

混杂纤维盘式制动闸片材料的装车实验研究

采用混杂纤维作增强材料生产列车客车车辆闸片,依据TB/T3118—2005进行了"现车运用试验"。实际测量了闸片的磨耗和表面状况,在线测量了制动盘厚度变化并对制动盘表面进行了观测。实验结果表明,闸片线磨损率低,表面平整无龟裂、塌边和掉渣等,制动盘面光洁,无集中产生热斑和微裂纹等异常状况。摩擦学机理分析指出,混杂纤维闸片摩擦工作面的成膜成分直接影响盘-片对磨偶的摩擦形貌,其成分的相对稳定化是改善盘-片匹配性的关键。

纳米铜粉粒径对NAO型摩擦材料摩擦磨损性能的影响

考察了纳米铜粉粒径、含量对酚醛树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜分析磨损面形貌,并探讨其磨损机制。结果表明:与传统微米铜粉相比,纳米铜粉可使材料摩擦因数的稳定性提高一倍。随着铜粉尺寸的减小,摩擦材料的摩擦因数稳定性提高,磨损率也逐渐变小。添加2%铜粉(50 nm)的摩擦材料摩擦因数最稳定且具有较低的磨损率。在高温段(350℃),添加50 nm铜粉的材料磨损率仅为0.199×10-7cm3/(N.m),是添加微米铜粉的70%。SEM分析显示纳米铜粉使摩擦表面更平稳,添加了纳米铜粉的摩擦材料具有更稳定的摩擦因数及较低的磨损率。

剑麻纤维增强酚醛基摩擦材料的研制

以酚醛树脂为基体，以经过表面预处理的剑麻纤维为增强材料，研制出新型无石棉摩擦材料，其各项性能均达到汽车制动器衬片GB5763—1998的规定，且与市场产品的摩擦磨损性能处于同一范围，可作为目前常用石棉摩擦材料的更新换代产品。通过研究剑麻纤维的质量分数和表面状态对材料摩擦磨损性能的影响，发现剑麻纤维的最佳质量分数为10％～20％。研究结果表明，采用碱处理、偶联剂处理和阻燃剂处理后的剑麻纤维，可以较好地改善复合材料的摩擦磨损性能。

耐磨橡胶板配方的研究

研究了胶种并用比、硫化体系、炭黑和减磨剂对胶料的耐磨性及力学性能的影响。得到了性能优异的耐磨橡胶板的胶料配方,此耐磨胶板的阿克隆磨耗为0.03cm3/1.61km。胶料的配方为:NR/BR50/50,S1.0,TT0.5,CZ1.5,RD1.0,ZnO5.0,SA1.0,HAF65。

晶须状填料对酚醛树脂摩擦材料性能的影响

研究了分别填充钛酸钾晶须、碳酸钙晶须、针状硅灰石对刹车片摩擦磨损性能的影响。采用MPX-2000和XD-MSM摩擦机对样品进行敏感性和抗热衰退性试验以及定速试验,利用扫描电镜对磨损表面和磨屑进行分析。结果表明,碳酸钙晶须对速度敏感性最低,而钛酸钾晶须对载荷敏感性最低,对速度敏感性最高。钛酸钾晶须的摩擦因数稳定在0.29-0.35,衰退率仅为10%,而碳酸钙晶须和针状硅灰石在250℃后,衰退率高达36%和51%。钛酸钾晶须的磨损率变化平稳,高温段仅是碳酸钙晶须的1/4,针状硅灰石的1/6。钛酸钾晶须有利于形成平整摩擦面,但碳酸钙晶须和针状硅灰石易带来表面磨损。

套管磨损防护技术应用研究

在大斜度井及大位移井钻井过程中，钻柱摩阻过大，常常导致送钻困难、顶驱能力超限、钻柱和套管磨损严重等复杂情况，给正常的钻井作业和完井作业带来很大困难。从套管磨损机理分析入手，研究了造成钻柱摩阻增大的主要因素。对各种方案和工具进行对比分析，重点阐述了几种用于减少钻柱摩阻的井下工具的工作原理及其使用条件，指出在大斜度井施工过程中使用减磨接头，能够大大降低钻柱的摩阻和扭矩。现场应用表明，在大斜度试验井施工作业过程中，使用井下减磨工具在钻井过程中可将钻柱扭矩降低10％-30％，减磨效果良好。井下防磨工具在防治大斜度井和大位移井套管磨损方面具有很好的效果和广阔的应用前景。

纤维增强合成闸片摩擦磨损特性的试验研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机进行了纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片与H300制动盘材料配副的制动摩擦试验,记录了制动过程中摩擦系数、磨损量与制动盘温度的变化情况,采用三维激光共焦扫描显微镜(CLSM)分析了磨损表面形貌.结果表明:制动初速度对纤维增强合成闸片的平均摩擦系数影响小于HZ408合成闸片,在高速制动工况下,纤维增强合成闸片的平均摩擦系数大于HZ408,耐磨性略低于HZ408合成闸片;在低速制动工况下,纤维增强合成闸片和HZ408合成闸片所引起的制动盘温升大致相同;在高速制动工况下前者引起的制动盘温升略高.

钛酸钾镁和钛酸铁钠片晶填充树脂基刹车片性能对比

本文对钛酸钾镁(TERRACESS)和钛酸铁钠(TFN)片晶粒度、水分、形貌和热率进行分析对比;采用Chase摩擦试验机和XD-MSM型定速摩擦试验机考察填充2种片晶对刹车片摩擦磨损性能的影响,并进行硬度和压缩性能测试。结果表明:TERRACESS和TFN片晶具有类似的晶体结构和颗粒形貌,且水质量分数和热率相当。填充2种片晶后的刹车片硬度和压缩性能相当。Chase实验表明2种刹车片摩擦性能都达到FF级水平;定速实验表明:TFN填充的刹车片比TERRACESS填充的刹车片具有更优异的高温耐磨性能,在300和350℃时磨损率分别下降了19%和53%。TFN具有更优异的性价比,可以替代TERRACESS在刹车片中推广应用。