Устройство для контроля изнашивания тормозной колодки
Владельцы патента RU 2648924:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева" (ФГБОУ ВО РГАТУ) (RU)
Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Устройство для контроля изнашивания тормозной колодки, взаимодействующей с тормозным барабаном и имеющей фрикционную накладку, содержит проводник, источник питания и амперметр. В теле фрикционной накладки на ее рабочей поверхности выполнен паз, в котором закреплен проводник прямоугольного сечения. Концы проводника, загнутые под углом 90°, проходят через отверстия, выполненные соосно в теле колодки и накладки так, что один конец проводника соединен с «плюсом» источника питания, «минус» источника питания соединен с «плюсом» амперметра, «минус» амперметра соединен со вторым концом проводника, образуя замкнутую электрическую цепь. Достигается повышение точности контроля изнашивания тормозных колодок. 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для контроля изнашивания рабочих поверхностей деталей и узлов, например, тормозных колодок транспортных средств.
Известно фрикционное изделие, содержащее каркас, фрикционный элемент, изготовленный из полимерного композитного материала, средство сигнализации износа фрикционного элемента, выполненного в виде подстилающего слоя фрикционной накладки с дискретно включенными частицами материала, создающего звуковой эффект при трении по металлической поверхности контакта [1].
К недостаткам данного устройства можно отнести то, что звук может быть нераспознан водителем во время движения транспортного средства из-за высокой зашумленности, имеющей место в городах, а также неправильно идентифицирован.
Наиболее близким по сущности является устройство информирования водителя о предельном износе тормозной накладки, содержащее барабан, тормозную колодку, содержащую основу, двухслойную фрикционную накладку, один из слоев которой имеет толщину, равную предельно допустимому износу накладки, а второй (основной рабочий слой тормозной накладки) отделен от первого токопроводящим слоем, являющимся ключом замыкания, напыленным на клеевую основу (изоляция от внешней среды) и состоящим из порошкового электропроводящего материала, который посредством токоприемника электрически соединен со световым и звуковым сигнализаторами износа. Световой индикатор устанавливается красной или оранжевой лампой на приборную панель в прямой видимости водителя, а звуковой сигнализатор устанавливается у левой верхней кромки лобового стекла либо на зеркало заднего вида, если таковое имеется [2].
К недостаткам данного устройства можно отнести то, что информирование водителя производится постфактум - когда необходимо срочно заменить колодки тормозной системы, являющиеся одними из элементов, определяющих безопасность транспортного средства.
Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке технического решения, предусматривающего информирование водителя о текущем износе тормозной накладки визуальным методом - посредством показаний датчика износа, выполненного, например, в виде амперметра.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в обеспечении своевременности и повышении точности предоставляемой в распоряжение водителя информации.
Сущность: уменьшение сечения проводника с током при его неизменной длине приводит к увеличению сопротивления проводника и, следовательно, уменьшению силы тока, проходящего через него.
Технический результат достигается тем, что устройство информирования водителя о текущем износе тормозной накладки содержит тормозной барабан и тормозную колодку с фрикционной накладкой. Фрикционная накладка содержит проводник прямоугольного сечения, максимальный размер которого - длина - расположен в рабочей плоскости накладки, контактирующей в процессе эксплуатации транспортного средства с поверхностью барабана, причем ориентация проводника на плоскости накладки по отношению к ее длине и ширине не имеет значения. При этом, один конец проводника соединен с «плюсом» источника питания, «минус» которого соединен с «плюсом» амперметра, а его «минус» - со вторым выходом проводника, замыкая тем самым электрическую цепь. Шкала амперметра может быть проградуирована в величине износа, выраженной, например, в миллиметрах, а также иметь цветные зоны, соответствующие нормальной, предельной и аварийной эксплуатации тормозной колодки.
На фиг. 1 изображена общая схема устройства для контроля изнашивания фрикционной накладки, где введены следующие обозначения:
1 - тормозная колодка;
2 - фрикционная накладка;
3 - проводник;
4 - источник питания;
5 - амперметр.
Фиг. 2 поясняет расчет изменения сопротивления R проводника 3, расположенного в теле фрикционной накладки 2, в процессе их совместного изнашивания.
На фиг. 3 приведен график изменения силы тока I в зависимости от изменения величины износа Δ по размеру b проводника 3.
Устройство состоит из тормозной колодки 1 с закрепленной на ней фрикционной накладкой 2, в теле которой - на ее рабочей поверхности - выполнен прямоугольный паз (не показан) с размерами, соответствующими размерам проводника 3, фиксируемого в этом пазу, например, с помощью клея (фиг. 1). Противоположные концы проводника 3, загнутые под углом 90°, проходят через два соосно выполненных в теле фрикционной накладки 2 и тормозной колодки 1 отверстия и соединяются с источником питания 4 и амперметром 5 таким образом, что один конец проводника 3 соединен с «плюсом» источника питания 4, «минус» которого соединен с «плюсом» амперметра 5, а его «минус» - со вторым концом проводника, замыкая электрическую цепь.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При соединении проводника 3 с источником питания 4 и амперметром 5 в замкнутой электрической цепи начинает течь ток Iнач. В процессе эксплуатации тормозной колодки 1 в составе тормозной системы транспортного средства происходит периодический контакт фрикционной накладки 2 с поверхностью тормозного барабана (не показан). Этот контакт вызывает износ поверхности фрикционной накладки 2 и уменьшение размера b проводника 3, зафиксированного в пазу фрикционной накладки 2. Изменение размера b приводит к уменьшению площади поперечного сечения S проводника 3 и согласно формуле (1) к увеличению сопротивления R проводника 3:
где ρ - удельное сопротивление проводника 3; 
- длина проводника 3; S - площадь поперечного сечения проводника 3.
В свою очередь, увеличение сопротивления R проводника 3 согласно закону Ома (2) приводит к уменьшению силы тока в цепи «проводник 3 - источник питания 4 - амперметр 5»:
где U - напряжение источника питания 4.
Таким образом, по снижению силы тока в электрической цепи, состоящей из проводника 3, источника питания 4 и амперметра 5, можно оценивать процесс изнашивания фрикционной накладки 2 тормозной колодки 1. При этом шкала амперметра 5 может быть проградуирована в единицах длины, например, в миллиметрах. Кроме того шкала амперметра 5 может иметь цветовые зоны, обеспечивающие улучшение визуального восприятия, например, зеленый - допустимый износ, красный - предельный износ.
На фиг. 3 приведен график снижения силы тока в зависимости от величины износа Δ (по размеру b) проводника 3. Расчет выполнен по формулам (1) и (2) при следующих значениях входящих в них параметров:
U=1⋅10-5 B;
a=5⋅10-3 м;
b=5⋅10-3 м;
=10⋅10-3 м;
ρ=1,72⋅10-8 Ом⋅м;
шаг износа Δ=5⋅10-4 м.
Ориентация максимального размера 
проводника 3 по отношению к длине и ширине фрикционной накладки 2 будет влиять на величину износа, однако она может быть учтена при тарировке амперметра 5.
Аналогичное устройство может быть применено для дисковых тормозов и других узлов и деталей, находящихся в непосредственном контакте и подвергающихся износу.
Применение данного устройства позволит повысить уровень безопасности транспортного средства в процессе его эксплуатации.
Источники информации
1. Патент №2270945 РФ, МПК7 F16D 69/09, 66/02, Фрикционное изделие / Бреус С.А., Снитенко А.В., Чернышев А.А., опубл. 27.02.2006 г.
2. Патент №2452880 РФ, МПК F16D 66/02, F16D 65/08, Устройство информирования водителя о предельном износе тормозной накладки / Николотов И.Н., Карцев Е.А., Кокорев Г.Д., Бышов Н.В., Борычев С.Н., Полищук С.Д., Успенский И.А., Юхин И.А., Волченков Д.А., опубл. 10.06.2012. Бюл.№16.
Устройство для контроля изнашивания тормозной колодки, взаимодействующей с тормозным барабаном и имеющей фрикционную накладку, отличающееся тем, что в теле фрикционной накладки на ее рабочей поверхности выполнен паз, в котором закреплен проводник прямоугольного сечения, при этом концы проводника, загнутые под углом 90°, проходят через отверстия, выполненные соосно в теле колодки и накладки так, что один конец проводника соединен с «плюсом» источника питания, «минус» которого соединен с «плюсом» амперметра, а «минус» амперметра - со вторым концом проводника, образуя замкнутую электрическую цепь.
