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红外热像技术应用于刹车制动盘温度场特征

红外热像技术应用于刹车制动盘温度场特征

Xtecher原创 丨 行业洞察

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2017-09-19

T-MEN

Xtecher特稿作者

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       盘式制动作为摩擦制动的主要方式之一,已经被广泛应用于各种车辆及设备的制动系统中,车辆高性能的制动能力一定是出自性能优越的制动系统。车辆制动时,由制动盘和闸片组成的摩擦副,在较短时间能将车辆运动的机械能转变成热能消耗掉,从而达到车辆制动的目的。

随着如今车辆的增多,道路的日益拥堵,制动系统每天被无数次的反复使用,作为车辆关键零件的制动盘,由于受不均匀温度和应力循环的作用,导致制动盘热裂纹的发生和恶化,最终导致制动盘失效。因此,准确测定制动盘所能承受的热载荷和热分布,对于制动盘的散热设计及制动盘失效行为研究,具有非常重要的意义。

常规的热载荷及热分布的测定方式大体上可分为接触式测量及非接触测量两大类。

接触式测量较常规的测量工具为K型热电偶,较精准的测量工具有Pt型热电偶,不过制动盘为高速运动机构,接触式测量方案无法实时反映并记录整个制动盘面的温度从制动开始至制动结束,这一制动过程中的整个盘面的温度变化趋势。只能在制动完成后挑选部分区域及点位做温度记录;

非接触式测量较常规的测量工具为红外点温枪,红外点温枪通过非接触的方式来测量制动盘表面某个区域或点位的红外辐射能量并换算成温度,解决了接触式测量需与被测物直接接触的问题,可实时对制动盘进行温度测量;但是缺点是不够直观,不够全面,无法知道整个制动盘面的热梯度的真实状况。

非接触式测量的另一种技术为红外热成像技术,近代随着红外非制冷凝视成像技术的迅猛发展,低成本和高性能的红外热像技术被广泛应用于各种需要测试温度分布的场合。其中,对于制动盘的热载荷及热分布的测试,因为红外热像技术的应用而变得简单和直观(1.1图例),且测试结果更为精准,为解决制动盘散热设计及失效行为研究带来极大帮助。

1.png

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红外热像测试装置

红外热像测试装置采用上海热像机电科技股份有限公司(IRS)生产的IRS-336型在线式红外热像仪及RDIRs专业热像分析软件,可实时采集、测量、分析、对比、记录制动系统的热载荷及热分布梯度的全辐射红外视频图像[1]。

红外热像测试装置的选择,主要考虑以下几点:

1、 有效红外分辨率;

2、 较高的温度灵敏度;

3、 可满足要求的温度量程段;

4、 实时全辐射红外视频的录制帧频速率;

5、 光学镜头的角度;

6、 材料发射率及环境温度及外部光学温度参数均可调整;

7、 软件必需具备分析、测量、记录、回放及对比功能;

红外热像测试方案

1、 需了解制动盘的合金成份并记录下来;

2、 记录制动盘的外径尺寸、内径尺寸、厚度尺寸、及已运行公里数、制动初速度、车轮直径、摩擦半径、轴重等关键参数;

3、 制动试验前建议先进行磨合试验,磨合速度可根据应用及需求速度选定,通过磨合使制动盘和闸片的接触面积超过80%;

4、 磨合完成后,可选定若干个制动初速度段进行多次制动并记录每次制动时的制动盘的热分布红外视频(包含温度数据的全辐射视频);

5、 需记录每次制动不同阶段的盘面温度的分布及热梯度状态(如2.1例表);

6、 需记录制动盘制动后的温度随时间的变化曲线;

7、 需对比并记录不同制动初速度下的制动盘散热所需的时间;

8、 计算出各种制动初速度下,不同阶段的温升速率并记录下来;

 

温度分布形态

发生时间

所处位置

热梯度特征

最高温度

多条带状

制动开始

靠近外径

带状区域是盘面相对高温区,盘面整体温度较低

482.8

面状

制动中期

整个盘面

若干高温散布于盘面,盘面整体温度较高

376.6

团状

制动后期

制动半径周围

温度从团状热斑中心开始向四周扩散,温度降低

276.1

条线状

制动结束

内径及中部

温度进一步降低,盘面逐步完成冷却散热

192.2


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