ĐáNH GIá ĐặC TíNH Kỹ THUậT MA SáT VậT LIệU
COMPORIT CHế TạO GUốC HM KHI TRƯợT ở TốC Độ THấP PGS. TS. vũ duy lộc
KS. vũ thị hoài thu
Bộ môn Đầu máy - Toa xe - Trờng ĐH GTVT

Tóm tắt: Bi báo giới thiệu cơ sở lý luận lựa chọn vật liệu comporit chế tạo guốc hãm đảm
bảo giảm mi mòn mặt lăn bánh xe, độ cứng chống mi mòn guốc hãm lớn v ổn định hệ số
ma sát trong quá trình hãm.
Summary: This article presents the basic study of using composite materials to
manufacture brake shoes, which can reduce wheel - tread wear, stabilize the friction coefficient
and enhance significantly the brake performance. I. Đặt vấn đề
Sau nhiều năm nghiên cứu thực nghiệm
đã ghi nhận hệ số ma sát của một số guốc
hãm comporit không phù hợp với giá trị lý
thuyết và giá trị xác định theo đờng hãm thực
tế, đặc biệt khi ở tốc độ thấp. Vì vậy, bài báo
giới thiệu những đặc tính ma sát của guốc
hãm khi đoàn tầu chuyển động với tốc độ nhỏ
trớc lúc đoàn tầu dừng.
II. Nội dung
Những guốc hãm chế tạo từ vật liệu
comporit TP - 300 đa vào thí nghiệm sử
dụng cho toa xe hàng, loại TP - 303 sử
dụng cho toa xe khách. Thành phần hóa học
những guốc hãm chế tạo từ vật liệu comporit

0,3 ữ 1,5 m/giây, áp lực tác dụng tiêu chuẩn từ
0,1 ữ 1,1MPa. Liên tục cho guốc hãm chịu tải
sau khoảng 30 phút tiến hành đo nhiệt độ sinh
ra do ma sát bằng thiết bị chuyên dùng đặt
trong lỗ cách 0,5 mm từ bề mặt ma sát. Sau
120 phút xác định cờng độ mài mòn theo tiêu
hao khối lợng mẫu thử bằng phơng pháp
cân. Thí nghiệm thực hiện khi ma sát không
có bôi trơn.

Quan hệ hệ số ma sát vật liệu
TP - 300 với tốc độ trợt v đợc mô tả trên
đờng cong 1, 2 của hình 1.
Những thí nghiệm đã chứng minh hệ số
ma sát vật liệu guốc hãm loại TP - 303 ở
tốc độ trợt nhỏ thấp hơn 12 ữ 25% so với vật
liệu guốc hãm loại TP - 300, điều đó có
nghĩa rằng: việc nâng cao hàm lợng graphit
trong vật liệu guốc hãm comporit loại
TP - 303 hình thành trên bề mặt lăn bánh
xe một lớp mỏng có khả năng cản trợt thấp,
hệ số ma sát ổn định. Hệ số ma sát (t) ảnh
hởng nhỏ với sự thay đổi độ nhám bề mặt
tiếp xúc của vật thể. Nh vậy, khi sinh
nhiệt ma sát những lớp bề mặt comporit
đóng vai trò cơ bản, lợng nhiệt ma sát
sinh ra ở gần sát bề mặt ma sát đạt
300

Tăng tốc độ, nâng cao nhiệt độ lớp bề

Nâng cao hệ số ma sát
K
: khi tốc độ đạt
0,3 ữ 0,7 m/giây, theo quan sát ta nhận thấy
có quan hệ với xung phát nhiệt ở những đỉnh
của phần lồi tiếp xúc (tại các đỉnh gợn sóng)
và làm tăng tác dụng tơng hỗ giữa các phần
tử [4]. Khi v = 0,7m/giây có trị số hệ số ma sát
thấp hơn so với hế số ma sát tính theo lý
thuyết.
Hệ số ma sát vật liệu comporit loại
TP - 300 phụ thuộc tốc độ trợt đợc mô tả
trên đờng cong 3, 4 của hình 1.
1
2
34

K
0,6
0,5
0,4
0,3
0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 V
(
m/
g
iâ
y)
Hình 1. ảnh hởng tốc độ trợt nhỏ với hệ số ma sát
Vật liệu comporit Thép bánh xe

tăng tải trọng tác dụng lên guốc hãm làm tăng
chậm diện tích tiếp xúc thực tế. Theo nguyên
nhân này sẽ làm tăng lực ma sát liên kết giữa
các phần tử, làm giảm hệ số
K
. Khi P
o
> 1 hệ
số ma sát thay đổi rất nhỏ.
Đờng cong 1,2,3: loại vật liệu TP-300;
Đờng cong 4,5: loại vật liệu TP-303.
Đờng cong 1,4: khi v = 0,3m/giây;
Đờng cong 2,5: khi v = 0,6m/giây;
Đờng cong 3: khi v = 1,5m/giây.
ổn định hệ số ma sát trong điều kiện cho
trớc phụ thuộc hai yếu tố:
- Hệ số
K
giảm do những nguyên nhân
mô tả ở trên.
- Hệ số
K
tăng lên do tăng áp lực trong
một dải lớn sẽ làm tăng nhiệt độ và diện tích
tiếp xúc thực tế.
Hệ số ma sát vật liệu comporit loại
TP - 303 phụ thuộc áp lực P
o
đợc mô tả
bởi đờng cong 4,5 (xem hình 2) ở tốc độ lớn

o
), đặc biệt khi áp lực
P
o
> 0,5MPa. Đối với chế độ tải trọng
lớn, nhiệt độ ở vùng ma sát tăng, diện
tích những vệt tiếp xúc thực tế tăng và
phá hủy mỏi bề mặt ma sát chậm, bắt
đầu hình thành mài mòn bám dính. Khi
P
0
> 0,3MPa vật liệu comporit không
có khả năng làm việc sau 10 ữ 15 phút
ma sát. Trong quá trình thực nghiệm
cho thấy, thời gian hãm xẩy ra nhỏ nên
trong những tốc độ trợt có vị trí ở thời gian
bắt đầu hãm đoàn tầu, khoảng thời gian biến
dạng dẻo xuất hiện rất sớm.
K
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 P
o
Vật liệu comporit TP - 303 có khả
năng chịu mài mòn cao (xem hình 4). Giá trị
cờng độ mài mòn của vật liệu TP - 303:
Khi tốc độ trợt v = 0,3m/giây thấp hơn

nâng cao nhiệt độ những lớp bề mặt của vật
thể tiếp xúc, thúc đẩy quá trình ôxy hóa thép
chế tạo bánh xe làm tăng xác suất hình thành
liên kết bám dính.
Giả th
cặp bánh xe.
ệu chế
tạo g
ã chứng minh
cờn
Bề mặt ma sát lăn sau khi mài mòn là
nhữn
iết rằng khi tốc độ trợt thấp hơn
1m/g
nh 5
phù
độ
trợt làm tăng d
0 0,2 0,4 0,6 0,8
vật liệu má sát guốc hãm
khôn
g chỉ xuất phát từ điều kiện, khả năng
chống mài mòn cao, đảm bảo hệ số ma sát
cho trớc, tính ổn định của hệ số ma sát trong
quá trình hãm, mối quan hệ giữa tải trọng và
tốc độ mà còn khả năng giảm sự phục thuộc
vào trạng thái môi trờng xung quanh.
Yêu cầu quan trọng nhất là vật li
uốc hãm có khả năng giảm mài mòn mặt
lăn bánh xe. Rõ ràng rằng nhiệt độ cao, ứng

Đờng cong 2: khi v = 0,6m/giây;
Đờng cong 3: khi v = 1,5m/giây.
iây, nhiệt độ bề mặt trung
bình ở vị trí tiếp xúc giữa thép
bánh xe và vật liệu comporit là
300
o
C, tiếp tục tăng đến nhiệt độ
bốc lửa trên những vệt tiếp xúc thi
thực tế có thể không chỉ làm biến
đổi pha mà nhiệt độ đó còn gần
với nhiệt độ nóng chảy.
Đờng cong 1 trên hì
1
2
3
1
P
o
(
MPa
J
h
.10
-8
6
4
2
Hình 4. Quan hệ cờng độ mi mòn vật liệu comporit
TP-300 phụ thuộc áp lực P

đối với vật liệu TP-300 quan hệ không
tuyến tính. Tăng áp lực P
o
đến 0,4MPa kéo
theo tăng chậm hệ số ma sát, tiếp tục tăng P
o

hệ số ma sát giảm.
Cờng độ mài mòn guốc hãm comporit
và thép bánh xe tăng khi nâng cao áp lực P
o
,
đặc biệt là khi tăng tốc độ ma sát. Cờng độ
mài mòn thành phần cặp ma sát bánh xe thép
với vật liệu comporit loại TP-303 giảm
đáng kể so với cặp ma sát bánh xe thép với
vật liệu comporit loại TP-300.
Guốc hãm chế tạo từ vật liệu comporit
loại TP-303 gây nên mài mòn bánh xe
nhỏ, độ cứng chống mài mòn lớn, ổn định hệ
số ma sát trong quá trình hãm.
0
0,3 0,6 0,9 1,2 1,5
V
(
m
/
g
iâ
y)

[3]. ..; ...
. : ,
1999 - 376
[4]. ..
--, 1977.528
[5]. ..
.:
1985 240Ă