ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗНОСА В ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДКАХ
FORECASTING WEAR OF BRAKE LININGS

Изобретение относится к способу прогнозирования износа в тормозных накладках, особенно для рельсовых транспортных средств, и к устройству для осуществления способа.
Тормозные накладки фрикционных тормозных систем испытывают износ при использовании, из-за чего толщина накладок непрерывно уменьшается. Если толщина тормозной накладки уменьшается ниже ее специфицированной минимальной толщины, то она должна быть заменена, так как в противном случае в тормозной системе может произойти повреждение или снижение эффективности торможения.
Распознавание допустимой предельной меры требует текущего контроля толщины накладки способами, сопряженными с техническими, временными и финансовыми затратами. Кроме того, особенно в случае дорогостоящих металлокерамических накладок, важна точная оценки толщины накладки, чтобы избегать смены накладок до достижения соответствующих предельных значений износа и в полной мере использовать имеющийся резерв износа накладок.
При контроле тормозной накладки также следует учитывать возможный асимметричный износ, так называемый диагональный износ, так как в отношении этого явления также должны соблюдаться специфицированные предельные значения, при превышении которых может произойти снижение эффективности торможения.
Из ЕР 1 384 638 B1 известны устройство и способ для контроля функционального состояния или состояния износа тормозных накладок или тормозных дисков тормоза транспортного средства.
В соответствии с решением, раскрытым в этом документе, измеряются скорость скольжения между тормозными накладками и тормозным диском во время процесса торможения, температура фрикционных поверхностей по меньшей мере одной тормозной накладки и тормозное усилие во время процесса торможения, а также определяется время торможения процесса торможения, и из скорости скольжения, температуры, тормозного усилия, времени торможения, площади тормозных накладок, а также из специфических для материала параметров, таких как константа корреляции и экспонента, определяется износ тормозных накладок по истечении периода торможения.
В основе изобретения лежит задача уменьшить число необходимых датчиков для прогнозирования износа в тормозных накладках.
В соответствии с изобретением это достигается способом в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Соответствующее изобретению техническое решение имеет низкую техническую сложность и высокую надежность. Кроме того, оно может быть реализовано экономичным образом, поскольку отсутствуют дорогостоящие датчики.
За счет параметризации модели на эксплуатационных данных, обеспечивается тесная связь с реальностью и хорошая точность прогнозирования износа.
Кроме того, с помощью этой процедуры также непосредственно осуществляется проверка правильности модели.
Но также возможна параметризация модели с помощью стендовых испытаний.
Вычисление прогноза также возможно в отношении диагонального износа. Таким образом, с одной стороны, может обнаруживаться достижение предельных значений для диагонального износа, а с другой стороны, могут быть получены сведения относительно улучшений во фрикционной тормозной системе (например, оптимизация точки давления между накладкой и диском) для уменьшения диагонального износа.
Изобретение описано ниже более подробно со ссылкой на чертежи, на которых в качестве примера показано следующее:
Фиг. 1 - блок-схема для определения параметров материала и коэффициентов соответствующего изобретению соотношения для определения износа тормозных накладок и
Фиг. 2 - блок-схема для текущего прогнозирования оставшегося срока службы тормозной накладки при эксплуатации транспортного средства.
В соответствии с изобретением, износ тормозных накладок рельсовых транспортных средств определяется способом, при котором согласно соотношению
определяется скорость износа , при этом
С - общая константа
А - площадь накладки
р - давление прижатия
v - скорость скольжения
B
t - период торможения
Р - мощность торможения
Т - температура контакта пары трения
α - параметр материала для давления
β - параметр материала для скорости
γ - параметр материала для периода торможения
δ - параметр материала для мощности торможения
ε - параметр материала для температуры
B
Существенными факторами при определении скорости износа  являются площадь накладки А, давление прижатия р, скорость скольжения v и период торможения t. Использование температуры контакта Т и мощности торможения Р является опциональным, то есть, не обязательно требуемым.
B
В то время как площадь накладки А получается из конструктивных признаков тормоза, давление прижатия р, скорость скольжения v и период торможения t непрерывно определяются во время эксплуатации. Определение давления прижима р и скорости скольжения осуществляется из регистрации давления в цилиндре и скорости движения и вычислительного преобразования этих величин с применением геометрических и кинематических характеристик тормозной системы.
Температура контакта Т и мощность торможения Р могут определяться при доступности подходящих вычислительных моделей посредством моделирования и опционально применяться в вышеописанном соотношении. Если, при определенных условиях эксплуатации, одно или оба из указанных значений не доступны, это учитывается тем, что соответствующие параметры материала устанавливаются как ε, δ=0, и, таким образом, соответственно, относящиеся к ним переменные - температура контакта Т, мощность торможения Р - в вышеуказанном соотношении остаются бездействующими.
Определение параметров материала α, β, γ, δ, ε и общей константы С осуществляется во время испытательных пробегов или во время наблюдения при эксплуатации, которые выполняются в рассматриваемой маршрутной сети с помощью подходящих систем для регистрации давления в цилиндре и скорости движения, а также, опционально, оснащенного для моделирования температуры контакта Т и мощности торможения Р контрольного транспортного средства.
о
После каждого испытательного пробега, тормоза исследуются, и определяется полный фактический износ W, то есть, износ тормозных накладок во время этого пробега.
о
s
Определение параметров материала α, β, γ, δ, ε и общей константы С осуществляется итерационным способом, как показано на фиг. 1. Для этого измеренный полный износ W сравнивается с вычисленным общим износом W.
B
Для этой цели, результаты каждого испытательного пробега или каждого периода наблюдения во время наблюдения при эксплуатации, то есть определенные во время испытательного пробега в n временных шагах значения для давления прижима р, скорости скольжения v и периода торможения t и, опционально, также значения температуры T или мощности торможения Р соотносятся с периодом измерения.
sji
sji
skum
оkum
С основанным на эмпирических значениях первым выбором параметров материала α, β, γ, δ, ε затем для каждого момента i времени измерения каждого периода j измерения вычисляются нормированные общей константой C значения износа W/C и затем на этой основе путем суммирования значений износа W/C определяется совокупный нормированный полный износ W/C. Из него и соответствующего измеренного совокупного полного износа W затем согласно
оkum
skum
С=W/(W/C)
определяется значение для общей константы С.
С определенным таким образом значением общей константы С, из вычисленных нормированных значений износа для каждого периода измерения
sj
sji
W/C=Σ(W/C)
sj
оj
определяются вычисленные значения износа для каждого периода измерения W, сравниваются с измеренными значениями износа для каждого периода измерения W и отсюда определяется среднее отклонение
m=
j
Е(ΣΕ)/Ν, при j=1 … N
при
j
sj
oj
E=|W- W|
для соответствующего периода измерения.
k
skum
okum
Дополнительно, также определяются совокупные отклонения по всем периодам измерений E=|W- W| и прогнозируемое значение отклонения
p
max
sp
E=|W- W| при
m
k
p
m
k
p
Значения отклонения Е, Е, Е сравниваются с заданными максимальными значениями Е*, Е*, Е*, и только тогда, когда все три значения лежат ниже соответствующего связанного максимального значения, так что выполняется условие
m
m
k
k
p
p
Е< Е*^ Е < Е*^ Е < Е*,
способ завешается, и текущий выбор параметров материала α, β, γ, δ, ε используется для выполняемого в состоянии эксплуатации определения износа тормозных накладок рельсовых транспортных средств, сопоставимых с используемым для параметризации контрольным транспортным средством, с помощью соответствующего изобретению способа, представленного на фиг. 2.
Однако если по меньшей мере одно из упомянутых условий не выполняется, то способ повторяется с новым измененным набором параметров. Для итерационного вычислительного процесса используется численный способ, как он обычно применяется для решения нелинейных систем уравнений, такой, например, как так называемый Ньютонов способ или двоичный способ.
B
Как показано на фиг. 2, в состоянии эксплуатации, с периодическими временными интервалами типично 1-2 секунды, определяется давление прижатия р (из давления в цилиндре), скорость скольжения v (из скорости движения) и период торможения t, а также опционально, температура Т или мощность торможения Р.
Если при этом давление прижатия р превышает предварительно заданное значение р*, и, следовательно, указывается процесс торможения, который влечет за собой износ тормозных накладок, с известными теперь значениями параметров материала α, β, γ, δ, ε и константы С определяется скорость износа  в соответствии с соотношением:
и из нее в соответствии с выражением
определяется приращение износа ΔW, причем Δt обозначает временной интервал между двумя процессами регистрации данных или вычислительными процессами для прогнозного вычисления, и приращение износа ΔW обозначает износ в течение этого временного интервала.
n
n+1=
n
Из приращения износа ΔW и предыдущего износа W, согласно WW+ΔW вычисляется новое значение для износа и согласно
Bk
k
вычисляется средняя скорость износа , причем tобозначает период торможения, и W обозначает вычисленный износ процесса торможения k.
n+1
max
При значениях для средней скорости износа , действительного износа W и максимально допустимого износа W, теперь можно в соответствии с
BТ
определять полный период торможения t до требуемой смены накладки и соответственно согласовывать интервалы технического обслуживания транспортного средства.