Influência do sistema e do material de atrito sobre o curso (stroke) do atuador pneumático de um freio a disco por acionamento a ar

Abstract

A capacidade de frenagem em reduzir a velocidade ou mesmo manter o veículo parado é extremamente importante no projeto de qualquer sistema de freio, pois mais do que atender às exigências da legislação, afeta diretamente a operação segura do veículo e seus usuários. Um componente fundamental, que requer atenção, é o material de atrito, que se destina a estabelecer um compromisso entre propriedades mecânicas, coeficiente de atrito, propensão a ruídos, deformação, desgaste, entre outros. No entanto, a capacidade de frenagem é uma resposta combinada de várias dessas propriedades do material de atrito, juntamente com o desempenho de outros componentes do sistema de freio, como a câmara de freio, disco e cáliper. Este trabalho tem como objetivo investigar a influência do efeito da velocidade, temperatura, flexibilidade abaixo da superfície, desgaste irregular e parcial do material de atrito sobre a variação do curso da haste da câmara de freio (stroke) de um modelo de freio a disco com acionamento a ar (Air Disc Brake – ADB) da linha pesada quando submetido à condição de operação dinâmica do freio, ou seja, com o giro do disco de freio. Para isso, serão consideradas duas formulações distintas (A e C) e uma única geometria de pastilha (PD/196) específica para esse modelo de ADB. Dois procedimentos de testes foram executados em dinamômetro: (i) procedimento para avaliação do free stroke e flexibilidade do cáliper/pastilha e (ii) ensaio dinâmico, com uma rotina de etapas em velocidades de 60 e 100 km/h e temperaturas variando de 100 °C a 600 °C. Estes procedimentos foram organizados em 03 grupos de ensaios. Cada grupo de ensaio é responsável por responder por alguns dos 06 objetivos específicos deste trabalho. Verificou-se que, individualmente, algumas características das formulações podem afetar no comportamento do stroke, no entanto, ao final do trabalho, a combinação de uma formulação do tipo A com características específicas de baixa compressibilidade a frio, níveis de desgastes parciais elevados, desgaste irregular elevado, tendem, apesar da baixa flexibilidade (maior rigidez) do bulk da formulação A, a comprometer o funcionamento adequado do mecanismo de ajuste do freio, provocando um aumento nos níveis de stroke dinâmico ao longo do ensaio. Analogamente, em veículo, esse acréscimo de stroke pode até mesmo ser percebida pelo motorista em função do aumento de curso do pedal de freio.

The braking capacity of reducing the speed or even keeping the vehicle stoped is extremely important in the design of any brake system, as more than meeting legislation requirements; it directly affects the safe operation of the vehicle and its users. A fundamental component, which requires attention, is the friction material, which is designed to establish a compromise between mechanical properties, friction coefficient, noise propensity, deformation, wear, among others. However, braking capacity is a combined response for several of these friction material properties, along with the performance of other brake system components, such as the brake chamber, disc and cáliper. This work aims to investigate the influence of the effect of speed, temperature, flexibility below the surface, irregular and partial wear of the friction material on the variation of the air brake push rod travel (stroke) of an Air Disc Brake (ADB) of the heavy line when subjected to the dynamic operating condition of the brake, that is, with the rotation of the brake disc. For this, two different formulations (A and C) and a single brake pad geometry (PD/196) specific to this ADB model will be considered. Two test procedures were performed on a dynamometer: (i) procedure for evaluating the free stroke and brake pad/caliper flexibility and (ii) dynamic test, with a routine of steps at speeds of 60 and 100 km/h and temperatures ranging from 100 °C to 600°C. These procedures were organized in 03 test groups. Each test group is responsible for responding to some of the 06 specific objectives of this work. As a result, it was verified that individually, some characteristics of the formulations can affect the behavior of the stroke, however, at the end of the work, the combination of a type A formulation with specific characteristics of low cold compressibility, high levels of partial wear, high irregular wear, tend, despite the low flexibility (greater rigidity) of the bulk of formulation A, to compromise the proper functioning of the brake adjustment mechanism, causing an increase in the levels of dynamic stroke throughout the test. Similarly, in a vehicle, this increase in stroke can even be perceived by the driver as a result of the increase in the travel of the brake pedal.