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जब बात उच्च गति प्रदर्शन के लिए डिज़ाइन किए गए ब्रेक पैड्स की होती है, तो सही सामग्री मिश्रण खोजना बेहद महत्वपूर्ण होता है। आदर्श यौगिक को घर्षण को संभालना पड़ता है बिना ओवरहीट हुए, दबाव के तहत शक्ति बनाए रखनी पड़ती है, और मूल रूप से कठिन परिस्थितियों में भी खराब नहीं होना पड़ता। अर्ध-धातु मिश्रण वाले विकल्प स्टील और तांबे के तंतुओं के साथ विभिन्न बाइंडिंग एजेंटों को मिलाकर अपनी शक्ति प्राप्त करते हैं। ये 120 मील प्रति घंटे से अधिक की गति पर भी अच्छा काम करते हैं, जहां सामान्य ब्रेक विफल होने लगते हैं। सिरेमिक ब्रेक पैड्स रोटर्स पर पहनावा कम करने और अप्रिय कर्कश ध्वनियों को कम करने के लिए प्रबलित सिरेमिक संरचनाओं का उपयोग करके एक अलग दृष्टिकोण लेते हैं। कुछ उन्नत संस्करणों में कार्बन तंतुओं का भी उपयोग किया जाता है, जिससे वे 1800 डिग्री फारेनहाइट तक के तापमान का सामना कर सकें पहले टूटने से। गंभीर रेसिंग उपयोग के लिए, निर्माता अक्सर धातु मिश्र धातुओं के साथ कुछ कार्बनिक रालों को जोड़ने वाले विशेष मिश्रणों का उपयोग करते हैं। यह संयोजन ड्राइवरों को उनके सबसे ज्यादा आवश्यकता होने पर अर्थात् तीव्र ब्रेकिंग के क्षणों में अधिकतम स्टॉपिंग पावर प्रदान करता है।
| सामग्री प्रकार | घर्षण स्तर | गर्मी का प्रतिरोध | सबसे अच्छा उपयोग | शोर स्तर |
|---|---|---|---|---|
| अर्द्ध धातु | उच्च (0.4–0.5 μ) | मध्यम | जोशपूर्ण सड़क ड्राइविंग | मध्यम |
| चीनी | मध्यम (0.3–0.4 μ) | उच्च | दैनिक सफर | कम |
| कार्बन-सिरेमिक | परिवर्तनशील (0.35–0.6 μ) | अत्यधिक | सुपरकार/ट्रैक उपयोग | न्यूनतम |
| रेसिंग कंपाउंड | आक्रामक (0.5–0.7 μ) | बहुत उच्च | प्रतिस्पर्धी मोटर खेल | उच्च (भार के तहत) |
सेमी-मेटैलिक और रेसिंग पैड में उच्च घर्षण गुणांक तुरंत बाइट प्रदान करते हैं लेकिन रोटर पहनने को तेज करते हैं। सिरेमिक पैड सुचारु संलग्नकता और उत्कृष्ट फेड प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जो उच्च गति वाले स्थानों के लिए आदर्श बनाते हैं। कार्बन-सिरेमिक प्रणाली घर्षण प्रदर्शन को समायोजित करती है, 15 या अधिक लगातार कठिन स्थानों के बाद भी निरंतरता बनाए रखती है।
जब बात लंबी दूरी पर उच्च गति ब्रेकिंग की होती है, तो हमें वास्तव में ऐसी सामग्री की आवश्यकता होती है जो अच्छी घर्षण प्रगति दर्शाती हो और गर्मी को प्रभावी ढंग से संभाल सके। रेसिंग समुदाय ने पाया है कि हाल ही में किए गए प्रदर्शन परीक्षणों में, सामान्य ब्रेक पैड यौगिकों की तुलना में, तांबे से संतृप्त मैट्रिक्स के साथ बने पैड ब्रेक फेड को लगभग 40 प्रतिशत तक कम कर देते हैं। फिर भी, 150 मील प्रति घंटे से अधिक की गति से चलने वाली कारों के लिए कार्बन सिरेमिक ब्रेक से बेहतर कुछ भी नहीं है। ये सिस्टम बस गर्मी के प्रबंधन की अविश्वसनीय क्षमता रखते हैं और ये पारंपरिक विकल्पों की तुलना में काफी हल्के भी होते हैं, जो इन्हें ट्रैक कार्य के लिए जाने वाला विकल्प बनाता है, भले ही इनकी कीमत अधिक हो।
तेज़ गाड़ियों पर ब्रेक पैड्स को अक्सर ड्राइवरों द्वारा ज़ोर से ब्रेक लगाने पर 650 डिग्री सेल्सियस से अधिक गर्मी का सामना करना पड़ता है। यदि ये पुर्ज़े इतनी तीव्र गर्मी का सामना करने के लिए नहीं बनाए गए हैं, तो घर्षण सामग्री को कुछ ऐसे ग्लेज़िंग नामक प्रक्रिया से नुकसान पहुँचने लगता है। यह तब होता है जब सतह बहुत अधिक गर्म हो जाती है और एक कठोर बाहरी परत बनाती है, जिससे गाड़ी को रोकना वास्तव में मुश्किल हो जाता है। अन्य समस्याएँ भी हैं। चरम तापमान धातु को विकृत आकार दे सकता है और सामान्य से कहीं अधिक तेज़ी से पहनने का कारण बन सकता है। रेस टीमों के लिए, इसका मतलब हर साल ब्रेक की मरम्मत करने पर अधिक पैसा खर्च करना पड़ता है बजाय नए ब्रेक खरीदने के।
सिरेमिक-प्रबलित संयुक्त पदार्थ अपनी अपरूपण शक्ति का 92% हिस्सा 800°C पर बनाए रखते हैं, जो पारंपरिक अर्ध-धात्विक पैड्स से 34% बेहतर है, जैसा कि कॉम्पोज़िट्स साइंस के जर्नल .
200 किमी/घंटा से अधिक की रफ्तार से लगातार ब्रेक लगाने पर अधिकांश प्रणालियों की तुलना में गर्मी तेजी से उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप ब्रेक फेड —घर्षण दक्षता में खतरनाक गिरावट।
| सामग्री | फेड थ्रेशोल्ड (°C) | 600°C पर 10 सेकंड के बाद रिकवरी समय |
|---|---|---|
| अर्द्ध धातु | 500 | 45 सेकंड |
| कार्बन-सिरेमिक | 850 | 12 सेकंड |
कार्बन-सिरेमिक पैड मोटरस्पोर्ट के वातावरण में उत्कृष्ट प्रदर्शन करते हैं इसका ऊष्मा अवशोषण प्रतिरोध , बार-बार उच्च-ऊर्जा वाले ब्रेक लगाने के बाद भी स्थिर घर्षण बनाए रखते हुए।
आधुनिक उच्च-तापमान वाले ब्रेक पैड उपयोग करते हैं स्तरित संयुक्त सामग्री शामिल हैं:
ये नवाचार प्रणाली के अधिकतम संचालन तापमान को एकल-सामग्री वाले पैड की तुलना में 28% तक कम कर देते हैं , प्रोटोटाइप प्रणालियों के ट्रैक परीक्षण में यह प्रदर्शित किया गया है।
शीर्ष गति पर ब्रेक काम करने के मामले में अच्छा ऊष्मा स्थानांतरण बहुत महत्वपूर्ण है। जब सामग्री ब्रेक पैड के डिस्क पर रगड़ने के स्थान से गर्मी को तेजी से उसके पीछे की धातु की पीठ की ओर स्थानांतरित कर सकती है, तो परीक्षणों से पता चलता है कि 2024 में साइंसडायरेक्ट के अनुसार यह विकृत रोटर्स में लगभग 38% की कमी करता है। सिरेमिक सब्सट्रेट्स के लिए नए डिज़ाइन भी काफी अंतर ला रहे हैं। कुछ निर्माताओं ने थर्मोइलेक्ट्रिक अध्ययनों से प्राप्त विचारों के आधार पर विशेष शीतलन चैनलों को शामिल करना शुरू कर दिया है। ये विशेषताएं ब्रेकिंग सिस्टम को 200 मील प्रति घंटे से अधिक की गति से आने के बाद भी ओवरहीट होने से रोकती हैं, जो ठीक उतना ही है जितना रेसर्स को सबसे अधिक आवश्यकता होती है।
| सामग्री | थर्मल चालकता (W/m·k) | अधिकतम संचालन तापमान (°सेल्सियस) | फेड रेसिस्टेंस स्कोर* |
|---|---|---|---|
| अर्द्ध धातु | 45–55 | 650 | 6.8/10 |
| सिरामिक कंपाउंड | 60–75 | 800 | 8.9/10 |
| *150 मील प्रति घंटे से 15 लगातार कठिन स्टॉप्स से अधिक ट्रैक सिमुलेशन पर आधारित |
सिरेमिक कॉम्पोजिट अत्यधिक भार के तहत 25-35% अधिक ऊष्मा चालकता बनाए रखते हैं, जो लंबे समय तक उच्च गति ब्रेकिंग के दौरान पेडल की स्थिरता में सुधार करता है।
2024 में स्थायित्व रेसिंग प्रोटोटाइप के विश्लेषण से पता चला कि सिरेमिक ब्रेक पैड लगातार 10 लैप के बाद अपने प्रारंभिक घर्षण गुणांक का 92% हिस्सा बरकरार रखते हैं, जबकि सेमी-मेटैलिक प्रकार के घर्षण गुणांक में 22% की कमी आती है। इन्फ्रारेड इमेजिंग से पता चला कि सिरेमिक पैड ऊष्मा संतुलन की स्थिति 40% तेजी से पहुंचते हैं, जिससे गर्मी का समान वितरण होता है और स्थानीय "हॉट स्पॉट्स" को रोका जाता है और पैड का जीवनकाल बढ़ जाता है।
तापमान सीमाओं में स्थिर घर्षण, उच्च गति वाले ब्रेकिंग के लिए महत्वपूर्ण है। कार्बन-सिरेमिक यौगिक 800°C पर भी 0.45 से अधिक घर्षण गुणांक बनाए रखते हैं, जो 150+ मील/घंटा से विश्वसनीय धीरे होने की अनुमति देता है। 2024 SAE International के एक अध्ययन में पाया गया कि हाइब्रिड ग्रेफाइट-मैट्रिक्स पैड ने दोहराए गए 100–0 मील/घंटा के स्टॉप के दौरान पारंपरिक अर्ध-धात्विक डिज़ाइनों की तुलना में घर्षण भिन्नता को 22% तक कम कर दिया।
सिंटर्ड धातु पैड 120 मील/घंटा पर स्टॉपिंग दूरी को 15% तक कम कर देते हैं, लेकिन रोटर वियर को 40% (FISITA 2023) तक बढ़ा देते हैं। सिरेमिक विकल्प एक संतुलित समाधान प्रदान करते हैं, जिनमें 0.38 और 0.42 के बीच घर्षण गुणांक और 30% कम क्षारीय वियर होता है - सड़क-कानूनी प्रदर्शन वाहनों के लिए आदर्श, जिन्हें प्रतिक्रिया और लंबे समय तक चलने की आवश्यकता होती है।
उत्पादन स्पोर्ट्स कारों के ब्रेक पैड के मूल्यांकन से पता चला कि 100 मील प्रति घंटे की रफ्तार से तीन बार तेजी से ब्रेक लगाने के बाद जैविक ब्रेक पैड को अपने घर्षण बल का 35% से अधिक नुकसान हुआ। इसके विपरीत, टंगस्टन-कार्बाइड से सुदृढ़ित मोटरस्पोर्ट्स व्युत्पन्न ब्रेक पैड ने समान परिस्थितियों के तहत ±5% घर्षण स्थिरता बनाए रखी, जो 200+ मील प्रति घंटा की गति वाली हाइपरकार के लिए उपयुक्तता की पुष्टि करती है।
ट्रैक उपयोग के लिए उच्च-तांबा धात्विक पैड 0.55 तक का घर्षण मान प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन 1,000 मील प्रति 2.5 मिमी की दर से पहने जाते हैं—अक्सर मात्र 3–5 इवेंट के बाद ही प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है। आधुनिक कार्बन-सिरेमिक मैट्रिक्स अब 0.48–0.52 μ के साथ-साथ 1,000 मील प्रति 0.8 मिमी तक की न्यूनतम पहनने की दर प्रदान करते हैं, जो ड्यूल-उद्देश्य प्रदर्शन वाहनों में टिकाऊपन के लिए नए मानक निर्धारित कर रहे हैं।
उच्च गति वाली ब्रेकिंग ब्रेक पैड को अत्यधिक तापीय तनाव से गुजरना पड़ता है, जिसमें तापमान सीमा पार हो जाती है 650°C (मोटरस्पोर्ट इंजीनियरिंग जर्नल 2023) . SAE J2689 परीक्षण 240–0 किमी/घंटा तक की बार-बार आवृत्ति को मापने के लिए घिसाई का आकलन करता है:
| ब्रेक पैड का प्रकार | औसत घिसाई दर (मिग्रा/रुकना) | अधिकतम तापमान प्रतिरोध |
|---|---|---|
| कार्बन-सिरेमिक | 12.7 | 1,100°C |
| रेसिंग-ग्रेड | 18.9 | 950°C |
गतिशील डायनेमोमीटर परीक्षण दर्शाता है कि कार्बन-सिरेमिक पैड में स्थिरता बनी रहती है 93% घर्षण स्थिरता 1,000 उच्च-ऊर्जा ब्रेक लगाने के बाद, जिससे अर्ध-धात्विक विकल्पों की तुलना में 79% तक कम घिसाव होता है।
कार्बन-सिरेमिक पैड उपयोग करते हैं 3D-प्रबलित कार्बन मैट्रिक्स जो पारंपरिक संयोजनों की तुलना में 41% तक घर्षण से होने वाले नुकसान को कम करता है (फ्रॉनहॉफर संस्थान 2022)। रेसिंग यौगिक अपनी स्थायित्व को बरकरार रखने के लिए स्तरित निर्माण का उपयोग करते हैं:
ऑटोमेकर्स स्लॉटेड रोटर डिज़ाइन और अन्य ट्रैक-सिद्ध तकनीकों को अपनाना जारी रखते हैं मल्टी-डेंसिटी घर्षण परतें प्रदर्शन मॉडल में। 2023 की ऑटोमोटिव इंजीनियरिंग की एक सर्वेक्षण में पाया गया कि oEMs में से 78% अब मोटरस्पोर्ट से प्राप्त ब्रेक पैड फॉर्मूलेशन का उपयोग कर रहे हैं, जो पारंपरिक डिज़ाइनों की तुलना में सेवा जीवन को 32–50% तक बढ़ा देते हैं।
परीक्षण नोट: वास्तविक दुनिया की टिकाऊपन मीट्रिक्स प्रयोगशाला सिमुलेशन के साथ-साथ परिवर्तनीय भार और आर्द्रता स्थितियों के तहत 20,000 किमी से अधिक के परीक्षण पथ और सड़क परीक्षणों को जोड़ती हैं।
उच्च-प्रदर्शन ब्रेक पैड में अक्सर सेमी-मेटैलिक, सिरेमिक, कार्बन-सिरेमिक और विशेष रेसिंग यौगिकों का उपयोग किया जाता है। इन सामग्रियों का चयन उनकी उच्च घर्षण और तापमान स्तरों को संभालने की क्षमता के लिए किया जाता है।
ऊष्मा प्रतिरोध महत्वपूर्ण है क्योंकि उच्च गति से ब्रेक लगाने पर तीव्र ऊष्मा उत्पन्न होती है, जिससे ब्रेक सामग्री का ग्लेज़िंग और पहनावा हो सकता है यदि वह ऐसे तापमान का सामना नहीं कर सकती।
सिरेमिक ब्रेक पैड सुचारु संलग्नता और फेड के प्रति उच्च प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जबकि सेमी-मेटेलिक विकल्प अधिक त्वरित बाइट प्रदान करते हैं लेकिन रोटर पहनने को तेज कर सकते हैं।
ब्रेक फेड घर्षण दक्षता में एक खतरनाक गिरावट है जो ब्रेक के अत्यधिक गर्म होने पर होती है, अक्सर निरंतर उच्च गति ब्रेकिंग के दौरान।
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