Жоғары жылдамдықты көліктер үшін тежегіш колодкасына қандай қасиеттер идеалды етіп сипаттайды?

Тежеу Колодкасы Материалдары мен Жоғары Жылдамдықты Өнімділік

Тежеу Колодкасының Құрамы мен Материалдық Қасиеттерін Түсіну

Бүгінгі тауарлардың жоғары жылдамдықпен тежеу жүйелері үйкеліс жасау қабілеті мен қызуға төтеп бере алу қабілеті арасында дұрыс тепе-теңдік орнататын материалдарды қажет етеді. Керамикалық тежеу бөлшектері мыс талшындарын керамикалық бөлшектермен араластырады, сондықтан олар 1200 градус Фаренгейтке дейінгі температураны шыдай алады және ұстап тұру қабілетін жоғалтпайды. Жартылай металл жастықтары басқаша жұмыс істейді, өйткені олар температураны тез шашырататын болат пен шойын құрылымдарын қамтиды, бұл жүргізушілер тежеуішті қайта-қайта басқан кезде ерекше маңызды болып табылады. Жарыс қолданбалары үшін қысым астында байланысқан вольфрам матрицаларын пайдаланатын синтерленген металды нұсқалар кең таралған. Олар 0,55 мю көрсеткішінен аспайтын үйкеліс деңгейін 1600 градус Фаренгейтке дейінгі температурада сақтап қалады, бұл күнделікті пайдаланылатын көшеттік тежеуіштерге қарағанда жылуға төзімділігін 32 пайызға арттырады. Бұл жол жағдайларында экстремалды температура күнделікті операцияның бөлігі болып табылатын жол жағдайларында ерекше маңызды.

Керамикалық және жартылай металл тежеуіш жастықтары: салыстырмалы талдау

Тестілеу нәтижелері әртүрлі орындау профилдерін көрсетеді (1-кесте):

Жартылай металдық табаналар жылдам жылу шашырауын қажет ететін жоғары өнімділік жағдайларында жақсы көрсетіледі, бірақ олардың роторды 250% артық тозуы жиірек техникалық қызмет көрсетуді талап етеді.

Жоғары жылдамдықты жағдайларда әрекет ету үшін синтерленген металдық тежеу табаналары

Кәсіби жарыстарда қолданылатын синтерленген металдық табаналар қабатталған вольфрам-көміртегі құрылымдары арқылы 1 600°F (871°C) температурада 0,55–0,60 ¼ үйкеліс коэффициентін сақтайды. Олар 150 миль/сағ (241 км/сағ) астам жылдамдықтарда керамикалық табаналарға қарағанда 18% қысқа тоқтау арақашықтығын қамтамасыз етеді. Алайда, олардың өте қаттылығы ротордың тозуын 300% дейін жылдамдатады, оны шектеулі уақыт аралықтарында ғана пайдалануға мүмкіндік береді.

Жоғары өнімділікті тежеу табаналарының материалдық құрамы үйкеліс деңгейлеріне қалай әсер ететіні

• Бакыр-керамикалық қоспалар : 400–1 000°F (204–538°C) аралығындағы үйкеліс ауытқуы ±2%
• Темір көп құрамды жартылай металдық табаналар : Керамикалық табаналарға қарағанда 18% күшейтілген бастапқы ұстау күшін ұсынады, бірақ 10+ рет 1 000°F (538°C) циклдарынан кейін үйкелістің 22% кемуіне ұшырайды
• Синтерленген қорытпалар : Үш еселенген жылу циклдары бойынша үйкеліс тұрақтылығы ±1,5% (SAE J2682 стандарты)

Материал тығыздығы мен металдың мөлшері жылу сіңіруіне тікелей әсер етеді. Мысқа байытылған конструкциялар жылдам тежеу кезінде 41% тежеу құралдарының қатты бетінің балқу қаупін азайтады.

Жылдам тежеу кезіндегі жылу шашылуы мен жылу реттеу

Тежеу құралдарындағы жылу шашылуының ғылыми негіздері

Тиімді жылу реттеуі жоғары өнімділікті тежеу құралдарын стандартты нұсқалардан ажыратады. 150 миль/сағ жылдамдықтан тежеу кезінде 1200°F (649°C) температурадан жоғары жылу бөлінеді, бұл төменгі сапалы материалдардың деформациялануына жеткілікті. Күрделі қорытпалар сияқты күйдірілген қорытпалар микрон деңгейіндегі қуыстар арқылы роторлардан жылуды шығару арқылы термиялық кернеуді 30% азайтады (Khatir және т.б., 2022).

Қатты тежеу мен термиялық циклдау кезіндегі тежеу құралдарының тұрақтылығы

Жиі қайталанатын жылдам тежеулер төменгі сапалы материалдардың термиялық циклдауға ұшырап жарылуына әкеліп соғады. Зертханалық сынақтар көрсеткендей, вормикулярлы шойыннан жасалған тежеу құралдары 500-ден астам циклда тез қыздыру (1000°F (538°C)) мен суытуға дейін деформацияланбай қарсылық көрсетіп, дәстүрлі қоңыр шойыннан 22% жарыққа тұрақтырақ екенін көрсетті (Liu & Wang, 2022).

Жоғары температурада өлшеу нәтижелері: трассада тестілеу деректері

Трассадан алынған деректер маңызды порогтық мәндерді көрсетеді. Көміртегі-керамикалық сақтандырғыштар 700°F температура жағдайында 0,45–0,55 үйкеліс коэффициентін сақтайды, ал жартылай металлды сақтандырғыштар 600°F астам температурада ыдырайды. 2023 жылы жоғары өнімділікті тежеу жүйелерінің термоэластикалық моделі қатты конструкцияларға қарағанда 18% жылдамырақ жылу шашырауын көрсетті.

Талқылауға негізделген талдау: трасса жағдайларында керамикалық тежеу колодкалары қызып кетеді ме?

Керамикалық тежеу колодкалары қалыпты жол қозғалысы үшін өте жақсы жұмыс істейді, бірақ трек күні инженерлері жарыстардан кейінгі салыстырмалы көміртегі-керамикалық нұсқаларға қарағанда салқындатуға шамамен 40 пайыз уақыт қажет екенін байқаған. Алайда жаңа зерттеулер ой-пікірлерді өзгертуде. Зертханалық тест нәтижелері бойынша әртүрлі керамикалық қоспаларға графит қосу ондағы температураны симуляциялық он шеңберлік жарыстар кезінде шамамен 215 градус Фаренгейтқа дейін төмендететіні анықталды. Бұл керамикалық қасиеттер туралы бұрынғы болжамдарға қатты соғып тұр. Талқылау негізінде бірінші қолданған кезде тежеу тез қаншалықты тез ұстайтыны мен бірнеше шеңбер бойы ұзақ уақыт ыстық әсеріне қаншалықты тұрақты болып табылатыны арасындағы негізгі өзара алмасу жатыр.

Жылдамдық кезіндегі Үйкеліс Тұрақтылығы мен Тежеу Күші

Аса Қатаң Жағдайлардағы Үйкеліс Тұрақтылығы және Басқаруға Әсері

150 миль/сағ астам жылдамдықта үйкеліс коэффициентінің тұрақтылығы 600°C астам температурада 0,38–0,42 ¼ үйкеліс деңгейін сақтау үшін маңызды, модуляцияны жоғалтпайтындығын қамтамасыз ету үшін. Жоғары жылдамдықтағы тежеу жүйелері бойынша зерттеу көміртегі-керамикалық композиттердің 10 реттік әуімпаз тоқтаулар кезінде үйкеліс сапасының 92% сақталатынын, дәстүрлі жартылай металл конструкциялармен салыстырғанда 34% артық болатынын көрсетті.

Тежеу колодкаларының материалдарын тиімді пайдалану арқылы тоқтау күшін арттыру

Дамытылған құрамдар компрессиялануы мен жылу өткізгіштігін теңестіру арқылы өнімділік машиналарында 100–60 миль/сағ жылдамдықтан 350 футтан кем емес тоқтау арақашықтығын қамтамасыз етеді. Мырышты металл колодкалардың күрделі қабаты темір негізіндегілермен салыстырғанда (SAE 2024) күштік сақиналарға жылудың таралуын 28% азайтады, жылуды тез шашыратуға және педаль жауабын тездету үшін құрылымның қаттылығын сақтауға мүмкіндік береді.

Нақты мысал: Жарыс алаңдарындағы жоғары өнімділіктегі автомобильдердің тежеу өнімділігі

GT3 спецификациялық әуездерде жүргізілген сынақтар керамикалық композитті тежеу колодкаларының Spa-Francorchamps шеңберінде жартылай металлдық колодкалармен салыстырғанда шамамен 1,2 секундқа дейінгі уақыт ауытқуларын азайтатынын көрсетті. Жарысшылар 25 минуттық мерзім ішінде тежеу педалінің сезімінің бар екенін байқады, бұл жоғары жылдамдықпен тежеу кезінде ротор температурасының шамамен 150 градус Цельсийге дейін төмендеуін көрсеткен термиялық сканерлеу нәтижелерімен дәлелденді. Бұл нәтижелер FIA-ның үйкеліс материалдарының тұрақтылығы үшін қабылданған шектеулерге сәйкес келеді, жарыс кезінде температура 400-ден 800 градус Цельсийге дейін өзгерсе де бірқалыпты тежеу қабілетін сақтайды.

Тежеу колодкасының тұрақтылығы мен ұзақ мерзімді сенімділігі

Тежеу колодкасының тұрақтылығы мен қызуға төзімділік механизмдерін түсіну

Ұзақ түсу кезінде тежеуіштер тым қызып кеткенде, олар роторларға ұстап тұра алмай қалып, уақытша тоқтау күшінің азаюына әкеліп соғады. Өткен жылы жүргізілген сынақтар жол жүргізушілер тұрақты түрде тежеуішке басатын қиын тау жолдарындағы жағдайларды модельдеуге бағытталған болатын. Тәжірибе барысында үш рет бестен минуттық отырыстар 30-35 км/сағ жылдамдықпен жүргізілді, ал араларында салқындату үшін үзіліс жасалды. Арзан тежеуіш колодкаларының өзінің бастапқы көрсеткішіне қарағанда тиімділігі жуық шамамен 40% төмендегені байқалды, ал жоғары сапалы материалдар бастапқы тиімділігінің оннан тоғызын сақтап қалды. Органикалық колодкалар қыздыру кезінде шайырларының балқып кетуіне байланысты ыдырай бастайды. Жартылай металл колодкалар басқа қиыншылықтарға ие, яғни материал ротор бетіне үйкеліп тозып кетеді. Ал шоғырланған металл колодкалар температура 650 градус С болған кезде де байланыстарының беріктігін сақтап тұрады, сондықтан жылуға тұрақтылығы жоғары болып келеді.

Ұзақ жылдамдықпен жүру кезінде тежеуіштің қызып кетуіне қарсы ыстыққа тұрақтылық

Көміртегі-керамикалық қоспа екі бөліктен тұратындықтан жоғары өнімділікті жабдықтау бойынша ең басты орында. Керамикалық негіз температура 1500 градус Фаренгейтке жеткен кезде де салқын күйін сақтайды, ал ондағы мыс сымдар жылу өткізгіштігін жақсартады. Жарыс трассаларында жүргізілген нақты әлемдік тесттер бізге тосқауыл күші 5% аясында ұстап тұратын тежеу колодкаларының үздіксіз жұмыс істейтінін көрсетті. Бұл жартылай металды тежеу колодкаларымен салыстырғанда әлдеқайда жақсы көрсеткіш, өйткені олардың тежеу күші ұқсас жағдайларда 20-30% дейін төмендейді. Бұл колодкаларды ерекшелейтін тағы бір жағдай - ыстыққа төзімді жабыстырғыш заттармен қоса ішкі суыту жолдарының болуы. Бәрі бірге теріс әсер ететін жылу ысырауына қарсы тұрады, сондықтан жарыстың соңғы маңызды айналымдарында жүргізушілер тежеу тиімділігінің төмендеуін байқамайды.

Өнеркәсіптік парадокс: Жартылай металды колодкалардағы үйкеліс пен жылу ыдырауы

Жартылай металды тежеу колодкалары әдетте басқыштың басында керамикалық нұсқалармен салыстырғанда үйкеліс күшін 15-20 пайызға арттырады. Бірақ бұл колодкалар темір мен мысты қамтиды, олар 900 градус Фаренгейттен асатын температура кезінде тез тозып кетеді. Келесі кезекте жүргізушілер үшін қиындық туғызатын жағдай пайда болады. Тежеу беттерінде шыны тәрізді қабат түзіліп, қабырға пайда болады, ол болса ұзақ уақыт пайдаланғаннан кейін тежеу күшінің 25-40 пайызға дейін төмендеуіне әкеліп соғады. Халықаралық автомобиль инженерлері қоғамының (SAE International) 2023 жылғы соңғы тестілеу деректеріне сәйкес, жарыс алаңдарында тексерілген әрбір 100 жартылай металды колодканың шамамен 78-і осындай ақаулар көрсетті. Көлік қауіпсіздігі жүйелерімен айналысатын инженерлер үшін мұнда ешқандай жетілген шешім жоқ. Олар жартылай металды колодкалардың бастапқы ұстау күшін таңдау немесе бастапқы кезде сол деңгейде емес, бірақ ұзақ сапарлар кезінде өзінің әсерінің екі есе аз болуына қарамастан жақсы өнімділікті сақтайтын керамикалық композиттерге ауысу керек пе соны шешуі тиіс.

ЖИҚ: Жылдамдықты қосқан кезде тежеу табақшаларының материалы және жұмыс өнімділігі

Жоғары жылдамдықта жұмыс істейтін қосымшаларда қолданылатын тежеу табақшаларының негізгі түрлері қандай?

Жоғары жылдамдықта жұмыс істейтін қосымшаларда қолданылатын тежеу табақшаларының негізгі түрлеріне керамикалық, жартылай металлды және шынықтырылған металл табақшалар жатады. Бұл әртүрлі материалдар үйкеліс деңгейі, жылуға төзімділік және ротордың тозу қасиеттерінде әртүрлі болып келеді.

Тежеу табақшаларының қай материалы ең жақсы жылуға төзімділік қасиетіне ие?

Шынықтырылған металл тежеу табақшалары ең жақсы жылуға төзімділік қасиетіне ие, олар 1600°F дейінгі температурада үйкеліс коэффициентін сақтап ұстайды, сонымен қатар олар өте жоғары жылдамдықтағы жарыстар жағдайында қолдануға сәйкес келеді.

Керамикалық тежеу табақшалары жартылай металлды тежеу табақшаларынан қалай ерекшеленеді?

Керамикалық тежеу колодкалары бастапқыда төменгі үйкеліс күшіне ие болса да, үйкеліс деңгейін тұрақты сақтайды, жылуға тұрақты, жартылай металл колодкаларға қарағанда ротордың соғылуы аз болады. Алайда жартылай металл колодкалар бастапқыда күшейіп тежеу қасиетін арттырады, жылуды жақсы шашыратады, бірақ роторларды тез құртады және уақыт өте өз қасиеттерін жоғалтуы мүмкін.

Керамикалық тежеу колодкалары трек жолдары үшін тиімді ме?

Керамикалық тежеу колодкалары күнделікті жүргізуге жақсы сәйкес келсе де, көміртегі-керамикалық нұсқаларға қарағанда жоғары өнімділікті трек жағдайларынан кейін суытылуына уақыт кетеді. Алайда материалдардағы жетістіктер, мысалы, графеннің қосылуы, олардың трек жолдары үшін жылу басқару мүмкіндіктерін арттыруда.

Тежеу әлсіреуі деген не және қандай колодкалар оған тұрақты болып табылады?

Тежеу әлсіреуі – тежеу колодкаларының қызуынан тежеу күшінің төмендеуі. Спекенген металл және көміртегі-керамикалық колодкалар жоғары температурада тиімділігін сақтап, тежеу әлсіреуіне тұрақты болып келеді, органикалық немесе стандартты жартылай металл колодкаларға қарағанда жақсырақ.