Хурд ихтэй машинд зориулсан тормозын бээлийт ямар шинж чанараар онцлог байдаг вэ?

Тормозын Хавтангийн Материал болон Өндөр Хурдны Үзүүлэлт

Тормозын Хавтангийн Бүтцийг Ойлгох болон Материалын Шинж Чанар

Өнөөгийн өндөр хурдны тормозын систем нь үрэлтийг хэрхэн сайн үүсгэх, дулааныг хэрхэн сайн даах гэсэн хоёрын хооронд зохистой тэнцвэрийг бий болгож чадах материалыг шаарддаг. Церамикийн тормозын хэсгүүд нь цагаан утасны ширхэгүүдийг церамикийн нунтагтай холиход температурын түвшин 1200 градус Фаренгейт хүрэх үед ч барьцаа үзүүлэлтийг алдалгүйгээр ажилладаг. Хагас металл тормозын бүрдэл хэсгүүд нь эсгий ба зэсээр хийгдсэн бүтцийг агуулж, дулааныг хурдан тарах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь жолоочид тасралтгүй тормозыг дарах үед маш чухал байдаг. Уралдааны хэрэглээнд синтерлэг металл хувилбарууд нь түгээмэл сонголт бөгөөд эдгээр нь даралт доор бонд холбогдсон вольфрамын матрицыг ашигладаг. Тэд 1600 градус Фаренгейтын халуун температур дээр ч 0.55 му хэмжээнээс дээш үрэлтийн түвшинг хадгалж байдаг бөгөөд энэ нь ердийн замын тормозуудтай харьцуулахад дулааныг тэсвэрлэх чадварыг 32 хувь сайжруулдаг. Энэ нь замын нөхцөл байдалд дулааны түвшин маш их байх үед маш чухал ач холбогдолтой.

Церамика болон Хагас металл тормозын бүрдэл: Харьцуулсан шинжилгээ

Туршилтын замын үр дүнгээс үзэхэд гүйцэтгэлийн тодорхой төрлүүд нь (Хүснэгт 1):

Өндөр ашиглалт шаарддаг өндөр температурын тархалтыг хурдан хийхэд хагас металл хавтан нь онцлог шилдэг боловч роторын элэгдлийг 250%-иар ихэсгэж, илүү олон удаа үйлчилгээ үзүүлэх шаардлагатай болгодог.

Өндөр хурдны нөхцөлд хэт үрэлтийн гүйцэтгэлийг баталгаажуулах зэсэн металлэн тормозны хавтан

Мэргэжлийн уралдаанд ашигладаг зэсэн металл хавтан нь вольфрам-нүүрстөрөгчийн давхар бүтцийн тусламжтайгаар 1600°F температурт 0.55–0.60 ¼ үрэлтийн коэффициентыг хадгалж байдаг. 150 миль/цагаас дээш хурдны хувьд цементийнхаас 18%-иар богино зогсох зай үзүүлдэг. Гэсэн хэдий ч эдгээрийн хэт хатуу чанар нь роторын элэгдлийг 300%-иар нэмэгдүүлдэг тул тусгай цаг хугацааны өртөөнд ашиглахад тохиромжтой байдаг.

Гүйцэтгэлийн тормозны хавтангийн материал бүрдэл нь үрэлтийн түвшинд яаж нөлөөлдөг вэ?

• Зэс-цементийн холимог : 400–1,000°F хооронд үрэлт ±2%-ийн хэлбэлзэлтэй байна
• Төмөр ихтэй хагас металл : Цементээс 18%-иар илүү үрэлттэй боловч 10+ удаагийн 1,000°F циклд дараа үрэлт нь 22%-иар буурдаг.
• Зэсэн хайлш : Гурван удаагийн халах циклд үрэлт ±1.5% тогтвортой байна (SAE J2682 стандарт)

Материалын нягт, түүний доторхи металл агууламж нь дулаан шингээх чадварыг шууд нөлөөлдөг. Цахиураар баяжсан зураглал нь өндөр хурдтай үргэлжилсэн тормозлолтын үед тормозын хавтангийн элэгдэлтийг 41%-иар бууруулдаг.

Өндөр хурдтай тормозлолтын үе дэх дулааныг тарих болон дулааныг удирдах

Тормозын хавтангийн дулаан тарих үзэгдлийн шинжлэх ухаан

Дулааныг удирдах чадвар нь стандарт төрлөөсөө өөр өндөр ашиглалтын тормозын хавтанг ялгаж өгдөг. 150 миль/цаг хурдаас тормозлоход 1,200°F (649°C)-аас дээш дулаан үүсдэг бөгөөд энэ нь муу чанарын материалыг муудахад хүргэдэг. Синтерлэг гангуудын хувьд дулааныг ротороос холдуулах зорилгоор микрон түвшний нүхлэгт ашигладаг бөгөөд дулааны стрессыг 30%-иар бууруулдаг (Khatir et al. 2022).

Хүнд тормозлолт болон давтагдсан дулааны циклд тормозын хавтангийн бат бөх чанар

Давтагдсан өндөр хурдтай тормозлолт нь муу чанарын материалыг хагарахад хүргэдэг дулааны циклд туршилтанд оруулдаг. Лабораторийн туршилтаар хуванцар чулуут чугуныг 1,000°F (538°C) хүртэл халаах болон хөргөх 500+ циклд тэсвэрлэж чаддаг бөгөөд муруй хэлбэрт чугунаас 22% илүүгээр трещин үүсэлтээс сэргийлдэг (Liu & Wang 2022).

Өндөр температур дахь ажиллагааны үзүүлэлтийг хэмжих: Трек туршилтын өгөгдлүүд

Трекийн өгөгдлүүд нь шүүмжлэх зүйл болох температурын хязгаарыг тодорхойлж өгсөн. Цахиур-төмөр хавтангууд нь 700°F температурын үед 0.45–0.55 үрэлтийн коэффициентыг хадгалж байгаа бол бүлэг металл хавтангууд нь 600°F-аас дээш температурт чанар алдагдаж эхэлсэн. 2023 оны өндөр ажиллагаатай тормозын системийн термоэластик загвар нь цул загваруудтай харьцуулахад нүхтэй дискэнд дулааныг 18%-иар хурдан алдагдуулж байгааг харуулсан.

Маргааны шинжилгээ: Цахиур тормозны хавтангууд трекийн нөхцөлд хэт халхуу эсэх?

Ширэмийн тормозын барзгарууд нь ердийн замын ашиглалтад сайн ажилладаг боловч трекийн өдрийн инженерүүд нь тэдгээрийн хурдан тэмцээнд дараа нь хөргөхөд карбон-ширэмийн хувилбаруудтай харьцуулахад ойролцоогоор 40 хувь удаан байдгийг анзаарсан. Гэсэн хэдий ч шинэ судалгаа нь бодлыг өөрчилж байна. Янз бүрийн ширэмийн холимогийг шалгаж байгаа лабораториуд нь графенийг нэмэх нь зохиомол арван тойрогтой үеэр температурыг ойролцоогоор 215 Фаренгейтын хэмээр бууруулдагийг олж мэдсэн. Энэ нь ширэмийн ажиллагааны талаарх өмнөх таамаглалд тулгуур болдог. Хэлэлцүүлгийн голд тормозыг анх эхлүүлэх үеийн хурдны харьцаа болон олон тойрогт тасралтгүй өндөр температурын нөхцөлд хэрхэн тэсвэрлэх чадварын хооронд үндсэн солилцоо байна.

Тренийн Тогтвортой Байдал болон Өндөр Хурдны Үед Зогсоох Хүч

Экстремаль Нөхцөлд Тренийн Тогтвортой Байдал болон Удирдлаганд Үзүүлэх Нөлөө

150 миль/цаг-аас илүү хурдны үед үрэлтийн коэффициентийн тогтвортой байдал нь маш чухал бөгөөд 600°C-аас дээш температурын нөхцөлд 0.38–0.42 ¼ үрэлтийн түвшинг хадгалахгүй бол модуляцын алдагдлыг үүсгэж болзошгүй юм. Өндөр хурдны тормозын системийн судалгаа нь цагаан тугалган нийлмэл материалын үрэлтийн үр ашгийг 92% хадгалж байгааг, тасралтгүй 10 удаа тормозлож байхад уламжлалт бүрэлдэхүүн нь 34%-иар муу байдагийг харуулжээ.

Тормозын хавтангийн материалыг оновчтой болгох замаар тормозлох чадварыг сайжруулах

Дэвшилтэт найрлага нь даралт тэсэх чадвар ба дулаан дамжуулах чадварыг тэнцвэртэй байлгаж, ажиллагааны төрлийн машинд 100–60 миль/цаг хурдаас зогсох зайг 350 футаас бага байлгаж чаддаг. Зэсэн суурьтай металл хавтангууд нь чугуун суурьтай харьцуулахад дулааныг цалинханд 28%-иар багасгадог (SAE 2024) бөгөөд дулааныг хурдан зогсоож, бүтцийн хатуу чанарыг хадгалан хөдөлгүүрт түргэн хариу үзүүлдэг.

Бодит жишээний судалгаа: Өндөр ажиллагаатай машинуудын тормозын ажиллагаа гонох зам дээр

GT3-ийн техникийн үзүүлэлт бүхий машинд хийсэн шалган үзлэгээр цахиурт нийлмэл төрлийн тормозны бээлийг уламжит хагас металл төрлийн бээлийтэй харьцуулахад түгэлтийн хугацааг Алдарт Спа-Франкоршамп гудамжинд дунджаар 1.2 секунд бууруулж байгааг илрүүлсэн. Тэмцээнтэй холбоотой 25 минутын хугацаанд жолоочид тормозны педал дээр тодорхой сайжруулалт хийсэн байдал нь дулааны сканнерээр хэмжсэн үед тормозны дискний температур шийдэлтэй хэсгүүдэд дунджаар 150 градус Цельсийн бууралттай байжээ. Эдгээр үр дүнгүүд нь FIA-гийн үрэлтийн материалын тогтвортой байдлын хүрээнд багтаж байгаа бөгөөд тэмцээн явж байх үед температур 400-оос 800 градус Цельсийн хооронд хэлбэлзэх үед ч тогтмол тормозны хүчийг хадгалж байна.

Тормозны хүч алдагдал, Тохиргооны найдвартай байдал

Тормозны хүч алдагдал ба Хэт халалтаас хамгаалах механизмыг ойлгох

Урт уулын замын дагуу буух үед тормоз хэт халуун болвол диск рүүгээ таталтгүй болох бөгөөд энэ нь тогтоож чадах чадвар багасна гэсэн үг юм. Өнгөрсөн жил хийсэн шалгалт нь жолоочид тасралтгүй тормоз дардаг байдалтай төсөөтэй уулын замын хүнд нөхцлийг туримжилсан байна. Туршилт нь гурван таван минутын хооронд хоорондоо зай авч 30-35 км/цаг хурдтайгаар хийгдсэн. Хямд тормоз цав хийн үр ашгийн чадвар нь анхныхаасаа 40% буурсан бол чанар сайтай материалын үр ашгийн 10-ын 9 нь хэвээр хадгалагдсан байна. Органик суурийн цав хийн холбогч нь халууны нөлөөгөөр хайлдаг учраас бүтэц нь задардаг. Хагас металлтай цав хийн тохиолдолд материал диск рүүгээ бэлхдэг учраас элэгддэг. Харин спекан металл цав хийн холболт нь 650 хэмээс дээш халуунд ч бат бөх байдаг тул тормозны халууныг алдах асуудалд илүү тэсвэртэй байдаг.

Тасралтгүй өндөр хурдтай үед тормозны халууныг алдахаас сэргийлэх зориулалттай дулааныг тэсвэрлэх чадвар

Хоёрдогч бүтциййн нь хувьд өндөр ашиглалтын тохируулгын хувьд нүүрстөрөгч-тэгээмийн хольц дээд байрнаас байрладаг. Тэгэм нь 1500 градус Фаренгейт температурт хүрэх үед ч хурдан хөргөж чаддаг ба цэвэр зэс утаснууд нь хүрэлцэх цэгээс дулааныг хөдөлгөх чадварыг нэмэгдүүлдэг. Үнэн зөв шинжилгээг замын туршилтаар хийхэд эдгээр тормозны бэлт нь хэд хэдэн удаа хатуу тормозлоход ч барьж байгаа хүчийг нь 5%-ийн дотор тогтвортой байлгаж чаддаг. Энэ нь хагас металл тормознуудтай харьцуулахад маш сайн бөгөөд ижил нөхцөлд тэдгээрийн тормозлох чадвар 20-30% алдагддаг. Эдгээр бэлтэнд онцлог нь хөргөх зам болон маш их дулааныг даах чадвартай тусгай наалтын хамтын ажиллагаагаар дулааны сулралтыг эсэргүүцдэгт оршино. Тиймээс жолоочид уралдааны сүүлийн эргэлтүүдийн үед тормозны ажиллагааны чанар алдагдахгүй байна.

Аж үйлдвэрийн парадокс: Хагас металл бэлтэнд үүсэх өндөр үрэлт ба дулааны хордлого

Хагас металл хэмжээтэй тормозны хавтангууд нь ихэвчлэн церамик хувилбаруудтай харьцуулахад эхнээсээ 15-20 хувийн илүү үрэлт үзүүлдэг. Гэсэн хэдий ч эдгээр хавтангууд нь температур 900 градус Фаренгейтээс дээш өссөн үед түргэн хагарах шинж чанартай төмөр, зэс агуулдаг. Дараа нь жолоочдод ихэд асуудал болдог үзэгдэл болох тормозны гадаргуу нь тусалж эхэлдэг. Тусалж эхэлснээр тормозны хүч 25-40 хувь хүртэл буурдаг. SAE International-ын 2023 оны сүүлийн үеийн тестийн өгөгдлөөс харахад турбины замд тургасан хагас металл хавтангуудын 100-аас 78 нь энэ асуудлыг агуулж байжээ. Автомашины инженерүүдийн хувьд энэ нь маш төвөгтэй асуудал бөгөөд тэдгээгүүр хагас металл хавтангуудын анхны илүү бат бөх барьцааг сонгох эсвэл эхэндээ тийм ч сайн биш боловч урт хугацаанд илүү сайн ажиллагаа үзүүлдэг церамик композитууд руу шилжихийг шийдэх нь зүйтэй байх.

Түгээмэл асуулт: Тормоз цав хавтангийн материал ба өндөр хурдны ажиллагаа

Өндөр хурдны хэрэглээнд ямар төрлийн тормоз цав хавтангийн материалыг ашигладаг вэ?

Өндөр хурдны хэрэглээнд ашигладаг тормоз цав хавтангийн материал нь цементэн, хагас металл, шинтэрсэн металл байдаг. Эдгээр материалын үрэлтийн хүч, дулааны эсэргүүцэл, дискний элэгдэлд өөр өөр түвшинд нөлөө үзүүлдэг.

Аль тормоз цав хавтангийн материал дулааныг илүү сайн даадаг вэ?

Шинтэрсэн металлын тормоз цав хавтан нь 1600°F хүртэлх температурт ч үрэлтийн коэффициентыг хадгалж чаддаг тул маш сайн дулааныг даах чадвартай бөгөөд өндөр хурдны уралдааны нөхцөлд тохиромжтой.

Цементэн тормоз цав хавтан нь хагас металл тормоз цав хавтангаас ямар ялгаатай вэ?

Церамик тормозны бээлдэг нь анхны хүч багатай байдаг ч үрэлтийн тогтвортой түвшинд ажилладаг, дулааныг эсэргүүцэх чадвар сайтай бөгөөд хагас металл бээлдгээс илүү цөөн хэмжээгээр элэгддэг. Гэсэн хэдий ч хагас металл бээлдэг нь анхны хүчийг сайжруулдаг, дулааныг хурдан алддаг ч тормозны дискэн дээр элэгдлийг ихэсгэдэг ба хугацаа өнгөрөхөд ажиллагааны чанар муудаж болно.

Церамик тормозны бээлдгийг трекийн ашиглалтанд тохирох уу?

Церамик тормозны бээлдэг нь өдөр тутмын жолооны ажилд сайн ажилладаг ч карбон-церамик бээлдгээс ялгаатай нь өндөр ач холбогдолтой байдлын дараа хурдан хөргөхөд хугацаа шаарддаг. Гэсэн хэдий ч графенийг нэмснээр материалын хөгжил нь тормозыг трек ашиглахад дулааныг удирдах чадварыг сайжруулж байна.

Тормозны ажиллагааны бууралт гэж юу вэ? Ямар бээлдэг нь илүү сайн эсэргүүцэх вэ?

Тормозны ажиллагааны бууралт нь тормозны бээлдэг хэт халсаны улмаас зогсоох хүч буурах үзэгдэл юм. Спеклений металл ба карбон-церамик бээлдэг нь тормозны ажиллагааны бууралтанд сайн эсэргүүцдэг бөгөөд органик эсвэл стандарт хагас металл бээлдгээс илүү өндөр температурт үр дүнтэй ажилладаг.