Ako vyriešiť problém životnosti trecej dosky zostavy spojky 430 s ťažkými nákladnými automobilmi pomocou optimalizácie materiálu?

Ako kľúčový uzol pri prenose energie je hlavnou funkciou spojky s ťažkým nákladným vozidlom dosiahnutie spojenia a oddelenia motora a prevodovku trením krútiacim momentom. V podmienkach vysokého zaťaženia musí trecia doska odolať okamžitému dopadu momentu maximálneho krútiaceho momentu a častým cyklom zapojenia/odpojenia, čo vedie k opotrebovaniu, ablácii a tepelnému rozkladu na povrchu materiálu a nakoniec spôsobuje sklz spojky, neúplné separácie a ďalšie režimy zlyhania. Tradičné materiály založené na azbeste alebo polo-metalické trenie majú nedostatočnú odolnosť proti opotrebeniu a zlú tepelnú stabilitu a ich životnosť v scenároch s vysokým zaťažením je zvyčajne menšia ako 300 000 kilometrov, čo sa stalo základným obmedzením logistiky bolesti a účinnosti prepravy.

Ako referenčný produkt pre systémy prenosu nákladných automobilov s vysokou úrovňou nákladných vozidiel zvýšil zostavu spojky 430 typu ťahača na viac ako 800 000 kilometrov prostredníctvom inovácií materiálu a štrukturálnej optimalizácie. Jeho technologická prielomová cesta má pre priemysel dôležitý referenčný význam.

Degradácia výkonu trecej platne je spôsobená superpozíciou viacerých fyzikálnych a chemických procesov:
Mechanizmus opotrebenia: Počas procesu trenia mikroskopické vrcholy na povrchu rozbitia materiálu a odlupujú sa v dôsledku šmykového napätia a tvoria úlomky opotrebenia. Tradičné materiály na báze azbestu majú nízku pevnosť vlákniny a zlú húževnatosť matrice a miera opotrebenia je vysoká ako 0,1 mm/10 000 kilometrov, čo vedie k rýchlemu rozkladu hrúbky trecej dosky.
Fenomén ablácie: V prostredí s vysokou teplotou prechádza živicová matica v tretích materiáloch tepelný rozklad, aby vytvorila prchavé plyny, čím tvorili vzduchový film na trenskom rozhraní, čo spôsobuje náhly pokles koeficientu trenia. Napríklad za podmienok nepretržitého horolezectva môže povrchová teplota tradičných materiálov prekročiť 400 ℃, čo spôsobuje silnú abláciu.
Účinok tepelného rozkladu: nesúlad medzi koeficientom tepelnej expanzie a tepelnou vodivosťou materiálu vedie k nerovnomernému rozloženiu teploty na trenskom rozhraní, oxidačnej reakcii v miestnych vysokoteplotných oblastiach a tvorbe oxidov s nižšou tvrdosťou, čo urýchľuje opotrebenie.
Uvedené mechanizmy zlyhania sa navzájom posilňujú za podmienok vysokého zaťaženia, tvoria začarovaný cyklus a nakoniec vedú k zlyhaniu výkonnosti spojky.

Zostava spojky 430 sťahovacích typov vytvorila viacproduktový systém výstuže prostredníctvom návrhu a optimalizácie mikroštruktúry materiálu a dosiahla koordinované zlepšenie výkonu trecej platne:
1. Mechanizmus disperzie a prenosu stresu zosilnených vlákien
Kompozitné materiály s vysokým obsahom vlákniny používajú ako výstuhy vysokovýkonné vlákna, ako sú aramidové vlákna a uhlíkové vlákna, a ich modul je až 200-300 GPa, čo je viac ako 10-násobok tradičných azbestných vlákien. Prostredníctvom trojrozmernej technológie tkania a technológie impregnácie živice tvoria vlákna v matrici štruktúru ôk, ktorá účinne rozptyľuje trenie. Ak je trecie rozhranie vystavené šmykovej sile, napätie sa prenáša do celej trecej dosky cez rozhranie vlákna-matrix, aby sa zabránilo opotrebovaniu spôsobenému koncentráciou lokálneho napätia.

2. Technológia modifikácie živicovej matrice
Tradičná fenolová živica sa ľahko rozkladá pri vysokých teplotách kvôli svojej zlej tepelnej odolnosti. Zostava spojky 430 sťahovacích typov používa modifikovanú fenolovú živicu a zavedením plnivov, ako je nano-cilica a grafén, sa zlepšuje tepelná stabilita a lubricita matrice. Teplota skleneného prechodu (TG) modifikovanej živice sa zvýši na 280 ° C, čo účinne inhibuje tepelný rozklad pri vysokých teplotách.

3. Synergický účinok modifikátora výkonu trenia
Aby sa vyvážil koeficient trenia a odolnosť proti opotrebeniu, do materiálu sa pridávajú tvrdé častice, ako je oxid hlinitý a oxid horečnatý a lubrikanty, ako je grafit a disulfid molybdénu. Tvrdé častice tvoria mikrokonvexné telá na rozhraní trenia, aby sa zvýšil koeficient trenia; Lubrikanty tvoria filmy na mazanie hraníc pri vysokých teplotách, aby sa znížilo opotrebenie. Optimalizáciou veľkosti častíc a hustoty distribúcie sa dosiahne dynamická regulácia koeficientu trenia.

Kvantitatívne zlepšenie životnosti trenia doštičiek pomocou optimalizácie materiálu
1. Mechanizmus zlepšovania odolnosti proti opotrebovaniu
Preklený efekt vystužených vlákien a zlepšenie húževnatosti matrice menia režim opotrebenia trenia z krehkej zlomeniny na tvrdé odlupovanie. Skutočné merania ukazujú, že miera opotrebenia kompozitných materiálov s vysokým obsahom vlákniny v podmienkach vysokého zaťaženia je o 40% nižšia ako v prípade tradičných materiálov a najazdené kilometry trecej platne, keď sa hrúbka rozpadne na štandard šrotu 3 mm, sa zvýši z 300 000 kilometrov na viac ako 800 000 kilometrov.

2. Prielom v rezistencii na tepelný rozklad
Synergický účinok modifikátora modifikovanej živice a modifikátora výkonu trenia významne zlepšuje tepelnú stabilitu materiálu. V teste nepretržitého horolezectva sa povrchová teplota trecej dosky stabilizovala pod 350 ℃ a kolísavý rozsah koeficientu trenia bol regulovaný v rámci ± 5%, čím sa zabránilo sklzu spojky spôsobeného tepelným rozkladom.

3. Zvýšená adaptabilita životného prostredia
Kompozitné materiály s vysokým obsahom vlákniny majú vynikajúcu odolnosť proti hydrolýze a odolnosť proti korózii a môžu udržiavať stabilný výkon trenia v drsnom prostredí, ako je vlhkosť a soľný sprej. Napríklad miera zlyhania zostavy spojky kamiónov pracujúcich v pobrežných oblastiach je o 60% nižšia ako v prípade tradičných materiálov.

Okrem kompozitných materiálov s vysokým vláknom, Zostava spojky s ťažkým nákladným vozidlom 430 Preskúmal tiež aplikáciu trecích materiálov na báze kremíka:
Stabilita s vysokou teplotou: bod topenia karbidu kremíka je až 2700 ℃ a stále si môže udržiavať koeficient trenia viac ako 0,4 pri vysokej teplote 600 °, čo je vhodné pre podmienky vrcholového krútiaceho momentu motorov s vysokým obsahom koní.
Odolnosť proti tepelnému krakovaniu: jej hustá keramická štruktúra môže účinne inhibovať expanziu tepelných trhlín a vyhnúť sa zlyhaniu materiálu spôsobenej tepelnou únavou.
Výzvy a protiopatrenia: Materiály karbidu kremíka sú veľmi krehké a ťažko spracovateľné a ich odolnosť voči nárazu je potrebné zlepšiť prostredníctvom optimalizácie častíc a technológie povrchového povlaku.