Nguvu katika Koili: Kufunua Mchakato wa Kufunga Fiber ya Carbon ambayo Inaongeza Kasi ya Motor kwa 10x
Je, nyuzinyuzi ya kaboni, nyembamba kuliko nywele ya binadamu, inawezaje kujenga Ukuta Kubwa kwenye rota ya mwendo wa kasi ili kuhimili nguvu kubwa za katikati?
Dongfeng Motor's iliyotolewa 'MACH E' 800V mfumo wa uendeshaji wa umeme wa kasi ya juu ina injini yenye kasi ya juu ya kufanya kazi ya 25,000 rpm na kasi ya kikomo inayozidi 34,447 rpm..
Nyuma ya kasi hii ya kushangaza kuna mchakato wa usahihi - teknolojia ya kufunika nyuzi za kaboni.
01 Mshipa wa Nguvu wa Magari ya Mwendo Kasi
Motors za kasi kubwa zinakuwa mwelekeo muhimu wa kiteknolojia katika enzi mpya ya nishati. Injini hizi zinaonyesha uwezo mkubwa katika maeneo kama vile turbine za gesi, uzalishaji wa umeme unaosambazwa, anga, na magari mapya ya nishati..
Walakini, changamoto kuu inatokea: kasi inapoongezeka, nguvu ya katikati kwenye rotor inakua mara nne..
Kwa mfano, injini ya sumaku ya kudumu iliyowekwa kwenye uso kama mfano, kasi inapofikia makumi ya maelfu ya mageuzi kwa dakika, sumaku za kudumu hupata nguvu za katikati sawa na maelfu ya mara ya uzito wao wenyewe. Mikono ya jadi ya kinga ya chuma ni nzito sana au haina nguvu ya kutosha.
Hapa ndipo composites za nyuzi za kaboni zinaonyesha thamani ya ajabu. Kwa uwiano wao wa juu wa nguvu-kwa-uzito , nyuzinyuzi za kaboni huwa 'silaha' nyenzo bora kwa rota za mwendo wa kasi.
02 Nyenzo za Msingi
Utumiaji wa composites za nyuzinyuzi za kaboni katika motors za kasi si rahisi badala ya nyenzo bali ni mfumo uliobuniwa kwa uangalifu.
Nyuzi za kaboni kwa kawaida huunganishwa na nyenzo za matrix kama resin ya epoxy ili kuunda Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Moduli ya elastic na nguvu ya mvutano wa nyenzo hii ni viashiria vyake muhimu vya utendaji, moja kwa moja kuamua uwezo wake wa kuhimili dhiki kubwa kutoka kwa mzunguko wa kasi.
Ili kuboresha utendakazi wa nyuzinyuzi za kaboni, mbinu ya ukingo wa utepe wa kabla ya prepreg kavu hutumiwa mara nyingi. Njia hii inahusisha kupasha joto na kulainisha mkanda wa kabla ya mimba kabla ya mimba kuwa katika hali ya mnato kabla ya kuuzungusha kwenye mandrel. Chini ya mgandamizo wa mvutano wa vilima, tabaka huungana, kuboresha kwa kiasi kikubwa usawa wa upachikaji mimba na usahihi wa ukingo , na hivyo kuimarisha ubora wa bidhaa.
03 Kufunua Mchakato wa Kufunga
Mchakato wa kufunga ndio ufunguo wa kuunda sleeve ya kinga ya nyuzi za kaboni. Kulingana na mahitaji ya maombi na mali ya nyenzo, kuna njia mbili kuu za kufunga:
Ufungaji wa Mvua hujumuisha kuzamisha vifurushi vya nyuzinyuzi za kaboni kwenye resini na kisha kuzikunja moja kwa moja kwenye mandrel chini ya mvutano unaodhibitiwa. Ina gharama ya chini lakini inakabiliwa na changamoto kama vile athari za mtiririko wa resin na ugumu wa udhibiti wa usahihi.
Ufungaji Kikavu hutumia mkanda wa prepreg uliowekwa mapema, ambao hutiwa moto na kulainika kabla ya kujeruhiwa kwenye mandrel. Njia hii ina maudhui ya resini thabiti zaidi na uthabiti wa ubora wa juu , na kuifanya ifaayo hasa kwa programu zenye utendaji wa juu.
Utafiti unaonyesha kuwa ikilinganishwa na ufunikaji wa mvua, ufunikaji kikavu huboresha ufanisi wa utengenezaji wa meli kwa 30% , hupunguza maudhui ya resini kwa 20% , na hupunguza eneo la kasoro kwa 40%.
04 Pembe ya Kukunja na Hesabu ya Tabaka
Ufungaji wa nyuzi za kaboni rotors ya kasi ya motor sio stacking random. Muundo wa pembe ya kukunja na hesabu ya safu huathiri moja kwa moja sifa za kiufundi za bidhaa ya mwisho.
Muundo wa kawaida wa kufunga mara nyingi hutumia mchanganyiko wa tabaka nyingi katika pembe tofauti . Kwa mfano, hataza ya sleeve ya mchanganyiko wa injini ya kasi ya juu inaigawanya kwa radially katika tabaka tatu: tabaka za ndani na nje za kitambaa cha kioo kisicho na alkali, na safu ya kati ya nyuzi za kaboni.
Fiber ya kaboni katika safu ya kati imegawanywa zaidi katika tabaka ndogo mbili: vifurushi vya nyuzi za kaboni za ndani hujeruhiwa kwa ± 88 ° kwa mzunguko , wakati vifurushi vya nje vinajeruhiwa kwa ± 65 ° circumferentially . Muundo huu unalenga kusawazisha usambazaji wa mkazo wa radial na mzingo.
Katika utafiti kuhusu injini za sumaku za kudumu za kasi ya juu kwa turbine ndogo za gesi, watafiti waligundua kuwa wakati tabaka zote tatu za nyuzi za kaboni zilipotumia vilima vya mzunguko wa 90° , sumaku za kudumu zilikuwa katika hali bora ya mgandamizo, na kuifanya kufaa kwa utengenezaji wa mfano.
05 Changamoto na Ubunifu
Teknolojia ya kufunga nyuzi za kaboni kwa rota za mwendo kasi inakabiliwa na changamoto kadhaa. Mabadiliko ya mali ya nyenzo chini ya mazingira ya halijoto ya juu ni suala muhimu.
Uchambuzi wa hali ya juu unaozingatia kupanda kwa joto katika utafiti juu ya injini za sumaku za kasi ya juu kwa turbine za gesi ndogo ulionyesha kuwa mzunguko wa asili wa rota ya sumaku ya kudumu ilipungua kwa zaidi ya 8.3% katika hali ya juu ya joto. Viwango vya juu vya joto pia husababisha mabadiliko katika sifa za nyenzo kama moduli ya elastic, inayoathiri ugumu wa rotor.
Uthabiti na usahihi wa mchakato wa kufunga ni changamoto nyingine. Makampuni kama vile Cygnet Texkimp na Bowman Power yanashirikiana kutengeneza suluhu za kuboresha kasi, usahihi na kurudiwa kwa upindaji wa mvutano wa juu.
Ili kukabiliana na udhibiti wa kuvumiliana na masuala ya ukali wa uso, Teknolojia ya Tianweilan E-Drive ilipendekeza mbinu ya ubunifu: kwanza, dawa na kutibu koti ya gel kwenye uso wa ndani wa mold; basi, kiota mold hii nje ya jeraha rotor mwili; hatimaye, joto ili kutibu fiber kaboni, kuruhusu kuunganisha na kanzu ya gel. Njia hii huepuka matatizo yanayoweza kuvunjika ya filamenti yanayohusiana na michakato ya kitamaduni ya kusaga na kung'arisha.
06 Matarajio na Matumizi
Kuangalia mbele, mwelekeo wa maendeleo ya teknolojia ya kufunika nyuzi za kaboni katika uwanja wa magari ya kasi ni wazi. Viwango vya kiotomatiki na akili vitazidi.
Kuunganisha teknolojia ya hali ya juu ya udhibiti, hisia na roboti haitaboresha tu uthabiti wa utendakazi na uthabiti wa bidhaa zenye mchanganyiko wa nyuzi za kaboni lakini pia kutaongeza ufanisi wa uzalishaji na kupunguza gharama.
Teknolojia ya kufunga nyuzi za kaboni tayari imeonyesha uwezo wa matumizi katika nyanja mbalimbali, ikiwa ni pamoja na magari mapya ya nishati, anga, bidhaa za michezo na burudani na vifaa vya matibabu . Hasa katika sekta ya magari, mizinga ya hifadhi ya hidrojeni na rotors ya motor ya sumaku ya kasi ya kudumu ni maelekezo muhimu ya maombi.
Kadiri mahitaji ya mifumo ya kuendesha gari zenye msongamano mkubwa wa nguvu katika magari ya umeme yanavyoendelea kukua, teknolojia ya kufunika nyuzi za kaboni itachukua jukumu muhimu zaidi.
Timu ya SDM ilifanya uigaji wa nguvu kwenye injini ya sumaku ya kudumu yenye kasi ya juu yenye nguvu iliyokadiriwa ya kW 150 na kasi iliyokadiriwa ya 30,000 r/min . Kwa kutumia teknolojia ya kufunika nyuzi za kaboni, walifanikiwa kuhakikisha kuwa vipengele vyote vya rotor vinabaki ndani ya mipaka ya nguvu salama wakati wa mzunguko wa kasi.
Wahandisi hukagua kwa uangalifu pembe ya kuwekewa na udhibiti wa mvutano wa kila safu ya nyuzi za kaboni, kama vile wajenzi wa kale wa Kiroma wanaokokotoa kwa uangalifu uwezo wa kubeba mzigo wa kila jiwe. Hata hivyo, nguvu za centrifugal wanazopigana nazo zina nguvu mara elfu zaidi kuliko uzito wa mawe yenyewe.
Wakati injini hii hatimaye inafanya kazi kwa kasi yake ya muundo, kila nyuzinyuzi za kaboni hupata mabadiliko ya mkazo mamia ya mara kwa sekunde. Hata hivyo, lazima wasimame imara kama Ukuta Mkuu, wakilinda sumaku za kudumu za ndani na msingi wa chuma.
