Tinklaraštis

Lengvų anglies pluošto ratų, skirtų naujai energijai, analizė
Transporto priemonės

Naujos energijos transporto priemonės Anglies pluošto ratų lengvasis svoris
Analizė

2023-07-11 06:59:49

Įvadas
Naujos energijos transporto priemonės palaipsniui keičia tradicines degalų
varomi automobiliai. Elektromobilių rida tapo
didžiausia plėtros kliūtis, todėl lengvas
ypač svarbus.

Didėjant aplinkos apsaugos ir
energijos vartojimo efektyvumą, pasaulio automobilių pramonė siekia
įvairūs lengvo svorio sprendimai. Svorio mažinimo poreikis
neatremiamoje masėje yra ypač ryškus, ir kaip
svarbi neatremiamosios masės sudedamoji dalis, ratai sudaro
sudaro didelę visos transporto priemonės masės dalį. Vienas
veiksmingas būdas sumažinti svorį - naudoti anglies
pluošto ratai. Mažėjant žaliavų ir gamybos sąnaudoms,
anglies pluošto ratai, kurie kadaise buvo brangūs ir naudojami tik
prabangiuose ar itin prabangiuose modeliuose, palaipsniui tampa vis
prieinama.

1 pav.: Anglies pluošto ratas

CFRP taikymo perspektyvos automobilių pramonėje
Anglies pluoštas yra lengvas, didelio stiprumo ir didelio modulio
pluošto medžiaga. Jos tankis mažesnis nei metalo, tačiau ji 16 kartų
stipresnis už plieną. Jo Youngo modulis 2-3 kartus didesnis.
nei tradicinis stiklo pluoštas, tačiau išlaiko lankstumą
pluoštų.

Paprastai aliuminio lydinio ratlankiai sveria apie 15 kilogramų,
o anglies pluošto ratų svoris gali sumažėti iki 8 kg,
todėl anglies pluošto ratai yra tikra "svorio mažinimo priemonė".

Dėl savo lengvumo ir didelio stiprumo savybių anglis
pluoštas visada buvo mėgstama medžiaga automobilių pramonėje.
gamyba. Anglies pluoštas naudojamas ne tik ratams, bet ir
taip pat naudojamas automobilių transmisijose, spyruoklėse, konstrukcijose,
ir kėbulus, užtikrinant pakankamą tvirtumą ir standumą, o
sumažinti transporto priemonių svorį ir energijos sąnaudas.
Remiantis "2021 m. automobilių anglies pluošto rinkos
Tyrimų ataskaita", kurią paskelbė "MarketaaWatch", pasaulinė
automobilių anglies pluošto rinkos dydis pasiekė beveik $160
milijonų 2020 m. Nuo 2021 iki 2027 m. pasaulinė automobilių
tikimasi, kad anglies pluošto rinka išliks sudėtinė
metinis augimo tempas viršija 5%.

Anglies pluošto medžiagų naudojimas automobiliuose nėra
tik dėl lengvo svorio ir energijos sąnaudų mažinimo, bet
taip pat siekiant pagerinti transporto priemonių saugos charakteristikas. Palyginti su
tradiciniai aliuminio lydinio ratlankiai, anglies pluošto ratlankiai yra
lengvesni, stipresni, nenuvargsta metalas ir gerokai
sumažinti triukšmą. Anglies pluošto ratų rinka Kinijoje
milžiniškas potencialas, tačiau plačiai paplitęs anglies pluošto
ratai visų pirma priklauso nuo sąnaudų.

2 paveikslas: Anglies pluošto paklausos automobilių sektoriuje prognozė
Sektorius

Nuolatinis tobulinimas ir didelio masto gamyba
anglies pluošto gamybos technologijos, anglies pluošto kaina
pluošto palaipsniui mažėja. Tradicinis anglies pluoštas
pirmtakas daugiausia gaminamas iš poliakrilnitrilo (PAN) žaliavos.
medžiagos, kuri visada buvo brangi. Tačiau naudojant
asfalto pagrindo, polietileno ir kitų medžiagų.
prekursorių, anglies pluošto kaina gali būti sumažinta daugiau
nei 30%. Pavyzdžiui, "Carbon Revolution", Australijos
bendrovė, gamina anglies pluošto ratlankius klijuodama
anglies pluošto su derva, siekiant didelio masto gamybos ir
sumažinti anglies pluošto ratų kainą iki lygio, artimo
aliuminio ratlankiai.

Kinijos vyriausybė įgyvendino atitinkamą politiką, kad
skatinti plačiai taikyti šalyje pagamintus
aukštos kokybės anglies pluošto. 2021 m. kovo mėn.
Penkerių metų nacionalinis ekonominis ir socialinis planas
Plėtra ir ilgalaikiai tikslai iki 2035 m.",
kuriame pabrėžta, kad reikia stiprinti mokslinius tyrimus,
didelio našumo pluoštų, tokių kaip
kaip anglies pluoštas ir jo kompozitai. Tai sudaro palankias sąlygas
politinė aplinka, skirta technologinei pažangai.
anglies pluošto pramonė ateityje.

Naujos energijos transporto priemonių plėtra yra nesustabdoma ir
anglies pluošto ratai gali tapti standartine naujų
energiją naudojančios transporto priemonės.

CFRP ratų ir metalinių ratų palyginimas:

Nuo pat automobilių išradimo 1886 m., kurio istorija
daugiau nei 100 metų automobilių ratai evoliucionavo nuo
nuo medinių medžiagų iki modernių metalinių medžiagų. Dažniausiai
šiuolaikiniuose automobiliuose naudojami ratai iš plieninių medžiagų,
aliuminio lydinio ratlankiai, magnio lydinio ratlankiai, o pastaruoju metu
metų atsirado anglies pluošto ratai, ypač
superautomobiliai.

Plieniniai ratai: Plieniniai ratai daugiausia gaminami iš geležies ir kitų medžiagų.
metalų, kad padidintų atsparumą. Jų privalumai
didesnis kietumas, puikus atsparumas smūgiams ir gera apkrova
laikomoji galia. Be to, jie yra palyginti nebrangūs.
Tačiau plieniniai ratlankiai turi tam tikrų trūkumų, pvz.
jautrumas rūdims, prastas šilumos išsklaidymas, didelis svoris ir
stabdymo ir valdymo apribojimai.

Aliuminio lydinio ratai: Aliuminis yra pagrindinė sudedamoji ratų dalis.
aliuminio lydinio ratlankiai ir tokie elementai kaip stibis,
silicio ir magnio, kad pagerintų bendrą veikimą. .
aliuminio lydinio ratlankių gamybos procesas yra labiau
sudėtingesnis nei plieninių ratų, nes turi daugiau apdorojimo etapų.
Aliuminio lydinio ratlankiai pasižymi geresnėmis bendrosiomis eksploatacinėmis savybėmis ir
žymiai sumažintas svoris. Dėl mažesnio tankio
aliuminio lydinio, jie pasižymi greitesniu pagreičiu, geresniu šilumos
išsklaidymą ir yra tinkamos miesto keliams.
Tačiau aliuminio lydinio ratlankiai turi santykinai mažesnes
kietumas, atsparumas smūgiams ir nuovargiui, todėl
jie netinkami atšiaurioje aplinkoje, pvz., bekelėje.
sąlygos.

Magnio-aliuminio lydinio ratlankiai: Palyginti su aliuminiu,
magnio tankis yra mažesnis ir panašus į anglies pluošto tankį.
kompozicinės medžiagos. Magnio ir aliuminio lydinio ratlankiai
sudėtyje yra magnio kaip pagrindinės sudedamosios dalies, taip pat
aliuminio, cinko, mangano ir kitų elementų. Jie suteikia
geresnis elastingumas, greitesnis šilumos išsklaidymas ir stipresnis smūgis
absorbcijos pajėgumai. Jie yra patobulinta
aliuminio lydinio ratlankiai pagal tvirtumą. Tačiau,
magnio ir aliuminio lydinio ratlankiai linkę oksiduotis ir
yra mažai atsparūs korozijai.

Anglies pluošto ratai: Anglies pluošto ratlankiai yra palyginti naujas
pastaraisiais metais pasirodžiusių ratų tipų. Jie turi
grynai juodos spalvos, tekstūruoto paviršiaus, suteikiančio jiems
aukštos klasės ir rafinuota išvaizda. Anglies pluošto ratlankiai
galingas veikimas, panašus svoris kaip magnio
ratai, didelis kietumas, puikus atsparumas smūgiams ir
atsparumas korozijai ir oksidacijai. Šiuo metu jie naudojami
motociklai, kalnų dviračiai, kelių dviračiai ir automobiliai.

Anglies pluošto kompozito ratų privalumai
Automobilio ratams ir padangoms tenka visas automobilio svoris ir jos atlieka
lemiamas vaidmuo vairuojant transporto priemonę, veikiant
transmisijos ašis. Pagrindinė konstrukcinė sudedamoji dalis - anglis
pluošto kompozito ratai pasižymi puikia laikomąja galia
ir atsparumas smūgiams, todėl pasižymi išskirtinėmis eksploatacinėmis savybėmis.
greitėjant ir esant didelėms apkrovoms. Be to, anglis
pluošto ratai gali veiksmingai sumažinti inerciją ir užtikrinti greitesnį
greitėjimas, stabdymas ir manevravimas dėl mažesnio
svoris.

(1) Lengvesnis svoris, didesnis stiprumas

Plačiai žinoma, kad anglies pluošto kompozicinės medžiagos yra
pripažintas geriausiu "lengvo" ir sveriančio
automobilių skaičiaus mažinimas. Anglies pluoštas, dar vadinamas "juoduoju pluoštu".
auksas" yra lengvesnis už aliuminį, tačiau tvirtesnis.
nei plienas. Jis pasižymi atsparumu korozijai ir dideliu moduliu
savybės, leidžiančios ne tik sumažinti svorį, bet ir
transporto priemonės konstrukcijos stiprinimas. Duomenys rodo, kad 20-
colių anglies pluošto ratas sveria maždaug 7,5 kg, o tai yra
daugiau nei 25% lengvesnis už analogiško dydžio aliuminio lydinį.
ratas. Anglies pluošto ratai pasižymi tvirtumu.
bendras pagerėjimas maždaug 30%, palyginti su aliuminiu.
lengvojo lydinio ratlankiai.

(2) Geresnis veikimas ir valdymas

Australijos "Carbon Revolution" ratų prekės ženklo inžinieriai
nurodė, kad sumažinus rato svorį 1 kg, pagal
neatremiamoji masė prilygsta bendros transporto priemonės masės sumažinimui.
svoris 15 kg. Kiekvienam 10% svorio sumažėjimui
transporto priemonės greitėjimo charakteristikos gali pagerėti
maždaug 8%. Tai rodo, kad lengvi ratai gali
geriau reaguoti į transporto priemonės galios charakteristikas.
Anglies pluošto ratai taip pat puikiai amortizuoja smūgius,
didesnis komfortas ir geresnis valdymas.

(3) Energijos vartojimo efektyvumas ir išmetamųjų teršalų mažinimas

Neatsispyrimo masės sumažinimas 1 kg naudojant anglies pluoštą
kompozitiniai ratai yra lygiaverčiai bendros transporto priemonės
svoris 15 kg. Sumažinus svorį 10%, galima gauti 6%-
8% mažesnės degalų sąnaudos ir 5% mažesnės
emisijos. Jei transporto priemonės naudoja tiek pat
benzinu, automobilis su anglies pluošto ratais gali važiuoti iki
iki 50 km per valandą daugiau, palyginti su automobiliu su aliuminio lydinio
ratai. Anglies pluošto ratų svoris yra 60% lengvesnis nei
to paties dydžio kaltinių aliuminio lydinio ratlankių,
transporto priemonės svorio mažinimas yra svarbus aplinkosauginiu požiūriu.
tikslai.

(4) Geresnis valdymas ir puikios stabdymo savybės

Anglies pluošto ratų tamprumo modulis siekia iki 200 GPa.
Kuo didesnis tamprumo modulis, tuo mažesnis tamprumo
deformacijos po jėgų poveikio, todėl geriau
komfortas ir geresnis valdymas. Pakeitus ratus į
lengvas anglies pluošto, transporto priemonės pakaba
reakcijos greitis pastebimai padidėja, todėl greičiau ir greičiau
sklandesnis greitėjimas ir geresnis stabdymas.

Anglies pluošto kompozito ratų taikymo pavyzdžiai
2007 m. įkurta "Carbon Revolution" yra pasaulinė technologijų
bendrovė ir 1 lygio OEM tiekėjas, sėkmingai
pradėta, komercializuota ir pramoniniu būdu gaminama aukštos kokybės
našumas, technologiškai pažangios lengvos anglies pluošto
ratai. Be prabangių automobilių ratlankių, bendrovė turi
paskelbė apie 23 ir 24 colių anglies
pluošto ratai, skirti elektrinių sunkvežimių ir visureigių rinkoms. .
bendrovė taip pat vykdo koncepcinius ir patvirtinimo projektus.
"Boeing" sraigtasparnių CH-47 Chinook ratams.

3 pav.: "Carbon Revolution" itin lengvos serijos anglies pluoštas
Ratai

Anglies pluošto ratų gamybai reikia didelio
preciziškas anglies pluošto sluoksniavimas ir aukšto slėgio liejimas.
technikos. "Carbon Revolution" turi apie 50 patentų
susiję su anglies pluošto ratų gaminiais ir gamyba
procesų ir siekiama didinti efektyvumą taikant procesų
patobulinimai. Siekdama šio tikslo, bendrovė sukūrė
itin automatizuotas gamybos linijas ir plačiai naudoja
mašininio mokymosi ir dirbtinio intelekto technologijas, kad
optimizuoti gamybos procesą. Vidutiniškai ratai
yra nuo 40% iki 50% lengvesni už standartinius aliumininius ratlankius.
rinka. Be to, ratai gali būti suprojektuoti su
aerodinaminių formų, kad būtų sumažintas pasipriešinimas ir padidintas nuotolis be
svorio didinimas.

Italijos bendrovė "Bucci Composites" pristatė pirmąjį 20 colių
anglies pluošto ratlankis, specialiai sukurtas
sportinių ir superautomobilių sektoriuje. Jis leidžia ratą pritvirtinti prie
stebulę tradiciniu būdu, todėl nebelieka varžtų sukimo momento rizikos.
atsipalaidavimas. Taip užtikrinama, kad itin lengvi anglies pluošto ratai
juos taip pat lengva surinkti ir prižiūrėti, kaip ir tradicinius ratus. Į
reaguoti į aukštą temperatūrą, ypač kai
naudojant anglies keramikos stabdžius, vidinė ratlankio pusė yra
padengtas keramikos sluoksniu, apsaugančiu anglies pluoštą ir
kad ratlankį būtų galima naudoti esant ekstremalioms temperatūroms.

4 pav. Anglies revoliucija

"Bucci Composites" taip pat turi moderniausią
"Cannon" gamybos technologija (aukšto slėgio RTM-
HP-RTM), vienintelė įmonė Italijoje, turinti technologiją, leidžiančią
toliau kurti daugiau ratų modelių automobiliams
pramonė.

5 paveikslas: "Cannon" HP-RTM proceso įranga

"Cannon" sprendimas apima įrangą, reikalingą
aukšto slėgio RTM procesas, skirtas kompozitinių medžiagų gamybai
medžiagos su epoksidinės dervos matrica ir anglies pluoštu
sustiprinimas:

(1) Trijų komponentų E-sistemos aukšto slėgio dozatorius, skirtas
epoksidinės dervos, kurios sudėtyje yra LN10 trijų komponentų
maišymo galvutė ir uždaros kilpos išėjimo koeficientų valdymas.

(2) trumpojo eigos suspaudimo presas su užspaudimo
25 000 kN jėga, 3,6×2,4 m dydžio presavimo plokštės ir labai
tiksli lygiagretumo aktyvi kontrolė, užtikrinanti liejinio plokštumą
dalys.

6 pav.: "Bucci Composites" 20″ anglies pluošto ratas

Garsus britų automobilių gamintojas "Bentley" neseniai
pristatė naujoviškus visiškai iš anglies pluošto pagamintus "Bentley" ratlankius.
"Bentayga" visureigis, sukurtas "Bucci Composites". 22 colių
anglies pluošto ratai tapo didžiausiais anglies pluošto ratais
kada nors pagamintas, garantuojantis naujovišką dizainą ir išskirtinį
našumas, o svoris sumažėjo 6 kg vienam
ratas.

7 pav.: "Bucci" "Bentley" sukurti 22″ ratai

Jungtinėse Amerikos Valstijose įsikūrusi bendrovė "Vision Wheel" pristatė naują
bendradarbiaujant su IDI sukurtas anglies pluošto ratas
"Composites International" ir kompozicinių medžiagų audimas
ekspertas A&P technologija. Kiekvieno rato kaina yra $2,000 arba
dar mažesnis.

Kita JAV bendrovė, "ESE Carbon", pristatė savo E2
integruotų anglies pluošto kompozito ratų, esančių antrinėje rinkoje,
tarnauja "Tesla Model S", "Tesla Model 3" ir "Subaru WRX STI
transporto priemonės.

E2 ratuose naudojamas pažangus naujoviškas pritaikytas pluoštas
dėjimo (TFP) ir aukšto slėgio dervos infuzijos technologija,
derinant našumą, ilgaamžiškumą, efektyvumą ir inovacijas.
su anglies pluošto grožiu, užtikrinant aukščiausios kokybės
papildomai parduodami ratlankiai.

Kuo lengvesni ratai, tuo mažesnė sukimosi inercija, todėl
mažiau jėgos reikia ratams judėti į priekį. Kaip
aukščiausios kokybės anglies pluošto kompozito ratas E2 gerokai
sumažina svorį, palyginti su aliuminio ir plieno ratais. Bandymai
parodė, kad kiekvienas ratas gali sutaupyti 10 svarų svorio,
todėl rato greitis padidėjo 5,3%.

Paprasčiau tariant, lengvesniems daiktams sulėtinti reikia mažiau darbo.
ir sustokite. E2 anglies pluošto ratai yra 45% lengvesni už
lygiaverčiai plieniniai arba aliumininiai ratai. Bandymai parodė, kad E2
ratai gali sutrumpinti stabdymo ir važiavimo kelią nuo 60 mylių per valandą.
iki 1 mylios 3,6%.

Sumažinus neatremiamąjį svorį, sumažėja jėgos, veikiančios
pakaba, kad ratai tvirtai laikytųsi ant kelio. Kiekvienas E2
anglies pluošto ratas gali sumažinti iki 10 svarų neatsispyrimo
sistemos svoris, todėl pagerėja pakabos veikimas.
Dėl pagerėjusio padangų kontakto pagerėja
vairo mechanizmo reakcija ir jautresnis valdymas. Nesvarbu, ar važiuojate
kelyje ar trasoje, E2 anglies pluošto ratlankiai padės jums vairuoti
patirtį į visiškai naują lygį.

Bandymai kelyje

Po kelerius metus trukusių prototipų bandymų E2, technologiškai pažangiausias
kada nors sukurta pažangi automobilių ratų stebulė, buvo
sukurtas. Taikant labai pažangų modeliavimą, naudojant baigtinį
elementų analizė, ESE kompozitų inžinerijos komanda gali
numatyti rato reakciją esant įvairiems realaus pasaulio
scenarijus. Turėdami daugybę duomenų, ESE ratai
bandymai laboratorinėmis ir lauko sąlygomis, patvirtinant jų
stiprumas, saugumas ir našumas.

Radialinio smūgio bandymas
Atliekant radialinio smūgio bandymus vertinamas rato stabilumas, kai
susidūrus su duobėmis ar didelėmis kliūtimis, kad būtų išvengta didelių
sugadinimas ar gedimas. Kadangi kelio sąlygos ne visada yra tobulos,
E2 ratai buvo griežtai išbandyti, kad atlaikytų tipiškus
pavojų keliuose ir įrodė, kad yra pranašesni už lygiaverčius plieninius
ir aliuminio ratlankiai.

Smūgio į bortelį bandymas
Smūgio į šaligatvio bortelį bandymas yra labai svarbus įvertinimas siekiant įvertinti poveikį
daugkartinių smūgių į statišką paviršių, imituojant transporto priemonės
iš anksto nustatytu greičiu atsitrenkti į bortus ar kitus fiksuotus objektus.
Net ir važiuojant nedideliu greičiu, šaligatvio bortelių ir ratų kontaktas
sukelia dideles smūgio jėgas. E2 anglies pluošto ratai
buvo suprojektuoti ir nuodugniai išbandyti, kad atlaikytų gedimus
destruktyviose situacijose, pvz., smūgių į bortelį atveju.

SAE J3204 bandymai

Atlikti išsamūs E2 bandymai ir laukiama
sertifikavimas pagal SAE J3204, naujas gamybos procesas
kompozitinės medžiagos ratai. ESE glaudžiai bendradarbiauja su
Automobilių inžinierių draugija (SAE), kad padėtų sukurti
kompozitinių medžiagų ratų standartus ir etalonus. Svetainėje .
ESE E2 anglies pluošto ratlankiai viršija SAE nustatytą minimalią
rekomendacijos.

Panašiai kaip ir metalinių ratų atveju, SAE sprendžia ilgaamžiškumo problemas.
kompozitinių medžiagų ratams, kai jie patiria įvairų nuovargį ir
smūgio bandymai. SAE taip pat nustatė naujus reikalavimus
atsižvelgti į unikalų kompozicinių medžiagų poveikį aplinkai.
medžiagos.

11 paveikslas: E2 anglies pluošto ratai, kuriuos priėmė pagrindinės įmonės
automobilių gamintojų visame pasaulyje.

E2 anglies pluošto ratai sukurti naudojant naujausias
Pritaikyta pluošto išdėstymo (TFP) technologija. Anglies pluoštas
sluoksniavimas tradiciškai buvo daug darbo reikalaujantis procesas, kurio metu
anglies pluošto audinio pjaustymas ir formavimas rankomis ant dervos.
pelėsis. Dėl to susidarė per daug atliekų ir rankų darbo.
gali atsirasti gamybos trikdžių.

12 paveikslas: Pritaikytas pluošto išdėstymas (TFP)

TFP pasiekiamas optimalus struktūrinis našumas naudojant
mašinos, kuriomis anglies pluoštai išdėstomi ir susiuvami į tikslias
pozicijos. Tai sutrumpina sluoksniavimo laiką 50% ir sutrumpina medžiagos
80% atliekos. Tai taip pat leidžia ESE optimizuoti dizainą
dėl tikslaus pluošto išdėstymo ir orientacijos.
prisitaikyti prie anglies pluošto ratų išlenkimų ir stipinų.
Tai padidina E2 anglies tvirtumą ir ilgaamžiškumą.
pluošto ratai, leidžiantys efektyviai valdyti krovinius ir
įtempimai.

E2 taip pat naudoja patentuotą dervos perkėlimo liejimo technologiją
(RTM) procesas ir epoksidinės dervos sistema, skirta gaminti
stebulės, užtikrinančios didesnį ratlankio tvirtumą ir nuovargį.
atsparumas. ESE naudoja aukščiausios kokybės, greičiausiai kietėjančius
derva, užtikrinanti neprilygstamą našumą už geriausią pramonėje
Tg (stiklėjimo) temperatūra iki 212 °C. Pluošto
ir dervos kiekio santykis ESE yra 60%, o minimali tuštuma
2% kiekis, todėl jis yra vienas geriausių pramonėje.
Be to, ESE gali visiškai užpildyti koncentratorių per mažiau nei 2
minučių.

13 pav.: CFRP ratų gamyba naudojant RTM procesą

Išvados:

Naudojant anglies pluošto ratlankius, ratų svoris
žymiai sumažintas, todėl sportiniai automobiliai gali pasiekti geresnių
valdymo našumas. Dėl mažesnės inercijos anglies pluošto ratai
pagerina vairo mechanizmo reakciją ir trauką, todėl greičiau
greitėjimas ir stabdymas.

Be to, daugeliui žmonių nerimas dėl nuotolio yra didelė problema.
potencialūs vartotojai, svarstantys apie pirkimą
elektrinė transporto priemonė. Nors elektrinės transporto priemonės važiavimo nuotolis
visų pirma priklauso nuo akumuliatoriaus, tačiau įtakos turi ir kiti veiksniai.
poveikį. Lengvi anglies pluošto ratai gali gerokai sumažinti
energijos suvartojimas dėl ratų sukimosi
greitėjimas ar lėtėjimas, maksimaliai padidinant važiavimo diapazoną.
elektrinės transporto priemonės.

 

sausio 6 d., 2024 m.