Особенности работы различных тормозных систем

Стоит ли лишний раз напоминать о том, что тормозная система является основной системой безопасности во всех транспортных средствах?

И дело здесь вовсе не в трусости, как говорится в известной поговорке, ведь от исправности тормозов полностью зависит вся безопасность движения, следовательно, здоровье и жизнь его участников. Поэтому их исправности всегда необходимо уделять особое внимание.

Основное назначение системы торможения заключается в снижении скорости транспортного средства, либо его остановки. Главными составными элементами системы являются тормозные барабаны, диски и колодки. Условно тормоза делятся на два типа:

- основной (замедляет либо полностью останавливает автомобиль);

- стояночный (удерживает машину во время остановки на наклонной поверхности).

Стоит отметить, что конструкция тормозной системы абсолютно не отражается на эффективности ее эксплуатации. По сути, сам процесс торможения заключается в наличии необходимой величины усилия для замедления (блокировки) колес, дабы они из вращательного движения перешли в скользящее. А это под силу даже автомобилям, на которых установлены тормозные системы старого, барабанного типа.

Однако тормоза работают эффективно, пока их температура не превышает установленного предела. А вот перейдет она его или нет, полностью зависит от энергоемкости материала, из которого произведены тормозные элементы. Говоря проще, чем хуже материал деталей накапливает и рассеивает тепловую энергию во время их работы, тем быстрее они перегреваются, и снижается эффективность работы всей системы торможения, увеличивается тормозной путь. Чем больше нагрев элементов, тем большее усилие необходимо приложить к тормозной педали, поэтому максимально повышается вероятность полного отсутствия торможения до того момента, пока температура в системе не стабилизируется.

Очень хорошо, что подобная ситуация скорее исключение из правил, нежели закономерность, и связана она исключительно с недоработками в конструкции системы торможения, поэтому практически не встречается. Но, стоит, вдавив «в пол» педаль акселератора, пролететь по гоночной трассе, при этом несколько раз резко затормозить с небольшими интервалами, чтобы воочию убедиться в неэффективности работы даже самой мощной и совершенной тормозной системы. Выходит, что от стиля вождения полностью зависит и работа тормозов. Агрессивная езда с постоянными нагрузками на тормоза вызывает их сильный разогрев и ухудшает работу.

Начиная разговор о взаимосвязи тормозной системы с характеристиками транспортного средства, стоит отметить еще один не менее важный момент как масса тормозных элементов. То есть, чем мощнее тормоза, тем больший вес они имеют, и тем больше прижимают автомобиль к дороге, снижая плавность его хода. Поэтому, слишком большие и тяжелые элементы системы хоть и обладают повышенной энергоемкостью, но все же становятся причиной непроизвольного замедления автомобиля.

Основные типы тормозов

Как известно, их существует два: дисковые и барабанные. Конструкция последних, практически в неизменном виде применяется уже более века. Она представлена закрытым цилиндром, на который воздействуют находящиеся внутри него полукруглые колодки. Почему она настолько популярна и дожила до сегодняшнего времени? Главной особенностью барабанной тормозной системы является большое пространственное соприкосновение тормозных колодок с барабаном, которое составляет почти 2/3 площади барабана. Благодаря этому значительно повышается длительность работы тормозных колодок, за счет полного исключения необходимости в использовании высокого давления в системе, вследствие чего тормоза работают без усилителя. Сейчас, когда усилитель тормозов уже стал неотъемлемой частью системы торможения, подобное преимущество барабанных тормозов резко отошло на второй план, зато продолжительность работы тормозных колодок очень актуальна при использовании системы на бюджетных моделях авто. Это послужило реальной предпосылкой к установке системы барабанного торможения на заднюю ось транспортных средств, поскольку ее конструкция более защищена от проникновения грязи вовнутрь, которая ухудшает процесс торможения и служит причиной скорейшего износа элементов системы.

Тем не менее, в передней части авто барабанная система уже не используется ввиду того, что для большей эффективности замедления передней колесной пары необходимы более тяжелые механизмы. Также барабанные тормоза плохо охлаждаются из-за особенностей своей конструкции. К тому же, не всегда удается полностью стабилизировать силу трения колодок о барабан, из-за чего он часто трескается.

Естественно, что можно каким-то образом изменить и усовершенствовать конструкцию барабанных тормозов. Например, как в 40-х годах, когда на гоночные болиды устанавливались барабаны, размер которых практически соответствовал размеру колеса. Они имели специальные отверстия для охлаждения системы воздушными потоками и ребра жесткости. Понятно, что и вес их был соответствующий. Дабы снизить нагрузку на неподрессоренную часть транспортного средства была разработана особая конструкция тормозной системы, в которой барабаны крепились не на колеса, а на кузов авто, а усилие передавалось посредством приводных валов. В наше время это уже редкость, которую можно увидеть лишь среди экспонатов политехнического музея. Сейчас для снижения массы тормозных барабанов применяются специальные алюминиевые сплавы.

С дисковой тормозной системой дела обстоят проще, поскольку она имеет открытую конструкцию, что позволяет максимально охлаждать тормоза. Помимо этого, диски имеют особую конструкцию, которая представляет собой центробежный вентилятор (две сдвоенных плоскости, с расположенными посередине прорезями). Нужно сильно постараться, чтобы перегреть диски тормозов. Помимо этого в отличие от барабанной конструкции системы дисковые тормоза очень прочные, поскольку величина усилия, которое возникает между колодками и диском ни чем не ограничивается.

Но, может случиться так, что тормозная жидкость в системе попросту закипит. Связано это с малыми размерами колодок, которые усиленно нагреваются вследствие трения о диски и передают все тепло тормозной жидкости. В свою очередь ее перегрев вызывает резкое падение давления в системе и отказ тормозов. Однако температура кипения используемой в современных автомобилях тормозной жидкости составляет более 250 градусов, что позволяет обеспечить эффективную работу системе. Тем не менее, стоит учитывать все, особенно на этапе проектирования мощных транспортных средств и специальной техники. По этой причине целесообразнее увеличить размер тормозных колодок. Бывает и так, что они взаимодействуют с 2/3 поверхности диска.

Становится ясно, что дисковая система торможения хоть и работает эффективнее барабанной, но все же нуждается в частой замене тормозных колодок. Также для ее производительности необходимо наличие высокопродуктивного усилителя.

Из каких материалов изготавливают компоненты тормозных систем?

Известно, что тормозные диски производят из стали либо чугуна. Почему именно из этих материалов? Все очень просто. Поскольку диск является основным компонентом тормозной системы, поэтому материал его изготовления должен соответствовать большинству требований, таких как высокая прочность, теплопроводность, стабильность агрегатного состояния при изменении температурного режима и др. Следовательно, некоторые марки чугуна и стали полностью соответствуют этим условиям. Однако, снижение эффективности торможения при нагреве, вероятность закусывания и коробления, не позволяет применять материалы, рабочая температура которых менее 500 градусов.

Но, существует ряд более устойчивых к температурному воздействию материалов. К примеру, керамические диски спокойно могут разогреваться до 1000 градусов, при этом эффективность торможения от этого нисколько не страдает. К тому же диски из этого материала обладают гораздо меньшей массой, они высокопрочные, способны выдержать практически миллионный пробег. Увы, их цена слишком высока, поэтому и устанавливаются они исключительно на дорогие суперкары.

В болидах Формулы-1 широко применяются тормозные диски, изготовленные из карбона, которые в пять раз легче фарфоровых, и обладают большей предельной температурой нагрева. Несмотря на это их рабочая температура колеблется в районе 300-600 градусов. При этом если они плохо прогреты, то эффективность торможения в разы снижается. Поэтому таким дискам необходим прогрев перед стартом, а в конструкции системы предусмотрены специальные высокопродуктивные воздухозаборники. Однако от недостаточного охлаждения карбон разрушается. Подобная технология применяется исключительно на гоночных болидах.

Рассмотрим материалы, из которых изготавливаются колодки. Их фрикционный материал менее подвержен различным нагрузкам, соответственно, к нему предъявляются не особо жесткие требования. В основном они изготавливаются из композитных материалов. Каждый из элементов такого состава имеет свои определенные свойства: износостойкость, термостабильность, хороший коэффициент трения и др.

Для армирования композитных составов колодки используются различные заменители асбеста (он, из-за своей канцерогенности не используется уже длительное время). Накладки для колодок производятся так: необходимое количество всех композитных материалов смешивается со связывающим веществом, после чего состав подлежит термической обработке и спрессовывается. Таким образом, можно получить качественные колодки с заданными свойствами. 

Видеоинструкция по замене передних тормозных колодок:

Видео о барабанном и стояночном тормозах:

Видеоинструкция по замене тормозных дисков и колодок на автомобиле Hyundai Accent: