Тормозная система
Необходимость в тормозных механизмах появились еще задолго до изобретения автомобиля. Разогнать телегу, карету и т. п. лошади могли до больших скоростей, а вот быстро остановиться с такой тяжелой ношей – увы.
Первыми тормозными механизмами стали рычаги со специальными башмаками, прижимающимися к колесной шине. Такой привод требовал от водителя немалого усилия, чтобы остановить транспортное средство. Приходилось устанавливать длинные рычаги.
С появлением автомобиля и увеличением скоростей транспортных средств такого устройства уже было не достаточно. И на смену рычагам пришли ленточные тормоза. Их принцип работы заключается в следующем. На выходном валу коробки передач устанавливается барабан, который охватывает стальная лента, и с увеличением угла обхвата повышается момент трения. Усилий для работы таких механизмов требовалось меньше, и длинный рычаг заменили педалью. Несмотря на то, что в автомобилестроении от такого типа тормозных механизмов впоследствии отказались, они и сегодня находят успешное применение в механизмах подъема, передвижения и поворота подъёмно-транспортных машин.
В 1902 году, Луи Рено изобрел барабанные тормозные механизмы. От предыдущих, ленточных, их отличало то, что барабаны были полыми, а колодка располагалась внутри них. Впоследствии их стало две. Колодки расходились в разные стороны внутри барабана, который вращался вместе с колесом, и создавали трение, тем самым, снижая скорость автомобиля.
В том же 1902 году английский конструктор Фредерик Ланчестер запатентовал проект дискового тормозного механизма. Такие тормоза стали устанавливать на автомобилях его разработки, носивших имя изобретателя – Lanchester. Однако устанавливали такие тормоза лишь с 1906 по 1914 гг. Из-за несовершенного на то время узла и его низкой эффективности, от дисковых тормозов отказались в пользу барабанных.
В начале 20-го века автомобили имели тормозные механизмы, расположенные исключительно на задней оси. Установка механических тормозных механизмов на передние колеса была очень сложной, такие приводы недостаточно передавали усилия на управляемые колеса, и, кроме того, считалось, что автомобили в данном случае должны сильно "клевать", или вовсе переворачиваться при резком торможении. Управляемые колеса обзавелись тормозными механизмами лишь с появлением гидравлики. Первым автомобилем с подобной системой стал Chrysler 70, 1924 года. Преимущества такой системы были очевидны. Под действием давления жидкость не сжимается, а значит, способна передавать усилие во все точки системы. КПД гидравлической системы составляет 95%. К тому же проложить гидравлические магистрали гораздо проще, чем тросы, тяги и рычаги.
Несмотря на все недостатки механических систем, современные автомобили до сих пор оснащаются таковыми. Большинство машин на сегодня имеют две тормозные системы. Одна рабочая, другая стояночная. В конструкции стояночных как раз и используется система тросов, которая удерживает машину в неподвижном состоянии при стоянке. Последнее время на смену им стали приходить электромеханические, однако, это пока еще прерогатива автомобилей высоких классов.
Несмотря на достоинства гидравлической системы, она требовала от водителя больших усилий при нажатии на педаль тормоза. Поэтому со временем, для создания дополнительных напряжений, на помощь водителю пришли усилители. Первым стал механический, разработанный Луи Рено в 1923 году. Сегодня используются вакуумные, работающие за счет разрежения во впускном коллекторе.
Эволюционировала к нашему времени и тормозная жидкость. Ведь к ней предъявляются следующие требования – она не должна густеть на морозе, расширяться при нагреве и закипать. Поэтому постоянно разрабатываются новые составы, расширяющие диапазон ее использования.
О дисковых тормозных механизмах первыми вспомнили авиационные инженеры. Ими стали оснащать шасси самолетов во время Второй мировой войны. На автомобилях "диски" появились в 1952 году. Сначала их устанавливали только на спортивные машины. Спустя 4 года, учитывая явные плюсы таких механизмов, их стали применять и на гражданских автомобилях. В 1958 году на передней оси Citroen DS19 впервые были установлены дисковые тормозные механизмы.
На современных автомобилях можно встретить и дисковые, и барабанные тормозные механизмы. И те, и другие имеют свой ряд преимуществ и недостатков, в зависимости от которых определяется область их использования.
Прежде всего, барабанные тормоза выигрывают за счет своей простоты изготовления и стоимости. Они имеют большую площадь контакта фрикционного материала, а также, вследствие того, что нижняя часть одной колодки связана с другой, трение передней колодки увеличивает силу прижатия задней. Благодаря этому увеличивается тормозное усилие. Однако колодки внутри барабана нагреваются, и это может привести к его деформированию, в результате чего площадь контакта фрикционного материала и барабана уменьшается, что снижает тормозные характеристики. Поэтому при частом торможении и больших нагрузках такие механизмы не подходят.
Дисковые тормозные механизмы в виду небольшой площади контакта требуют дополнительных усилителей, что удорожает систему, и в последствии, за счет большего давления на колодки, изнашиваются они гораздо быстрее. Зато дисковые тормозные механизмы имеют меньший вес, их проще диагностировать и обслуживать, чем "барабаны", а также они обеспечивают лучшую теплоотдачу. Так как составляющие дисковых механизмов (колодки, диск и суппорт) открыты. Однако это приводит к тому, что они плохо защищены от грязи. Поэтому на военной небыстроходной технике часто отдают предпочтение барабанным тормозам.
Езда на мощных и динамичных автомобилях сопровождается частыми торможениями. Поэтому на таких машинах быстрота отвода тепла от дисков играет очень большую роль. Так появились вентилируемые диски. Они представляют собой два диска, между которыми находятся лопасти. Прозвали такую конструкцию "сэндвич". Схожая с турбиной, она позволяет отводить тепло гораздо быстрее, а значит улучшать эффективность тормозных механизмов.
На тормозных дисках можно встретить отверстия и канавки. Такие дополнения способствуют снижению веса диска, препятствуют его короблению и способствуют удалению газов, которые образуются при трении колодок о диск, создавая воздушную прослойку между колодкой и диском, уменьшающую эффективность работы тормозов. Кроме того, канавки и перфорация способствуют удалению грязи, воды и нагара от фрикционного материала колодок. Последнее очень актуально для спортивных автомобилей, так как при больших нагрузках рабочие поверхности тормозных колодок покрываются тонким слоем отработанного фрикционного материала. Его то эти шлицы и срезают.
В автоспорте, где автомобили постоянно оттормаживаются с больших скоростей, применяют диски сделанные из углеволокна (карбона), способные под действием высоких температур не менять своих механических свойств. Такие диски легче, гораздо эффективнее, но работают они только при высоких температурах. Поэтому пилоты "Формулы-1" всегда прогревают тормоза перед началом гонки. Для обычных автомобилей, несмотря на определенные преимущества, они не подходят.
Надо отметить, что сегодня тормозная система справляется не только со своими прямыми обязанностями. На ее плечи возлагаются и другие функции.
С внедрением электроники тормозная система может имитировать работу межколесных и межосевых дифференциалов. Это позволяет небольшим вседорожникам, которым отводится роль городских автомобилей, не таская ежедневно тяжелые механизмы, при необходимости справиться с легким бездорожьем.
Тормозная система также помогает удерживать автомобиль на заданной траектории. В случае необходимости система курсовой устойчивости подтормаживает нуждающиеся в этом колеса и тем самым удерживает автомобиль.
При помощи тормозных механизмов можно предотвратить пробуксовку колес на скользком покрытии. Также электроника в паре с тормозной системой способна помогать водителю при спуске с крутых склонов, самостоятельно регулируя скорость движения автомобиля.
И все же, самое главное в тормозной системе – это ее целостность и работоспособность. Поэтому никогда не игнорируйте даже незначительные ее неполадки и вовремя проводите диагностику всех узлов.