До полной ocтановки
Николай Свистун
Говорите, тормоза придумали трусы? Что ж, хвала им, быстро сообразившим, что даже гужевой повозке, если, конечно, запрячь в нее не пару флегматичных волов, а четверку бодрых скакунов, просто необходимо какое-то приспособление для быстрой остановки.
Тормоза первых автомобилей были построены по гужевому принципу - рычаг—колодка -обод колеса. Поначалу этого хватало. Потом скорости возросли, да и желающих развивать недюжинное усилие (длинный рычаг тут — подспорье слабое) поубавилось.
Пришлось что-то изобретать. Так появились трансмиссионные ленточные тормоза. Принцип их работы довольно прост: на выходном валу коробки передач устанавливали барабан, обвитый лентой (как правило, стальной), которая натягивалась механически. Пользоваться этим приспособлением значительно проще, место длинного рычага заняла аккуратная педаль — почти такая же, как на современных авто.
Трансмиссионный тормоз не забыт и в несколько измененном виде (на смену ленте пришли фрикционные колодки) исправно трудится на тяжелых грузовиках. А в качестве стояночного успел поработать на ГАЗ-21.
Что же до механических приводов, они хоть и обладают рядом очевидных недостатков (передать при помощи системы тяг внятное усилие на управляемые колеса — задача технически очень непростая), тем не менее дожили до наших дней. До сих пор система привода стояночного тормоза на большинстве автомобилей — это просто металлические тросы, идущие параллельно гидравлическим магистралям к тормозным механизмам задних колес. И только на самых новых и дорогих авто они наконец уступили место электромеханическим системам.
Гидравлика против механики
|
|
А что же с рабочей тормозной системой? Понятно, что механические приводы, основанные на системе рычагов, тяг и шарниров, -тупиковый путь. Помимо проблем с передачей тормозного усилия на передние (то есть управляемые) колеса, все это было еще и очень громоздко.
Настоящим шедевром чисто механического торможения стала система, появившаяся в 1919 году на Hispano-Suiza H6B: четыре барабанных тормоза приводились посредством хитрой передачи от... двигателя! Причем просто по мановению ноги водителя, к услугам которого была удобная педаль.
Если же сложная и дорогая система отказывала, приходилось тянуть за рычаг: задние барабаны можно было заставить работать при помощи менее изысканного, зато более надежного привода.
А в начале 20-х годов прошлого века миру был представлен Duesenberg с гидравлическим тормозным приводом. Выбор именно гидравлики был обусловлен очевидными преимуществами: жидкость в силу своей ничтожной сжимаемости передает давление во все точки системы. Это обстоятельство, кстати, может сразу дать выигрыш в тормозном усилии даже без применения дополнительных устройств. Например, если педаль тормоза приводит в действие поршень главного цилиндра диаметром, например, 1,25 см, то на поршень тормозного суппорта диаметром, допустим, 2,5 см (это вполне реальные значения) сообщится усилие, равное отношению площадей сечения поршней, — то есть даже не в два, а в четыре раза большее (площадь круга пропорциональна квадрату радиуса). И выигрыш этот дается практически даром лишь за счет увеличения хода педали. Не говоря уже о том, что проложить гидравлические магистрали намного проще, чем систему тяг и рычагов.
|
|
И все же «раскачать» гидравлику при помощи одной только ноги довольно сложно. Не верите -спросите пилотов «формульных» классов автогонок, где применение усилителей торможения строго запрещено на всех уровнях, вплоть до «Формулы 1». И будь ты хоть сто раз Шумахером, все равно придется, тормозя, жать педаль с усилием под 100 кг.
К услугам же обычных водителей — вакуумные усилители, использующие разряжение во впускном тракте двигателя в качестве дополнительной прибавки к создаваемому человеком усилию на педали. На некоторых американских автомобилях применялись и гидравлические усилители тормозов — со своим компрессором и гидроаккумулятором.
Даже несмотря на некоторые недостатки — ограниченный диапазон рабочих температур (его старательно расширяют, разрабатывая не густеющие на морозе и устойчивые к закипанию тормозные жидкости) и опасность засорения или протечек в системе, фатально отражающихся на работоспособности (эту опасность минимизируют за счет организации независимых, порой даже дублирующих контуров), альтернатив гидравлике в ближайшее время не предвидится.
Судьба «барабанщиков»
И шедевр механического торможения от Hispano-Suiza, и первый «гидротормозящий» Duesenberg были оснащены барабанными тормозными механизмами простой и надежной конструкции, изобретенной в 1902 году Луи Рено. Отличие от тех, прежних трансмиссионных барабанов в том, что сам барабан был полым, а внутри него располагались сначала одна, а потом и две колодки, которые, «растопыриваясь» внутри вращающегося вместе с колесом корпуса, повышали трение и препятствовали дальнейшему движению.
|
|
Помимо простоты изготовления и большой площади контакта фрикционных материалов, к плюсам барабанов стоит добавить еще один: благодаря тому, что нижние части колодок соединены через некоторое подобие коромысла, на увеличение трения с барабаном работает и само его вращение. Это же, правда, иной раз приводит к заклиниванию (особенно если барабан или колодки изношены).
Есть у барабанов и другие недостатки. К примеру, гарантированная от загрязнения закрытая конструкция имеет плохой теплообмен. То есть, превратив некоторое количество кинетической энергии в тепловую, барабаны могут перегреться, что снижает силу трения между колодкой и корпусом. Это особенно заметно при длинных сериях торможений, например, на горной дороге или просто при активной езде. Поэтому нет ничего удивительного в том, что барабанные тормоза, все еще применяющиеся на задних колесах даже современных иномарок и большегрузных автомобилей, с годами все больше уступают место дисковым.
Крутятся, крутятся диски
Как ни странно, дисковые тормоза появились раньше барабанных -в том же 1902-м, когда Луи Рено изобрел свои барабаны, доктор Ланчестер — проект дискового тормоза: вращающийся диск, усилие на который передают колодки, закрепленные на неподвижном суппорте. Правда, первое «боевое» применение дисковых тормозов было не очень удачным, а потому заря автомобилизации прошла «под барабанный бой».
Дискам удалось реабилитироваться благодаря авиации — в годы Второй мировой их начали применять на самолетных шасси. Дальнейшее было делом техники, по части которой дисковые механизмы имеют перед барабанами ряд неоспоримых преимуществ.
Первое и главное из них — лучший теплоотвод. Поскольку процесс тепловыделения происходит не в замкнутом пространстве, а «на улице», перегреваются дисковые тормоза не так сильно. Благодаря термоустойчивости дисковые тормоза можно сделать гораздо мощнее — ведь способность реализовывать большее тормозное усилие напрямую зависит от способности рассеивать тепловую энергию. Во-вторых, диски гораздо легче барабанов. Следовательно, и неподрессоренные массы меньше, значит, снижается нагрузка на подвеску, а уровень комфорта повышается. И, наконец, такие механизмы гораздо проще обслуживать: процедура диагностики и замены дисков и колодок проста и не вызывает проблем.
С точки зрения конструкции дисковые тормозные механизмы делят по типу суппорта, охватывающего вращающийся с колесом диск. У суппортов с плавающей скобой поршни расположены только с одной стороны — такая конструкция компактнее и проще и в производстве, и в настройке. Однако ход поршня в этом случае оказывается вдвое большим, чем у механизмов с неподвижной скобой, которые, пусть и дороже, зато жестче и способны реализовывать гораздо большее усилие.
Последний пункт для дисковых тормозов немаловажен. Поскольку площадь колодок в этом случае гораздо меньше, чем в барабанном механизме, для достижения нужного замедления необходимо приложить заметное усилие. Оно трансформируется в тепловую энергию, из-за которого снижается сила трения, опять нужно добавлять усилие и так далее — круг замкнулся.
Самый действенный метод борьбы с перегревом — вентиляция. Для этого диск сделали двуслойным, а между его половинами проложили каналы для протекания воздуха. Получился классический вентилируемый диск. прозванный «сэндвичем». Таких «бутербродов» различных конструкций существует великое множество.
А не так давно двойной диск додумались изрезать косыми линиями, которые не только улучшают вентиляцию, но и срезают «прикипевший» слой с тормозных колодок (снижающий трение). Еще один изыск — перфорация, которую применяют на скоростных автомобилях и мотоциклах. Однако от перегрева, увы, не избавлены ни новомодные керамические колодки, ни применяемые в «Формуле 1» пары трения из углеродного композита.
Список литературы
Журнал «Автомир» № 13 2007