Які гальма надійніше

какие тормоза надежнееГальма автомобілів бувають двох типів: барабанні та дискові. Історично першими стали застосовуватися барабанні гальма, тобто такі, в яких напівкруглі колодки зсередини розпирають закритий металевий циліндр. У такому вигляді, лише з невеликими змінами, ці гальма існують вже понад 100 років. У чому ж причина успіху?

Головна конструктивна перевага барабанних гальм - велика площа поверхні колодок, які прилягають до барабану майже на двох третинах кола. Звідси, зокрема,  збільшений ресурс самих колодок і відсутність необхідності в високому тиску в гальмівній системі - деякий час назад, приблизно до 40-их років, це дозволяло навіть обходитися без підсилювача гальм. Позначається тут і ефект «самопідсилення», коли під дією сили тертя колодки злегка повертаються навколо осі і ще сильніше притискаються до барабану що обертається. Зрозуміло, зараз ці хитрощі вже неважливі - підсилювач гальм давно став невід'ємною деталлю, але ось великий ресурс колодок вельми до речі для недорогих машин. Саме тому барабанні гальма до сих іноді застосовуються на задній осі, де в умовах пилу що постійно летить з-під передніх коліс виявляється і ще одна їх перевага - краща захищеність від бруду, який як відомо, прискорює знос гальм.

Однак на передній осі, де завантажені в момент уповільнення колеса володіють найкращим зчепленням з дорогою, а значить і гальмам доводиться найважче, барабанні механізми вже не зустрінеш. Причина - недостатнє охолодження, оскільки внутрішня сторона барабана закрита, і ефективно розсіює тепло лише зовнішня частина. При цьому компенсувати падіння коефіцієнта тертя підвищенням зусилля притиску колодок можна лише дуже обмежено, адже барабан має далеко не нескінченну міцність на розрив.

Звичайно, можна якось намагатися знайти вихід. Наприклад, гальма гоночних болідів 40-их років - величезні барабани розміром мало не з колесо, вентиляційні отвори з одного боку і ребра з іншого. Скільки ж вони важили ... Щоб якось зменшити безпружинні маси інженери навіть намагалися кріпити барабани всередині кузова, передаючи гальмівний момент через приводні вали. Зараз, звичайно, такого вже не зустрінеш - вагу зменшують, відливаючи барабан із сплаву алюмінію і запресовуючи в нього чавунне кільце, до якого прилягають колодки.

З дисковими гальмами подібних проблем на порядок менше: диск нічим не прикритий, охолоджувана площа велика. Додатково, для кращого охолодження, диски робляться не суцільними, а вентильованими - фактично здвоєними зі спеціальними повітряними каналами посередині, що грають роль відцентрового вентилятора. Перегріти такі гальма - уже непроста справа. До того ж тут практично немає проблем, пов'язаних з міцністю, як у випадку з барабанним, - тиск колодок на диск майже не обмежений.

Проте є і свої труднощі, наприклад, можливий перегрів гальмівної рідини. Невеликі за площею колодки сильно гріються, і це тепло активно передається рідині - якщо вона закипить, тиск у магістралі впаде, і педаль гальма просто «провалиться» без будь-якого ефекту. І хоча з сучасними рідинами з температурою кипіння понад 250 оС такий сценарій вже малоймовірний, при проектуванні дуже потужних автомобілів все ж необхідно враховувати і це. Рішення знаходять у збільшенні розміру колодок - іноді вони охоплюють майже третину диска! При цьому для рівномірного розподілу притискного зусилля доводиться застосовувати і масивні багатопоршньові супорти.

З тієї ж причини - малі розміри колодок - дискові гальма частіше барабанних потребують зміні колодок, а для роботи їм необхідний потужний підсилювач, що розвиває високий тиск в гальмівній магістралі. Втім, це розумна плата за ефективність і високу активну безпеку.

До цих пір ми виходили з того, що диски гальм виготовлені з чавуну або сталі. Але чому саме з них?

Виявляється, до матеріалу диска пред'являється багато вимог. Крім очевидної міцності і високого коефіцієнта тертя це ще й стабільність характеристик при нагріванні, висока теплопровідність, велика теплоємність, стійкість до теплового удару внаслідок швидкого і сильного нагріву, а так само низька здатність до адгезії, щоб пари тертя не прилипали один до одного. Серед металів цим вимогам в деякій мірі відповідають окремі сорти сталі та чавуну. І все ж падіння коефіцієнта тертя в міру нагрівання і схильність до викривлення обмежують температуру таких гальм на рівні 500 оС.

Карбонові гальма боліда Формули-1. Незважаючи на невеликий розмір (діаметр колісних дисків у формулі всього 13 дюймів), ці гальма володіють дивовижною витривалістю, сповільнюючи автомобіль з 300 км/год з перевантаженням більше 5g! Карбоновий кожух з внутрішньої сторони - частина повітрозабірника, що охолоджує диск і супорт.

Є й більш стійкі матеріали. Наприклад, керамічні диски здатні витримати нагрівання чи не до 1000 оС, майже не знижуючи при цьому коефіцієнт тертя. А вже якщо згадати, що вони в два рази легше сталевих, не схильні до деформації при різкій зміні температур і володіють ресурсом, що обчислюються сотнями тисяч кілометрів, то в перспективі цієї технології майже не сумніваєшся. Але, на жаль, все визначила їх величезна вартість - в середньому різниця з звичайними гальмами становить кілька тисяч євро! При такій ціні керамічні диски залишаються долею лише обраних суперкарів, тим більше що відчути переваги таких гальм можна лише в гоночних умовах. Підтвердженням тому служить проведений недавно тест двох Porsche Panamera, де модель з керамічними дисками навіть програла у вимірах гальмівного шляху - все вирішили чіпкіші покришки.

Не можна не згадати і про карбонові диски, які отримали широке поширення в автоспорті, особливо у Формулі-1. Їх головні переваги над керамічними - приблизно в п'ять разів менша вага, зростання (!) коефіцієнта тертя в міру нагріву і трохи більша гранична температура - близько 1200 оС. Однак діапазон робочих температур у них вже - від 300 до 650 градусів. Якщо нагрів недостатній, то коефіцієнт тертя малий, і гальмування неефективно, якщо ж температура підвищена, то карбон швидко окислюється і зношується. Саме тому гонщики Формули-1 завжди гріють гальма перед стартом гонки, а самі гальма оснащені спеціальними повітрозабірниками, захоплюючими повітря для охолодження зі швидкістю до 400 літрів в секунду! Але й цього іноді виявляється недостатньо, і тоді на довгих інтенсивних гальмуваннях ми бачимо, як з коліс болідів летить чорний карбоновий пил дисків що руйнуються від перегріву. Загалом, виключно гоночна технологія, непридатна в умовах звичайних їзди.

Ми ж повернемося до реальності і поговоримо про колодки - не менш важливої деталі гальм. На відміну від дисків, фрикційний матеріал колодки відчуває не настільки різнобічні механічні навантаження (в основному це навантаження на зсув і стиснення), а тому вимоги до міцності не настільки високі і для виготовлення можна застосовувати різні композитні матеріали. Зокрема, використовуються склади, що включають в себе близько десятка різних компонентів, кожен з яких відповідає за якусь властивість. Наприклад, оксиди металів підвищують коефіцієнт тертя і зносостійкість, а графіт запобігає «схоплюванню». У якості ж армуючого компонента, основи, використовують різні замінники азбесту (сам азбест нині не застосовується у зв'язку з його канцерогенними властивостями). Всі ці компоненти, взяті в певній пропорції - залежно від необхідних характеристик - змішуються з якоюсь речовиною (видом смоли або каучуку), нагріваються і спресовуються. На виході - фрикційні накладки для колодок. Загалом, у розпорядженні інженерів є маса рецептів і можливостей додання колодкам тих чи інших властивостей.

10.11.2011



рекламный баннер


рекламный баннер 300 на 250