До полной ocтановки
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