Водитель, не жми зря на тормоза! Рассматриваем особенности работы ретардеров

Грузовикам и автобусам незачем устанавливать рекорды скорости, а вот средняя скорость в холмистой и горной местности сильно зависит от того, насколько быстро и уверенно тяжелая машина способна двигаться не только вверх, но и вниз. Правило вековой давности гласит - спускайся со склона на той передаче, на которой по нему поднимаешься. Даже с учетом высокой степени сжатия «торможение дизелем» малоэффективно на небольших оборотах и часто требует вспомогательного моторного тормоза.

Ретардер – устройство, дополняющее рабочую тормозную систему грузовика, седельного тягача или туристического автобуса. Непосредственной задачей ретардера является помощь рабочим тормозам на продолжительных спусках, серпантинах, горных дорогах. Это устройство представляет собой достижение современной технической мысли.

В течение последних десятилетий в международных автоперевозках росла полная масса автопоездов и повышалась средняя скорость их движения, что достигалось увеличением мощности устанавливаемых на тягачи двигателей. Соответственно ужесточались требования к тормозной динамике участвующих в них автопоездов, что не могло не отразиться на конструкции узлов самой тормозной системы. Ведь кинетическая энергия автопоезда, двигающегося со скоростью 80 км/ч, в 4 раза больше кинетической энергии автопоезда, перемещающегося со скоростью 40 км/ч!

В 1960 г. среднестатистический автопоезд имел полную массу 38 т и тягач мощностью 240 л.с. Он развивал среднюю скорость 40 – 45 км/ч. В 1996 г. 44-тонный среднестатистический автопоезд имел на европейских магистралях среднюю скорость 60 км/ч, для этого потребовалось установить на его тягач дизель мощностью до 500 л.с. В тормозной системе последнего тягача естественно должны были появиться совершенно новые узлы, обеспечивающие безопасность его движения. Ведь коэффициент трения между тормозными накладками и диском (в случае дисковых тормозов) сильно зависит от времени торможения, а точнее от температуры трущихся поверхностей. Перегруженные рабочие тормозные механизмы быстро изнашиваются, негативно влияя на стоимость перевозок, а главное, заставляют водителей снижать скорость движения или даже останавливаться для того, чтобы температурный режим тормозов вернулся к норме.

Откуда взялся ретардер? Очень просто! Слово «retarder» означает «замедлитель», причем в самом широком смысле. (Например, есть вещества-ретардеры, замедляющие процесс высыхания краски.)

Начиная статью о ретардерах, несправедливо было бы не начать ее с рассказа об одном из пионеров разработки этого узла – компании Voith. Компания Voith конструирует и строит гидроагрегаты с 1870 г., в первую очередь - для электростанций. Каких только гидротурбин и механических редукторов конструкторы фирмы не создали за 13 десятилетий! Высшее достижение в этой области – оснащение гидромашинами самой крупной в мире гидроэлектростанции в Итайпу, обладающей мощностью 13,2 тыс. МВт. Первый ретардер Voith был вовсе не автомобильным, а железнодорожным. Полвека назад в США уже работали поезда огромной массы (до 10000 т) и умопомрачительной длины (до 5 км). Таскали их аж десять тепловозов, мощностью 4000 л.с. каждый. А поскольку затормозить такую махину на уклоне крайне непросто, в 1961 году Voith разработал трансмиссию, где процесс длительного торможения был возложен на гидродинамическое устройство — ретардер.

Накопив солидный опыт в создании гидротрансформаторов и гидромуфт, специалисты фирмы уже в 20-е годы прошлого века попытались применить их на наземном транспорте: железнодорожном и автомобильном. В конце 50-х к ним обратилась компания Krauss-Maffei с просьбой оснастить гидравлическими замедлителями несколько локомотивов мощностью до 4 000 л.с., которые она должна была поставить для железных дорог ряда стран. Эти локомотивы обязаны были работать «в связке» по трое и тянуть за собой грузовой железнодорожный состав полной массой более 10 тыс. т. При этом, по мнению экспертов, износ колодок обычных тормозов должен был превысить всякие нормы.

Используя принцип гидромуфты, конструкторы Voith создали свой первый тормоз-замедлитель, или ретардер, сокративший износ тормозных колодок этих локомотивов на 30%. Примечательно, что этот тормоз мог работать в течение неограниченного времени без потери эффективности. Первый агрегат был создан в 1961 г., и в тот же год, учитывая перспективность нового направления в бизнесе, руководство фирмы санкционировало открытие нового специализированного отделения Voith Retarder – ныне лидера в производстве тормозов-замедлителей для тяжелых магистральных грузовиков и автобусов.

В 1968 г. увидела свет первая серия ретардеров Voith В180/В190 для автобусов. Первой компанией, заинтересовавшейся новыми устройствами для повышения безопасности своей продукции, стала Setra во главе с ее основателем Отто Кэссборером. В 1978 г. было изготовлено 1 200 ретардеров для колесных транспортных средств. С 1987 г. эти эффективные устройства начали устанавливать по заказу и на среднетоннажные грузовики, а через два года увидел свет первый ретардер, органично встроенный в коробку передач грузовика.

С каждым годом рос интерес к ретардерам у производителей автомобильной техники. В1994-м компания Voith Retarder торжественно отметила выпуск 100-тысячного агрегата, а уже через три года торжества пришлось повторить в связи с поставкой 150-тысячного ретардера. Сегодня продукцию фирмы, система управления качеством на которой имеет сертификат DIN ISO 9001, можно встретить на грузовиках IVECO, Mercedes-Benz, Volvo, Renault V.I., MAN, Scania, Praha, Hino, DAF, ЗИЛ, ERF, International и др. Среди автобусных компаний потребителями ретардеров Voith являются Neoplan, Van Hool, Bova, Jonckheere, Karosa, Ikarus и др. Многие тысячи этих устройств работают и на территории Украины.

Инициатором использования ретардера на автобусах стал Отто Кессборер, «отец» автобусов Setra (это было в 1968 году). Сейчас же практически все туристические лайнеры европейских марок оснащаются ретардерами. Безопасность превыше всего! А в «грузовой» сектор ретардеры пришли в середине семидесятых.

По месту расположения ретардеры подразделяются на первичные (перед коробкой передач) и вторичные (за ней). Недостаток первичных в том, что при переключении передач происходит прерывание тормозного момента — что, разумеется, нежелательно...

А по конструкции ретардеры делятся на электродинамические и гидродинамические.

В дополнение к первичным ретардерам нового типа на рынке появилось идеальное дополнение к моторному тормозу – вторичная вспомогательная тормозная система ZF-Intarder, производства не менее именитого производителя ZF. Моторные тормоза и интардеры – это отнюдь не независимые узлы, наоборот, они являются прекрасным дополнением друг для друга. В дальних магистральных перевозках, когда автомобили длительное время идут с высокой скоростью при малых оборотах двигателя, вторичные вспомогательные тормозные системы имеют большое значение для безопасности автомобиля.

Тормозной момент, который развивает вторичный вспомогательный тормоз ретардер, в частности ZF-Intarder, зависит от скорости движения автомобиля: чем выше скорость движения, тем больше тормозное усилие. Даже при переключении передач, когда разрывается силовой поток в трансмиссии, тормозной момент и тормозное усилие сохраняются в полной мере.

Действие же первичных постоянно подключенных вспомогательных тормозов, ретардера или моторного тормоза зависит от частоты вращения двигателя. Водитель магистрального грузовика, выполняющего дальние перевозки, стремится поддерживать обороты на самом низком возможном уровне, а потому будет вынужден включать более низкие передачи, чтобы первичный вспомогательный тормоз-ретардер мог развить достаточное усилие. Высокая частота вращения и связанные с этим перегрузки отрицательно действуют на узлы трансмиссии и сцепления, вызывая повышенный износ и увеличение уровня шума.

Преимуществом моторного тормоза является способность развивать тормозное усилие при малых скоростях движения автомобиля. При высоких оборотах двигателя тормозное усилие развивается первичным вспомогательным тормозом гораздо раньше и быстрей, чем способен развить вторичный ретардер, а следовательно, движение автомобиля можно замедлить почти до полной остановки. Совместная работа моторного тормоза и вторичного ретардера – это идеальная тормозная система для большегрузных магистральных автомобилей, выполняющих дальние перевозки, обеспечивающая высокий тормозной момент при любых режимах работы.

ZF-Intarder встроен в картер коробки передач (КП), благодаря такой конструкции масса агрегата увеличилась незначительно. Поскольку механизм расположен сбоку, коробки отбора мощности любого типа, как и раньше, можно устанавливать на КП. Вспомогательные тормозные системы не только обеспечивают лучшую динамику торможения, благодаря им значительно продлевается срок службы тормозных колодок, тормозных дисков и тормозных барабанов. Таким образом, затраты на установку Intarder быстро окупаются.

Современные коммерческие автомобили оборудованы электронными устройствами, управляющими тормозными системами всех трех типов: рабочими колесными тормозами, моторным тормозом и Intarder. Электронная система обеспечивает комплексное управление и гармоничную, согласованную работу всех трех систем и делает безопасным процесс торможения. В результате управление всеми этими системами не представляет сложности для водителя.

Ретардеры, содержащие внутри своего корпуса гидромуфту, способны развить тормозной момент до 1 000 Нм при собственной массе всего 65 кг. В них кинетическая энергия автопоезда достаточно быстро преобразуется в тепловую и рассеивается в окружающую среду через охлаждающую жидкость. Благодаря ретардеру износ тормозных накладок замедляется. Как показала практика, наиболее эффективно одновременное включение моторного тормоза дизеля (заслонка на выпускном тракте) и ретардера. С точки зрения безопасности особенно важно, что работа ретардера совершенно не зависит от работы механизма сцепления и коробки передач.

Применение ретардеров увеличивает среднюю скорость движения автопоездов, повышает эффективность их работы и увеличивает долговечность тормозных накладок. Интервалы между техническим обслуживанием тормозной системы возрастают в 8(!) раз. Использование ретардеров благоприятно отражается на состоянии нервной системы водителей автопоездов. Они ведут тягачи более уверенно, на увеличенных средних скоростях, чувствуя возросший уровень активной безопасности.

Конструктивно ретардеры очень просты. Две турбины – статор и ротор – располагаются (как правило, соосно) в общей емкости, заполненной маслом, в непосредственной близости друг от друга. Ротор кинематически связан с ведущими (вращающимися) элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом. Лопатки вращающегося ротора заставляют масло двигаться вместе с ними, однако такому движению препятствуют неподвижные лопатки статора.

Поскольку жидкость обладает вязкостью, она, совершая круговое движение среди подвижных и неподвижных лопаток, создает солидный тормозной момент на валу ротора. При этом масло разогревается. Оно отдает накопленное тепло в специальной системе охлаждения ретардера, включенной в систему охлаждения дизеля. Именно ее возможности и ограничивают величину тормозного момента ретардера.

В стандартной версии водитель включает ретардер поворотом рычажка на рулевой колонке, который имеет несколько положений: 0 (выключение), 1 (торможение автопоезда при спуске его с холма и движении с постоянной скоростью) и далее 2...5, при которых регулируется степень торможения автопоезда. По желанию заказчика возможно включение ретардера нажатием на педаль тормоза до упора. Эффективностью торможения управляет по сигналу от включающего устройства электронный клапанный блок, контролирующий давление и количество жидкости в гидравлической системе агрегата. Датчики температуры масла и охлаждающей жидкости позволяют водителю следить за состоянием ретардера и не допустить его выхода из строя.

Это устройство активной безопасности вполне можно так назвать в прямом и переносном смысле. Ретардер (или по-русски – тормоз-замедлитель) призван продлить жизнь не только вам, но и тормозной системе вашего транспортного средства. К тому же в большинстве случаев он устанавливается на те автомобили, которые используются в горных условиях.  В принципе вам придется отдать свое предпочтение, если, конечно, существует такая необходимость, одному из двух типов ретардеров – гидродинамическому или электромагнитному. Представителями противоборствующих лагерей являются фирмы Voith и Telma. У  каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.  Первое, что их объединяет, – это цель. В задачи обоих типов систем входит создание тормозного момента. Второй объединяющий фактор – механизм. В обоих агрегатах есть вращающаяся часть (ротор) и невращающаяся часть (статор). Правда, устроены они по-разному: их разобщает принцип действия и технические характеристики. Остановимся подробнее на их устройстве и работе.

Гидродинамический ретардер

Гидродинамический ретардер состоит из двух турбин, закрепленных на одной оси в общем корпусе, который заполнен маслом. Ротор жестко связан с ведущими элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом. При включении ретардера открывается клапан, через который сжатый воздух поступает в расширительный бак. Таким образом, рабочая жидкость начинает поступать внутрь турбины. Ротор, движимый карданным валом, разгоняет масло, которое затем попадает в статор и тормозится, замедляя тем самым и ТС. Для вывода тепла чаще всего используется система охлаждения двигателя. Ретардеры могут оборудоваться собственным радиатором, если объем системы охлаждения автомобиля не рассчитан на появление дополнительных источников тепла. В новых моделях этих устройств система охлаждения ретардера объединена с системой охлаждения двигателя, что не только делает конструкцию проще и легче, но и позволяет достичь большей стабильности температурного режима работы. Недостатком гидродинамического ретардера является тот факт, что для достижения эффективного торможения ему необходимы достаточно высокие обороты. 

Акватардер

Последняя разработка фирмы Voith – акватардер. Он работает по гидродинамическому принципу. Возникающая при торможении теплота отводится охлаждающей жидкостью двигателя. Акватардер установлен спереди двигателя и жестко закреплен с его коленчатым валом. Он относится к классу ведущих ретардеров. Во время эксплуатации поток жидкости направляется помпой в систему охлаждения двигателя, минуя акватардер. Любое торможение активирует переключающий клапан, который направляет с помощью помпы весь поток охлаждающей жидкости в контур ретардера. Дальше эту функцию берет на себя ретардер, так как он сам действует как мощный насос. Чтобы с такой мощностью нагнетания получить желаемый тормозной момент, ретардер должен сопротивляться выходному сопротивлению. Этим дросселем является установленный на выходе акватардера пневматический регулировочный клапан, который служит бесступенчатым регулированием тормозного момента. При выключении ретардера оба клапана вентилируются и возвращаются в свое прежнее состояние.  К недостаткам конструкции относиться малая мощность – около 1800 Нм, меньше, чем у ретардеров, работающих на масле (от 2000 до 3200 Нм). К достоинствам его относится малый вес - всего 32 кг, что в сравнении с электромагнитным ретардером (в среднем от 100 кг) – в пределах погрешности измерения.

Электромагнитный  ретардер

Что касается работы электромагнитного ретардера, то при вращении ротора возникающее магнитное поле взаимодействует с полем электромагнитов статора и замедляет движение автомобиля. Несмотря на то, что электромагнитные ретардеры тяжелее гидродинамических, они имеют существенное преимущество: начинают эффективно работать практически с холостых оборотов. Слабая сторона – недешевая замена вышедших из строя электрокатушек.  Ретардеры могут быть установлены как непосредственно на вторичный вал трансмиссии или карданный вал, так и через пару шестерен. Некоторые производители встраивают непосредственно в коробку передач (интардер), чем достигается экономия в весе. Наиболее распространенным способом является установка ретардера за коробкой передач. Так и трансмиссия не подвергается излишним перегревам, и в обслуживании проще. Фирма Telma предлагает еще один способ установки – «на ось» или «осевой ретардер», если переводить дословно – axle retarder. На самом деле он устанавливается на задний мост, и ротор крепиться на вал главной передачи. На данный момент фирмы-производители люксовых автодомов лишь предусматривают возможность установки ретардера, некоторые предлагают как опцию. Все же необходимо прикинуть, в каких дорожных условиях будет использоваться транспортное средство. Думаю, если на пути до полюбившейся опушки леса или озера вам встретиться пара холмов, не стоит перегружать автодом дополнительными 50-100 кг. Ну, а если вы не «слазите с гор», то, как говорится, сам Бог велел. Как всегда выбор и расчет издержек предоставляем вам.

Мнения водителей по поводу ретардеров очень похожи, и все они - положительные. Больше хвалят те, кто часто ездит по горным дорогам. На затяжных спусках можно без проблем положиться на работу ретардера уже на втором-третьем положении рычажка. А при максимальном замедлении необходимо слегка нажимать на педаль тормоза, чтобы включился стоп-сигнал, и едущие сзади водители вовремя отреагировали на изменение скорости вашего автомобиля. 

Но в этом случае, чтобы точно управлять замедлением, приходится частенько задействовать рабочие тормоза. Они греются, изнашиваются... Эффективное решение есть и давно применяется - гидравлический тормоз-ретардер. Крупнейший европейский производитель ретардеров - немецкая фирма «Фойт» (Voith) изготавливает эти устройства для автомобилей с 1968 года. Тогда гидравлический тормоз впервые появился на автобусах «Сетра». Принцип работы прост - трансмиссия автомобиля через мультипликатор (повышающий редуктор) вращает гидравлическую турбину, которая за счет избытка кинетической энергии нагревает масло. Оно, в свою очередь, отдает тепло охлаждающей жидкости из контура двигателя. Сжатый воздух регулирует количество подаваемого в турбину масла и тем самым - эффективность торможения. За почти сорок прошедших лет к этой схеме добавили только электронное регулирование и систему диагностики. 

Водитель управляет торможением с помощью рычага, устанавливая одну из пяти позиций. Или задействует автоматическую систему поддержания скорости на спуске. Тормозной момент ретардера в два-три раза превышает возможности двигателя, так что он способен справиться даже с длительным движением под уклон. При этом рабочие тормоза машины «отдыхают» и всегда готовы прийти на помощь. Итог - возможность поддерживать более высокую скорость на спуске, не боясь перегреть тормоза, меньший износ колодок... то есть безопасность и даже экономия. И вовсе не только в горах: водители городских автобусов тоже могут пользоваться гидравлическим тормозом.

Места ретардер занимает немного, да и весит всего 50-80 кг. В общем, транспортники давно распробовали его преимущества, только на отечественных грузовиках и автобусах он по-прежнему в новинку. Весьма вероятно, что следующее поколение ретардеров будет использовать в качестве рабочего тела не масло, а охлаждающую жидкость. «Акватардер» смонтируют прямо на двигателе, ему не понадобится повышающий редуктор, он вдвое легче нынешних ретардеров, не требует обслуживания и обеспечивает еще более эффективное торможение. Ждем дебюта на серийном грузовике?

Андрей Сидоренко