Остановка по требованию

  Сравнивая современные грузовые автомобили с их прародителями столетней давности просто диву даешься – до чего же далеко шагнула конструкторская мысль! Как сильно изменился за это время внешний вид автомобиля, сколь совершенным стал двигатель. Сегодня мы расскажем о тормозной системе, которая прошла не меньший путь в своей эволюции. 

Совсем еще недавно, каких-то двадцать лет нащзад, сотрудники автотранспортного предприятия, в котором я работал, собралась с интересом осматривать только что полученный КамАЗ. По тем временам тормоза с энергоаккумуляторами были в диковинку. Сегодня воспоминания об этом вызывают лишь снисходительную усмешку.Техника шагнула далеко вперед. Для ее обслуживания и ремонта уже не достаточно нескольких десятков гаечных ключей. Сложные механические устройства и электронные системы требуют не только нового оборудования, но и иного подхода, иной степени понимания.

Компьютерное моделирование изгибающих моментов, действующих на тормозной диск.  

На первый взгляд, принципиально, в этой, безусловно, важнейшей, с точки зрения обеспечения безопасности автомобиля, системе мало что изменилось. Те же тормозные барабаны и диски, те же колодки, тот же пневматический привод.

Но за последние годы скорость движения автомобилей значительно возросла. А следовательно, возросли и требования, предъявляемые к тормозной системе автомобиля. Кроме того, современные требования к безопасности заставляют оснащать автомобили дополнительными системами, обеспечивающими безопасность. Например, ABS и ESP.

Даже порлуприцеп современного грузовика сегодня напичкан электронными устройствами.

Тормозная система современного грузового автомобиля сотоит из рабочей, вспомогательной, запасной и стояночной систем торможения. Основная (рабочая система), как правило, двухконтурная, с разделением передних и задних осей. В большинстве случаев на передних и задних колесах автомобиля устанавливаются барабанные тормоза. В некоторых современных автомобилях – передние тормоза дисковые. В современных автомобилях конструктивно реалихована автоматическая регулировка зазоров в тормозной паре, повышающая безопасность торможения.

Вспомогательная тормозная система включает моторный тормоз с пневматическим, электрическим или гидравлическим приводом – т.н. ретардер. Главная его - помочь рабочим тормозам на горных дорогах. Существуют два типа ретардеров - гидродинамический и электромагнитный. В гидродинамической разновидности тормозное усилие воспринимает масло, находящееся в рабочей полости между ротором и статором. Приводимый в рабочее состояние от трансмиссии грузовика ротор взаимодействует через масло со статором. В результате этого энергия торможения преобразуется в тепловую, отводимую от ретардера в атмосферу. 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. Особенность гидродинамического ретардера состоит в том, что для достижения эффективного торможения ему необходимы достаточно высокие обороты.

Тормозные диски из алюминиевого сплава. Почему бы и нет? Когда-то блок цилиндров из «крылатого» металла считался чем-то нереальным! 

  В электромагнитном ретардере при вращении ротора возникающее магнитное поле взаимодействует с полем электромагнитов статора и замедляет движение автомобиля. Хотя электромагнитные ретардеры и тяжелее гидродинамических, они имеют существенное преимущество: начинают эффективно работать практически с холостых оборотов. И гидродинамические, и электромагнитные замедлители нашли свое место в списке заказного оборудования всех ведущих производителей.

Аварийное и стояночное торможение автомобиля осуществляется посредством пружинных энергоаккумуляторов. 

Пневматическая тормозная система современного автомобиля включает в себя также осушитель воздуха, масловлагоотделитель и спиртовик. Осушение воздуха имеет большое значение как для предотвращения замерзания аппаратов тормозной системы (что является гарантией их бесперебойной работы в зимнее время), так и для уменьшения коррозии в трубопроводах и аппаратах. Это обеспечивает не только функциональную надежность и готовность к работе, но и значительно продлевает срок службы всей тормозной системы.

В связи с этим система питания сжатым воздухом имеет осушитель воздуха, а также, как опция, для эксплуатации автомобилей в условиях крайне низких температур, дополнительно устанавливаются масловлагоотделитель и спиртовик.

На большинство автомобилей устанавливается антиблокировочная система, гарантирующая надежное управление автомобилем в сложных погодных условиях. Антиблокировочная система колес, предназначена для недопущения блокировки всех колёс при экстренном торможении или торможении на скользкой дороге. Если в момент торможения какое-нибудь из колес блокируется, то датчик частоты вращения этого колеса даст информацию на компьютер, а он, в свою очередь, примет решение и подаст сигнал на основной блок, в результате, давление в тормозной магистрали снизится и колесо разблокируется. В этот момент датчик даст сигнал о том, что колесо снова вращается и давление в тормозной магистрали восстановится. Колесо вновь заблокируется и произойдет действие описанное выше. И так колесо будет то блокироваться, то разблокироваться, аналогично торможению на скользкой дороге прерывистыми нажатиями на педаль тормоза.

Испытания тормозных систем проводят при температурах до 700°C. Столь жестокие условия испытаний призваны обеспечить безопасность на дороге. 

  Также алгоритм работы ABS, наряду с соответствующими аппаратами системы питания, может обеспечивать функцию ограничения максимальной скорости автомобиля. В последнее время на автомобилях все чаще устанавливается ESP (электронная программа стабилизации), позволяющая в большинстве дорожных ситуаций улучшить управляемость автомобиля.

Основным устройством, предназначенным для контроля состояния тормозной системы автомобиля является компьютерный стенд. На нем определяется овальность тормозных барабанов, усилия на прокручивание незаторможенного колеса, текущие и максимальные тормозные усилия на каждом из колес, неравномерность тормозных сил, а также усилие на органах управления рабочей и стояночной тормозных систем. 

В случае износа колодок и необходимости их замены на СТО применяются современные гидропневматические стенды для расклепки и клепки фрикционных накладок. От качества подобной работы во многом зависит эффективность работы всей системы и срок службы накладок. Для качественной установки новых накладок после снятия старых необходима качественная очистка поверхности. Несмотря на коррозионные и окисные отложения, после шлифования восстанавливается плотное прилегание новых накладок и старой колодки, обеспечивая надлежащую силу сцепления и отсутствие вибрации. Кстати, именно от неплотного прилегания фрикционной накладки зависит то, будет ли «звучать» автомобиль при торможении.

Столь же важными являются отсутствие овальности тормозных барабанов и биения тормозных дисков. Специализированные стенды для расточки и шлифовки барабанов, в некоторых случаях, позволяют устанавливать их на шпиндель вместе со ступицей и колесной парой.

Одной из распространенных ошибок при обслуживании тормозной системы автомобиля является применение не специализированных смазок для деталей тормозной системы. Поскольку тормозная система автомобиля подвержена риску высоких температур, обычные смазки в этих условиях коксуются и способствуют подклиниванию деталей тормозной системы.

В тормозных конструкциях часто встречаются соединения таких материалов как сталь-пластик или сталь-эластомер. Впитывание химических веществ, таких как смазочные материалы, может являться причиной того, что пластики и, особенно, эластомеры могут вздуться, или, посредством потери пластификаторов, могут стать хрупкими или усохнуть. Смазывание пластиков традиционными смазочными материалами может привести к их повреждению.

Помимо фрикционных накладок, тормозных барабанов и дисков, механическая часть тормозной системы состоит из множества шлангов, болтов, шпилек и гаек, поршней и уплотняющих прокладок. Для каждой группы этих деталей существуют специальные смазки, указанные в спецификации производителя автомобиля или смазочных материалов. Использование не предназначенных для этих целей смазочных материалов может навредить автомобилю.

Так, например, силиконовый компаунд используется для предотвращения заклинивания шлангов, уплотнительных колец или поршневых колец. В тормозах с пневматическим приводом, уплотнительные кольца в регуляторе могут быть, в частности, смазаны силиконовой смазкой MOLYKOTE FS 1292. Существуют отдельные вещества, например, для предварительной очистки поверхности и предотвращения фрикционной коррозии направляющих скольжения суппорта, фиксаторов, или системы грузовых барабанных тормозов. 

Тормозные накладки, как правило, состоят из жаропрочного связующего вещества, волокнистого материала (например, тонкая стальная стружка или органическое волокно, ранее – асбест), добавок, контролирующих трение и различных наполнителей.

Для обеспечения надежной и эффективной работы тормозной системы необходимо, чтобы тормозные накладки удовлетворяли множеству требований. Одним из важнейших требований является стабильность коэффициента трения при различной влажности и температуре. После перегрева трущихся поверхностей, например, возникает риск прикипания накладки к барабану или диску.

Вторым, не менее важным качеством, является отсутствие тормозного шума. Такие шумы наблюдаются при различных погодных  условиях, и с различным давлением в зоне контакта поверхностей. Шумы вызваны вибрацией  на контактируемых поверхностях, которая передается в тормозную систему.

Кроме того, вещество фрикционных накладок не должно переноситься на диск. Обычно при высоких    температурах, материал, из которого изготовлена накладка  становится мягким и переносится  на диск в виде чешуек. Такое накопление материала на диске ведет к возникновению вибрации и  трения  во время процесса торможения.

За последние годы активизировались работы по созданию тормозных дисков из непривычных пока для наших автомобилистов, материалов. Так уже несколько лет один из лидеров в производстве тормозных систем для коммерческих автомобилей – компания Knorr-Bremse, активизировала научно исследовательские работы по созданию самовентилирующихся тормозных дисков для коммерческих автомобилей из… алюминиевых сплавов. Такие диски намного легче и технологичнее своих чугунных собратьев.

Один из полигонов Knorr-Bremse для испытаний тормозных систем в зимних условиях.

Вторым материалом, из которого, вполне возможно скоро станут изготавливать тормозные диски, может стать карбон. Углеродное волокно, связанное специальными смолами, сохраняет удивительную стабильность коэффициента трения при весьма широком диапазоне температур.

И хотя на сегодняшний день тормозные диски из этого материала уже применяются на отдельных гоночных автомобилях, они пока еще слишком дороги для массового потребителя.

Естественно, что для каждого нового материала разрабатываются соответствующие фрикционные накладки, которые позволили бы максимально использовать преимущества новых материалов при уменьшении воздействия на окружающую среду.

Андрей Сидоренко