Стоп-сигнал

Стоп-сигнал

Чем мы тормозим? Без хороших тормозов любой машине никак не обойтись и практически всех распространенных непредвиденных ситуациях вся надежда на тормоза.

Тормозной путь автомобиля зависит от его массы и скорости, ведь от законов сэра Ньютона никуда не денешься! Кинетическая энергия массы m, движущейся со скоростью v, равна mv?/2. При остановке эта энергия не может бесследно исчезнуть – она переходит в иные формы. Если везунчику с провалившейся педалью тормоза удачно подвернется гора Казбек, для благополучной остановки можно на нее заехать. В более распространенных ситуациях вся надежда на тормоза.
И ступа с бабою-ягой…

Естественно, нас интересует лишь эффективность торможения. А она зависит не только от исправности тормозных механизмов или управляющей ими электроники. Случалось вам скользить на летних шинах по мокрому льду? Здесь от фирменных дисков, колодок или лучшей антиблокировочной системы толку мало – зацепиться все равно нечем! При слабом сцеплении колес с покрытием автомобиль беспомощен: ни тебе хорошенько разогнаться, ни затормозить. Для этих упражнений нужны максимальные тормозные силы колес, а они, увы, не бывают больше сил сцепления шин с дорогой. Если последние сами по себе малы, быстро остановить вашу машину может лишь какой-то «внешний фактор». Худо, если встречный КамАЗ… Вот когда идея фольклорной старушки перемещаться в ступе, а не на колесах смотрится исключительно продуктивной!

Не раз говорилось: автомобиль держит дорогу, пока колеса катятся. Если блокированы, он неуправляем. Современная электроника не допускает этого, поддерживая их вращение на грани проскальзывания. Это обеспечивает максимум сцепных сил, но – в заданных условиях. Естественно, что на льду и на сухом асфальте эти максимумы разные. Судить о них можно по коэффициенту сцепления шин с покрытием – ?. При аквапланировании ? = 0, на мокром льду чуть больше, разве что шипы выручат. На сухом асфальте может достигать 0,8…0,9, реже около 1,0. А вот гоночные слики болидов

Формулы1 просто липнут к трассе: в сочетании с прижимающими аэродинамическими силами (на больших скоростях) они обеспечивают замедление до нескольких g!

Сквозь призму мощности

Увы, принцип действия любых традиционных тормозов – на уровне каменного века. Энергию движения превращаем в теплоту, та улетучивается во Вселенную. А как ее утилизировать? Жарить на раскаленном диске яичницу? Хлопотно и негигиенично. Силы сопротивления шин и воздуха тоже производят теплоту, но их роль при экстренном торможении невелика. Не станем же мы тормозить автомобиль парашютом – в потоке он крайне неудобен!

А вот рекуперация кинетической энергии – толковая штука. Автомобили с электроприводами (в том числе гибриды) при умеренном торможении практически всю mv?/2 тратят на подзарядку аккумуляторов, а позже полученный заряд используется по делу. Колодки задействованы лишь при экстренном торможении или остановке. Такая машина экономичней и экологичней.

Но давайте все же остановим виртуальный автомобиль тормозами, например, при ? = 0,8 (см. график). Начальная скорость солидная – 50 м/с (180 км/ч). При весе машины 15?000 Н кинетическая энергия – около 1911 кДж. Это эквивалентно количеству теплоты 455 ккал. Не будь потерь, могли бы вскипятить кастрюлю воды (теоретически)! Но на слабом огне она не закипит: при малой мощности подогрева весь подвод теплоты съедают потери. Знатоки скажут, что для этих условий слишком велика «энергоемкость» нагреваемого продукта, то есть воды многовато. Но если час за часом терпеливо ждать, изводя газ или электричество, вода выпарится, оставив на дне полстакана, и тогда… закипит. (Хозяйки это знают!) Тормоза же переработают все килоджоули в килокалории за считаные секунды! Интенсивность этого процесса суть мощность.

График показывает, что в первый миг, при скорости 50 м/с, она достигает 612 кВт. Затем падает соответственно скорости (кривая 1). Огромная мощность мгновенно обжигает поверхности трения, даже если металл внутри еще холодный. Но к моменту остановки получим вышеупомянутые 455 ккал. Часть их уже рассеялась в атмосферу, остальные накоплены в раскаленных деталях и рассеются позже. После нескольких интенсивных торможений с малыми перерывами диски могут нагреться докрасна, особенно тонкие, изношенные. Еще хуже, если при этом не работают задние тормоза: все усилия по остановке машины достанутся передним. Если оплавятся фрикционные накладки, хозяин-разгильдяй останется без тормозов! Или, при сильном износе одного диска, машина неожиданно уйдет в сторону исправного.

Худо и если детали почти не нагрелись. Думаете, так не бывает? Если сразу блокировать колеса, детали тормозов нагреются слабо, почти все килокалории достанутся протектору – и он сгорит. К тому же при блокировании тормозные силы передаются на кузов не через оси колес, а на уровне пятен контакта с дорогой. Плечо инерции машины h, увеличенное на радиус колеса, создает сильнейший клевок, убивающий передние шины.

Итак, проблема дисковых тормозов – охлаждение. Закономерно появились вентилируемые диски. Когда температура хоть на сотню-другую градусов ниже, риск отказа меньше.

Наука… и жизнь

Отказ отказу рознь. От сильного нагрева диск может… искривиться! Причины неприятности достойны внимания хороших технологов. А мы ощутим результат по полной: при осевом биении диска в пределах хотя бы 0,2…0,3 мм плавающая скоба не поспевает за его колебаниями, подвеску и руль при торможении трясет, машину тянет в сторону. Куда делись рекламируемые «минимальные зазоры, точность и быстродействие» дискового тормоза! И что делать?

В сервисе запросто проточат диск. Но лучше повременить с этим несколько сотен километров – пусть его форма окончательно стабилизируется. Ведь после обработки толщина диска может оказаться меньше нормы. К тому же у многих случалось, что диск, будто вдоволь наигравшись, сам восстанавливал форму! Вот такие чудеса…

При естественном (нормальном) износе поверхности трения диска становятся вогнутыми, это подтверждают и стертые колодки. Чтобы новые работали не только краями, ускорим их приработку, опилив и скруглив кромки. Глядишь, и свистом надоедать перестанут (на рис. справа).

Однако диск, изношенный на глубину с миллиметр, в любом случае разумнее заменить новым.

Давайте жить дружно?

Спорить о плюсах и минусах дисков и барабанов – занятие довольно вздорное. Но некоторые байки просто не выдерживают критики. Кто не слышал о «меньшем выделении теплоты» барабанным тормозом! На деле если диск и барабан одну и ту же кинетическую энергию превращают в теплоту, то и количество калорий будет одинаковым. Но не температура деталей! Диск нагревается сильней: металла в нем немного, энергоемкость не беспредельна, а теплопроводность чугуна меньше, чем алюминия. У барабанного же хорошая энергоемкость, большая площадь охлаждения, а материалы лучше отводят тепло: нагреть его трудней.

Зато с прочностью диска нет проблем, а барабан – штука нежная. Колодки прижимаются изнутри, и ту, на которую барабан как бы набегает, силы трения стремятся дополнительно расклинить (на рис. слева). «Самоусиление» тормоза – плюс, но ведь случались и поломки!

Переменный контакт колодок с барабаном, увеличенные зазоры, сниженное быстродействие – тоже минусы. Из-за них стабильность работы не всегда удовлетворительная. Неспроста на передней оси, где особенно важна симметрия тормозных сил (в том числе по времени срабатывания), стало нормой применение дисков.

Подобные сравнения можно продолжить, но нужно ли? Будь одна конструкция однозначно лучше, другая давно отпала бы. Пока же мирно сосуществуют, ведь главный тормоз – всегда в голове человека. При условии, что она на плечах. Вот и вся, извините, мораль!

Стоп-сигнал

При блокированных колесах тормозные силы действуют в плоскости дороги, их плечо относительно центра массы увеличено на радиус колеса, клевок машины максимальный.

Стоп-сигнал

Мощность и работа тормозных сил: 1 – исправная тормозная система, замедление 8 м/с?, остановочный путь со скорости 50 м/с – 156 м; 2 – доля мощности, развиваемая передними тормозами при исправных задних; 3 – мощность передних тормозов при неработающих задних и остановочном пути 250 м, замедление 5 м/с?; 4 – полная работа тормозов (1911 кДж) на пути 156 м; 5 – работа передних тормозов (1911 кДж) на пути 250 м. Их перегрев неизбежен.

Стоп-сигнал

Проверить износ диска несложно. Зачастую он настолько очевиден, что ремонт или замена неизбежны.

Стоп-сигнал

Даже в простейшем барабанном тормозе силы трения дополнительно прижимают одну из колодок к барабану. Эффект усиления вполне ощутим, но ограничен прочностью барабана.

Автор: Виктор Слесарев uzr.com.ua
65 4.8 1 1 1 1 1 (65)
Комментарии
Александр
 -0 +0 #1 Александр 30.12.2012 12:35
Стоп-сигнал
Достаточно серьезная статья о тормозных системах разных автомобилей и методах торможения в разных ситуациях.
Добавить комментарий


Защитный код

Статьи