Тормоза

Одним из основных вопросов при выборе прицепной техники в России является выбор конструкции привода тормозной системы. Барабанная или дисковая.

Как ни странно, первыми появились дисковые тормоза: запатентованы они были англичанином Уильямом Ланчестером в 1902, но на практике были использованы ещё в конце XIX века в форме, близкой к современным велосипедным. Главной их проблемой был ужасный скрип, издаваемый при контакте медных тормозных колодок с тормозным диском. По этой, а также иным причинам, на заре автомобилестроения наибольшее распространение получили не дисковые, а барабанные тормозные механизмы. Барабанные тормозные механизмы в практически неизменном виде просуществовали вплоть до сороковых-пятидесятых годов в качестве основного и практически единственного типа тормозных механизмов на автотранспорте.

Напомним кратко принцип действия барабанных тормозов на примере оси BPW.

В барабанном тормозе на ступице колеса закреплен тормозной барабан (7). На неподвижной части оси имеются кронштейны, на которые устанавливаются колодки (5), закрепленные через разводные эксцентрики (6). На колодках приклепаны фрикционные накладки . Верхние части колодок снабжены пружиной , растягивающейся при нажатии на педаль тормоза и оттягивающей их от тормозного барабана, когда давление в системе уменьшается.

Механизм прижимания колодок к барабану следующий. При подаче воздуха в главный тормозной цилиндр(1), который находится отдельно и обычно прикреплен к балке оси,  двигается тормозной шток.  Он приводит в действие тормозной вал (4) через специальное регулирующие устройство подвода колодок (2), прозванное в России «трещетка». На конце тормозного вала (4), входящий в тормозной баран, расположен S-образный кулачок. В результате поворота тормозного вала S-образный кулачок раздвигает тормозные колодки (5) , прижимая их к тормозному барабану (7). За счет образующийся силы трения между колодками и барабаном происходит замедление вращение последнего, связанного через ступицу с колесным диском.

Со временем тормозные колодки изнашиваются и начинают слабее прижиматься к поверхности барабана, чем существенно снижается эффективность торможения. Для предотвращения этого эффекта в барабанных тормозах были предусмотрены механизмы (эксцентрики), позволяющие в процессе регулировки немного сместить тормозные колодки наружу в противоположной от кулачка части. Изменение начального положения колодок со стороны кулачка производится изменением положения «трещетки». Эти действия позволяют восстановить их контакт изношенных колодок с поверхностью барабана при торможении и получили название - «подвести» тормоза. Такие механизмы требуют постоянной регулировки, причём добиться равномерного торможения всеми шестью колёсами сложно.

В сороковых-пятидесятых годах прошлого века ввиду существенного роста мощности двигателей появилась необходимость значительного повышения эффективности тормозов серийных транспортных средств. В конце пятидесятых — начале шестидесятых на быстроходных серийных автомобилях стали появляться тормозные механизмы принципиально иного типа — дисковые. Ранее они находили применение в основном на гоночных конструкциях и авиации.

Напомним кратко принцип действия дисковых тормозов

Дисковый тормоз очень похож на тормоз велосипеда, который имеет суппорт, прижимающий тормозные колодки к ободу колеса.

Воздух подается в тормозной цилиндр, который через суппорт сжимает тормозной диск через колодки. Тормозной диск крепится к ступице колеса. Дисковый тормоз с плавающей скобой является самоцентрирующимся и саморегулирующимся. Перемещающийся по скобе (направляющим) суппорт способен скользить из стороны в сторону, перемещаясь к центру каждый раз, как только начинает работать тормоз. Так как нет никакой пружины, которая отталкивает колодки от диска, колодки постоянно соприкасаются с ротором. Резиновое уплотнение поршня, и любое колебание в роторе может отодвинуть колодки на небольшое расстояние от тормозного диска.

Считается, что дисковый тормоз конструктивно проще барабанного. Это утверждение неактуально для дисковых тормозов полуприцепа и грузового автомобиля. Суппорт дискового тормоза сложный механизм,превосходно работающий без вмешательства механика при условии соблюдения его очистки/ мойки и визуальным контролем за пыльниками, прикрывающими основные движущие элементы. Современные тормозные диски и места их посадки являются сложными высокотехнологичными продуктами, обеспечивающими быстрый отвод тепла в заданном конструктором направлении.

Главный вопрос конструкции дисковых тормозов – преодоление большого выброса тепловой энергии. Этот вопрос решен комплексными мерами, главной из которых является современный вентилируемый тормозной диск. У каждого производителя свой оригинальный подход к решению этого вопроса.

Плюсы дисковых тормозов:

- постоянство (стабильность) характеристик , что приводит к улучшению торможения, а в конечном итоге — повышению безопасности движения,

- меньший зазор между колодкой и диском позволяет быстрее приводить в действие тормозную систему, что особенно актуально для прицепов

-эффективность.  Площадь колодок меньше чем у барабанов, но поверхность диска плоская и поэтому колодки прижимаются к нему равномерно (полукруглая поверхность колодки барабанного тормоза же неравномерно прижимается к внутренней поверхности барабана).

- простота в обслуживании (в частности — проще замена колодок),

- практически нет ограничения тормозному усилию на колодках (в барабанном механизме оно ограничено прочностью барабана).

- самоочищаемы от воды, грязи и продуктов износа — загрязнения и газы «сбрасываются» с диска при его вращении, в отличие от барабана, который легко собирает на себя, например, пыль — продукт износа колодок. Вода, масло, газообразные продукты трения — всё это быстро отводится от рабочих поверхностей, не ухудшая торможение.

Характерны для дисковых тормозов и определённые недостатки.

- при значительно более высокой эффективности дисковые тормоза выделяют значительно больше тепловой энергии, чем барабанные. 

-дисковые тормоза более открытые и несмотря на эффект «самоочищения» колодок и тормозного диска подвержены накоплению грязи и пыли на остальных деталях. В совокупности с высокой температурой эта грязь может кристаллизироваться, образуя твердые соединения. Особое внимание приходится уделять суппорту и его направляющим. Если твердые соединения не дают свободно перемещаться суппорту, то колодки плохо «отходят» от тормозного диска. Происходит непреднамеренное торможение, которое не дает охлаждаться всему узлу. В результате перегрева может треснуть тормозной диск, значительно сокращается срок службы всей ступицы или в экстренных случаях может заклинить подшипник ступицы, что приводит  замене ступицы в сборе.

- грунтовые и дороги с множеством твердого мусора  требуют повышенного  внимания за пыльниками направляющих суппортов и соблюдением чистоты внутренней поверхности обода колеса

- «залипание» тормозов при долгом неподвижном простое (месяц и более) при высокой влажности и при отрицательных температурах.

Продолжительное время барабанные тормоза были наиболее широко используемы на рынке полуприцепов. Некоторые операторы отдавали явное предпочтение барабанным тормозам, вероятно, в наследство со времен первых дисковых систем, которые, по различным причинам, имеют репутацию работающих с частыми поломками. Вместе с тем, огромный скачок в производстве в сочетании с совершенствованиями технологий производства привел к соотношению барабан-диск на производстве тормозных систем в Европе примерно 1 к 5 соответственно. Причем основная масса барабанных тормозов заказывается транспортными компаниями из стран бывшего СССР.

Каждая из компаний, производящих оси, сделала значительные шаги по разработке конструкции для лучшего охлаждения диска и меньшего попадания грязи.

У пользователей прицепов существует миф, что эксплуатация дисковых тормозов обходится дороже, чем  барабанных аналогов. Это актуально только при отсутствии внимания к чистоте дисковой тормозной системы и контроля за резиновыми элементами, защищающими двигающие механизмы суппорта.

		Не стоит забывать, что при отсутствии своевременной мойки страдает не только тормозная система. Коррозии подвержены алюминиевые и стальные  детали кузова  и подвески, а также корпуса агрегатов пневматики  и электрические соединения. В дополнение к конструкторским решениям вопросов лучшего охлаждения дисковых тормозов при эксплуатации требуется всего лишь периодически мыть/очищать от грязи и нагара движущиеся механизмы дисковых тормозов и следить за состоянием пыльников.
		В качестве примера рассмотрим блоки EBS от Knorr-Bremse и Wabco. По стоимости они не уступают основным элементам дисковых тормозов.

Для лучшей защиты от грязи производители применяют специальные кожухи. Эффективность подобной конструкции сомнительна. Защищает от больших предметов, уменьшает теплоотдачу

		Для решения основной задачи по эффективному охлаждению тормозного диска и сопутствующего этому уменьшению воздействия грязи на рабочие механизмы дисковой тормозной системы с начала выпуска дисковых тормозов для прицепной техники возникли два решения по вылету колесного диска и месту установки тормозного диска. Рассмотрим оба решения на примере BPW.
Рис.1	Рис.2

На Рис.1 представлена конструкция, на которой установлены колесные диски с вылетом (ЕТ) 0. Тормозной диск находится вне "полусферы" колесного диска. При такой компоновке тормозной диск охлаждается лучше, но неравномерно, несмотря на специальные ребра на ступице колеса. Кроме того грязь попадает на такую конструкцию больше, что и видно на фото. Но при эксплуатации по асфальту и хорошей мойке проблем не возникает.

На Рис.2 конструкция с вылетом колесного диска (ЕТ) 120. Тормозной диск располагается примерно посередине колесного. Охлаждение менее эффективное, но более равномерное с обоих сторон . Колесный диск защищает от прямого попадания грязи. При снежной пурге больше вероятность заклинивания суппорта, что легко исправляется подачей теплого воздуха через гофру с трубы глушителя.

Для долговечной работы обе системы требуют текущего обслуживания и ремонта. В барабанных тормозах больше движущихся частей, поэтому они требуют более регулярного обслуживания и смазки,  чем дисковые.  Проведение самых простых и рутинных проверок на барабанных тормозах занимает больше времени. Например, замена колодок. На дисковых тормозах снимается колесо, старые колодки и устанавливаются новые. Проверяются пыльники и направляющие суппортов, убирается с них грязь. Замена же колодок на барабанных тормозах требует снятие барабана, что ведет к большим затратам на рабочую силу. Кроме того обслуживание дисковой системы заключается в первую очередь в очищении от грязи всего узла, что легко делается на мойке аппаратом высокого давления через отверстия колесных дисков и контролем за состоянием дисков и колодок. Барабанные тормоза требуют частого «подвода тормозов». Это рутинная операция. На современных прицепах устанавливают самоподводящиеся «трещетки». Уход за их чистотой равносилен уходу за чистотой элементов дисковой тормозной системы. Изнашиваемые тормозные валы и «трещетки» требуют значительных финансовых вложений при замене. Барабан изнашивается неравномерно, поэтому требуется его периодическая проточка для придания круглой формы.

Тормозная система автопоезда имеет отличительную особенность. Для предотвращения складывания автопоезда тормоза прицепа должны срабатывать на долю секунды раньше, чем тягача. Если на барабанах из-за ограниченности тормозного усилия водитель сразу почувствует уменьшение эффективности торможения, то дисковые тормоза позволяют тормозить с высокой эффективностью весь автопоезд. Для длительной и эффективной работы дисковой тормозной системы автопоезда требуется обязательная синхронизация тягача и прицепа, иначе высока вероятность торможения автопоезда только за счет прицепа, что ведет к повышенному износу тормозов прицепа. Самое успешное и простое решение этого вопроса – применение системы EBS на тягаче и прицепе. Приведем таблицу сочетания тормозов от SAF (актуальна для любого производителя)