1.20. Тормозное управление

Тормозным управлением называется совокупность систем автомобиля, призванных уменьшать скорость движения вплоть до полной остановки и удерживать автомобиль на уклоне неограниченное долгое время.

Тормозная сила в пятне контакта шины с дорогой тем больше, чем больше оказывается сопротивление вращению колеса. Чем лучше сцепление шины с дорогой, тем большая тормозная сила может быть получена. Сцепление зависит от вертикальной нагрузки, прижимающей колесо к дороге, рисунка протектора шины и её конструкции, состояния дорожного покрытия. Максимальное сцепление колеса с дорогой при торможении обеспечивается при его качении с одновременным частичным проскальзыванием. Когда колесо полностью блокируется, т.е. скользит по дороге без проворачивания, то сцепление уменьшается на 20 – 30% от максимального значения. Желательно при торможении колесо не доводить до полной блокировки.

Для получения максимального значения тормозной силы все колеса автомобиля делаются тормозящими, т.е. используются все вертикальные реакции от дороги, действующие на колёса автомобиля.

Каждое транспортное средство, от самых малых автомобилей весом 400 - 450кг и до больших карьерных самосвалов или автопоездов весом 500 – 600т, должно быть оборудовано рабочей, запасной и стояночной тормозными системами.

Помимо этих систем на грузовых автомобилях весом более 16т и на больших междугородных автобусах обязательно применение четвертой тормозной системы – вспомогательной (противоизносной).

Рабочая (основная) тормозная система обеспечивает уменьшение скорости движения вплоть до полной остановки автомобиля, запасная тормозная система – остановку автомобиля в случае выхода из строя рабочей тормозной системы, а стояночная тормозная – удержание остановленного автомобиля на месте, неограниченно длительное время.

Рабочая тормозная система автомобиля обычно приводится в действие ножной тормозной педалью. На прицепах и полуприцепах рабочая система приводится в действие по гидравлическому, пневматическому или электрическому сигналу, поступающему от тормозной системы автомобиля-тягача в момент начала его торможения. Существует также тормозная система прицепов, в которых рабочая система начинает срабатывать вследствие накатывания прицепа на тормозящий тягач, при котором возникает сила сжатия в сцепке. Такая тормозная система прицепа называется тормозом наката.

Рабочая тормозная система, как и стояночная и запасная, состоит из тормозных механизмов и тормозного привода. На легковых автомобилях, малотоннажных грузовых автомобилях и микроавтобусах, применяют усилитель тормозов, а также другие устройства, повышающие эффективность тормозных систем и устойчивость при торможении. Многие автотранспортные средства имеют антиблокировочную систему тормозов (АБС), входящую в состав тормозного привода.

При нажатии тормозной педали увеличивается давление жидкости в тормозном приводе, в том числе в тормозных колодках колёсных тормозных механизмов. Срабатывание тормозных механизмов приводит к замедлению вращения колёс и появлению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой.

Запасная тормозная система должна использоваться при отказе или неисправности рабочей тормозной системы. Она может быть менее эффективной, чем рабочая тормозная система. Важное требование к запасной тормозной системе – наличие следящего действия, т.е. пропорциональности между усилием на педали и тормозным моментом на колёсах автомобиля. По этому требованию стояночная тормозная система большинства легковых автомобилей не может быть признана в качестве запасной тормозной системой.

Вспомогательная тормозная система, ограничивающая скорость движения автомобилей на длительных спусках, выполняется не зависимой от других тормозных систем. Для тяжёлых автомобилей и автопоездов была разработана такая тормозная система, которая обеспечивает длительное движение на спуске с небольшой постоянной скоростью баз использования (и разогрева) механизмов рабочей тормозной системы.

Такой системой является вспомогательная система. Вспомогательная система не может снизить скорость автомобиля до нуля. По нормативным документам эффективность вспомогательной тормозной системы считается достаточной, если на уклоне в 7% длиной 7км скорость автомобиля поддерживается на уровне (30 5)км/ч.

Конструктивно вспомогательная тормозная система выполняется сейчас тремя способами: моторный тормоз, гидравлический тормоз-замедлитель и электрический тормоз-замедлитель. В качестве тормоза-замедлителя на каждом автомобиле можно использовать двигатель, работающий на режиме холостого хода (торможение двигателем).

Более эффективный моторный тормоз (горный) представляет собой двигатель автомобиля, оборудованный дополнительными устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок в выпускном трубопроводе, создающих дополнительное сопротивление.

Тормозной механизм предназначен для создания тормозного момента, препятствующего вращению колёс автомобиля или элемента трансмиссии, соединённого с колесом. Наиболее распространёнными тормозными механизмами являются фрикционные, принцип действия которых основан на трении вращающихся деталей о неподвижные. По форме вращающихся деталей фрикционные тормозные механизмы делятся на барабанные и дисковые.

Наиболее распространённое место размещение тормозного механизма – внутри колеса, поэтому такие механизмы называются колёсными. Иногда тормозные механизмы располагаются в трансмиссии автомобиля, такие механизмы называются трансмиссионными.

Наименее распространены в настоящее время на автомобилях ленточные барабанные тормозные механизмы. Отрицательным свойством ленточного механизма являются большие дополнительные радиальные нагрузки, действующие при торможении на опоры барабанов, и невозможность получения плавного торможения.

Колодочные барабанные тормозные механизмы несмотря на свою внешнюю схожесть существенно отличаются друг от друга по конструкции и свойствам ( рис. 68 ).

Барабанный тормоз с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок. Опорный диск закреплён на балке моста. В нижней части опорного диска установлены два пальца, на которых закреплены эксцентриковые шайбы. На эксцентриковые шайбы надеты нижние концы колодок. Верхние концы колодок соприкасаются с поршнями рабочего цилиндра. Длина фрикционных накладок, прикреплённых к передним и задним колодкам неодинакова. Накладка передней колодки длиннее задней. Сделано это для обеспечения равномерного износа накладок, т.к. передняя колодка работает большее время как первичная и создаёт больший тормозной момент чем задняя. При торможении давление жидкости в колёсном цилиндре раздвигает поршни в противоположном направлении, они воздействуют на верхние концы колодок, которые преодолевают усилие пружины и прижимаются к барабану. При растормаживании давление в цилиндре уменьшается и благодаря возвратной пружине, колодки сводятся в первоначальное положение.

Тормоз с равным перемещением колодок. В расторможенном состоянии между колодками и барабаном имеется зазор. При торможении давление воздуха воспринимается мембраной тормозной камеры, установленной на кронштейне, и её шток поворачивает за рычаг вал с разжимным кулаком. Колодки прижимаются к барабану, вызывая торможение колеса.

Рис. 68. Барабанный механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок:

1 – тормозной барабан; 2 – фрикционная накладка; 3 – колодка; 4 – тормозной щит; 5 – тормозной цилиндр; 6 – возвратные пружины; 7 – эксцентрик регулировки тормоза

На ряде автомобилей применены тормозные механизмы с клиновым разжимным устройством и автоматической регулировкой зазора.

Дисковый тормозной механизм состоит из вращающегося диска, двух неподвижных колодок, установленных с обеих сторон диска внутри суппорта, закреплённого на кронштейне цапфы. По сравнению с колодочными тормозами барабанного типа дисковые тормозные механизмы обладают лучшими эксплуатационными свойствами, а поскольку передние колёса требуют при торможении приложения более значительных тормозных усилий, то установка передних колёс этими дисковыми тормозами улучшает Эксплуатационные качества автомобиля. При торможении неподвижные колодки прижимаются к вращающемуся диску, появляются сила трения и тормозной момент. Дисковый тормозной механизм обладает высокой стабильностью своих характеристик.

На гоночных автомобилях применяют керамические диски, стойкие к перегреву, обеспечивающие хорошую эффективность торможения и высокую долговечность. В последнее время керамические тормозные диски начали применять и на некоторых автомобилях серийного производства.

Тормозной привод необходим для управления тормозными механизмами, т.е. для их включения, выключения и изменения режима работы. В настоящее время в тормозных системах применяются механический, гидравлический, пневматический, электрический, электропневматический, электрогидравлический, пневмомеханический и гидр пневмогидравлический приводы. Все эти приводы имеют свои преимущества и недостатки и поэтому применяются в различных тормозных системах на разных типах автотранспортных средств.

Механический тормозной привод представляет собой систему тяг, рычагов, тросов, шарниров и т.п., соединяющих тормозную педаль с тормозными механизмами. Главное преимущество механического привода – простота и надёжность конструкции. В простейшем виде он состоит из тормозной педали, соединённой тягами и тросами с разжимным устройством механического типа колёсных или трансмиссионных тормозов.

Гидравлический привод автомобилей является гидростатическим, т.е. таким, в котором передача энергии осуществляется давлением жидкости. Принцип действия гидростатического основан на свойстве несжимаемой жидкости, находящейся в покое, передавать создаваемое в любой точке давление во все другие точки при замкнутом объёме.

Преимуществом гидравлического привода является быстрота срабатывания, высокий КПД, простота конструкции, небольшие масса и размера, удобство компоновки аппаратов привода и трубопровода; возможность получения желаемого распределения тормозных усилий между осями автомобиля за счёт различных диаметров поршней колёсных цилиндров.

Недостатками гидропривода являются: потребность в специальной тормозной жидкости с высокой температурой кипения и низкой температурой загустевания; возможность выхода из строя при разгерметизации вследствие утечки жидкости при повреждении, или выхода из строя при попадании в привод воздуха; значительное снижение КПД при низких температурах; трудность использования в автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа.

Пневматический тормозной привод для затормаживания автомобиля или прицепа использует сжатый воздух.

Преимущества и недостатки пневматического привода во многом противоположны гидравлическому приводу. К преимуществам относят неограниченные запасы и дешевизну воздуха, сохранение работоспособности при небольшой разгерметизации, т.к возможная утечка компенсируется подачей воздуха от компрессора, возможность использования в автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа, использование в других устройствах, таких как привод переключения многоступенчатых коробок передач, усилитель сцепления, привод дверей и т.д.

Недостатками пневмопривода являются: большое время срабатывания вследствие медленного поступления сжатого возжуха к удалённым воздухонаполняемым объёмам через трубопроводы малого диаметра, сложность конструкции, большие массы и размеры агрегатов из-за относительно небольшого рабочего давления, возможность выхода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и аппаратах при отрицательных температурах.

Смешанные тормозные приводы позволяют получать высокое быстродействие, присущее гидравлическому приводу, и большие усилия, характерные для пневматического привода. Помимо этого гидравлическая часть смешанного привода обеспечивает одновременное начало торможения всех колёс автомобиля и обладает другими достоинствами, свойственными гидравлическим тормозным приводам , а пневматическая часть – лёгкость управления и позволяет создавать и управлять тормозными усилиями на буксируемом прицепе.

Смешанный электропневматический тормозной привод представляет собой комбинацию электрического и пневматического приводов.

Преимуществом ЭПП являются: уменьшение времени срабатывания особенно удалённых осей прицепа или полуприцепа; уменьшение тормозного пути; оптимальное распределение тормозных сил между передними и задними колёсами автомобиля; увеличение устойчивости автопоезда; упрощение привода, по сравнению с пневматическим, за счёт объединения функций нескольких аппаратов в одном.