Автомобиль тормозная система замирание или увядание тормоза , является снижение тормозной способности , что может произойти после того, как повторное или длительное применение тормозов, особенно в высоких нагрузках или высоких скоростях. Затухание тормозов может быть фактором в любом транспортном средстве, в котором используется фрикционная тормозная система, включая автомобили , грузовики , мотоциклы , самолеты и велосипеды .
Затухание тормозов вызвано накоплением тепла на тормозных поверхностях и последующими изменениями и реакциями в компонентах тормозной системы и может наблюдаться как при использовании барабанных, так и дисковых тормозов . Потеря тормозной способности или замирание может быть вызвано замиранием вследствие трения, механическим замиранием или замиранием жидкости. Затухание тормозов может быть значительно уменьшено за счет соответствующего дизайна и выбора оборудования и материалов, а также хорошего охлаждения.
Затухание тормозов чаще всего происходит при вождении с высокими динамическими характеристиками или при спуске с длинного крутого холма. Он более распространен в барабанных тормозах из-за их конфигурации. Дисковые тормоза гораздо более устойчивы к выцветанию тормозов, потому что тепло может легче отводиться от ротора и колодок, и они стали стандартной функцией передних тормозов для большинства транспортных средств.
Причины увядания тормозов
Уменьшение трения, называемое увяданием тормоза, происходит, когда температура достигает «точки перегиба» на кривой зависимости температуры от трения и между диском и колодкой накапливается газ. Все тормозные накладки отверждаются под механическим давлением после обратного хода кривой нагрева и охлаждения, нагревая фрикционный материал до 232 ° C (450 ° F) для « отверждения » (сшивки) термореактивных полимеров на основе фенольной смолы : плавление не происходит. связующие смолы, потому что фенольные смолы являются термореактивными, а не термопластичными . В этой форме затухания педаль тормоза кажется твердой, но тормозная способность снижается. Выцветание также может быть вызвано закипанием тормозной жидкости с выделением сжимаемых газов. При этом типе затухания педаль тормоза кажется «губчатой». Это состояние ухудшается, когда в жидкости присутствуют загрязнители, такие как вода, которые большинство типов тормозных жидкостей склонны впитывать в той или иной степени. По этой причине замена тормозной жидкости является стандартным обслуживанием.
Затухание самоподдерживающихся тормозов
Различные конструкции тормозов, такие как ленточные тормоза и многие барабанные тормоза, являются самодостаточными: при нажатии на тормоз часть тормозного усилия возвращается в тормозной механизм для дальнейшего самозатягивания тормоза. Это называется «положительной обратной связи» или «само- серво ». Самоуправление снижает входное усилие, необходимое для включения тормоза, но увеличивает затухание, поскольку уменьшение высоты или толщины фрикционного материала колодки также снижает усилие колодки. Напротив, для тормоза без самопомощи, такого как обычный дисковый тормоз, потеря фрикционного материала колодки не изменяет силу колодки, поэтому нет необходимой потери в реакции тормозного момента для данной величины входящей силы.
Механизм самопомощи влияет на водяной насос и количество выцветания. Например, тормоза Ausco Lambert и Murphy имеют самопомощь, примерно пропорциональную трению колодок, поэтому общее торможение уменьшается примерно как квадрат потерь на трение. Многие другие конструкции самопомощи, такие как ленточные тормоза и многие обычные барабанные тормоза , имеют экспоненциальное самопомощь, описанное, где основание натурального логарифма, это коэффициент трения между барабаном и обувью, а такжеугол зацепления между башмаками и барабаном. Небольшое изменение трения вызывает экспоненциальное изменение самопомощи. Во многих обычных тормозах небольшое увеличение трения может привести к блокировке колес даже при легком нажатии. Например, влажным утром барабанные тормоза могут блокироваться при первом включении, буксовав до остановки даже после того, как педаль тормоза была отпущена. И наоборот, небольшое снижение трения может привести к серьезному износу тормозов.
Факторы, способствующие увяданию
Сбои в работе тормозов могут иметь каскадный характер . Например, типичный 5-осный грузовик / прицеп имеет 10 тормозов. Если один тормоз выходит из строя, тормозная нагрузка переносится на оставшиеся 9 тормозов, заставляя их работать сильнее, становиться горячее и, следовательно, гаснуть больше. Если замирание неравномерное, замирание может привести к повороту автомобиля. Из-за этого в тяжелых транспортных средствах часто используются непропорционально слабые тормоза на управляемых колесах, что снижает тормозной путь и приводит к усилению работы тормозов на неуправляемых колесах, что ухудшает затухание. Преимущество тормозов с низким уровнем затухания, таких как дисковые тормоза, заключается в том, что управляемые колеса могут выполнять большее торможение, не вызывая поворота тормоза. [1]
Затухание тормозов обычно происходит при резком или продолжительном торможении. Многие высокоскоростные автомобили используют дисковые тормоза, а многие европейские тяжелые автомобили используют дисковые тормоза. [1] Во многих тяжелых транспортных средствах США и стран третьего мира используются барабанные тормоза из-за их более низкой закупочной цены. На тяжелых транспортных средствах сопротивление воздуха часто невелико по сравнению с весом, поэтому тормоза рассеивают пропорционально больше энергии, чем на обычном автомобиле или мотоцикле. Таким образом, тяжелым транспортным средствам часто требуется использовать торможение сжатием двигателя и снижать скорость, чтобы энергия торможения рассеивалась в течение более длительного интервала времени. Недавние исследования были проведены в Соединенных Штатах для проверки тормозного пути как барабанных, так и дисковых тормозов с использованием североамериканского стандарта FMVSS-121. Результаты показали, что когда более новая смесь фрикционных материалов, обычно используемых в дисковых тормозах, применяется к барабанным тормозам, разница в тормозном пути или затухании тормозов практически отсутствует. Поскольку Соединенные Штаты изменили свои правила FMVSS-121 для грузовиков восьмого класса, построенных в 2012 году, чтобы сократить тормозной путь примерно на 1/3, в действующем законодательстве не было рекомендаций использовать барабанные или дисковые тормоза.
Новые барабанные технологии и устройства охлаждения турбин внутри этих барабанов также устранили любые краевые дисковые тормоза, которые могли возникнуть в тяжелых условиях эксплуатации. Установив тормозные турбины внутри специально сконфигурированного барабана, температура во много раз снижается вдвое и почти исключается выцветание тормозов.
Отказ тормоза также вызван тепловым расширением тормозного барабана, при котором зазор тормозной колодки становится чрезмерным из-за износа. Это было в значительной степени исправлено в 1950-х годах с помощью саморегулирующихся тормозов . [2] Неправильная регулировка из-за износа все еще является фактором для грузовиков с барабанными пневматическими тормозами. [3] Канадское исследование случайно остановленных тяжелых грузовиков показало, что более 10% грузовиков, использующих саморегулирующиеся тормоза, имели по крайней мере один тормоз, не регулируемый из-за отказа механизма саморегулирования или износа, превышающего возможности саморегулирующегося устройства. . Более новые тормозные поршни («бидоны») увеличивают ход примерно с 65 до 75 мм; Так как только для контакта колодок с барабаном используется ход около 30 мм, добавленные 10 мм хода представляют собой увеличение полезного хода более чем на 25%. Более длинный ход уменьшает выцветание, особенно из-за износа, но барабанные тормоза по-прежнему в основном гаснут при нагревании.
После охлаждения потускневшие тормоза обычно работают так же хорошо, как и раньше, без видимых изменений тормозных колодок и / или колодок. Однако, если тормоза были чрезмерно горячими в течение длительного периода времени, может возникнуть остекление как на фрикционных накладках колодок, так и на колодках. Когда это произойдет, соприкасающиеся поверхности накладок будут иметь гладкий, блестящий вид и не будут работать так эффективно, чтобы замедлить транспортное средство при торможении. Это остекление можно легко удалить, осторожно нанеся на него наждачную бумагу , или осторожно управляя автомобилем, слегка нажимая на тормоза на несколько миль.
Некорректное объяснение, которое иногда приводят для увядания тормозов, заключается в том, что нагретые тормозные колодки испаряются с образованием газа, который отделяет их от барабана. Такие эффекты легко представить, но физически невозможно из-за большого объема газа, который потребуется для такого эффекта. Нефтегазоносный потребуется пополнение газа так же быстро , как диск или барабан двигается, так как у него нет газа на его поверхность по мере приближения к панели или обуви. Кроме того, в дисковых тормозах используются почти те же материалы, и они хорошо работают с небольшим выцветанием, даже когда диски раскалены. Если тормозные материалы дегазируются при температуре барабана, они также выделяются при температуре диска и значительно выгорают. Поскольку диски имеют небольшой фейдер, они также демонстрируют, что дегазация не является источником выцветания. Некоторые дисковые тормоза имеют просверленные отверстия или прорези, но гладкие диски больше не выгорают.
Длинные следы заноса двух шин на шоссе, оставленные грузовиками с барабанными тормозами, являются видимыми примерами нелинейности между тормозной реакцией и давлением на педали. В больших грузовиках по-прежнему используются барабанные тормоза, поскольку они экономичны и легко устанавливаются там, где аналогичные дисковые тормоза нет. Совсем недавно дисковые тормоза для грузовиков были продвинуты с перечислением таких функций, как отсутствие выцветания, что возможно, потому что у них нет самопомощи (саморегулирования). [4]
Железные дороги
Железные дороги используют дисковые тормоза на легковых автомобилях более 60 лет, но в сочетании с антиблокировочной системой Rolokron, чтобы избежать образования плоских пятен (или « квадратных колес »), когда колеса блокируются и скользят по поверхности рельса (слышно как устойчивый звук " бум-бум-бум", когда проезжает поезд - не путать с треском-бум ... бум-бум ... бум-бум звуком, издаваемым колесами, катящимися по стыку рельсов). Обычно тормозные диски устанавливаются в центре оси, но в некоторых приложениях (например, в пригородных вагонах Bombardier Bi Level ) используется только один диск, установленный на конце оси за пределами рамы грузовика. В высокоскоростных поездах (таких как TGV ) может использоваться четыре диска на ось.
Грузовые вагоны (и некоторые легковые автомобили, такие как составные вагоны, тяговые двигатели которых не оставляют места на осях для установки дисковых тормозов) оснащены накладными тормозами, которые непосредственно захватывают поверхность качения колес (во многом как старый конный багги. тормоза прошлых лет). Такие тормоза представляют собой барабанный тормоз с внешней колодкой; но в отличие от ленточных тормозов и многих барабанных тормозов с внутренними башмаками, здесь нет эффекта самопомощи / самоусиливания, поэтому они гораздо менее подвержены блокировке, чем тормоза с самоподдержкой. Из-за высокой жесткости и относительно небольшой мощности эти накладные тормоза даже менее подвержены блокировке, чем многие дисковые тормоза, поэтому грузовые вагоны, в которых они используются, не оснащены антиблокировочной системой.
Первая разработка современных керамических тормозов была разработана британскими инженерами, работающими в железнодорожной отрасли для TGV, в 1988 году. Целью было снизить вес, количество тормозов на ось, а также обеспечить стабильное трение при очень высоких скоростях и любых температурах. . Результатом стал процесс производства керамики, армированный углеродным волокном, который теперь используется в различных формах для автомобильных, железнодорожных и авиационных тормозов.
Управление затуханием с помощью техники вождения
Выцветание тормозов и деформация ротора могут быть уменьшены за счет правильной техники торможения; при длительном спуске на более низкую передачу, требующем торможения, просто выберите более низкую передачу (для автоматических трансмиссий это может потребовать кратковременного нажатия на педаль газа после выбора передачи). Кроме того, периодическое, а не постоянное нажатие на тормоза позволит им остывать между применениями. Непрерывное легкое нажатие на тормоза может быть особенно разрушительным как для износа, так и для перегрева тормозной системы. [5]
Модификация тормозов для уменьшения выцветания
Компоненты тормозов с высокими рабочими характеристиками обеспечивают повышенное тормозное усилие за счет улучшения трения при одновременном снижении увядания тормозов. Улучшенное трение обеспечивается материалами футеровки с более высоким коэффициентом трения, чем у стандартных тормозных колодок, а выцветание тормозов снижается за счет использования более дорогих связующих смол с более высокой температурой плавления, а также дисков / роторов с пазами, отверстиями или углублениями уменьшить газовый пограничный слой, в дополнение к обеспечению улучшенного рассеивания тепла. Тепловыделение в тормозах может быть решено путем модификации кузова, при которой холодный воздух направляется к тормозам.
«Газообразный пограничный слой» - это объяснение механики хот-стержня отказа самосерво-эффекта барабанных тормозов, потому что он ощущался как кирпич под педалью тормоза, когда это происходило. Чтобы противодействовать этому эффекту, в тормозных колодках просверливались отверстия и шлицы для выпуска газа. Несмотря на это, от барабанных тормозов отказались из-за их эффекта сервопривода. У дисков этого нет, потому что сила приложения прикладывается под прямым углом к результирующей тормозной силе. Нет взаимодействия.
Сторонники газовыделения перенесли это убеждение на мотоциклы, велосипеды и «спортивные» автомобили, в то время как у всех других пользователей дисковых тормозов от тех же автомобильных компаний нет отверстий на лицевых сторонах их дисков, хотя используются внутренние радиальные воздушные каналы. Вентиляционные отверстия для выпуска газа не были обнаружены на тормозах железных дорог, самолетов и легковых автомобилей, потому что нет газа для выпуска. Между тем в тяжелых грузовиках по-прежнему используются барабанные тормоза, потому что они занимают то же место. Железные дороги никогда не использовали барабанные тормоза с внутренним расширением, потому что они вызывают занос, вызывая появление дорогих плоских пятен на стальных колесах.
И дисковые, и барабанные тормоза можно улучшить с помощью любой техники, отводящей тепло от тормозных поверхностей.
Затухание барабанного тормоза может быть уменьшено, а общая производительность несколько улучшена с помощью старой технологии барабанного бурения «горячего роддера». Через рабочую часть барабана просверливается тщательно подобранная схема отверстий; вращение барабана центробежно перекачивает небольшое количество воздуха через башмак в зазор барабана, отводя тепло; замирание, вызванное водяным тормозом, уменьшается, так как вода вытесняется центробежным движением; и некоторое количество пыли тормозного материала выходит из отверстий. Сверление тормозного барабана требует тщательного детального знания физики тормозного барабана и является передовой техникой, которую, вероятно, лучше оставить профессионалам. Существуют мастерские по производству высокопроизводительных тормозов, которые безопасно внесут необходимые изменения.
Затухание тормоза, вызванное перегревом тормозной жидкости (часто называемое педальным затуханием), также можно уменьшить за счет использования термобарьеров, которые размещены между тормозной колодкой и поршнем тормозного суппорта, они уменьшают передачу тепла от колодки к суппорту и в переверните гидравлическую тормозную жидкость. Некоторые высокопроизводительные гоночные суппорты уже включают в себя тепловые экраны тормозов из титана или керамики. Однако также можно приобрести титановые тепловые экраны тормозов на вторичном рынке [6] , которые подходят к существующей тормозной системе и обеспечивают защиту от перегрева тормозов. Эти вставки имеют прецизионную обрезку, чтобы покрыть как можно большую часть прокладки. Поскольку они относительно дешевы и просты в установке, они популярны среди гонщиков и любителей треккинга.
Еще одна технология, используемая для предотвращения замирания тормозов, - это установка охладителей тормозов с остановкой замираний. Как и титановые тепловые экраны, охладители тормозов предназначены для скольжения между опорной пластиной тормозных колодок и поршнем суппорта. Они сконструированы из металлического композита с высокой теплопроводностью и высоким пределом текучести, который отводит тепло от поверхности раздела к теплоотводу, который находится вне калипера и в воздушном потоке. Было показано, что они снижают температуру поршня суппорта более чем на двадцать процентов, а также значительно сокращают время, необходимое для охлаждения. [7] Однако, в отличие от титановых теплозащитных экранов, охладители тормозов фактически передают тепло в окружающую среду и, таким образом, охлаждают колодки.
Смотрите также
- Дисковый тормоз
- Барабанный тормоз
Ссылки и источники
- ^ a b Гэри Гэнауэй, Производство, использование и характеристики пневматических дисковых тормозов. Архивировано 4 июня 2011 г. на Wayback Machine , Конференция по тактическим колесным транспортным средствам NDIA, Монтерей, Калифорния, 28 января 2002 г. Проверено на 2010/01 год.
- ^ Spartan Engineering 1959 [ постоянная мертвая ссылка ] ; Дисковые тормоза; доступ 2007-02-26
- ^ http://www.roadranger.com/ecm/groups/public/@pub/@roadranger/documents/content/rr_axag-0300.pdf [ постоянная мертвая ссылка ] ; Мосты и тормоза для прицепов Dana Spicer; Руководство по применению AXAG-0300, март 2006 г .; См. «Затухание тормоза» в глоссарии; доступ 2007-02-26
- ^ Пневматические дисковые тормоза
- ^ Fancher, P .; Winkler, C .; Кэмпбелл, М. (март 1992 г.). «Влияние стратегии торможения на температуру тормозов на горных спусках» (PDF) . Институт транспортных исследований Мичиганского университета . УМТРИ-92-11: 2 . Проверено 24 октября 2017 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ http://HardBrakes.com TiSpeed Hard Brakes Титановые тепловые экраны тормозов
- ^ Тестирование охладителей тормоза с остановкой плавного торможения «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 7 июня 2010 года . Проверено 9 июня 2010 года . CS1 maint: не рекомендуется параметр ( ссылка ) CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
Внешние ссылки
- Институт стандартов фрикционных материалов
- Результаты лабораторных испытаний титановых теплозащитных экранов тормозов
- Жесткие тормоза Титановые тормоза Тепловой экран Техническая информация
- Разработка охладителей тормозов Fade Stop
- Смягчение выцветания тормозов