Автомобіль - це технічно складний транспортний засіб, до складу якого входить безліч систем і механізмів. Не дивлячись на стрімкий розвиток технологій, основні вимоги до машин всіх часів залишаються незмінними: це можливість здійснювати рух (за допомогою двигуна), змінювати траєкторію його (рульове управління), а також вчасно і безпечно зупиняти автомобіль (система гальмування). У даній статті розглянуто принцип роботи гальмівної системи автомобіля - найголовнішою системи, яка вимагає належного до себе уваги.
Види гальмівних систем
Як багатьом може здатися, види гальмівних систем не обмежуються педаллю робочого і важелем ручного гальма, крім них в сучасних автомобілях присутній хоча б ще одна система. Всі їх можна класифікувати наступним чином:
1. Робоче гальмо (основний)
Служить як елемент керування автомобілем, який дозволяє контролювати швидкість руху транспортного засобу і зупиняти його. Елемент управління робочим гальмом - це педаль, яка знаходиться в ногах у водія (виняток становлять машини для інвалідів, де використовуються підрульові важелі). Принцип дії будь-якої гальмівної системи базується на передачі зусилля ноги водія до гальмівним виконавчих пристроїв (колодкам) за допомогою трубопроводів, часто посилюючись в вакуумних підсилювачах. У гальмуванні також можуть брати участь і причепи, якщо їх маса порівнянна з масою тягача. Робоча система може використовувати всі типи приводів: механічний (важелі і троси), гідравлічний (рідинний), пневматичний (повітряний), електромагнітний і комбінований. Головною відмінністю від інших систем є можливість управляти гальмівним зусиллям на колесах, змінюючи зусилля на педалі гальма.
2. Запасний гальмо (аварійний)
Не складно здогадатися з назви, що він необхідний при відмові робочого гальма, що б забезпечити аварійну зупинку транспортного засобу. Такий гальмо може мати більш низьку ефективність, ніж робочий. Це або окрема (автономна) гальмівна магістраль, робота якої починається тільки при відмові основний, або частина робочої гальмової системи. Прикладом такої системи є поширена багатоконтурна гальмівна система. Вона містить як мінімум два контури - для передніх і задніх коліс.
Автомобілі високого класу забезпечені окремим контуром для кожного колеса. Пристрій гальмівної системи з великим числом контурів робить систему максимально працездатною, тому як відмова одного контуру не тягне повну втрату гальмівного зусилля. Якщо ви не вважаєте за краще агресивну манеру водіння, то можете довгий час не впізнати, що ваші гальма не зовсім справні, так як для міського циклу їх ефективності буде досить. Але навіть при наявності великої кількості контурів не варто нехтувати їх обслуговуванням, тому що при екстреному гальмуванні, через несправність контуру, автомобіль буде схильний до заносу і повної втрати управління.
До запасному гальма так само, як і до робочого, ставиться вимога - наявність модуляції гальмівного зусилля. Модуляція гальмівного зусилля - це можливість його дозування (плавного управління), є одним з параметрів характеризують якість системи в цілому.
3. Гальмо стоянки
Саме цей тип гальм є улюбленим у багатьох лихачів, тому що для легкових автомобілів він дозволяє окремо блокувати задні колеса і пускати машину в занос. Але це аж ніяк не його призначення. Він необхідний для фіксації транспортного засобу в статичному стані при стоянці на ухилі або підйомі. Для його активації використовується ручний важіль, в народі відомий як «ручник», з фіксацією положення. Не дивлячись на можливість модуляції гальмування, до запасного його не відносять.
4. Допоміжне гальмо
Необхідний для тривалого гальмування, що б підтримувати постійну швидкість на затяжних спусках. Цей тип гальма не використовує колісні гальма, а реалізується за рахунок гальмування двигуном. Таке гальмування реалізується за рахунок припинення подачі палива в двигун і перекриття впускного тракту. Таким гальмом можна скористатися на будь-якому автомобілі з ДВС. Особливо розвинена ця техніка на вантажівках, де застосовані спеціальні заходи для максимальної його ефективності.
Конструкція гальмівної системи
Для того що б зрозуміти як працює гальмівна система автомобіля необхідно розібратися з чого вона складається. Розглянемо, що входить в гальмівну систему на прикладі гідравлічної системи, як найпоширенішою для використання в робочому гальмі.
1. Головний гальмівний циліндр
Це основа всієї системи, за допомогою нього відбувається перетворення механічної сили натискання на педаль в гідравлічний тиск. Як правило, складається з декількох секцій, часто двох, які забезпечують передачу зусилля в різних контурах. Для передньопривідних авто використовується перехресні контуру (пов'язано переднє і заднє колесо з різних сторін в одному контурі), а для задньопривідних краще об'єднання передніх і задніх коліс попарно. Головний гальмівний циліндр обладнаний розширювальним бачком, який представляє собою сполучені посудини з циліндром. Він необхідний для підживлення системи в разі наявності протікань в трубопроводах або гальмівних циліндрів на супортах. Багато виробників обладнають бачок датчиком рівня гальмівної рідини, який повідомляє на приладовій панелі, що досягнутий критично низький рівень.
2. Вакуумний підсилювач гальм
Підсилювач призначений для зменшення необхідного зусилля водія на педалі, для забезпечення ефективного гальмування. Підсилювач гальм може бути відсутнім на легких автомобілях (наприклад, ВАЗ 2101), де м'язової сили людини досить для ефективного гальмування. Однак з підвищенням маси автомобіля потрібно підвищення гальмівного зусилля. Вакуумний підсилювач призначений для вирішення цього завдання. Для зменшення зусилля на педалі використовується розрідження у впускному колекторі, яке допомагає штовхати поршень. Це реалізовано за допомогою додаткової герметичної камери перед головним циліндром, з якої двигун, відкачуючи повітря, збільшує зусилля на поршні. Його конструкція дуже проста, ефективна і надійна.
Ця частина найпростіша і зрозуміла. Нагнітається головним гальмівним циліндром рідина передається до колісних гальмівних систем за допомогою системи трубопроводів, які представляють собою металеві трубки, заповнені гальмівною рідиною, здатні витримувати високі тиску. Біля підвіски колеса трубка переходить в армований шланг, який передає зусилля в гальмівні циліндри, не перешкоджаючи переміщенню колеса.
4. Колісна гальмівна система
Буває двох типів - барабанна і дискова. Хоч вони і різні за конструкцією, але все одно обидва використовують фрикційні властивості матеріалів - механічне тертя. Принцип роботи гальмівної системи з барабанним гальмом вельми простий. Усередині барабана перебувають дві, закруглені по радіусу барабана, гальмівні колодки, які приводяться в дію за допомогою одного або декількох штовхачів. При наявності одного штовхача одна з колодок є набігає, яка по ходу руху барабана отримує ефект «затягування». Затягування працює як своєрідний підсилювач. Для підвищення ефективності гальмування використовують два штовхача, що б ефект «затягування» діяв на обидві колодки. Мінусом такої конструкції є погіршена модуляція, що робить гальмування незручним і різким. Принцип дії гальмівної системи з дисковим гальмом також заснований на механічному терті колодок. Відмінність в тому, що колодки затискають металевий диск співвісний з колесом. Їх конструкція простіша і ремонтнопригодні. На диск надітий супорт з циліндрами-штовхачами, до яких прикріплені колодки. Так як колодки ходять під кутом 90̊, то ефект «затягування» тут відсутня, що призводить до зменшення ефективності в порівнянні з барабанними гальмами. Натомість ми отримуємо чудову модуляцію. Саме завдяки такій конструкції гальма, диски отримали широке застосування в більшості видів транспорту.
Диски проти барабанів
Барабанні гальма вже майже вичерпали свій потенціал, їх намагаються все рідше застосовувати в сучасній техніці. Виправдовують своє застосування тільки там, де їх переваги принципово важливі, не дивлячись на недоліки. Головною перевагою є гальмівне зусилля, яке пропорційно площі плями контакту робочої поверхні (барабана) і колодки. Конструкція барабана дозволяє максимально ефективно використовувати його площу і збільшувати її не тільки за рахунок збільшення діаметра, а й за рахунок ширини барабана. Гальмівний диск же можна збільшувати тільки в діаметрі, який обмежується діаметром колеса. До того ж барабан є герметичним для вологи і пилу з навколишнього середовища, що не дає можливості утворитися абразивної плівці на поверхнях тертя і як результат підвищує термін служби. Барабанне гальмо не виділяє велику кількість тепла, що робить можливим використання більш дешевих і менш термостійких гальмівних рідин. Звідси випливає висновок, що використання дискових гальм на важких вантажівках і автобусах неможливо. А ось для легкового автомобіля дискові гальма незамінний. Оскільки легкові автомобілі мають значно більш високі швидкості пересування, то використовувати різкі барабанні гальма неможливо, так як потрібно дуже плавно і в великих межах змінювати момент гальмування.
Також важливу роль відіграє маса пристрою, яка є критичною як для цивільних автомобілів, так і для спортивних. Найбільшим недоліком дискових гальм є велика схильність перегріву, внаслідок якого різко погіршується ефективність гальмування. Також можливо закипання гальмівної рідини, що може призвести до втрати гальм зовсім. Різкі перепади температури викривляють гальмівний диск, що призводить до мимовільного подтормаживанию автомобіля. Водій буде почувати при цьому ритмічні удари по педалі гальма. Це може статися, наприклад, після того як автомобіль з затяжного спуску наїжджає на калюжу. Як же працює дискова гальмівна система повсюдно і не виходить з ладу після першого ж затяжного спуску? Для забезпечення працездатності використовують не цілісні диски, а з порожниною всередині, яка має аеродинамічні ребра, що забезпечує активну вентиляцію і тепловідвід. Такі диски називають вентильованими. Гальмівна система спортивного автомобіля відчуває величезні перевантаження, іноді навіть можна спостерігати, що диски розжарені до червоного. Тому для поліпшення тепловідводу роблять перфорацію диска, жертвуючи гальмівним моментом. Також застосовані всі можливі повітряні аеродинамічні канали, які перенаправляють потоки повітря на гальмівний диск. До того ж для виготовлення диска використовують кераміку, яка має підвищену зносостійкість, ефективністю і стійкістю до перегріву. Сьогодні такі гальма можна побачити і на деяких серійних авто.
Гальмівна рідина
Принцип роботи гідравлічної гальмівної системи відрізняється від пневматичної способом передачі гальмівного зусилля. Від якості і стану гальмівної рідини безпосередньо залежить ефективність і стабільність системи. Тому на неї слід періодично звертати увагу, навіть якщо вона не убуває в розширювальному бачку, і своєчасно замінювати.
У гальмівної рідини обов'язково присутні присадки (2-7%), які запобігають її окислення при перегріванні і дозволяють захистити гідросистему від корозії. Саме склад гальмівної рідини визначає її основні властивості.
Основні властивості гальмівної рідини:
- Температура кипіння. Повинна бути якомога вище, що б при нагріванні гальм рідина не закипала і не утворювала пари, які роблять її «сжимаемой». Як результат педаль провалюється в підлогу, а гальмівний шлях в рази збільшується.
- В'язкість. Визначає здатність рідини проходити по трубках системи. Температура рідини може змінюватися в широких межах від -50̊ взимку і понад 200̊ в гальмівному циліндрі. У зв'язку з цим змінюється її щільність, а значить і в'язкість, при цьому рідина повинна без особливого опору прокачуватися по системі.
- Вплив на матеріали системи. Якісна рідина не впливає на геометрію, еластичність і міцність ущільнень. Що може викликати утруднене переміщення поршня в циліндрі, або ж навпаки протікання. Металеві частини системи не повинні піддаватися корозії від гальмівної рідини, що призведе до прискореного збільшення зазорів або пробою гідролінії.
- Змащувальні властивості. Це обов'язкова вимога, так як сухе тертя в рази збільшує знос.
- Гігроскопічність. Це здатність вбирати воду. Цей параметр повинен бути якомога меншим, оскільки присутність води значно знижує температуру кипіння.
Вибирати яку гальмівну рідину використовувати в своєму автомобілі не доводиться. За вас це визначає виробник. Потрібно розуміти, що використання гальмівних рідин, які не перебувають в списку дозволених, може вивести з ладу всю гальмівну систему. Також не можна змішувати різні рідини, вони, як правило, не сумісні, що в підсумку дасть негативний ефект.
Гальмівна система вимагає ретельного догляду і обслуговування, не варто цим нехтувати, так як від неї безпосередньо залежить не тільки ваше життя, але життя ваших близьких і оточуючих. Це зовсім не складно, потрібно лише дотримуватися простих правил і вчасно проводити обслуговування та заміну агрегатів.