Кевлар, карбон и все, все, все

21 июля 2006

С точки зрения физики современный автомобиль, наверное, одно из самых противоречивых устройств, созданных человеком. Посудите сами: на протяжении более ста лет тысячи людей разрабатывают диаметрально противоположные по смыслу устройства, которые объединяются в автомобиле. Так, например, задача двигателя — преобразовывать тепловую энергию сгорания во вращение коленчатого вала, и чем меньше этого тепла уйдет в атмосферу, тем эффективней будет сам двигатель. Другое дело тормоза. Их задача — по-глотить кинетическую энергию несущегося куска железа. До недавнего времени единственно верным способом было преобразование этой энергии в тепловую с помощью трения.

Конструкция тормозных механизмов постоянно претерпевает изменения, направленные на достижение высокой эффективности торможения, сохранение стабильности замедления независимо от температуры тормозной колодки или диска, высокого ресурса и комфорта.

НАГРЕВ РЕШАЕТ ВСЕ

Выполнить эти условия непросто и в тепличных условиях, что уж говорить об обстановке, в которой трудятся автомобильные тормоза. Контрастный душ из воды, грязи, а зимой из соли и реагентов, большие перепады температуры окружающей среды — влияние этих факторов на эффективность и прогнозируемость торможения носит только негативный характер. Тем не менее главной проблемой становится нагрев самих механизмов в процессе торможения, ведь количество тепла, выделяющегося при замедлении, просто огромно!

Усугубляет нагрев фрикционной пары и односторонний отвод тепла в тело тормозного диска или барабана. Тормозная колодка не должна пропускать через себя тепло, иначе из-за чрезмерного нагрева может закипеть тормозная жидкость, и тогда эффективность торможения будет стремиться к нулю. Диск же, в свою очередь, тоже не должен допускать чрезмерного нагрева ступицы, иначе узел быстро придет в негодность.

Существует один выход: отдавать тепло непосредственно в атмосферу. В современных автомобилях между двумя поверхностями тормозных дисков находятся радиальные воздушные каналы, благодаря которым теплоотвод существенно улучшился. Иногда эти каналы имеют спиралеобразную форму и играют роль центробежного вентилятора. На спортивных автомобилях зачастую не хватает даже такого решения, и тогда на болиды устанавливают дефлекторы, направляющие поток воздуха непосредственно на тормозные механизмы.

Компания DELPHI предложила свой вариант кардинального решения проблемы в системе Maximum Torque Brake. По замыслу разработчиков на одном колесе автомобиля должен трудиться не один, а два тормозных диска. Идея следующая: на ступице находятся два плавающих тормозных диска, которые обслуживаются одним суппортом. Тормозных колодок в такой системе три, две колодки имеют вполне привычный вид, а третья работает одновременно двумя поверхностями, так как находится между тормозными дисками. Таким образом, суще-ственно увеличивается эффективность торможения, да и нагреваются такие диски меньше из-за снижения нагрузки. Еще из плюсов стоит отметить ослабление нажима на педаль и хорошее охлаждение дисков. Остается дождаться, когда разработка пойдет в серию. А когда это случится, не известно.

В БОРЬБЕ ЗА ГРАММЫ И МЕТРЫ

Несмотря на ухищрения конструкторов, на серийных автомобилях проблема перегрева до конца не решена. Поэтому почти вся ответственность перекладывается на фрикционный материал: как тормозного диска, так и колодки.

Если говорить о тормозных дисках, то до недавнего времени практически 100% автомобильных тормозных дисков были изготовлены из чугуна. Некоторый консерватизм обусловлен сбалансированностью таких качеств, как коэффициент трения, износостойкость, теплоемкость и т.д. Хотя консерватизмом это назвать тоже нельзя: сплавы чугуна постоянно усовершенствуются для достижения более высоких характеристик. Но все равно существенных изменений можно было добиться только с вводом принципиально новых материалов.

Как водится, пионером, открывшим новое направление развития, стал автоспорт, а точнее Формула-1. Бешеные скорости, нагрузки и борьба за каждый грамм открыли карбону дорогу к автомобилям. В конце 70?х годов на болидах Формулы-1 впервые стал применяться карбон в качестве материала тормозных дисков. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500—600? С, здесь простирается далеко за отметку в 1000? С.?Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан, и связано это с недостатками углеродных замедлителей (конечно, куда же без них!). Стоимость ком-плекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление архисложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».

Более радужные перспективы в автомобилестроении имеют композитные керамиче-ские тормоза. Они не имеют такого ошеломляющего коэффициента трения, как карбоновые, но обладают целым рядом преимуществ. Во-первых, все тот же вес, например, керамического тормозного диска PORSCHE 911 в два раза легче обычного, значит, меньше и неподрессоренные массы, а следовательно, и нагрузка на подвеску. Уменьшается и так называемый гироскопический эффект, когда вращающееся с большой скоростью тело сопротивляется смене направления вращения. Коэффициент трения таких тормозов не падает с ростом температуры и одновременно обеспечивает хорошее замедление в холодном состоянии. Срок службы керамических тормозов в несколько раз выше, чем у обычных, но их цена способна поднять волосы на голове даже обеспеченных автомобилистов.

Увлекшись рассказом о дисках, мы чуть было не забыли рассказать о тормозных колодках, от свойств которых в наибольшей степени зависит эффективность торможения. Недаром во фрикционном материале даже самых обычных колодок для отечественных автомобилей насчитывается более 20 компонентов, смешанных по определенной рецептуре. А подбором рецептур еще с советских времен у нас в стране занимаются несколько научно-исследовательских институтов.

Технология изготовления колодок и проста, и сложна одновременно. Сначала приготовляется смесь для выпекания фрикционной накладки. У каждого производителя своя рецептура, и от оптимального подбора компонентов во многом зависят свойства конечного продукта. В состав смеси входят до двух десятков составляющих, поэтому после тщательного перемешивания смесь должна выстояться около суток, для того чтобы прошли необходимые химические реакции между компонентами. Затем смесь засыпается в формы, и происходит прессование. Следует отметить, что существует два вида прессования — горячее и холодное. При холодном прессовании стоимость конечного продукта ниже, а производительность выше, но при использовании горячего прессования улучшаются эксплутационные свойства изделия.

Прессование производится на основу с нанесенным слоем клея (температурного застывания). Если в техпроцессе используется метод холодного прессования, то затем полученные полуфабрикаты помещаются в печь для окончательного спекания. Следующими этапами является шлифовка рабочей поверхности и выходной контроль.

Долгое время в качестве основы фрикционного материала тормозных колодок применялся асбест, рабочие свойства которого позволяли сделать эффективную и недорогую колодку с высоким ресурсом. Но в какой-то момент этот материал в Западной Европе запретили, руководствуясь требованиями якобы экологического характера. Истинные причины этого мы раскрывать не будем, но мнения, что запрет введен только заботой о собственном кармане, придерживаются многие специалисты. Так или и иначе сейчас асбест у производителей не в почете, и каждый пытается заменить этот армирующий компонент своим.

В бюджетных колодках производители используют смесь органических и неорганических волокон, балансируя между коэффициентом трения, изностойкостью и конечной ценой колодки. Если речь идет о дорогих колодках, хотя и предназначенных для дорожных автомобилей, то производители могут включать гранулы мягких металлов и искусственного графита, кевларовых и карбоновых волокон, таким образом увеличивая термостабильность фрикционного материала.

В любом случае исследования и испытания не прекращаются ни на минуту, и в скором времени мы будем свидетелями появления новых материалов, позволяющих надолго забыть о периодической замене колодок и дисков, низкой эффективности торможения с писком. Свежую струю внесут электромобили и гибридные авто, превращающие при торможении энергию движения в электричество (рекуперация). С появлением мотор-колес тормозные диски будут крепиться не к ступице, а к внутреннему ободу диска, что также повысит эффективность торможения. А нам остается ждать этого светлого будущего…

Главной проблемой тормозной системы становится нагрев механизмов в процессе торможения, ведь количество тепла, выделяющегося при замедлении, просто огромно!

В состав смеси, из которой изготавливаются колодки, входят до двух десятков составляющих.

21 июля 2006

Комментарии

Пока нет. Хотите стать первым?

Похожие статьи

Снегопады в радость!
8 октября 2003
Советы

Снегопады в радость!

Компания «Рикамби» известна на российском рынке как крупный поставщик автомобильных запчастей и аксессуаров. В этой статье мы представляем вашему вниманию зимнюю программу «Рикамби», а именно аксессуары, которые окажут помощь в перевозке зимнего спортивного инвентаря – лыж и сноубордов. Насадки или магнитные крепления? Для перевозки спортивного снаряжения автолюбители чаще всего используют специализированные насадки, устанавливаемые на пару поперечин.

Стартовал конкурс "Горячее время барбекю"
25 августа 2017
Новости

Стартовал конкурс "Горячее время барбекю"

Открылся прием работ на фотоконкурс «Горячее время барбекю», посвященный фуд-фотографии. Конкурс проводится порталом www.fotosky.ru совместно с фотографом Эдуардом Крафтом и при поддержке интернет-магазина Фотогора. Компания Фотогора является информационным спонсором фотоконкурса и учредителем специального приза "За лучшее композиционное решение". Победитель в этой номинации, которого определит творческий коллектив компании, получит в подарок весьма полезный для фотографа аксессуар - линзу Френеля, которую профессионалы итспользуют для модификации света в портретной и предметной съемке. А суперфинал в этом конкурсе проводит компания BBK, призовой фонд в решающем раунде - сертификаты на бытовую технику BBK на общую сумму 30 тысяч рублей.

Охранять, запускать, информировать
21 июля 2006
Тесты

Охранять, запускать, информировать

Место на прилавках автомагазинов, отведенное под недорогие двусторонние сигнализации с системой автозапуска, по плотности напоминает банку шпротов с единственным отличием — рыбки все разные. Завоевать место под солнцем в такой ситуации очень непросто, а поэтому необходимо постоянно обновлять и совершенствовать свою продукцию.

Aiptek представляет видеорегистратор с Full HD-видеокамерой Camcorder X3
23 апреля 2013
Новости

Aiptek представляет видеорегистратор с Full HD-видеокамерой Camcorder X3

23 апреля 2013 года, компания Aiptek, тайваньский производитель компактных видеокамер, медиаустройств и пико-проекторов, представляет видеорегистратор Camcorder X3 c широкоугольным объективом, Full HD-видеокамерой и функцией непрерывной записи дорожных событий. Это доступное решение, обладающее вместе с тем оптимальным набором характеристик для качественной высокодетализированной съемки с широким углом обзора — 120 градусов.

Автомобильная аудиосистема Sony с возможностью подключения смартфона
6 сентября 2016
Новости

Автомобильная аудиосистема Sony с возможностью подключения смартфона

Ресивер XAV-AX100 предлагает все, что вам нужно (и даже больше) для долгих автомобильных поездок: подключение смартфона с улучшенным пользовательским интерфейсом на сенсорном экране, воспроизведение различных медиафайлов и получение самой актуальной информации в дороге. Уникальные технологии Sony, высокая мощность звука XAV-AX100 и функция EXTRA BASS™ превратят звук в вашем автомобиле в усовершенствованную мультимедиа систему, обеспечив при этом максимальную безопасность и удобство благодаря вращающемуся регулятору громкости и голосовому управлению.

Равнение на "МЕОРИДУ"!
26 октября 2005
Обзоры

Равнение на "МЕОРИДУ"!

«Время динозавров прошло» — именно такой рекламный слоган предлагает одна автомобильная компания, выражая прогрессивность и современность своего продукта. Однако сейчас мы не будем говорить о тех или иных достоинствах каких-либо автомобилей, поговорим лучше о современном российском рынке дополнительного оборудования, и в частности о рынке автомобильных охранных систем.

26 октября 2005
Обзоры

Кроме всяких подогревателей, очистителей и полиролей, позволяющих облегчить зимнюю эксплуатацию автомобиля, есть еще один способ защиты и усовершенствования покрытия — пленки. Примером подобных материалов может служить продукция компании Folia Tec. HYDRO VISION Clear — продукт немецкой компании, устраняющий капли дождя и влаги с зеркал бокового обозрения, тем самым сохраняя прекрасную видимость даже в дождливую погоду.

Заботясь о безопасности
22 октября 2004
Новости

Заботясь о безопасности

В условиях засилья импортных товаров на прилавках магазинов российскому производителю приходится очень тяжело, и чтобы завоевать авторитет у покупателей, необходимо приложить гораздо больше усилий, чем иностранным предприятиям, и в первую очередь это связано с неким клеймом, которое поставлено на отечественной промышленности.

Не оглядываются, руля. Смотритесь в панорамное зеркало NEOLINE G-TECH X23 с функцией видеорегистратора Full HD и камерой заднего вида
6 октября 2015
Новости

Не оглядываются, руля. Смотритесь в панорамное зеркало NEOLINE G-TECH X23 с функцией видеорегистратора Full HD и камерой заднего вида

Компания NEOLINE представляет универсальное устройство NEOLINE G-TECH X23, совмещающее в себе панорамное зеркало, видеорегистратор Full HD и камеру заднего вида. С ним водитель получит не только отличный обзор дорожной ситуации позади автомобиля, но и возможность фиксировать происходящее на видео. Уникальная комбинация трех высококачественных устройств существенно повышает комфорт водителя, особенно во время движения задним ходом.

Аэрография: искусство или подделка
22 октября 2003
Советы

Аэрография: искусство или подделка

В последнее время аэрография на автомобилях завоевывает все больше и больше почитателей в нашей стране. Если четыре года назад, когда я начал заниматься росписью автомобилей, основная масса автолюбителей смотрела на этот вид искусства с сомнением, считая это излишней экзотикой, то сейчас все больше людей проявляют неподдельный интерес к тому, чтобы придать своему автомобилю неповторимый вид.