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

BURO заводит!
13 марта 2017
Новости

BURO заводит!

BURO представляет мобильные пуско-зарядные устройства. В продаже появились две модели устройств SJ-K25 и SJ-K40, емкостью аккумулятора 7800мАч и 13500мАч соответственно.

Раз восьмерка, два восьмерка
30 марта 2006
Обзоры

Раз восьмерка, два восьмерка

Прогнозируемые людьми события часто абсолютно не совпадают с происходящими в действительности. Вот и очередная летняя командировка в Питер, несмотря на предполагаемую обыденность, выдалась богатой на сюрпризы. Первым отличился ГИДРОМЕТЦЕНТР, обещавший «переменную облачность и незначительные осадки», в то время как город на Неве встретил нас абсолютно ясной погодой и не менее «абсолютной» влажностью.

Компьютерный охранник
30 марта 2006
Новости

Компьютерный охранник

Непременным атрибутом практически любой автомобильной сигнализации является пульт дистанционного управления, с помощью которого владелец управляет охранной системой, одновременно являющейся и системой доступа самого владельца в автомобиль. Такая ситуация уже давно стала обыденной, и сейчас на улице редко когда встретишь автолюбителя, открывающего автомобиль ключом, вот уж действительно — все для удобства, за которым, впрочем как и за безопасностью, следят компании-производители охранных систем.

Neoline X-COP 9100s – первый в мире гибрид с международной радарной платформой
23 августа 2018
Новости

Neoline X-COP 9100s – первый в мире гибрид с международной радарной платформой

Компания Neoline, разработчик и производитель широкого спектра инновационной автомобильной электроники, представляет новый гибрид X-COP 9100s. Отличительная особенность устройства – наличие специальной платформы для обнаружения радаров не только в России и странах Европы, но и по всему миру.

Смотри MIYOTA
10 июня 2004
Новости

Смотри MIYOTA

Сейчас мы вам расскажем о том, как сделать из своего автомобиля многозальный кинотеатр. Думаете это невозможно или требует баснословных денег? В этом случае вы заблуждаетесь. Ладно, хватит ходить вокруг да около, обратимся к фактам, цифрам и каталогу техники компании MIYOTA. Первым делом рассаживаем семейство по машине и начинаем соображать, кому что нужно.

Океан надежности
22 октября 2004
Новости

Океан надежности

Уже более 6 лет отечественные автомобилисты знакомы с продукцией FINWHALE. За годы работы на российском рынке она завоевала заслуженное уважение и признание автомобилистов. Сегодня можно говорить, что многие покупатели уже считают это имя «родным», так как цены на продукцию немецкого качества не отпугивают, а наоборот, приятно удивляют.

КРАСОТА — ЭТО ПРОСТО!
30 марта 2006
Новости

КРАСОТА — ЭТО ПРОСТО!

Зима сдает свои позиции, солнечных дней становится все больше. Термометр по большей части показывает плюсовую температуру, а на дорогу наконец-то перестают сыпать реагенты. Теплее становится и на душе — все живое расцветает вокруг после нешуточных холодов… Но почему-то ваше авто никак не хочет пробудиться после зимы и засиять глубоким и сочным оттенком, а остается в непонятном состоянии с тусклыми, пыльными и вдобавок не самыми чистыми боками? Что ж, оживить свою «ласточку» и вернуть ей летнюю красоту — ваша обязанность как хорошего и заботливого хозяина.

Дело техники!
30 марта 2006
Новости

Дело техники!

"Да это же Дело техники!" - воскликнул бывалый автомеханик в адрес своего малоопытного товарища. После чего взял в руки гаечный ключ и в два счета устранил неисправность… Действительно, с ключами российской торговой марки "Дело техники" любая задача станет легко выполнимой. Откуда такая уверенность? Да очень просто: попробуйте найти на российском рынке другой подобный инструмент, созданный специально для российских условий эксплуатации, имеющий высокое качество и к тому же вполне разумную цену.

Новые видеорегистраторы Mio: проще, удобнее, лучше
9 августа 2016
Новости

Новые видеорегистраторы Mio: проще, удобнее, лучше

9 августа 2016 г., Москва. — Компания Mio Technology, ведущий международный разработчик и производитель автомобильной электроники, объявляет о выходе на рынок двух новых моделей видеорегистраторов — MiVue C315 и MiVue C333. Это недорогие, но функциональные устройства, снимающие качественное видео в разрешении Full HD (1920 х 1080 точек) на частоте 25 кадров (MiVue C315) и 30 кадров в секунду (MiVue C333).

Первый бюджетный HD-регистратор от AdvoCam: компактная модель AdvoCam-FD1
9 апреля 2013
Новости

Первый бюджетный HD-регистратор от AdvoCam: компактная модель AdvoCam-FD1

Компания «Видеомакс» объявляет об обновлении продуктовой линейки видеорегистраторов AdvoCam и представляет новую бюджетную модель в миниатюрном корпусе — AdvoCam-FD1. Новинка является первым бюджетным регистратором в портфолио бренда: ранее AdvoCam выпускал исключительно премиум-модели со средней ценой в 6600 рублей. Новинка стоит 2890 рублей...