Материал: 2-Обзор приводов

2. Обзор тормозных механизмов автомобилей категории n1

2.1 Тормозная система и безопасность автомобиля

Тормозная система предназначена для уменьшения скорости движения и/или остановки транспортного средства. Она также позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения во время стоянки [4].

По своему назначению и выполняемым функциям тормозные системы подразделяются на:

1. рабочая тормозная система (по типу привода делится):

- механический;

- гидравлический;

- пневматический;

- комбинированный;

2. запасная тормозная система;

3. стояночная тормозная система;

4. вспомогательная тормозная система.

Рабочая тормозная система служит для регулирования скорости движения транспортного средства и его остановки.

Рабочая тормозная система приводится в действие нажатием на педаль тормоза, которая располагается в ногах у водителя (исключение - автомобили для обучения принципам вождения, дополнительная группа педалей располагается в ногах у инструктора, а также нередко - модели, предназначенные для использования инвалидами, или переоборудованные для них). Усилие ноги водителя передаётся на тормозные механизмы всех четырёх колёс.

Так, на легковых машинах в наше время в основном используются гидравлический привод, а на грузовых пневматический и комбинированный. Для уменьшения прикладываемого усилия на педаль тормоза устанавливается вакуумный или пневматический усилитель тормозов.

Запасная тормозная система служит для остановки транспортного средства при выходе из строя рабочей тормозной системы.

Стояночная тормозная система служит для удержания транспортного средства неподвижно на дороге. Используется не только на стоянке, она также применяется для предотвращения скатывания транспортного средства назад при старте на подъёме.

Стояночная тормозная система приводится в действие с помощью рычага стояночного тормоза. Водитель рукой может управлять тормозными механизмами задних либо передних колёс.

Вспомогательная тормозная система служит для длительного поддержания постоянной скорости (на затяжных спусках) за счёт торможения двигателем, что достигается прекращением подачи топлива в цилиндры двигателя и перекрытием выпускных трубопроводов.

Сегодня безопасность автомобиля немыслима без эффективного тормозного управления, которое в соответствии с требованиями стран - членов ЕЭС должно состоять из следующих тормозных систем (ТС) [5]:

1. основная (рабочая), которая обеспечивает замедление легкового автомобиля не менее 5,8 м/с², движущегося со - скоростью не более 80 км/ч при усилии на педаль менее 50 кг;

2. вспомогательная (аварийная), обеспечивающая замедление не менее 2,75 м/с²;

3. стояночная, которая может быть совмещена с аварийной.

Статистика свидетельствует: не менее половины ДТП, связанных с техническими неисправностями автомобиля, происходят из-за отказов в системе торможения. Словом, от тормозов зависит слишком многое, чтобы пренебрежительно к ним относиться [6].

Рабочий контур, согласно требованиям ЕЭС, должен делиться на основной и вспомогательный. Если вся система исправна, то работают оба, но при разгерметизации одного - другой продолжает работать, становясь вспомогательным (аварийным). Наиболее распространены три компоновки разделения рабочих контуров (рисунок 2.1):

- 2 + 2 тормозных механизма, подключенных параллельно (передние + задние);

- 2 + 2 тормозных механизма, подключенных диагонально (правый передний + левый задний и т. д.);

- 4 + 2 тормозных механизма (в один контур подключены тормозные механизмы всех колес, а в другой только два передних).

Рисунок 2.1 - Схемы компоновки гидропривода: 1 - главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем; 2 - регулятор давления жидкости в задних тормозных механизмах; 3, 4 - рабочие контуры

2.2 Конструкции тормозных механизмов

Схема работы барабанного тормозного механизма следующая. Барабанный тормозной механизм (рисунок 2.2) состоит из: тормозного щита 2, тормозного цилиндра 3, двух тормозных колодок 7, стяжных пружин 5, тормозного барабана 1 [7].

Тормозной щит 2 жестко крепится на балке заднего моста автомобиля, а на щите 2, в свою очередь, закреплен рабочий тормозной цилиндр 3. При нажатии на педаль тормоза поршни в цилиндре 3 расходятся и начинают давить на верхние концы тормозных колодок 7. Колодки в форме полуколец прижимаются своими накладками к внутренней поверхности круглого тормозного барабана 1, который при движении автомобиля вращается вместе с закрепленным на нем колесом.

Торможение колеса происходит за счет сил трения, возникающих между накладками 6 колодок 7 и барабаном 1. Когда же воздействие на педаль тормоза прекращается, стяжные пружины оттягивают колодки на исходные позиции.

Рисунок 2.2 - Схема работы барабанного тормозного механизма:

1 - тормозной барабан; 2 - тормозной щит; 3 - рабочий тормозной цилиндр;

4 - поршни рабочего тормозного цилиндра; 5 - стяжная пружина;

6 - фрикционные накладки; 7 - тормозные колодки

Преимущества барабанных тормозов:

- низкая стоимость;

- простота производства;

- обладают эффектом механического самоусиления.

Благодаря тому, что нижние части колодок связаны друг с другом, трение о барабан передней колодки усиливает прижатие к нему задней колодки. Этот эффект способствует многократному увеличению тормозного усилия, передаваемого водителем, и быстро повышает тормозящее действие при усилении давления на педаль.

Схема работы дискового тормозного механизма следующая. Дисковый тормозной механизм (рисунок 2.3) состоит из: суппорта, одного или двух тормозных цилиндров 1, 7, двух тормозных колодок 5, тормозного диска 4.

Рисунок 2.3 – Схема работы дискового тормозного механизма: 1 - наружный рабочий цилиндр (левого) тормоза; 2 - поршень; 3 - соединительная трубка;

4 - тормозной диск переднего (левого) колеса; 5 - тормозные колодки с фрикционными накладками; 6 - поршень; 7 - внутренний рабочий цилиндр переднего (левого) тормоза

Суппорт закреплен на поворотном кулаке переднего колеса автомобиля. В нем находятся два тормозных цилиндра 1, 7 и две тормозные колодки 5. Колодки с обеих сторон «обнимают» тормозной диск 4, который вращается вместе с закрепленным на нем колесом. При нажатии на педаль тормоза поршни 2, 6 начинают выходить из цилиндров 1, 7 и прижимают тормозные колодки 5 к диску 4. После того, как водитель отпустит педаль, колодки и поршни возвращаются в исходное положение за счет легкого «биения» диска. Дисковые тормоза очень эффективны и просты в обслуживании. Даже новичку замена тормозных колодок в этих механизмах доставляет мало хлопот.

Преимущества дисковых тормозов:

- при повышении температуры характеристики дисковых тормозов довольно стабильны, тогда как у барабанных снижается эффективность;

- температурная стойкость дисков выше, в частности, из-за того, что они лучше охлаждаются;

- более высокая эффективность торможения позволяет уменьшить тормозной путь;

- меньшие вес и размеры;

- повышается чувствительность тормозов;

- время срабатывания уменьшается;

- изношенные колодки просто заменить, на барабанных приходится предпринимать усилия на подгонку колодок чтобы одеть барабаны;

2.3 Обзор конструкций тормозных приводов

Тормозной привод обеспечивает управление тормозными механизмами. В тормозных системах автомобилей применяются следующие типы тормозных приводов [8]:

1. механический;

2. гидравлический;

3. пневматический;

4. электрический;

5. комбинированный.

Механический привод используется в стояночной тормозной системе. Механический привод представляет собой систему тяг, рычагов и тросов, соединяющую рычаг стояночного тормоза с тормозными механизмами задних колес. Он включает:

- рычаг привода;

- регулируемый наконечник;

- уравнитель тросов;

- тросы;

- рычаги привода колодок.

На некоторых моделях автомобилей стояночная система приводится в действие от ножной педали, т.е. стояночный тормоз с ножным приводом. В последнее время в стояночной системе широко используется электропривод, а само устройство называется электромеханический стояночный тормоз.

При механическом приводе усилие от педали или рычага передается разжимному устройству тормозов через систему рычагов и тяг или проволочных тросов (рисунок 2.4).

Усилие от педали 15 (рисунок 2.4) подводится через тягу 1 к компенсатору 2, представляющему собой неравноплечий рычаг, передающий примерно 5/8 усилия на задние колеса и 3/8 - на передние, в соответствии с приходящейся на колеса нагрузкой. Усилие от компенсатора 2 передается через тягу 3, рычаг 17, поперечный вал 4, рычаги 16, тяги 18 и рычаги 19 на валы 20 разжимных кулаков тормозных колодок 21 задних колес. К тормозным колодкам 14 передних колес усилие от компенсатора 2 подводится через рычаг 6, поперечный вал 5, рычаги 7, тяги 8, рычаги 9, проволочные тросы 11 в гибкой оболочке 13, рычаги 12 и валы разжимных кулаков.

Рисунок 2.4 - Механический привод тормозов: 1, 3, 8 и 18 - тяги;

2 - компенсатор; 4 и 5 - валы тормозов; 6, 7, 12, 16, 17 и 19 - рычаги;

9 - промежуточные рычаги; 10 - вал педали; 11 - трос; 13 - гибкая оболочка;

14 - колодки передних колес; 15 - педаль тормоза; 20 - валы кулаков;

21 - колодки задних колес

Гибкие тросы 11 позволяют поворачивать колеса, не нарушая правильного действия привода.

Рычаг ручного тормоза данного автомобиля действует на вторую пару тормозных колодок задних колес.

Гидравлический привод является основным типом привода в рабочей тормозной системе. Конструкция гидравлического привода включает (рисунок 2.5):

- тормозную педаль 6;

- усилитель тормозов;

- главный тормозной цилиндр 7;

- колесные цилиндры 3;

- шланги и трубопроводы 5, 8, 11.

Тормозная педаль 6 передает усилие от ноги водителя на главный тормозной цилиндр.

Усилитель тормозов создает дополнительное усилие, передоваемое от педали тормоза. Наибольшее применение на автомобилях нашел вакуумный усилитель тормозов.

Рисунок 2.5 - Схема гидравлического привода тормозов: 1 - пружина; 2 и

12 - колодки; 3 - рабочий цилиндр тормоза; 4 - поршни рабочего цилиндра тормоза; 5, 8 и 11 - трубопроводы; 6 - педаль тормоза; 7 - главный цилиндр тормозов колес; 9 - поршень главного цилиндра; 10 - шток; 13 - опорный палец; 14 - резервуар

Главный тормозной цилиндр 7 создает давление тормозной жидкости и нагнетает ее к тормозным цилиндрам. На современных автомобилях применяется сдвоенный (тандемный) главный тормозной цилиндр, который создает давление для двух контуров.

- около 70% кинетической энергии автомобиля гасится передними тормозами, задние дисковые тормоза позволяют снизить нагрузку на передние диски;

- температурные расширения не влияют на качество прилегания тормозных поверхностей.

Одним из основных элементов тормозной системы автомобиля категории N₁ на сегодняшний день является ABS (Anti-lock Braking System - Антиблокировочная система тормозов) - устройство для предотвращения жесткого торможения колес.

Антиблокировочная система тормозов делает то же самое, что и опытный водитель, только быстрее, точнее, эффективнее и без всякого участия человека. Достаточно сказать, что АБС за секунду делает до 25 циклов притормаживания, что абсолютно недостижимо даже для тренированных автоспортсменов.

Конструкция АБС не очень сложна, но требует высокой культуры проектирования, производства и эксплуатации. В состав простейшей АБС входят блок управления (естественно, электронный), завязанный на него гидромодуль, включенный в общую тормозную систему автомобиля, датчик вращения колес и зубчатый диск, установленный на оси колеса и вращающийся вместе с ним.

Система работает следующим образом: при торможении датчик отслеживает скорость вращения колеса по зубчикам диска, и в тот момент, когда колеса блокируются, датчик подает соответствующий сигнал на блок управления, который, в свою очередь, подает команду гидромодулю на снижение давления тормозной жидкости в контурах системы. По мере снижения давления тормозные колодки отпускают колеса, и они начинают вращаться - сцепление колес с дорогой и управляемость при торможении не пострадали. Можно продолжить торможение, повторяя этот цикл многократно до тех пор, пока водитель продолжает удерживать педаль тормоза нажатой. Результат довольно заметен. Тормозной путь автомобиля с АБС на скользкой дороге по сравнению с аналогичным без этой системы уменьшается примерно на 10…15%. Согласитесь, это как раз те 5, а то и 10 метров, которых не хватает, чтобы избежать столкновения. И не будем забывать: автомобиль с АБС в течение всего времени торможения управляем, то есть всегда остается возможность совершить необходимый маневр.