Микола Свистун
Говоріть, гальма придумали труси? Що ж, хвала їм, швидко зметикували, що навіть гужовий віз, якщо, звичайно, запрягти в неї не пару флегматичних волів, а четвірку бадьорих скакунів, просто необхідно якесь пристосування для швидкої зупинки.
Гальма перших автомобілів були побудовані за гужовому принципом - важіль-колодка-обід колеса. Спочатку цього вистачало. Потім швидкості зросли, та й бажаючих розвивати незвичайну зусилля (довгий важіль тут - підмога слабке) поменшало.
Довелося щось винаходити. Так з'явилися трансмісійні стрічкові гальма. Принцип їх роботи досить простий: на вихідному валу коробки передач встановлювали барабан, обвитий стрічкою (як правило, сталевий), яка натягалася механічно. Користуватися цим пристосуванням значно простіше, місце довгого важеля зайняла акуратна педаль - майже така ж, як на сучасних авто.
Трансмісійний гальмо не забутий і в дещо зміненому вигляді (на зміну стрічці прийшли фрикційні колодки) справно працює на важких вантажівках. А в якості стоянкового встиг попрацювати на ГАЗ-21.
Що ж до механічних приводів, вони хоч і мають ряд очевидних недоліків (передати за допомогою системи тяг виразне зусилля на керовані колеса - завдання технічно дуже непроста), тим не менш дожили до наших днів. До цих пір система приводу гальма стоянки на більшості автомобілів - це просто металеві троси, що йдуть паралельно гідравлічним магістралях до гальмівних механізмів задніх коліс. І тільки на самих нових і дорогих авто вони нарешті поступилися місцем електромеханічним системам.
Гідравліка проти механіки
А що ж з робочою гальмівною системою? Зрозуміло, що механічні приводи, засновані на системі важелів, тяг і шарнірів,-тупиковий шлях. Крім проблем з передачею гальмівного зусилля на передні (тобто керовані) колеса, все це було ще й дуже громіздко.
Справжнім шедевром чисто механічного гальмування стала система, що з'явилася в 1919 році на Hispano-Suiza H6B: чотири барабанних гальма наводилися допомогою хитрої передачі від ... двигуна! Причому просто за помахом ноги водія, до послуг якого була зручна педаль.
Якщо ж складна і дорога система відмовляла, доводилося тягнути за важіль: задні барабани можна було змусити працювати за допомогою менш вишуканого, зате більш надійного приводу.
А на початку 20-х років минулого століття світу був представлений Duesenberg з гідравлічним гальмівним приводом. Вибір саме гідравліки був обумовлений очевидними перевагами: рідина у силу своєї нікчемної стисливості передає тиск у всі точки системи. Ця обставина, до речі, може відразу дати виграш у гальмовому зусиллі навіть без застосування додаткових пристроїв. Наприклад, якщо педаль гальма приводить в дію поршень головного циліндра діаметром, наприклад, 1,25 см, то на поршень гальмівного супорта діаметром, припустимо, 2,5 см (це цілком реальні значення) повідомити зусилля, що дорівнює відношенню площ перетину поршнів, - то є навіть не в два, а в чотири рази більша (площа кола пропорційна квадрату радіусу). І виграш цей дається практично задарма лише за рахунок збільшення ходу педалі. Не кажучи вже про те, що прокласти гідравлічні магістралі набагато простіше, ніж систему тяг і важелів.
І все ж «розгойдати» гідравліку за допомогою однієї тільки ноги досить складно. Не вірите-запитаєте пілотів «формульних» класів автогонок, де застосування підсилювачів гальмування суворо заборонено на всіх рівнях, аж до «Формули 1». І будь ти хоч сто разів Шумахером, все одно доведеться, гальмуючи, жати педаль із зусиллям під 100 кг.
До послуг же звичайних водіїв - вакуумні підсилювачі, що використовують розрядження у впускному тракті двигуна в якості додаткової надбавки до створюваного людиною зусиллю на педалі. На деяких американських автомобілях застосовувалися і гідравлічні підсилювачі гальм - зі своїм компресором і гідроакумулятором.
Навіть незважаючи на деякі недоліки - обмежений діапазон робочих температур (його старанно розширюють, розробляючи НЕ густеющіе на морозі і стійкі до закипанню гальмівні рідини) і небезпека засмічення або протікання у системі, фатально відбиваються на працездатності (цю небезпеку мінімізують за рахунок організації незалежних, часом навіть дублюючих контурів), альтернатив гідравліці найближчим часом не передбачається.
Доля «барабанщиків»
І шедевр механічного гальмування від Hispano-Suiza, і перший «гідротормозящій» Duesenberg були оснащені барабанними гальмівними механізмами простий і надійної конструкції, винайденої в 1902 році Луї Рено. Відмінність від тих, колишніх трансмісійних барабанів в тому, що сам барабан був порожнистим, а всередині нього розташовувалися спочатку одна, а потім і дві колодки, які, «растопиріваясь» всередині обертається разом з колесом корпусу, підвищували тертя і перешкоджали подальшому руху.
Окрім простоти виготовлення і великої площі контакту фрикційних матеріалів, до плюсів барабанів варто додати ще один: завдяки тому, що нижні частини колодок з'єднані через деякий подібність коромисла, на збільшення тертя з барабаном працює і саме його обертання. Це ж, правда, іноді призводить до заклинювання (особливо якщо барабан або колодки зношені).
Є в барабанів і інші недоліки. Приміром, гарантована від забруднення закрита конструкція має поганий теплообмін. Тобто, перетворивши деяку кількість кінетичної енергії в теплову, барабани можуть перегрітися, що знижує силу тертя між колодкою і корпусом. Це особливо помітно при довгих серіях гальмувань, наприклад, на гірській дорозі або просто при активній їзді. Тому немає нічого дивного в тому, що барабанні гальма, все ще застосовуються на задніх колесах навіть сучасних іномарок і великовантажних автомобілів, з роками все більше поступаються місцем дисковим.
Крутяться, крутяться диски
Як не дивно, дискові гальма з'явилися раніше барабанних-в тому ж 1902-му, коли Луї Рено винайшов свої барабани, доктор Ланчестер - проект дискового гальма: обертовий диск, зусилля на який передають колодки, закріплені на нерухомому супорті. Правда, перше «бойове» застосування дискових гальм було не дуже вдалим, а тому зоря автомобілізації пройшла «під барабанний бій».
Дискам вдалося реабілітуватися завдяки авіації - в роки Другої світової їх почали застосовувати на літакових шасі. Подальше було справою техніки, по частині якої дискові механізми мають перед барабанами ряд незаперечних переваг.
Перше і головне з них - кращий тепловідвід. Оскільки процес тепловиділення відбувається не в замкнутому просторі, а «на вулиці», перегріваються дискові гальма не так сильно. Завдяки термостійкості дискові гальма можна зробити набагато могутніше - адже здатність реалізовувати більше гальмове зусилля безпосередньо залежить від здатності розсіювати теплову енергію. По-друге, диски набагато легше барабанів. Отже, і безпружинні маси менше, значить, знижується навантаження на підвіску, а рівень комфорту підвищується. І, нарешті, такі механізми набагато простіше обслуговувати: процедура діагностики і заміни дисків і колодок проста і не викликає проблем.
З точки зору конструкції дискові гальмівні механізми ділять по типу супорта, що охоплює обертається з колесом диск. У супортів з плаваючою скобою поршні розташовані тільки з одного боку - така конструкція компактніша і простіше і у виробництві, і в налаштуванні. Однак хід поршня в цьому випадку виявляється удвічі більшим, ніж у механізмів з нерухомою скобою, які, нехай і дорожче, зате жорсткішим і здатні реалізовувати набагато більше зусилля.
Останній пункт для дискових гальм важливий. Оскільки площа колодок в цьому випадку набагато менше, ніж у барабанному механізмі, для досягнення потрібного уповільнення необхідно докласти помітне зусилля. Воно трансформується в теплову енергію, через якого знижується сила тертя, знову треба додавати зусилля і так далі - коло замкнулося.
Найдієвіший метод боротьби з перегрівом - вентиляція. Для цього диск зробили двуслойним, а між його половинами проклали канали для циркуляції повітря. Вийшов класичний вентильований диск. прозваний «сендвічем». Таких «бутербродів» різних конструкцій існує велика кількість.
А не так давно подвійний диск додумалися порізати косими лініями, які не тільки покращують вентиляцію, але і зрізають «прикипіла» шар з гальмівних колодок (знижує тертя). Ще один вишукування - перфорація, яку застосовують на швидкісних автомобілях і мотоциклах. Однак від перегріву, на жаль, не позбавлені ні новомодні керамічні колодки, ні застосовувані в «Формулі 1» пари тертя з вуглецевого композиту.
Список літератури
Журнал «Автосвіт» № 13 2007