Устройство и принципы работы тормозных систем автомобиля

Структура и нормативные требования к тормозному управлению. Конструкция и функциональные требования к тормозному управлению автомобиля регламентированы государственным стандартом ГОСТ 22895-77*. Согласно этому документу, комплекс должен включать четыре независимые, но взаимодействующие системы: рабочую, запасную, стояночную и вспомогательную. Допускается использование общих элементов, однако обязательным является наличие как минимум двух независимых органов управления. Каждая система состоит из двух ключевых компонентов: тормозных механизмов, непосредственно создающих сопротивление движению, и тормозного привода, обеспечивающего управление этими механизмами.

Рабочая тормозная система и ее характеристики. Рабочая тормозная система служит для контролируемого снижения скорости или полной остановки транспортного средства в любых дорожных условиях. Ее основное требование — одновременное воздействие на все колеса с рациональным распределением тормозного момента между осями автомобиля. Различают два режима работы: экстренное (аварийное) торможение, направленное на максимально быстрое замедление, и служебное торможение, осуществляемое с умеренной интенсивностью. Нормативы установившегося замедления составляют 7,0 м/с² для легковых автомобилей и автобусов до 5 тонн, и 5,5 м/с² для грузовых автомобилей. Управление данной системой, как правило, осуществляется педалью.

Назначение и нормы запасной тормозной системы. Запасная тормозная система активируется при выходе из строя основной рабочей системы, обеспечивая безопасную остановку автомобиля. Стандарт допускает отсутствие полностью автономной системы, если ее функции может выполнять исправный контур рабочей системы или стояночная тормозная система. Требуемые показатели эффективности для запасной системы следующие: максимальное замедление не менее 3 м/с² для пассажирских и 2,8 м/с² для грузовых автомобилей. Это гарантирует возможность безопасного завершения маневра даже в случае неисправности.

Функции и особенности стояночной тормозной системы. Основная задача стояночной тормозной системы — обеспечить неподвижное состояние автомобиля на уклоне в течение неограниченного времени. Система должна удерживать полностью загруженное транспортное средство на уклоне, минимальное значение которого по техническим условиям составляет 25%. Привод может быть любым, однако при использовании гидравлических или пневматических систем для исключения утечек и самопроизвольного отключения фиксация должна осуществляться механическим устройством (например, тросовым приводом).

Вспомогательная система и тормоз-замедлитель. Вспомогательная тормозная система предназначена для длительного поддержания постоянной скорости на затяжных спусках без использования основных фрикционных тормозов, предотвращая их перегрев. Наиболее распространенным видом является тормоз-замедлитель. Его установка обязательна для автобусов полной массой свыше 5 тонн и грузовых автомобилей массой более 12 тонн. Это значительно повышает безопасность эксплуатации тяжелой техники в горной местности.

Принципиальные схемы барабанных тормозных механизмов. В современных автомобилях применяются четыре основные схемы барабанных тормозных механизмов, отличающихся взаимодействием колодок с разжимным устройством и барабаном (см. Рис. 184). При анализе схем ключевыми параметрами являются реверсивность, уравновешенность и коэффициент эффективности (Кэ). Реверсивность означает независимость величины тормозного момента от направления вращения колеса. Уравновешенность характеризует отсутствие дополнительной нагрузки на подшипник колеса в процессе торможения.

Коэффициент эффективности и явление самоприжима. Коэффициент эффективности определяется как отношение создаваемого тормозного момента к произведению приводной силы на радиус барабана. Важнейшим физическим явлением в барабанных механизмах является самоприжим и самоотжим колодок. Момент силы трения может либо усиливать прижатие колодки к барабану (самоприжимная колодка), либо ослаблять его (самоотжимная колодка). Стабильность коэффициента эффективности критически важна для равномерного торможения колес одной оси.

Анализ конкретных схем тормозных механизмов. На Рис. 184,а представлена схема с кулачковым разжимным устройством, обеспечивающим равное перемещение колодок. Он является реверсивным и практически уравновешенным, но имеет относительно низкий КПД привода (0,60–0,80) и требует применения пневматического привода, что ограничивает его использование тяжелыми грузовиками и автобусами. Схема на Рис. 184,б с одним гидравлическим цилиндром (равные приводные силы) — реверсивна, но неуравновешена. Ее коэффициент эффективности при f=0,35 составляет около 0,81.

Рис. 184. Схемы барабанных тормозных механизмов: а — с равным перемещением колодок; б — реверсивного неуравновешенного; в — нереверсивного уравновешенного; г — реверсивного с плавающими колодками

Нереверсивные и реверсивные механизмы с плавающими колодками. Схема на Рис. 184,в является нереверсивной. Обе колодки могут быть либо самоприжимными, либо самоотжимными в зависимости от направления движения, что обеспечивается индивидуальными приводами. Ее сочетание с обычным механизмом на другой оси упрощает регулировку распределения тормозных сил. Механизм на Рис. 184,г — реверсивный с плавающими колодками, где обе колодки всегда самоприжимные благодаря особой конструкции разжимного устройства. Важно отметить, что для стояночного тормоза применение нереверсивных механизмов не рекомендуется, так как эффективность должна быть одинаковой при движении как вперед, так и назад.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.