Gaznaauto Сайт про автомобили
Злі язики людей недалеких або просто повільних швидко охрестили «гальмами». І, треба сказати, дуже даремно. Не тільки з точки зору етики, а й з точки зору техніки: гальмо — штука складна, розумна і дуже швидка. Звісно, на початку свого розвитку гальма справді були примітивними, малоефективними та не дуже надійними, але за сотню років своєї історії вони сильно змінилися.
Трохи історії
Необхідність у гальмах з’явилася практично одразу після винаходу колеса, проте предки кілька тисяч років тому не стали квапити події і довго їздили на колісницях без гальм у нашому звичному розумінні. Однак до появи карет гальма вже встигли: це були механізми, що впливають безпосередньо на колесо. Колодка, що притискається важелем до зовнішньої поверхні колеса, не могла ефективно зупинити кінний екіпаж, але допомогти коням була цілком здатна. Але тут винайшли гумові шини, і механізм із притиском колодки до колеса пішов на пенсію. Принаймні в дорожньому транспорті: сьогодні механізми із зовнішнім притиском успішно працюють на залізниці, хоча і там альтернатив їм вистачає.
На звичайних же дорогах карети обзавелися стрічковими гальмами: барабан на осі зупинявся гальмівною стрічкою, яку натягував важіль. Однак ефективність такої схеми теж швидко визнали недостатньою, тож інженери продовжили працювати над винаходом нових механізмів.
Результатом цієї роботи стали два фундаментальних механізми, які працюють в автомобілях донині: барабанне і дискове гальмо. З’явилися вони практично одночасно, на самому початку 20 століття, проте на перших порах барабанні механізми захопили лідерство. Справа була не тільки в авторитеті Вільгельма Майбаха, який встановив на винайдений ним автомобіль барабанні гальма, і Луї Рено, який запатентував конструкцію з напівкруглими колодками. Барабанні гальма були простішими, а розробка фрикційних матеріалів сприяла їх популяризації. Ключовим етапом у розвитку фрикційних матеріалів стало створення гальмівних накладок на основі азбесту і фенолформальдегідних смол, і зробила це 1902 року компанія Ferodo. Загалом, початок століття став по-справжньому відправною точкою в розвитку гальмівних систем.
Однак дисковим механізмам знадобився час, щоб наздогнати барабани і стати популярними. На ранніх етапах у них було більше проблем, ніж переваг: не було відповідного матеріалу для виготовлення дисків, за відсутності підсилювачів система з механічним приводом вимагала більшого зусилля порівняно з барабанною, і навіть гідравлічний привід не вирішив питання через відсутність нормальної гальмівної рідини. Загалом, питань було більше, ніж відповідей, тому спочатку застосування дискових гальм було епізодичним. Одним із піонерів їх застосування був Вільям Ланчестер, але і він на той момент не зміг зробити дискові механізми конкурентною перевагою своїх машин. Наприклад, на автомобілях Lanchester на початку 20 століття диски через обмежений вибір матеріалів були бронзовими, що не сприяло їхній зносостійкості. Однак отриманий ним патент все ж таки стимулював не тільки його самого до продовження роботи над вдосконаленням дискових гальм.
Реальний розвиток дискова схема отримала ще через 25-30 років. До того моменту було відпрацьовано гідравлічний привід, а для зниження зусилля на педалі до прийнятного було впроваджено вакуумний підсилювач. Щоправда, в 30-ті роки вакуумний підсилювач здебільшого впроваджували на американські машини з барабанними гальмами, оскільки ті все ще були дешевшими і простішими у виробництві. Однак прийдешній перехід від барабанів до дисків уже був відчутний і неминучий. Щоправда, в споживчому сегменті його сильно затримала Друга світова війна. У воєнний час дисковим гальмам, зрозуміло, теж приділяли увагу, проте їх застосовували і вдосконалювали на танках і літаках, а не на легкових машинах. Ну а після війни, на межі 40-х і 50-х, такі механізми почали вперше з’являтися і на серійних автомобілях.
Зрозуміло, розвиток дискових гальм супроводжувався вдосконаленням конструкції і матеріалів. Крім вакуумних підсилювачів і більш ефективної гальмівної рідини, яка не закипала під час гальмування, важливим етапом був перехід до чавуну як матеріалу виготовлення гальмівних дисків. Причому сірий чавун став настільки ефективним рішенням, що застосовується і понині в переважній більшості автомобілів. Чавун, щоправда, не вирішив повністю старі проблеми. Якщо охолодження вдалося поліпшити за рахунок відливання вентильованих гальмівних дисків, то корозія, нехай і зовнішня, залишилася вірним супутником дискових гальм. Про корозію ми, втім, ще поговоримо — а поки перейдемо від давньої історії до сучасної і згадаємо, як ефективність дискових гальм зросла в останні десятиліття.
Від чого залежить ефективність дискових гальм?
Після отримання практично ідеального рецепта з нормальних чавунних дисків, якісних колодок і стійкої до перегріву гальмівної рідини на основі поліетиленгліколю та його ефірів, розвиток дискових гальмівних систем пішов здебільшого екстенсивним шляхом. Перехід до вентильованих дисків відбувся швидко, адже охолодження було одним із ключових завдань підвищення ефективності гальм. А ось далі почався пошук ідеального балансу між діаметром гальмівного диска, його конструкцією, матеріалом його виготовлення та пристроєм гальмівного механізму. Адже з урахуванням того, що чавунний диск вельми міцний, відмінно тримає навантаження і добре розсіює тепло, на нього можна і потрібно добре тиснути. І тут на сцену вийшли багатопоршневі конструкції. Тут все теж нескладно: якщо базовий гальмівний механізм з плаваючою скобою передбачає наявність лише одного поршня, який тисне на диск і притискає до нього колодки з обох боків, то збільшення кількості поршнів і, відповідно, площі колодок дає змогу підвищити ефективність гальмування без значного збільшення діаметра самого диска. А ця умова куди важливіша, ніж може здатися: адже чавунний диск чимало важить, тож підвищення ефективності гальм винятково завдяки збільшенню площі диска — шлях практично тупиковий через невиправдане зростання непідресорених мас.
У боротьбі за безпружинну масу народилися не тільки багатопоршневі механізми, а й складові диски. Адже гальмівний диск фактично складається з двох частин: ротора, на який тиснуть колодки, і центральної частини, що кріпиться до маточини. При цьому робота зі створення гальмівного зусилля лягає головним чином на ротор, та й охолоджувати потрібно саме його. А ось на матеріалі центральної частини можна і потрібно заощадити кілограм-другий. У цьому, власне, і полягає суть складових дисків, у яких центральна частина виконана з легшого матеріалу на кшталт алюмінієвого сплаву, а ротор, прикріплений до неї гвинтами або заклепками, — з традиційного чавуну.
Наступним кроком тут стала заміна чавуну на легші матеріали, як-от вуглецеве волокно та кераміка. Здавалося б, ось він — новий прорив, адже карбон-керамічні гальма можна робити як завгодно великими через їхню невелику масу, а їхня зносостійкість і термостійкість лише зміцнюють віру в прогрес. Однак на практиці виявилося, що диски з вуглецевого композиту гарні лише за екстремальних навантажень, коли робочі температури перевалюють за тисячу градусів. У цивільних же умовах «холодні» гальма працюють набагато менш ефективно, і в основному саме ця залежність ефективності від температури обмежує їх застосування на масових машинах.
Таким чином, головним матеріалом гальмівних дисків споживчого рівня залишається високоміцний чавун з кулястим графітом, а основний фокус робиться на якості виготовлення та ефективності охолодження. Важливими в цих умовах стають технології виробництва: якість сировини і лиття, чистове оброблення поверхонь, а також відпрацьована процедура стендового і практичного тестування для контролю якості. Все це доступно великим виробникам гальмівних компонентів з великим досвідом та історією виробництва — таким, як Ferodo. Саме Ferodo, як ми пам’ятаємо, понад століття тому дала поштовх до розвитку гальмівних систем своїми розробками в галузі фрикційних матеріалів. А сьогодні продукція Ferodo є частиною великого асортименту, пропонованого підрозділом DRiV корпорації Tenneco. Компанія випускає повний асортимент гальмівних компонентів, включно з дисками, колодками, супортами, гідроциліндрами і шлангами гальмівної системи, гальмівними рідинами та багато іншого.
А тепер на секундочку повернемося до корозії, про яку ми говорили вище. Для чавунних дисків окислення — проблема все ж таки не експлуатаційна, а естетична: щоб чавунний диск з’їла іржа, знадобиться не один десяток років, а ось поверхнева корозія з’являється на ньому вже за кілька місяців, особливо в умовах агресивного середовища на кшталт дорожньої хімії. І у Ferodo є рішення цього естетичного питання: диски з технологією Coat+, що мають цинк-алюмінієве гальванічне покриття для захисту диска від корозії. Ця технологія надійно захищає від корозії не тільки маточинну частину диска, а й внутрішні канали охолодження, забезпечуючи необхідну ефективність відведення тепла під час гальмування. Тобто життя власників красивих машин, які приділяють увагу дрібницям і не люблять видимих зовнішніх дефектів, стає трохи простішим: диски з технологією Coat+ зберігають свій первинний зовнішній вигляд довгі роки — за умови правильної експлуатації та, звичайно ж, догляду.
Висновок
Завершуючи розмову про гальма, зазвичай говорять про їхню важливість, про те, що економити на них, як і на шинах, не можна, а також про те, що гальма — це головна умова безпеки. Хороші колодки — не просто ті, що не скриплять. Хороші диски — не просто ті, що вийшли з заводу рівними і круглими, а ті, що виконані з якісного матеріалу, мають ефективне охолодження і, відповідно, не деформуються під час активної експлуатації. Звісно, навіть понівечені диски в низці випадків можна проточити, але чудес зазвичай не буває: якщо вони зіпсувалися раз, то зіпсуються і вдруге. Ми з цими прописними істинами, зрозуміло, згодні, а тому розповідаємо не тільки про теорію, а й про вибір якісної продукції — такої, як Ferodo. Якщо цьому бренду понад 120 років і фахівці Ferodo розробляли і виробляли деталі гальмівної системи і для возів у далекому 1897 році, і роблять це зараз для сучасних автомобілів, то в гальмах вони розбираються однозначно.
