Тормозная система автомобиля: устройство, назначение и принцип действия тормозов

Одной из самых важных систем в автомобиле, является система торможения. При ее неисправности автомобиль становится смертельно опасным как для водителя, едущих с ним пассажиров, так и для всех остальных участников дорожного движения, включая вездесущих пешеходов. Поэтому исправность тормозной системы автомобиля — залог сохранности не только здоровья, но и жизни.

Тормозная система автомобиля предназначена для замедления или осуществления полной остановки транспортного средства. В тормозную систему входит ряд составных частей – это тормозные колодки, шланги, тормозные цилиндры, вакуумный усилитель, барабаны или диски.

Все современные автомобили оборудуются фрикционными тормозами. В основе работоспособности фрикционных тормозов используется сила трения неподвижных деталей механизма о подвижные.

Тормозная система разделяется на два вида: рабочая, которая предназначена для снижения скорости и остановки автомобиля и стояночная, которая используется для того, чтобы удержать автомобиль на неровной поверхности (ручник, но в современных автомобилях бывает и автоматический стояночный тормоз). Согласно требований, которые предъявляются странами, входящими в ЕЭС, рабочей и стояночной тормозной системами должен быть оборудован каждый производимый автомобиль.

Обеспечить безопасную эксплуатацию транспортных средств без высоко-эффективной и крайне надежной тормозной системы не представляется возможным. Перед инженерами, работающими в автомобилестроении, постоянно стоит задача совершенствования тормозных систем. Многие из этих усовершенствований, к сожалению, предлагаются только в дополнительных опциях к автомобилю или только в дорогих комплектациях, за которые приходится платить больше. Но стоит ли экономить на собственной безопасности? Это решает каждый автолюбитель самостоятельно.

Принцип действия тормозной системы

Схема подготовлена по материалам automn.ru и systemsauto.ru

1. трубопровод контура «левый передний-правый задний тормозные механизмы»
2. сигнальное устройство
3. трубопровод контура «правый передний — левый задний тормозные механизмы»
4. бачок главного тормозного цилиндра
5. главный тормозной цилиндр
6. вакуумный усилитель тормозов
7. педаль тормоза
8. регулятор давления
9. трос стояночного тормоза
10. тормозной механизм заднего колеса
11. регулировочный наконечник стояночного тормоза
12. рычаг привода стояночного тормоза
13. тормозной механизм переднего колеса

При нажатии на педаль тормоза в тормозной системе создается давление, которое усиливается вакуумным усилителем и передается через тормозные шланги на неподвижные части тормозного механизма — колодки.

Тем самым тормозные колодки приводятся в движение и либо зажимают тормозной диск (в дисковых тормозах), либо упираются в стенки барабана (в тормозах барабанного типа), что обеспечивает торможение.

Дисковые тормоза хотя и более дорогие, но более надежные, поэтому барабанные тормоза используются лишь на задних колесах бюджетных автомобилей.

Схема дисковых тормозов

Дисковый тормозной механизм состоит из тормозного диска, который закреплен на колесе и вращается вместе с ним, двух неподвижных колодок, которые установлены внутри суппорта по обе стороны от тормозного диска.

Суппорт крепится на кронштейне. На суппорте, в его пазах также крепятся рабочие цилиндры, которые во время торможения прижимают тормозные колодки к диску.

Тормозные колодки после отпускания педали тормоза возвращаются в исходное положение пружинными элементами.

Тормозной диск в процессе торможения, под воздействием сил трения сильно нагревается. Охлаждение тормозных дисков происходит за счет конвективного омовения потоком воздуха. Для улучшения отвода накапливаемого диском тепла в нем делаются специальные отверстия и в этом случае диск является вентилируемым. Для еще большего повышения эффективности процесса торможения и нивелирования последствий перегрева диска на спортивных и скоростных автомобилях устанавливают тормозные диски, изготовленные с применением специальных керамических материалов.

Тормозной привод служит для обеспечения управления всеми составляющими тормозного механизма. В современных тормозных системах применяются такие типы тормозных приводов: механический, пневматический, гидравлический, электрический и комбинированный.

Механический привод применяется в стояночной тормозной системе (ручник). Механический привод — это система тяг, тросов и рычагов, которые служат для соединения рычага стояночного тормоза с тормозным механизмом задних колес автомобиля.

Существует также система механического привода стояночного тормоза, приводимая в действие с помощью ножной педали.

Гидравлический привод является наиболее распространенным типом привода в рабочей системе тормозов. Конструкция гидравлического привода включает: педаль тормоза, главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов, рабочие цилиндры, шланги и трубопроводы.

Принцип работы гидравлического привода тормозов описан чуть выше.

Для обеспечения надежности тормозной системы работа гидравлического привода организуется по двум (как правило) независимым контурам. При поломке одного контура, его функции берет на себя другой контур. Рабочие контуры могут дублировать функции друг-друга либо выполнять часть какую-то часть функций второго контура. Возможно также и выполнение каждым контуром строго своих функций. Наиболее распространенной является диагональная схема работы контуров.

Пневматический привод используется преимущественно в тормозной системе грузовых автомобилей.

Комбинированный тормозной привод, как следует из названия, представляет собой сочетание (комбинацию) двух видов привода (электропневматический, например).

Далее скажем пару слов о дополнительных системах, которые делают автомобиль более безопасным.

Анти-блокировочная система ABS, предназначается для предотвращения блокирования колес автомобиля во время очень сильного нажатия на педаль тормоза, что позволяет избежать движения юзом, и сохранить контроль над автомобилем. В состав системы ABS (Antilock Brake System) входят три элемента – это датчик измерения скорости, который устанавливается на каждом колесе, модулятор давления тормозной жидкости и блок управления системой ABS.

Система TCS создана на основе системы ABS и предназначена для предотвращения пробуксовывания колес во время слишком резкого старта или на скользкой дороге. Система (Traction Control System) существует и под названиями: ASR, ASC, ETS. Она отличается от системы ABS только наличием модифицированного блока управления.

ESP. Еще одной полезной системой, которая может устанавливаться на автомобиле, является система электронной стабилизации колес ESP. Эта система работает в повороте, причем его угол и скорость не имеют значения, при возникновении заноса задней оси автомобиля, ESP (Electronic Stability Program) обеспечивает подтормаживание переднего наружного колеса. В такой ситуации образуется стабилизирующий момент, возникающий между колесами автомобиля, который возвращает движущийся автомобиль на безопасную траекторию.

Видео: принцип работы тормозной системы

Тормозная система автомобиля: устройство и особенности работы

По конструктивному исполнению дисковых тормозных механизмов их подразделяют на открытые и закрытые, одно- и многодисковые, а в зависимости от конструкции диска различают механизмы со сплошным и вентилируемым, металлическим и биметаллическим дисками.

Самый простой, сплошной диск применяется в тех случаях, когда возможно активное охлаждение дискового тормоза. Вентилируемый диск выполняется в виде крыльчатки-турбины.

По способу крепления скобы различают дисковые тормозные механизмы с фиксированной и плавающей скобой.

Рис. Дисковый тормоз: а — общий вид; б — поперечный разрез; 1 — тормозной диск; 2 — кожух; 3 — тормозные колодки; 4 — суппорт; 5 — трубка; 6 — клапан удаления воздуха; 7 — рабочий тормозной цилиндр; 8 — подвижные поршни; 9 — уплотнительное кольцо; 10 — резиновая манжета; 11 — фрикционные накладки

Дисковый тормоз с фиксированной скобой обеспечивает большое приводное усилие и повышенную жесткость механизма. В дисковом тормозе вращающейся деталью является тормозной диск 7, изготовленный, как правило, из чугуна и жестко прикрепленный к ступице колеса. К диску с двух сторон прижимаются тормозные колодки 3 с фрикционными накладками 11, установленные в защитном суппорте 4, прикрепленном к неподвижной стойке подвески. Внутри суппорта в специальные пазы установлены цилиндры 7 с поршнями, прижимающие тормозные колодки к диску в момент торможения. Под действием сил трения вращение диска прекращается, колеса автомобиля останавливаются. Снаружи тормозной диск закрыт диском колеса, а изнутри — защитным штампованным кожухом 2.

Дисковые тормоза устанавливают на некоторых моделях грузовых автомобилей на передних колесах. Для управления такими тормозами применяется в основном гидравлический привод. Тормозная жидкость подается в полость тормозного цилиндра по трубкам от главного тормозного цилиндра. Для соединения тормозных цилиндров, расположенных по обе стороны диска, и выравнивания давления тормозной жидкости служит трубка 5. Тормозные колодки перемещаются в осевом направлении на специальных пальцах, служащих направляющими.

Дисковые тормоза, работающие в масле, широко используются в трансмиссиях современных гусеничных машин.

Принцип работы гидравлической тормозной системы

Работа гидравлического механизма торможения происходит в таком порядке:

• При нажатии педали происходит передача механического усилия к поршню ГТЦ.
• При движении внутри главного цилиндра поршень создает увеличенное давление ТЖ в шлангах (трубках), перемещаясь внутри которых, жидкость поступает в колесные цилиндры.
• Поршни начинают двигаться, когда жидкость, поступая в цилиндры, оказывает на них давление. В свою очередь они воздействуют на колодки, в результате чего они в зависимости от типа системы сдвигаются, сжимая с двух сторон и блокируя тормозной диск, либо раздвигаются, распирая изнутри барабан.
• Тормозные планки, вступая в плотный контакт с поверхностью диска (барабана), замедляют движение колеса. Таким образом, автомобиль может снизить скорость до нужного предела или полностью остановиться.

1 — тормозной диск; 2 — скоба тормозного механизма передних колес; 3 — передний контур; 4 — главный тормозной цилиндр; 5 — бачок с датчиком аварийного падения уровня тормозной жидкости; 6 — вакуумный усилитель; 7 — толкатель; 8 — педаль тормоза; 9 — выключатель света торможения; 10 — тормозные колодки задних колес; 11 — тормозной цилиндр задних колес; 12 — задний контур; 13 — кожух полуоси заднего моста; 14 — нагрузочная пружина; 15 — регулятор давления; 16 — задние тросы; 17 — уравнитель; 18 — передний (центральный) трос; 19 — рычаг стояночного тормоза; 20 — сигнализатор аварийного падения уровня тормозной жидкости; 21 — выключатель сигнализатора стояночного тормоза; 22 — тормозная колодка передних колес

Все это происходит, когда водитель жмет на педаль, сообщая тормозу физическое усилие. Когда нога убирается с педали, происходит выравнивание давления жидкости внутри механизма, после чего поршень ГТЦ возвращается на свое место. Возвратные пружины, воздействуя на колодки, убирают их от поверхности диска (со стенок барабана).

В состав простейшего гидропривода входят:

• Тормозная педаль.
• Главный цилиндр (ГТЦ).
• Колесные цилиндры.
• Шланги и трубки.
• Регулятор давления (РД).
• Вакуумный усилитель (присутствует не во всех системах).

ГТЦ в различных машинах могут слегка отличаться по конструкции, но при этом принцип работы у них всегда одинаков. Бачок для тормозной жидкости соединен с основной магистралью, благодаря чему при работе тормозного механизма постоянно компенсируются:

• Утечка жидкого состава через уплотнения цилиндров.
• Увеличение объема колесных цилиндров при стирании фрикционных накладок на колодках.
• Расширение ТЖ в результате нагревания.

Контуры управления торможением могут быть диагональными или параллельными, они разделены с помощью ГТЦ. Благодаря этой схеме тормозная система не утрачивает работоспособности, даже если один из контуров выходит из строя. Это способствует надежной работе механизма и безопасному управлению транспортным средством.

Регулятор давления

Задача этой детали состоит в том, чтобы во время быстрого торможения уменьшить давление в задних колесных цилиндрах. Дело в том, что когда водитель интенсивно нажимает тормозную педаль, срабатывает сила инерции, за счет которой масса, а значит, и центр тяжести машины уходит вперед, а колеса, расположенные на задней оси, мгновенно разгружаются. Это может стать причиной заноса, и регулятор перераспределяет давление, чтобы задние колеса не потеряли контакт с дорожной поверхностью.

1 — корпус регулятора давления тормозов; 2 — поршень; 3 — защитный колпачок; 4, 8 — стопорные кольца; 5 — втулка поршня; 6 — пружина поршня; 7 — втулка корпуса; 9, 22 — опорные шайбы; 10 — уплотнительные кольца толкателя; 11 — опорная тарелка; 12 — пружина втулки толкателя; 13 — кольцо уплотнительное седла клапана; 14 — седло клапана; 15 — уплотнительная прокладка; 16 — пробка; 17 — пружина клапана; 18 — клапан; 19 — втулка толкателя; 20 — толкатель; 21 — уплотнитель головки поршня; 23 — уплотнитель штока поршня; 24 — заглушка; A, D — камеры, соединенные с главным цилиндром; В, С — камеры, соединенные с колесными цилиндрами задних тормозов; К, М, Н — зазоры; Е — дренажное отверстие

Вакуумный усилитель тормозов (ВУТ)

Этот элемент отвечает за повышение давления рабочей жидкости в механизме торможения. Как правило, он включается в общий модуль с ГТЦ. В состав ВУТ входит круговая камера, которая разделена внутри на 2 части посредством упругой диафрагмы. Одна из частей камеры соединена с впускным коллектором силового агрегата с помощью клапана. Там создается вакуум, в то время как вторая часть сообщается с атмосферой. Надавливание педали способствует повышению давления, которое передает вакуум на поршень ГТЦ. В результате значительно увеличивается сила, с которой планки система торможения прижимаются к поверхности диска (барабана).

Вакуумный усилитель: 1 – фланец крепления наконечника; 2 – шток; 3 – возвратная пружина диафрагмы; 4 – уплотнительное кольцо фланца главного цилиндра; 5 – главный цилиндр; 6 – шпилька усилителя; 7 – корпус усилителя; 8 – диафрагма; 9 – крышка корпуса усилителя; 10 – поршень; 11 – защитный чехол корпуса клапана; 12 – толкатель; 13 – возвратная пружина толкателя; 14 – пружина клапана; 15 – клапан; 16 – буфер штока; 17 – корпус клапана; А – вакуумная камера; В – атмосферная камера; С, D – каналы

Классификация тормозных систем

Современные автомобили оснащены следующими видами тормозных систем:

Рабочая тормозная система

Рабочая тормозная система является основной и, соответственно, наиболее эффективной. Служит для снижения скорости и остановки. Приводится в действие при нажатии водителем правой ногой на педаль тормоза, далее приводится механизм сжатия (тормоза дискового типа) или разжатия (тормоза барабнного типа) тормозных колодок тормозных механизмов всех колес одновременно.

Стояночный тормоз

Стояночная тормозная система служит для обеспечения неподвижного состояния автомобиля при длительной стоянке. Многие водители фиксируют машину, включив первую или заднюю передачу. Правда на крутом склоне этой меры может не хватить.

Стояночный тормоз также используют для трогания с места на участке дороги с уклоном. В этом случае правая нога находится на педали газа, а левая на педали сцепления. Плавно отпуская ручник, включают сцепление и одновременно прибавляют газ, это исключает скатывание под уклон.

Запасная тормозная система

Запасную тормозную систему разработали для подстраховки основной рабочей, на случай отказа. Она может быть выполнена как автономное устройство, но чаще всего выполняется как один из контуров основной системы.

Вспомогательная система

Вспомогательной тормозной системой в основном оснащают большегрузные автомобили, такие как КамАЗ, МАЗ, и естественно все грузовики иностранного производства. Вспомогательные системы снижают нагрузку с основной при длительном торможении, например, в горной и холмистой местности.

К примеру так называемый, горный тормоз. Торможение происходит двигателем, при движении автомобиля на передаче. Принцип его заключается в том, что кратковременно, специальными заслонками перекрываются впускные и выпускные патрубки, а так же прекращается топливо для работы двигателя. В цилиндрах создается вакуум и двигатель начинает затруднять движение автомобиля, тем самым его замедляя.

Обслуживание тормозных дисков и колодок

Износ и замена дисков

Износ тормозных дисков напрямую связан со стилем вождения автомобилиста. Степень износа определяется не только километражем, но и ездой по плохим дорогам. Также на степень износа тормозных дисков влияет их качество.

Минимально допустимая толщина тормозного диска зависит от марки и модели транспортного средства.

Среднее значение минимально допустимой толщины диска передних тормозов – 22-25 мм, задних – 7-10 мм. Это зависит от веса и мощности автомобиля.

Основными факторами, указывающими на то, что передние или задние тормозные диски необходимо менять, являются:

• биение дисков при торможении;
• механические повреждения;
• увеличение тормозного пути;
• снижение уровня рабочей жидкости.

Износ и замена колодок

Износ тормозных колодок, прежде всего, зависит от качества фрикционного материала. Немаловажную роль играет и стиль вождения. Чем интенсивнее будет торможение, тем сильнее износ.

Передние колодки изнашиваются быстрее задних за счет того, что при торможении они испытывают основную нагрузку. При замене колодок лучше менять их одновременно на обоих колесах, будь-то задние или передние.

Неравномерно могут изнашиваться и колодки, установленные на одну ось. Это зависит от исправности рабочих цилиндров. Если последние неисправны, то они сдавливают колодки неравномерно. Разница в толщине накладок в 1,5-2 мм может говорить о неравномерном износе колодок.

Существует несколько способов, позволяющих понять, нужно ли менять тормозные колодки:

1. Визуальный, основанный на проверке толщины фрикционной накладки. На износ указывает толщина накладки в 2-3 мм.
2. Механический, при котором колодки оснащаются специальными металлическими пластинками. Последние по мере истирания накладок начинают соприкасаться с тормозными дисками, из-за чего скрипят дисковые тормоза. Причиной скрипа тормозов является истирание накладки до 2-2,5 мм.
3. Электронный, при котором используются колодки с датчиком износа. Как только фрикционная накладка сотрется до датчика, его сердечник соприкоснется с тормозным диском, электрическая цепь замкнется и загорится индикатор на приборной панели.

Устройство механизма торможения

Тормозная система на современных авто может включать в себя 3 или 4 контура, выполняющих разные задачи. К ним следует отнести:

• Основной.
• Дублирующий.
• Стояночный (ручной, горный).
• Вспомогательный.

Рабочая система

Главную роль среди перечисленных систем играет основная (рабочая). Она используется непосредственно во время езды и предназначена для замедления ТС вплоть (при необходимости) до полной остановки. Существует два типа рабочих систем:

• Дисковая.
• Барабанная.

Специальные колодки в механизмах первого типа при нажатии педали сжимают диск с двух сторон, не давая ему вращаться и останавливая колесо. В системах второго типа колодки устанавливаются внутри колесного барабана. При надавливании на педаль они распирают его, препятствуя вращению колеса.

Дублирующий тормоз

Дублирующий механизм выполняет страховочную роль, вступая в работу при отказе основного. На одних моделях она полностью дублирует задние, а также передние тормоза, на других ее действие распределяется только на одну из частей (чаще всего на задние цилиндры). Иногда эта функция возлагается на ручной тормоз.

Стояночный механизм

Стояночный (горный, ручной) тормоз предназначен для обеспечения устойчивости машины на месте стоянки. Отпуская тормозную педаль, водитель отключает основную систему. Если площадка, выбранная для остановки, имеет даже незначительный уклон, авто может запросто покатиться, и не остановится, пока не упрется во что-либо на пути. «Чем-либо» может оказаться другой автомобиль, стенка здания или дерево, и тогда повреждения практически гарантированы. Дополнительной функцией ручника является удерживание машины на склоне, если она заглохла во время подъема. В этом случае для того, чтобы тронуться с места, водитель плавно отпускает сцепление, одновременно нажимая акселератор и опуская рычаг горного тормоза. При синхронном выполнении этих действий автомобиль назад не покатится.

Привод ручного тормоза ВАЗ 2106: 1 — чехол; 2 — передний трос; 3 — рычаг; 4 — кнопка; 5 — пружина тяги; 6 — тяга защелки; 7 — втулка; 8 — ролик; 9 — направляющая заднего троса; 10 — распорная втулка; 11 — оттяжная пружина; 12 — задний трос; 13 — кронштейн заднего троса

Вспомогательная система

Вспомогательные тормозные механизмы устанавливаются на крупногабаритные и тяжеловесные машины, используемые для перевозки различных грузов на дальние расстояния. Они позволяют частично разгрузить основную систему, когда автомобиль в течение достаточно длительного времени затормаживается на дорогах, проходящих по холмам или расположенным в горах.

Типы тормозных механизмов

Большинство автомобилей оснащены механизмами фрикционного типа, в которых используется принцип сил трения. Расположены они в колесе и по конструкции делятся на барабанные и дисковые.

Раньше барабанные механизмы устанавливали на задних колесах, а дисковые на передних. Теперь могут ставить одинаковые типы на всех осях – как барабанные, так и дисковые.

Барабанные

Барабанный тип или в обиходе – барабанный механизм представляет из себя две колодки, цилиндр и стяжную пружину, которые установлены на площадке в тормозном барабане.

На колодках приклеены фрикционные накладки (могу быть и наклепаны).

Колодки нижней частью закреплены шарнирно на опорах, а верхней – стяжной пружиной упираются в поршни колесных цилиндров.

В не заторможенном режиме между колодкой и барабаном есть зазор, который обеспечивает свободное вращение колес.

При поступлении жидкости в цилиндр, поршни расходятся и раздвигают колодки, которые соприкасаются с барабаном, и тормозят колеса. Известно, что в такой конструкции передние и задние колодки изнашиваются неравномерно.

Дисковые

Дисковый вариант включает:

● суппорт, закрепленный на подвеске, в его теле расположены внутренний и наружный тормозные цилиндры (есть вариант с одним цилиндром) и пара колодок;

● диск, закрепленный на ступице.

В случае торможения поршни прижимают колодки к вращающемуся диску, и останавливают его.

Плюсы и минусы дисковых тормозов в сравнении с барабанными

Дисковые тормоза имеют ряд преимуществ перед барабанными. Их плюсы заключаются в следующем:

• стабильная работа при попадании воды и загрязнении;
• стабильная работа при повышении температуры;
• эффективное охлаждение;
• малые размеры и вес;
• простота обслуживания.

К основным недостаткам дисковых тормозов в сравнении с барабанными можно отнести:

• высокая стоимость;
• меньшая эффективность торможения.

Закон Паскаля и гидравлические машины

Самым простым примером гидравлической машины, который можно встретить повсеместно – это гидравлические тормоза. Тормозная система – это одна из самых важных систем в современном транспортном средстве. Она обеспечивает безопасность движения и делает возможным как таковое управлением.

Для реализации преимущества гидравлических тормозов, а именно – усиления нажатия, используется закон Паскаля. Давайте выясним, как используется закон Паскаля в гидравлических машинах на примере гидравлических тормозов.

Как вообще работают тормоза?

Как обычно работают любые тормоза и на каком физическом принципе всё это держится?

Всё довольно просто. Представьте себе, что катите по ровному полу тележку с колёсами, она прекрасно катится, т.к. на колёса воздействует только сила трения качения. А теперь представьте, что катите по тому же самому полу деревянный ящик без колёс. Заметили разницу? 🙂

Всё верно, ящик сдвинуть очень тяжело, даже при условии, что масса обоих объектов (тележки и ящика) будет одинаковая. Ящик, в момент попытки его столкнуть, воздействует сила трения покоя, которая многократно превышает силу трения качения.

Отсюда напрашивается вывод: Для того, чтобы тело затормозило, будь-то велосипед или автомобиль, нужно превратить его из тележки в ящик без колёс.

Как же это сделать? Нужно просто зафиксировать колёса в какой-то момент времени (и желательно все одновременно, в случае автомобиля).

На эту функцию выполняют тормоза. У колеса есть ротор ( или само колесо работает как ротор), а на неподвижной части велосипеда или автомобиля устанавливается тормозной суппорт или тормозная машинка.

В тормозной машинке есть подвижные колодки и когда водитель нажмет на тормоза, колодки прикоснутся к вращающемуся колесу или ротору. Колёса будут обездвижены и цель будет достигнута.

Типы приводов тормозов

Для того, чтобы сдвинуть колодки, нужно как-то соединить эти колодки с педалью или ручкой управления. По сути дела, нужно передать нажатие водителя на суппорт на некоторое расстояние.

Для решения этой задачи используют несколько способов.

Существуют гидравлические тормоза или механические тормоза. Все они, в первую очередь, отличаются “способом нажатия” на тормозную колодку. Вариантов, на самом деле, больше. Например, есть ещё и пневматические тормоза. Но используется чаще всего именно перечисленные типы.

В механических тормозах используется самый обычный тросик, который сдвигает колодки, пока мы давим на ручку. Этот вариант используется в велосипедах и может быть применен как к ободным, так и к дисковым тормозам. В автомобиле такой тип тормозов используется для реализации стояночного тормоза или ручника. Здесь всё очень просто – самый обычный тросик, аналогично веревке, тянет объект и передает наше усилие на суппорт.

В гидравлических тормозах, вместо тросика, используется жидкость. Жидкость заполняет т.н. гидролинию, которая и является аналогом механического троса и выполняет его функцию. Правда работает система на сжатие а не на растяжение.

Напомню, что жидкость всегда несжимаемая! Чуть позже мы узнаем, что это даёт гидравлике ощутимое преимущество перед механикой.

При нажатии на ручку или педаль, жидкость перемещается по гидролинии и надавливает на тормозной поршень в суппорте. Само собой, вся система адаптирована на использование именно гидравлического привода.

Особенности конструкции гидравлических тормозов

Если в механике мы использовали обычные механические соединения и передачи, то тут всё гидравлическое. Как водяной пистолетик, родом из вашего детства.

Начнем с того, что гидравлическая система всегда замкнутая и не должна течь. В противном случае тормоза попросту откажут.

Теперь рассмотрим простейшую принципиальную схему гидравлических тормозов на примере велосипедных гидравлических тормозов.

Система состоит из тормозной ручки, в которой спрятан поршень и расположен расширительный бачок, гидролинии, по которой перемещается жидкость и тормозного суппорта, в котором расположены цилиндры, осуществляющие нажатие на тормозные колодки.

Распишем логику работы гидравлического тормоза велосипеда

Пользователь нажимает на тормозную ручку, она приводит в действие главной тормозной цилиндр, который спрятан в ручке.

Под действием механического нажатия цилиндр начинает передвигаться и толкает тормозную жидкость по гидросистеме вперёд, аналогично жидкости в шприце.

Жидкость не сжимается и передает усилие нажатия от поршня на тормозной ручке поршню на тормозном суппорте.

Как правило, на суппорте установлено сразу два подвижных поршня, чтобы нажатие получилось равномерным и колодки прижимались к диску с обеих сторон. По закону паскаля жидкость равномерно распространяет нажатие сразу по всем направлениям. Т.е. оба поршня прижимаются с одинаковой силой к диску с двух сторон и на функционирование гидравлической системы и распределение сил это не влияет.

Когда водитель отпускает ручку, тормозная ручка под действием встроенной пружины возвращается на своё место, а заодно и тянет за собой жидкость по гидролинии за счёт разряжения.

Жидкость перемещается по гидролинии в обратном направлении и колодки в суппорте расходятся, т.е. нагрузка снимается.

Помимо этого, на колодках устанавливаются дополнительные пружинки, которые не дают колодкам греметь и помогают разведению. Также колодкам помогает расходиться и сила упругости. При сильном нажатии сами колодки упруго деформируются и когда нагрузка снимается “распрыгивают” обратно.

Для чего нужен расширительный бачок в этой схеме?

Бачок позволяет регулировать уровень жидкости в системе, ведь жидкостям свойственно расширяться и сужаться в зависимости от температуры. Значит, и при отсутствии бачка лишнему объему некуда будет вылиться (ведь система-то герметичная и замкнутая) и систему может заклинить в нажатом состоянии. Или наоборот – жидкости в какой-то момент может не хватить,а значит и нажать на тормозной поршень с нужным усилием не выйдет.

Кроме того, когда колодки стираются, некоторый объем дополнительной жидкости поступает из бочка в контур и не даёт ручке “проваливаться”. Ведь по сути дела, когда крайние точки системы сдвигаются (т.к. высота колодок стала меньше), поршень тоже перемещается и увеличивает холостой ход ручки.

Чем отличаются гидравлические тормоза велосипеда от гидравлических тормозов автомобиля?

Правильный ответ – ничем.

Вся система функционирует аналогично. Правда у автомобиля есть два независимых контура – передний и задний.

Ещё в конструкцию добавлены вакуумный усилитель тормозов и блок ABS. И то, и другое – это удел новых автомобилей. На старых всё было, скажем так, аналоговым. Именно поэтому, например на автомобиле УАЗ “Буханка”, затормозить иногда очень непросто :)…Ведь усилителя-то нет.

Вакуумный усилитель расположен сразу после педали перед главным тормозным цилиндром и увеличивает силу нажатия на поршень цилиндра. Про его конструкцию мы поговорим отдельно. Зачем он нужен? Вспомните про камаз…Конечно же, нужна достаточная сила нажатия на колодку на выходе, а то проскользнет и торможения не выйдет.

ABS или антиблокировочная система – позволяет исключить попадание одного из колёс автомобиля в юз/занос. Если её не будет, то колесо, которое пошло в занос, нарушит равномерное распределение сил между всеми тормозящими колесами. Электронный модуль, замеряя скорость каждого из колес, не дает одной оси, а то и всего автомобиля, жестко заблокироваться в случае, если одно колесо на оси при торможении скользит по льду, а второе встало на сухой асфальт. Колесо на асфальте отпускается. Благодаря этому вращающий момент не возникает и машину не крутит вокруг своей оси.

Почему гидравлика лучше?

Механические тормоза хороши всем. Кроме того, что есть несколько принципиально важных особенностей, которые и делают гидравлику более предпочтительной.

• Тормозной тросик обычно растягивается пропорционально нажатию на ручку или педаль. Когда мы дошли до крайней точки движения колодки, системе остается не усиливать нажатие на колодки дальше, а тянуть тросик. Жидкость же несжимаемая и равномерно передает всё усилие.
• Тормозной тросик иногда закусывает и он требует периодической смазки. Он ржавеет и теряет свойства. Требует периодической перетяжки. Гидролиния же может, разве что, протереться и потечь. Но при этом всегда сохраняется мягкая плавная работа тормозной системы.
• При использовании механических устройств невозможно усилить нажатие на колодку.

Сила передается “как она есть”. Это вполне подходит для торможения велосипеда на ровной дорожке, но когда нужно остановить 10-тонный камаз на пути под гору, то сил человека явно не хватит.

Закон Паскаля

Для усиления торможения в гидравлических тормозах мы используем закон Паскаля.

Описанная ниже логика применяется повсеместно и является основой работы всех гидравлических машин. Многотонные гидравлические прессы и гидроусилители – все они работают, опираясь на этот закон.

Его формулировка: Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Для подтверждения этого можно провести очень интересный опыт. Сделать т.н. шар Паскаля.

Шар Паскаля демонстрирует, что давление равномерно передаётся во всех направлениях.

Давление в жидкостях или газах – это величина скалярная. Получается, что давление просто есть. Как и температура на улице.

Давление во всех точках жидкости должно быть одинаковым. Именно этот принцип и используется в гидравлических машинах. Ведь все они представляют из себя замкнутую гидравлическую систему.

Теперь вспоминаем, что такое давление.

Давление – это величина, равная отношению действующей силы на единицу площади или p=F/S. Измеряется в Паскалях (Па) и имеет размерность н/м2.

Идём дальше. У нас есть закон Паскаля, сформулированный чуть выше. Имеем соотношение F/S=const.

Запишем это применительно к рассматриваемой гидравлической системе:

где F1 и S1 – это сила приложенная к тормозной ручке и площадь главного тормозного цилиндра, а F2 и S2 – сила с которой давит цилиндр в суппорте на колодку и площадь поршня в суппорте соответственно.

Получаем коэффициент усиления, который определяется соотношением площадей.

Чем больше площадь цилиндра суппорта и чем меньше площадь главного тормозного цилиндра, тем больше сила. Это легко вывести и из приведенных соотношений.

Таким образом, гидравлические тормоза даже без вакуумного усилителя дают увеличение силы нажатия.

• Гидравлические тормоза практически не требуют регулировки. Если система герметичная, а уровень жидкости выбран правильно, то при истирании колодок или установке новых не нужно подтягивать/отпускать тросик. Благодаря расширительному бачку уровень сам нормализуется.
• Гидравлические тормоза всегда будут легче механических, что особенно важно для велосипедистов.

Кстати говоря, конструкций гидравлических систем может существовать очень много. Например, в суппорте может использоваться сразу несколько поршней, которые дублируют друг друга и усиливают нажатие.

Принцип усиления, который доступен нам благодаря работе закона Паскаля, применяется и в других известных механизмах, но об этом мы поговорим чуть позже.

https://autodromo.ru/articles/tormoznaya-sistema-avtomobilya-ustroystvo-naznachenie-i-princip-deystviya-tormozov
https://nivovod.ru/ekspluatatsiya-i-obsluzhivanie/gidravlicheskaya-tormoznaya-sistema-avtomobilya-klassika-i/
https://uzumeti.ru/avto/gidravlicheskie-tormoza/