Как на самом деле работают барабанные тормоза?
Вы когда-нибудь задавались вопросом, что на самом деле происходит внутри барабанного тормоза во время его работы и почему дисковые тормоза обычно считаются превосходящими свой аналог более ранней конструкции? Позвольте нам объяснить.
Большинство, вероятно, знают, как работают дисковые тормоза. Вкратце напомним алгоритм действия системы: после нажатия на педаль тормоза главный тормозной цилиндр через тормозную жидкость в гидролиниях начинает повышать давление в суппортах, где один или несколько поршней посредством прилагаемого к ним давления начинают прижимать одну или две колодки к диску (тормозному диску).
При помощи сил трения автомобиль начинает сбрасывать скорость, гарантируя, что вы в конечном итоге не въедете в задний бампер впередиидущего автомобиля или в стену/столб/дерево. Просто и эффективно. Подробнее по теме:
Но как насчет тормозных барабанов? Эти более скромные элементы тормозной технологии, и уж точно гораздо более старые по сравнению с дисковыми тормозами, практически полностью ушли из повседневной жизни автомобильного сообщества. Даже грузовые машины и автобусы все реже прибегают к услугам этих «слуг». Теперь подобные схемы тормозных механизмов можно обнаружить только на очень недорогих автомобилях или специфической технике. Почему так произошло? В чем кроется ахиллесова пята «барабанов»?
По какому принципу работают барабанные тормоза?
Рабочий процесс начинается точно так же, как на дисковых механизмах, – с жидкости, передающей давление от главного тормозного цилиндра к исполнительному механизму тормозов. С этого момента и появляются все главные отличия.
Вместо тормозного суппорта, как у дискового тормоза, в барабанных тормозах жидкость попадает в так называемый рабочий тормозной цилиндр, установленный внутри чугунного тормозного барабана.
Жидкость выталкивает два поршня из корпуса рабочего тормозного цилиндра наружу, в результате чего тормозные колодки расходятся, прилегая к внутренней обшивке тормозного барабана. Так как барабан крепится к ступице, вызываемое трение начинает замедлять вращение колеса.
Также в функциональной части тормозного механизма важную роль играют так называемые стяжные пружины. Две пружины установлены по обоим концам двух колодок. Как ясно из названия, эти пружины возвращают тормозные колодки в исходное положение после отпуска тормозной педали.
По мере износа колодок специальная система подвода будет выбирать лишнее расстояние между барабаном и колодками, что позволит не снижать КПД и скорость работы тормозной системы с течением времени и естественным износом компонентов. Тем не менее – об этом говорят знатоки – передние колодки в барабанных тормозах прижимаются к поверхности с большей силой, что увеличивает их износ.
Есть ли преимущества у барабанного механизма перед дисковым?
Казалось бы, это просто невозможно. Как может быть архаичная система лучше более современной? Но есть несколько неоспоримых плюсов барабанных тормозов, которых у нее не отнять:
1. Поскольку пятно контакта проходит по всей окружности барабана, тормозное усилие, передающееся барабанным тормозам, больше, чем у тормозного диска одинакового размера.
2. Не посчитайте за шутку, но мы вычитали на специализированных сайтах, что использование барабанных тормозов экономит вес, средства на производство элемента для автокомпании и в конечном итоге деньги в кошельках автовладельцев.
Если относительно последних двух пунктов мы знали уже давно – действительно, проще и дешевле конструкции сложно найти, то вот о весе даже не догадывались. Как-то чугунный большой барабан не внушал чрезмерной уверенности в этом. Тем не менее, если учесть, что в дисковом тормозе помимо тормозной гидравлики есть еще и огромный диск (тоже чугунный), то на то и выходит. При одинаковом весе барабанный тормоз будет мощнее за счет большего пятна контакта колодок в нем. Но при одинаковой мощности он будет легче своего современного аналога.
3. Наконец, еще одно неоспоримое преимущество – тормозные колодки, как правило, не стираются гораздо дольше, чем на обычных дисковых тормозах.
Минусы барабанных тормозов
1. Несмотря на простоту конструкции и более дешевое производство, в обслуживании барабанные тормоза не могут конкурировать с дисковыми. Уж больно сложная настройка им требуется. Возня с барабанами в некотором роде была похожа на искусство. Только мастер мог настроить поизносившиеся тормоза идеально. Времени эта настройка тоже отнимала изрядно.
2. Барабаны не так хороши, когда дело доходит до работы в жару. Все компоненты – внутри закрытого барабана, теплу от торможения деваться некуда. Вся система при интенсивном использовании перегревается, а охлаждается медленно.
Перегрев опасен не только закипанием тормозной жидкости, но и уменьшением трения во время использования тормозов, а значит, уменьшением эффективности торможения.
3. Барабанные тормоза также гораздо более восприимчивы к перетормаживанию, когда колодка «прилипает» к барабану даже после отпускания педали. У дисковых тормозов неотвод колодок встречается гораздо реже.
Этих минусов оказалось достаточно, чтобы производитель решил навсегда отойти от данной конструкции.
Поэтому нетрудно понять, почему тормозные диски стали выбором де-факто для производителей автомобилей и почему вы все реже встречаете новые серийные легковые автомобили с барабанными тормозными механизмами.
P. S. Скромный барабанный тормоз по-прежнему используется на медленных, дешевых автомобилях и коммерческих моделях. Так что жив старичок. Жив!
Устройство и принцип работы барабанных тормозов
Тормозные механизмы фрикционного типа, то есть работающие за счет силы трения, подразделяются на барабанные и дисковые. Барабанный тормозной механизм в качестве вращающейся части использует тормозной барабан. Неподвижную часть механизма представляют тормозные колодки и тормозной щит. На данный момент барабанные тормоза не столь популярны у автопроизводителей в силу объективных причин и применяются в основном на бюджетных и грузовых автомобилях.
Устройство барабанных тормозов
Конструктивно в барабанные тормоза входят следующие элементы:
- барабан, устанавливаемый на ступицу колеса;
- тормозные колодки, на рабочую поверхность которых крепятся фрикционные накладки;
- рабочий тормозной цилиндр с поршнями, уплотнительными манжетами и штуцером для прокачки;
- возвратные (стяжные) пружины, крепящиеся к колодкам и фиксирующие их в неактивированном положении;
- тормозной щит, устанавливаемый на ступицу или балку моста;
- стойка поддержки тормозных колодок;
- нижняя опора колодок (с регулятором);
- механизм стояночного тормоза.
Помимо барабанных тормозов с одним цилиндром существуют системы с двумя цилиндрами, эффективность которых будет значительно лучше, чем в первом варианте. В этом случае вместо нижней опоры устанавливается второй тормозной цилиндр, за счет чего увеличивается площадь соприкосновения барабана и колодки.
Принцип работы барабанных тормозов
Работают барабанные тормоза следующим образом:
- Давление рабочей жидкости в системе создается за счет нажатия водителем на педаль тормоза.
- Жидкость давит на поршни рабочего тормозного цилиндра.
- Поршни, преодолевая усилие стяжных пружин, приводят в действие тормозные колодки.
- Колодки плотно прижимаются к рабочей поверхности барабана, замедляя скорость его вращения.
- За счет сил трения, возникающего между накладками и барабаном, происходит торможение колеса.
- При прекращении воздействия на педаль тормоза стяжные пружины отводят колодки в исходное положение.
Фрикционные накладки передней (по ходу движения) колодки в момент торможения прижимаются к барабану с большей силой, чем задние. Поэтому износ передних и задних колодок неравномерный. Это следует учитывать при их замене.
Преимущества и недостатки барабанных тормозов
Барабанные тормоза отличаются простотой производства и более низкой стоимостью в сравнении с дисковыми. Также они являются более эффективными за счет большей площади соприкосновения колодки и барабана, а также за счет эффекта “расклинивания” колодок: благодаря тому, что нижние части колодок связаны друг с другом, трение о барабан передней колодки усиливает давление на него задней.
А есть ли недостатки у барабанных тормозов? В сравнении с дисковыми, барабанные тормоза имеют большую массу, худшее охлаждение и нестабильность торможения при попадании воды или грязи в барабан. Данные недостатки очень весомы, поэтому они послужили одной из причин перехода производителей на дисковые механизмы.
Обслуживание барабанных тормозов
Износ колодок барабанных тормозов можно определить через специальное отверстие, находящееся с внутренней стороны тормозного щита. Когда фрикционные накладки достигают определенной толщины, колодки необходимо менять.
Если фрикционный материал нанесен на колодку с помощью клея, то её рекомендуется менять при толщине материала в 1,6 мм. В случае размещения фрикционных накладок на заклепках замену необходимо производить, если толщина материала составляет 0,8 мм.
Изношенные колодки могут оставлять на барабанах канавки, а при их продолжительном использовании даже повредить барабан.
Устройство автомобиля. Как работают барабанные тормоза
Расположение барабанных тормозов
Барабанные тормоза работают по тому же принципу, что и дисковые: Тормозная колодка давит на вращающуюся поверхность. Только в такой конструкции эта поверхность называется барабан.
В большинстве автомобилей барабанные тормоза установлены на задних колесах, а дисковые — на передних. Конструкция барабанных тормозов включает большее число деталей по сравнению с дисковыми, поэтому их сложнее обслуживать. Однако они дешевле в производстве и проще интегрируются с ручным тормозом.
В этой статье мы расскажем о том, как работают барабанные тормоза, как их обслуживать и рассмотрим установку механизма ручного тормоза.
Давайте начнем с основ.
Барабанный тормоз со снятым барабаном
Барабанный тормоз
Компоненты барабанного тормоза
Барабанный тормоз выглядит, как сложная конструкция, но все обстоит гораздо проще, если рассмотреть подробнее. Предлагаем разобрать тормоз и посмотреть, как он устроен.
Как и в дисковом тормозе, в барабанном имеется две колодки и поршень. Но в барабанном тормозе также установлен тормозной регулятор, механизм ручного тормоза и множество пружин.
При нажатии на педаль тормоза, поршень прижимает колодки к барабану. Все достаточно просто, но для чего нужны все эти пружины?
На самом деле, ситуация обстоит немного сложнее. Многие барабанные тормоза являются самосрабатывающими. Тормозные колодки контактируют с барабаном, при этом происходит своего рода заклинивающее действие, в результате чего колодки сильнее прижимаются к барабану.
Дополнительное тормозное усилие, которое обеспечивает такое заклинивание, позволяет использование поршня меньшего размера по сравнению с дисковыми тормозами. Однако, в связи с заклиниванием, тормозные колодки должны отодвигаться от барабана после окончания торможения. Для этого используются пружины. Другие пружины удерживают колодки в необходимом положении и возвращает тормозной регулятор на место после его срабатывания.
Тормозной регулятор
Механизм тормозного регулятора
Для корректной работы барабанного тормоза, колодки должны располагаться близко к барабану, но не соприкасаться с ним. Если они будут отодвинуты на слишком большое расстояние (например, при износе колодок), поршню потребуется больше жидкости для преодоления такого расстояния, и педаль тормоза "уйдет в пол" при нажатии. По этой причине в большинстве барабанных тормозов используется автоматический регулятор.
Давайте рассмотрим устройство механизма регулятора. Регулятор также является самосрабатывающим.
При износе колодки, между ней и барабаном образуется большее пространство. При каждой остановке автомобиля колодки максимально прижимаются к барабану. При увеличении зазора рычаг регулятора смещает шестерню на один зуб. Регулятор, как и болт, имеет резьбу. При повороте он выкручивается, сокращая зазор. При дальнейшем износе колодки, регулятор выкручивается еще, обеспечивая близкое расположение колодок относительно барабана.
В некоторых автомобилях регулятор срабатывает при использовании ручного тормоза. Но регулировка такого механизма может сбиться при длительном неиспользовании ручного тормоза. При наличии такой системы, ставить автомобиль на ручной тормоз не реже одного раза в неделю.
Ручной тормоз
Ручной тормоз, помимо основной тормозной системы, может активироваться и другими средствами. Конструкция барабанного тормоза позволяет использовать простой механизм привода троса.
При использовании ручного тормоза, трос тянет рычаг, который прижимает колодки.
Обслуживание
Тормозная колодка
По большей части, обслуживание барабанных тормозов заключается в замене тормозных колодок. В некоторых барабанных тормозах сбоку имеется сервисное отверстие, которое позволяет определить износ колодки. Тормозные колодки необходимо менять, когда толщина фрикционного материала на заклепках составляет 0,8 мм. Если фрикционный материал нанесен на опорный щит (без заклепок), то колодки необходимо менять, когда толщина фрикционного материала составляет 1,6 мм.
Также как и на дисковых тормозах, изношенные колодки могут оставлять на барабанах канавки. При продолжительном использовании изношенных колодок, заклепки могут повредить барабан. Барабаны с глубокими канавками можно переточить. Если для дисковых тормозов смотрится минимальная допустимая толщина, то для барабанных — максимальный допустимый диаметр. Поверхность контакта в барабанных тормозах расположена внутри барабана. При снятии материала, диаметр увеличивается.
Тормозной барабан
Барабанные тормоза
Тормозной механизм барабанного типа функционально предназначен для изменения скоростного режима транспортного средства. Кроме того, барабанный тормоз, установленный на задней колесной паре, обеспечивает реализацию функции стояночного тормоза.
Основным конструктивным элементом тормозного механизма данного типа, собственно и давшее ему такое название, является барабан, или металлическая чаша, закрепленная на колесной ступице.
Тормозной механизм барабанного типа (рис.1) состоит из следующих основных частей:
Тормозного барабана, материалом для изготовления которого, служит чугун повышенной прочности. Внутренняя поверхность барабана, непосредственно соприкасающаяся с остальными элементами механизма, подвергается тщательной шлифовке. Монтируется на опорный вал (в этом случае в барабан запрессовывается подшипник) или ступицу колеса.
Тормозных колодок (поз.4). Изготавливаются из металла и имеют форму полумесяца. Рабочая поверхность тормозной колодки оснащена фрикционной накладкой (на основе асбеста).
Тормозного гидравлического цилиндра (поз.2). Это полый чугунный цилиндр с двумя рабочими поршнями, заполненный рабочей (тормозной) жидкостью. Цилиндр оснащен спускным клапаном, обеспечивающим удаление воздуха из системы тормозного механизма. Для предотвращения протекания тормозной жидкости используют уплотнительные манжеты.
Верхней (поз.1) и нижней (поз.5) стяжных пружин, работающих на «сжатие». Их основная рабочая функция – предотвращение расхождения тормозных колодок в режиме «покоя».
Защитного диска, монтируемого непосредственно на ступицу (заднюю балку).
Распорной планки (поз.3), представляющей собой металлическую пластину специфической конфигурации (имеющую специальные вырезы). Функциональное предназначение данного элемента заключается в установке механизма «самоподвода». Кроме того, при установке тормозного устройства на задней колесной паре, распорная планка приводит в действие вторую тормозную колодку, обеспечивая при этом функционирование стояночного тормоза. Применяется в тормозных механизмах барабанного типа, имеющих один тормозной цилиндр.
Механизма «самоподвода» (в виде двух эксцентриков, расположенных в корпусе защитного диска), обеспечивающего разведение тормозных колодок с износившимися фрикционными накладками.
Барабанные тормоза — принцип работы
Принцип действия барабанного тормозного механизма заключается в следующем:
После нажатия водителем тормозной педали в контуре тормозной системы возникает давление.
Под воздействием давления тормозной жидкости поршни тормозных цилиндров, преодолевая сопротивление стяжных пружин, инициируют расхождение тормозных колодок.
Тормозные колодки, расходясь и плотно прилегая фрикционными накладками к рабочим поверхностям тормозных барабанов, снижают скорость их вращения, замедляя тем самым вращение колес транспортного средства.
Преимущества и недостатки тормозов барабанного типа
Эффективность торможения тормозных механизмов барабанного типа несколько ниже, чем аналогичный показатель дисковых тормозов. Так, разница величины тормозного пути может существенно отличаться (до 20%). И этому есть несколько, вполне объективных причин:
Недостаточный контакт фрикционной накладки с рабочей поверхностью барабана, поскольку даже два поршня не в состоянии обеспечить полную и стабильную площадь контакта.
Эффект скольжения, вызываемый попаданием продуктов износа (пыль) фрикционных накладок на рабочую поверхность.
Перегрев, обусловленный отсутствием воздушного охлаждения и достижением материала барабанов высоких температур в процессе торможения (до 6000С).
Небольшие значения предельных нагрузок, обусловленные в работе барабанных тормозов «наружу», поскольку высокое давление рабочей жидкости способно нарушить целостность барабана.
Тем не менее, тормозные механизмы барабанного типа обладают и несколькими неоспоримыми достоинствами:
Высокое тормозное усилие, обусловленное закрытостью конструкции, позволяющей существенно увеличить площадь трения, увеличив ширину и диаметр барабана. Данный фактор надолго обеспечил безальтернативность использования барабанных тормозов на большегрузных автомобилях и автобусах.
Высокая степень износостойкости колодок. Неудовлетворительный контакт накладки с рабочей поверхностью значительно замедляет процесс их (накладок) износа.
Защищенность от загрязнений. Организация рабочего процесса в замкнутом пространстве предотвращает попадание грязи внутрь тормозного механизма.
Основными симптомами неисправности барабанных тормозов специалисты считают:
Увод транспортного средства в сторону в процессе торможения. Данный фактор свидетельствует о выходе из строя одного из тормозных механизмов автомобиля.
Возникновение скрежета в барабане тормозного механизма. Является следствием расслоения (отсоединения) фрикционных накладок, деформирования или поломок стоек (пружин) и произошедшего в результате образования данных дефектов перекоса тормозных колодок.
Появление в процессе торможения рывков и вибраций тормозной педали. Источник — деформирование (эффект «овала») барабана.
В заключение поговорим о техническом обслуживании автомобилей, оснащенных тормозными устройствами барабанного типа, точнее, о его сложности и стоимости. В этом плане барабанные тормоза выглядят предпочтительнее, поскольку эксплуатационный срок тормозных колодок достаточно велик (примерно, 50 000 – 55 000 километров пробега) и затраты на их приобретение и замену значительно ниже.