Затухание тормозов - Brake fade

Средство передвижения система торможения тускнеть, или же тормозной эффект, представляет собой снижение тормозной способности, которое может произойти после многократного или продолжительного применения тормозов, особенно в условиях высокой нагрузки или высокой скорости. Затухание тормозов может быть фактором любого средство передвижения который использует трение тормозная система в том числе автомобили, грузовики, мотоциклы, самолеты, и велосипеды.

Затухание тормозов вызывается накоплением тепла на тормозных поверхностях и последующими изменениями и реакциями в компонентах тормозной системы и может наблюдаться как при барабанные тормоза и дисковые тормоза. Потеря тормозной способности или замирание могут быть вызваны замиранием вследствие трения, механическим замиранием или замиранием жидкости. Затухание тормозов можно значительно снизить за счет соответствующего дизайна и выбора оборудования и материалов, а также хорошего охлаждения.

Затухание тормозов чаще всего происходит при вождении с высокими динамическими характеристиками или при спуске с длинного крутого холма. Он более распространен в барабанных тормозах из-за их конфигурации. Дисковые тормоза гораздо более устойчивы к выцветанию тормозов, потому что тепло может легче отводиться от ротора и колодок, и они стали стандартной функцией передних тормозов для большинства транспортных средств.

Причины увядания тормозов

Уменьшение трения, называемое увяданием тормоза, происходит, когда температура достигает «точки перегиба» на кривой зависимости температуры от трения и между диском и колодкой накапливается газ. Все тормозные накладки отверждаются под механическим давлением после обратного хода кривой нагрева и охлаждения, нагревая фрикционный материал до 232 ° C (450 ° F) до "излечивать "(перекрестная ссылка) фенольная смола термореактивный полимеры: связующие смолы не плавятся, потому что фенольные смолы являются термореактивными, а не термопласт. В этом случае педаль тормоза кажется твердой, но тормозная способность снижается. Выцветание также может быть вызвано тормозная жидкость кипение с сопутствующим выделением сжимаемых газов. При этом типе затухания педаль тормоза кажется «губчатой». Это состояние ухудшается, когда в жидкости присутствуют загрязнители, такие как вода, которые большинство типов тормозных жидкостей склонны впитывать в той или иной степени. По этой причине замена тормозной жидкости стандартное обслуживание.

Затухание самоподдерживающихся тормозов

Пневматические тормоза грузовика могут погаснуть из-за расширения при неправильной настройке.

Различные конструкции тормозов, такие как ленточные тормоза и много барабанные тормоза являются самопомощными: когда тормоз задействован, часть тормозной силы возвращается в тормозной механизм, чтобы дополнительно задействовать тормоз. Это называется «положительная обратная связь» или «самообслуживание».сервопривод ". Самоусиление снижает входное усилие, необходимое для включения тормоза, но увеличивает затухание, поскольку уменьшение высоты или толщины фрикционного материала колодки также снижает усилие колодки. Напротив, для тормоза без самопомощи, такого как обычный диск тормоза, потеря фрикционного материала колодки не изменяет силу колодки, поэтому нет необходимой потери в реакции тормозного момента для данной величины входящей силы.

Механизм самопомощи влияет на водяной насос и количество выцветания. Например, Ауско Ламберт и тормоза Мерфи имеют самопомощь, примерно пропорциональную трению колодок, поэтому общее торможение уменьшается примерно как квадрат потери на трение. Многие другие конструкции самообслуживания, такие как ленточные тормоза и многие общие барабанные тормоза, имеют экспоненциальную самопомощь, описываемую , куда основание натурального логарифма, это коэффициент трения между туфлями и барабаном, и угол зацепления между башмаками и барабаном. Небольшое изменение трения вызывает экспоненциальное изменение самопомощи. Во многих обычных тормозах небольшое увеличение трения может привести к блокировке колес даже при легком нажатии. Например, влажным утром барабанные тормоза могут блокироваться при первом включении, буксование до остановки даже после отпускания педали тормоза. И наоборот, небольшое снижение трения может привести к серьезному износу тормозов.

Факторы, способствующие увяданию

Отказы тормозов могут каскад. Например, типичный 5-осный грузовик / прицеп имеет 10 тормозов. Если один тормоз выходит из строя, тормозная нагрузка переносится на остальные 9 тормозов, заставляя их работать сильнее, нагреваться и, таким образом, больше гаснуть. Если замирание неравномерное, замирание может привести к повороту автомобиля. Из-за этого тяжелые автомобили часто используют непропорционально слабые тормоза на управляемых колесах, что вредит колесам. тормозной путь и заставляет тормоза на неуправляемых колесах работать сильнее, ухудшая замирание. Преимущество тормозов с низким уровнем затухания, таких как дисковые тормоза управляемые колеса могут выполнять большее торможение, не вызывая тормозного поворота.[1]

Затухание тормозов обычно происходит при резком или продолжительном торможении. Многие высокоскоростные автомобили используют дисковые тормоза, а многие европейские тяжелые автомобили используют дисковые тормоза.[1] Многие тяжелые автомобили в США и странах третьего мира используют барабанные тормоза из-за их более низкой закупочной цены. На тяжелых транспортных средствах сопротивление воздуха часто невелико по сравнению с весом, поэтому тормоза рассеивают пропорционально больше энергии, чем на обычном автомобиле или мотоцикле. Таким образом, большегрузные автомобили часто нуждаются в компрессионное торможение двигателем, и замедлиться, чтобы энергия торможения рассеивалась в течение более длительного интервала. Недавние исследования были проведены в Соединенных Штатах для проверки тормозного пути как барабанных, так и дисковых тормозов с использованием североамериканского стандарта FMVSS-121. Результаты показали, что когда более новая смесь фрикционных материалов, обычно используемых в дисковых тормозах, применяется к барабанным тормозам, разница в тормозном пути или затухании тормозов практически отсутствует. Поскольку Соединенные Штаты изменили свои правила FMVSS-121 для грузовиков восьмого класса, построенных в 2012 году, чтобы сократить тормозной путь примерно на 1/3, в действующем законодательстве не было рекомендаций использовать барабанные или дисковые тормоза.

Новые барабанные технологии и устройства охлаждения турбин внутри этих барабанов также устранили любые краевые дисковые тормоза, которые могли возникнуть в тяжелых условиях эксплуатации. Установив тормозные турбины внутри специально сконфигурированного барабана, можно во много раз снизить температуру вдвое и практически исключить выцветание тормозов.

Неисправность тормоза также вызвана тормозным барабаном тепловое расширение в которых люфт тормозной колодки становится чрезмерным из-за износа. Это было в значительной степени исправлено в 1950-х годах. саморегулирующиеся тормоза.[2] Неправильная регулировка из-за износа по-прежнему является фактором для грузовиков с барабанными пневматическими тормозами.[3] Канадское исследование произвольно остановленных тяжелых грузовиков показало, что более 10% грузовиков, использующих саморегулирующиеся тормоза, имели по крайней мере один тормоз, не регулируемый либо из-за отказа механизма саморегулирования, либо из-за износа, превышающего возможности саморегулирующегося устройства. Более новые тормозные поршни («бидоны») увеличивают ход примерно с 65 мм до 75 мм; Так как только при контакте колодок с барабаном используется ход около 30 мм, дополнительные 10 мм хода увеличивают полезный ход более чем на 25%. Более длинный ход уменьшает выцветание, особенно из-за износа, но барабанные тормоза по-прежнему в основном гаснут в горячем состоянии.

После охлаждения потускневшие тормоза обычно работают так же хорошо, как и раньше, без видимых изменений тормозных колодок и / или колодок. Однако, если тормоза были чрезмерно горячими в течение длительного периода времени, на фрикционных накладках колодок и колодок может появиться остекление. В этом случае соприкасающиеся поверхности накладок будут иметь гладкий, блестящий вид и не будет работать так эффективно, чтобы замедлить автомобиль при торможении. Это остекление можно легко удалить, осторожно используя наждачная бумага на них или осторожно управляя автомобилем, при этом слегка нажимая на тормоза на протяжении нескольких миль.

Некорректное объяснение, которое иногда приводят для увядания тормозов, заключается в том, что нагретые тормозные колодки испаряются с образованием газа, который отделяет их от барабана. Такие эффекты легко представить, но физически невозможно из-за большого объема газа, который потребуется для такого эффекта. А газовый подшипник потребуется пополнение газа так же быстро, как движется диск или барабан, поскольку на его поверхности нет газа, когда он приближается к колодке или башмаку. Кроме того, в дисковых тормозах используются почти те же материалы, и они хорошо работают с небольшим выцветанием, даже когда диски раскалены. Если тормозные материалы выделенный при температурах барабана они также выделялись бы при температуре диска и значительно выгорали. Поскольку диски имеют небольшой фейдер, они также демонстрируют, что дегазация не является источником выцветания. Некоторые дисковые тормоза имеют просверленные или прорезанные отверстия, но гладкие диски больше не выгорают.

Длинная двойная шина следы заноса на автомагистралях грузовики с барабанными тормозами являются видимыми примерами нелинейности между тормозной реакцией и давлением на педали. В больших грузовиках по-прежнему используются барабанные тормоза, поскольку они экономичны и легко устанавливаются там, где аналогичные дисковые тормоза нет. Совсем недавно дисковые тормоза для грузовиков были продвинуты с перечислением таких функций, как отсутствие выцветания, что возможно, потому что у них нет самопомощи (саморегулирующегося).[4]

Железные дороги

Железные дороги использовали дисковые тормоза на легковых автомобилях более 60 лет, но в сочетании с Ролокрон антиблокировочная система, чтобы избежать создания плоские пятна (или же "квадратные колеса”), Когда колеса блокируются и скользят по поверхности рельса (слышен устойчивый Бах Бах бах шум, когда проезжает поезд - не путать с треском-треском ... треском-треском ... треском-треском, когда колеса катятся по стыку рельсов). Обычно тормозные диски устанавливаются в центре оси, но в некоторых приложениях (например, Уровень Bombardier Bi пригородных вагонов) используется только один диск, установленный на конце оси вне рамы грузовика. Высокоскоростные поезда (например, TGV ) можно использовать четыре диска на ось.

Грузовые вагоны (и некоторые легковые автомобили, такие как составные вагоны, тяговые двигатели которых не оставляют места на осях для установки дисковых тормозов) оснащены застежка тормоза которые непосредственно захватывают поверхность качения колес (очень похоже на старые тормоза конных багги прошлых лет). Такие тормоза представляют собой барабанный тормоз с внешней колодкой; но в отличие от ленточные тормоза и многие барабанные тормоза с внутренними башмаками не имеют эффекта самопомощи / сервопривода, поэтому они гораздо менее подвержены блокировке, чем тормоза с самоподдержкой. Из-за высокой жесткости и относительно небольшой мощности эти накладные тормоза даже менее подвержены блокировке, чем многие дисковые тормоза, поэтому грузовые вагоны, в которых они используются, не оснащены антиблокировочной системой.

Первая разработка современного керамика тормоза были изготовлены британскими инженерами, работающими в железнодорожной отрасли для TGV применений в 1988 году. Цель заключалась в том, чтобы уменьшить вес, количество тормозов на ось, а также обеспечить стабильное трение при очень высоких скоростях и любых температурах. Результатом стал углеродное волокно -армированная керамика, которая в настоящее время используется в различных формах для автомобильных, железнодорожных и авиационных тормозов.

Контроль выцветания за счет техники вождения

Выцветание тормозов и деформация ротора могут быть уменьшены за счет правильной техники торможения; при длительном переходе на более низкую передачу, требующем торможения, просто выберите более низкую передачу (для автоматических трансмиссий это может потребовать кратковременного нажатия на педаль газа после выбора передачи). Кроме того, периодическое, а не постоянное нажатие на тормоза позволит им остывать между применениями. Непрерывное легкое нажатие на тормоза может быть особенно разрушительным как для износа, так и для перегрева тормозной системы.[5]

Модификация тормозов для уменьшения выцветания

Компоненты тормозов с высокими рабочими характеристиками обеспечивают повышенное тормозное усилие за счет улучшения трения при одновременном снижении увядания тормозов. Улучшенное трение обеспечивается материалами футеровки, имеющими более высокую коэффициент трения по сравнению со стандартными тормозными колодками, в то время как выцветание тормозов снижается за счет использования более дорогих связующих смол с более высокой температурой плавления, а также дисков / роторов с пазами, отверстиями или ямками, которые уменьшают газовый пограничный слой, в дополнение к обеспечению улучшенного рассеивания тепла. Тепловыделение в тормозах может быть дополнительно устранено путем модификации кузова, при которой холодный воздух направляется к тормозам.

«Газообразный пограничный слой» - это объяснение механики хот-родов отказа от самоусиливающего эффекта барабанных тормозов, потому что в момент его возникновения он ощущался как кирпич под педалью тормоза. Чтобы противодействовать этому эффекту, тормозные колодки были просверлены и проделаны для выпуска газа. Несмотря на это, от барабанных тормозов отказались из-за их эффекта сервопривода. У дисков этого нет, потому что сила приложения прикладывается под прямым углом к ​​результирующей тормозной силе. Нет взаимодействия.

Сторонники газовыделения перенесли это убеждение на мотоциклы, велосипеды и «спортивные» автомобили, в то время как у всех других пользователей дисковых тормозов от тех же автомобильных компаний нет отверстий на лицевых сторонах их дисков, хотя используются внутренние радиальные воздушные каналы. Вентиляционные отверстия для выпуска газа не были обнаружены на тормозах железных дорог, самолетов и легковых автомобилей, потому что нет газа для выпуска. Между тем, в тяжелых грузовиках по-прежнему используются барабанные тормоза, потому что они занимают то же место. Железные дороги никогда не использовали барабанные тормоза с внутренним расширением, потому что они вызывают занос, вызывая появление дорогих плоских пятен на стальных колесах.

И дисковые, и барабанные тормоза можно улучшить с помощью любой техники, отводящей тепло от тормозных поверхностей.

Затухание барабанного тормоза может быть уменьшено, а общая производительность несколько улучшена с помощью старой технологии барабанного бурения «горячего роддера». Через рабочую часть барабана просверливается тщательно подобранная схема отверстий; вращение барабана центробежно перекачивает небольшое количество воздуха через башмак в зазор барабана, отводя тепло; замирание, вызванное водяным тормозом, уменьшается, поскольку вода вытесняется центробежно; и некоторое количество пыли тормозного материала выходит из отверстий. Сверление тормозного барабана требует тщательного детального знания физики тормозного барабана и является передовой техникой, которую, вероятно, лучше оставить профессионалам. Есть мастерские по производству тормозов, которые безопасно сделают необходимые модификации.

Затухание тормоза, вызванное перегревом тормозной жидкости (часто называемое педальным затуханием), также может быть уменьшено за счет использования термобарьеров, которые расположены между тормозной колодкой и поршнем тормозного суппорта, они уменьшают передачу тепла от колодки к суппорту и в переверните гидравлическую тормозную жидкость. Некоторые высокопроизводительные гоночные суппорты уже включают в себя тепловые экраны тормозов из титана или керамики. Тем не менее, также можно приобрести титановые теплозащитные экраны на вторичном рынке.[6] который будет соответствовать существующей тормозной системе, чтобы обеспечить защиту от перегрева тормозов. Эти вставки вырезаны с высокой точностью, чтобы покрыть как можно большую часть прокладки. Поскольку они относительно дешевы и просты в установке, они популярны среди гонщиков и любителей треккинга.

Другой метод, используемый для предотвращения выцветания тормозной системы, - это установка охлаждающих устройств для остановки тормозов. Как титан тепловых экраны тормозных охладители предназначены для скольжения между опорной пластиной тормозной колодки и суппортом поршнем. Они изготовлены из металлического композита с высокой теплопроводностью и пределом текучести, который отводит тепло от поверхности раздела к теплоотводу, который находится снаружи от калипера и в воздушном потоке. Было показано, что они снижают температуру поршня суппорта более чем на двадцать процентов, а также значительно сокращают время, необходимое для охлаждения.[7] Однако, в отличие от титановых теплозащитных экранов, охладители тормозов фактически передают тепло в окружающую среду и, таким образом, охлаждают колодки.

Смотрите также

Ссылки и источники

  1. ^ а б Гэри Гэнауэй, Производство, использование и производительность пневматических дисковых тормозов В архиве 4 июня 2011 г. Wayback Machine, Конференция NDIA по тактическим колесным транспортным средствам, Монтерей, Калифорния, 28 января 2002 г., дата обращения 2010/01.
  2. ^ Спартанское инженерное дело 1959[постоянная мертвая ссылка ]; Дисковые тормоза; доступ 2007-02-26
  3. ^ http://www.roadranger.com/ecm/groups/public/@pub/@roadranger/documents/content/rr_axag-0300.pdf[постоянная мертвая ссылка ]; Мосты и тормоза для прицепов Dana Spicer; Руководство по применению AXAG-0300, март 2006 г .; См. «Затухание тормоза» в глоссарии; доступ 2007-02-26
  4. ^ Пневматические дисковые тормоза
  5. ^ Fancher, P .; Winkler, C .; Кэмпбелл, М. (март 1992 г.). «Влияние стратегии торможения на температуру тормозов на горных спусках» (PDF). Институт транспортных исследований Мичиганского университета. УМТРИ-92-11: 2. Получено 24 октября 2017.
  6. ^ http://HardBrakes.com TiSpeed ​​Hard Brakes Титановые тормозные тепловые экраны
  7. ^ Тестирование охладителей тормозов с остановкой плавного хода «Архивная копия». Архивировано из оригинал 7 июня 2010 г.. Получено 9 июн 2010.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

внешняя ссылка