Барабанные и дисковые тормоза для грузовых автомобилей: конструкция и принцип работы |

Барабанные или дисковые тормоза на полуприцепе

При покупке полуприцепа среди ряда других факторов, часто возникает вопрос выбора тормозной системы, барабанные или дисковые тормоза.

Первыми, ещё в далёком 1902 году появились дисковые тормоза, но несовершенства конструкции, а именно громкого скрипа, издаваемого трущимися медными колодками о тормозной диск, более широкое распространение получили барабанные тормоза. До середины 20 века они были практически единственным типом тормозных механизмов применяемых на автотранспорте, и только начиная со второй половины 20 века, широкое распространение стали получать дисковые тормозные механизмы.

Популярность барабанных тормозов была обусловлена тем, что при их применении легче добиться повышения мощности тормозного механизма за счёт увеличения диаметра с одновременным увеличением его ширины, что немаловажно для большегрузных автопоездов. С дисковыми тормозами это сложнее, так как увеличение мощности возможно только за счёт увеличения диаметра тормозного диска, который ограничен размерами колёсного диска.

Принцип действия барабанных тормозов установленных на полуприцепах с осями BPW.

На ступице закреплён тормозной барабан, колодки устанавливаются на кронштейны через разводные эксцентрики, к колодкам приклепаны фрикционные накладки. Верхние части колодок соединены пружиной, которая растягивается при нажатии на педаль тормоза и сжимается при падении давления в тормозной системе. При подаче воздуха двигается тормозной шток, приводящий в действие тормозной вал, через регулирующее устройство подвода колодок «трещетка». Тормозные колодки прижимаются к тормозному барабану, который через ступицы связан с колёсным диском.

У барабанного тормоза имеются свои преимущества и недостатки. Начнём с достоинств:

• Барабанный тормоз хорошо защищен от попадания влаги и пыли, колодки меньше изнашиваются на запылённой или грязной дороге. Ресурс колодок выше, чем у колодок дискового тормоза, это делает его более надёжным, долговечным и лучше приспособленным для плохих дорожных условий.
• Так же он требует меньше внимания водителя в процессе эксплуатации автопоезда.

К минусам барабанных тормозов можно отнести их более трудоемкий и долговременный процесс технического обслуживания, так как доступ к тормозным колодкам затруднён тормозным барабаном.

На грузовой автотранспорт дисковые тормоза массово стали устанавливать только в годах прошлого века. Изначально они предлагались в качестве опции и обладали многочисленными «детскими болячками», что отталкивало от них потенциальных покупателей. К настоящему моменту времени развитие технологий и производства сделали дисковые тормоза на полуприцепах надёжными, что привело их к широкому применению.

Принцип действия дисковых тормозов установленных на полуприцепах с осями BPW.

Тормозной диск крепится к ступице колеса, тормозной цилиндр через колодки сжимает тормозной диск, что приводит к затормаживанию колеса. Благодаря плавающей скобе дисковый тормоз является саморегулирующимся и самоцентрирующимся. Для защиты тормозных дисков от перегрева их делают вентилируемыми, что позволяет более эффективно отводить тепло. Несмотря на кажущуюся простоту дисковый тормоз чрезвычайно сложный и требующий постоянного внимания механизм.

Плюсы дисковых тормозов:

• Удобство и быстрота при проведении технического обслуживания.
• Стабильность характеристик приводит к улучшению торможения.
• Минимальный зазор между колодкой и диском позволяет максимально быстро приводить тормозную систему в действие.
• Более эффективны, так как поверхность диска и колодок плоские, коэффициент трения больше чем у барабанных тормозов.
• В отличие от барабанного механизма, где усилие ограничено прочностью барабана, дисковые тормоза практически не ограничены по тормозному усилию на колодках.

К минусам дисковых тормозов можно отнести:

• Дисковые тормоза более открыты для воздействия пыли и грязи с полотна автодороги. Под воздействием высокой температуры грязь может кристаллизироваться и мешать свободному перемещению суппорта и колодок, в результате чего возникает эффект «подтормаживания», который может привести к перегреву тормозного механизма. Трескаются тормозные диски, сокращается срок службы ступичного механизма, в самом худшем случае может заклинить подшипник, что приведёт к катастрофическим последствиям.
• Требуют постоянного визуального контроля со стороны водителя.
• При продолжительном простое полуприцепа тормозные колодки могут «прикипеть» к тормозному диску.

При выборе тормозной системы полуприцепа необходимо учитывать, какие тормоза установлены на тягач с которым предполагается его использование. На рис. 3 приведены различные комбинации и эффективность их использования

При правильной комбинации седельного тягача и полуприцепа, разница в эффективности дискового тормозного механизма перед барабанным, не превысит 7%.

Эксплуатационные расходы при выборе тормозной системы полуприцепа имеют немаловажное значение. В приведенных ниже таблицах 1 и 2, рассмотрены расходы на обслуживание барабанных и дисковых тормозных систем нового полуприцепа, оснащенного осями BPW. Срок эксплуатации 6 лет, среднегодовой пробег 200 000 км.

Ресурс тормозных колодок зависит от множества факторов: стиль вождения, использования или нет водителем моторного тормоза, местности, в которой эксплуатируется автопоезд (горы или равнина). Для простоты будем считать ресурс дисковых накладок 150 000 км, барабанных 200 000 км.

Барабанные и дисковые тормоза для грузовых автомобилей: конструкция и принцип работы

Возможность снижения скорости движения и полной остановки у грузовых транспортных средств, как и у легковых, обеспечена тормозной системой. В зависимости от марки и модели машины она может отличаться по конструктивному исполнению.

Тормозная система грузовиков

Несмотря на одинаковое назначение, тормозная система грузовиков существенно отличается от технических решений, реализуемых на легковых авто. Основное отличие заключается в том, что в большинстве случаев используются системы с пневматическим приводом. В комплект оборудования, необходимого для эффективного торможения, входит большее количество комплектующих, для которых характерна увеличенная масса, размер. Отметим и то, что ко всем деталям системы предъявляются более жесткие требования по надежности, качеству изготовления.

Основная часть оборудования — система пневмопривода. Сжатый воздух, давление которого поднимается за счет работы компрессора, при нажатии на педаль перенаправляется в тормозную систему, элементы которой снижают скорость вращения колес за счет сил трения. ​

В зависимости от конструкции оборудования, можно обеспечить торможение в следующих режимах:

• Мягкий — давление на размыкающие детали системы повышается постепенно, что приводит к плавному снижению скорости.
• Средний — отличается наличием нескольких ступеней интенсивности торможения, наиболее приемлем при поездках в условиях городского движения.
• Жесткий — позволяет быстро создать уровень давления воздуха, необходимый для экстренного торможения.

​

В большинстве случаев в пневматическую тормозную систему входят следующие конструктивные компоненты:

• Пневматический привод на передние и задние оси.
• Компрессорное оборудование.
• Баллоны, обеспечивающие запас сжатого воздуха, необходимого для работы системы.
• Соединительная головка, трубопровод, по которому сжатый воздух поступает к рабочим механизмам.
• Тормозной кран, срабатывание которого обеспечивает смыкание и размыкание основных деталей системы.
• Тормозная камера с энергетическим аккумулятором, выполняющая основную роль в работе системы за счет взаимодействия тормозных цилиндров и мембраны.

Управление тормозами осуществляется за счет нажатия на педаль, контролировать давление воздуха в системе можно при помощи специальных датчиков, информация с которых передается на соответствующий индикатор. Конструкция оборудования предполагает задействование минимального объема сжатого воздуха, который необходим для остановки машины. За счет этого удается повысить быстродействие системы, обеспечить эффективность ее работы. Необходимо отметить, что надежность тормозного оборудования во многом зависит от типа реализованной конструкции. На практике получили широкое применение барабанные и дисковые тормоза.

Системы первого типа отличаются сложной конструкцией. Но стоит отметить, что стоимость такой системы более выгодна, на многих грузовых автомобилях она применяется для комплектации задней ведущей оси. Но более надежным считают дисковое оборудование.

Барабанная тормозная система

Принцип работы любых тормозных устройств основан на применении сил трения. Это касается и барабанной системы, которая, несмотря на ряд недостатков, до сих пор применяется на значительной части грузовых автомобилей. В комплектацию оборудования такого класса входят:

• Барабан, который устанавливается непосредственно на ступице колеса.
• Тормозные колодки, на которые крепятся накладки, обеспечивающие необходимую для остановки автомобиля силу трения.
• Тормозной цилиндр, необходимый для подачи сжатого воздуха или тормозной жидкости к исполнительным механизмам.
• Пружины, удерживающие колодки в рабочем положении и обеспечивают необходимый зазор.
• Устройство, поддерживающее колодки, щит, монтируемый на ступице, балке.

​

В дополнение к основной системе предусмотрена возможность включения ручного тормоза, который необходим для предотвращения движения транспортного средства во время стоянки.

Большинство автопроизводителей устанавливают барабанную систему на задние оси. Она может быть выполнена с применением одного или двух тормозных цилиндров. Двухцилиндровую схему считают более надежной и эффективной, при ней площадь контакта колодок с колесом увеличивается, что обеспечивает повышение скорости торможения.

Принцип действия системы предельно прост. При нажатии на педаль тормоза сжатый воздух или тормозная жидкость повышает давление на находящийся в цилиндре поршень. Создаваемое усилие передается на тормозные колодки, которые начинают раздвигаться. Соприкосновение с барабаном вызывает увеличение сил трения, которые и приводят к замедлению движения или остановке машины. После отпускания педали колодки возвращаются в сомкнутое положение, что позволяет разблокировать колесо.

В отдельных случаях установка такой системы практикуется и на передних осях. Но для такой комплектации характерен более быстрый износ тормозных колодок. Среди преимуществ такого решения необходимо отметить следующие моменты:

• Закрытый механизм, который защищен от воздействия грязи и воды.
• Рабочий ресурс колодок может достигать 150 тысяч километров пробега.
• Высокая стойкость к износу даже при значительных усилиях, которые создаются.
• Большая площадь соприкосновения, обеспечивающая увеличение сил трения.

Но есть и объективные минусы:

• Значительный нагрев рабочих элементов системы, который приводит к необходимости более сильного нажатия на педаль.
• Возможность прикипания летом и примерзание колодок в зимних условиях эксплуатации.
• Значительный износ при интенсивной эксплуатации тормозов, вызывающий необходимость замены колодок, накладок, барабана.

Но эти недостатки не заставляют производителей отказаться от такого технического решения и сегодня. Это связано с невысокой себестоимостью конструкции.

Дисковая тормозная система

Это техническое решение более современно. Дисковые тормоза отличаются более простой конструкцией, меньше греются в процессе работы, монтируются и на задние, и на передние оси. В таких системах реализована следующая конструкция:

• Диск, который при помощи болтов закреплен на ступице. Перегрев предотвращен за счет ряда вентиляционных отверстий, через которые отводится тепло, возникающее при трении. Предусмотрена и самостоятельная очистка от грязи и удаление воды, благодаря работе колодок.
• Чугунный тормозной суппорт, который состоит из 2 частей. Первая из них установлена жестко, вторая имеет возможность свободного движения.
• Тормозные колодки с установленными накладками фрикционного типа. При необходимости (по мере износа) накладки можно без проблем заменить.
• Тормозные цилиндры с поршневой системой, которая приводится в действие за счет увеличения давления воздуха или тормозной жидкости.

Один из основных плюсов такого конструктивного решения заключается в том, что подобная тормозная система не создает постоянной дополнительной нагрузки на колесо. За счет этого удается добиться повешенной маневренности транспортного средства.

​

Принцип действия дисковой системы заключается в следующем:

• При нажатии на педаль создается избыточное давление, начинающее перемещать поршень тормозного цилиндра.
• В результате происходит раздвигание колодок, которые прижимаются к диску.
• Соприкосновение подвижной части суппорта и колодок вызывает увеличение сил трения, что приводит к замедлению движения и остановке автомобиля.
• После прекращения нажима на педаль все конструктивные элементы возвращаются в начальное положение.

Среди плюсов такого технического решения необходимо отметить:

• Равномерный износ колодок, который позволяет продлить срок службы.
• Компактные размеры, простой ремонт, обслуживание.
• Отсутствие риска повышения температуры до критических пределов.
• Возможность несложной герметизации всех основных компонентов, что особенно важно для пневматических систем.

​

Среди минусов необходимо отметить более высокую стоимость по сравнению с системой барабанного типа. И по эффективности торможения дисковый механизм несколько уступает. Но совершенствование тормозного оборудования этого класса позволяет предположить, что система будет применяться на большинстве автомобилей уже в ближайшем будущем.

Дисковые тормоза для грузовиков

В предшествующих номерах мы уже познакомили вас с конструкциями подвесок и главных передач грузовых автомобилей и автобусов. Теперь представляем обзор конструкций еще одного механизма, присущего как задним, так и передним мостам, ставшего символом технического прогресса – дисковых тормозных механизмов

Постепенно дисковые механизмы в качестве колесных тормозов получают все большее распространение на грузовых автомобилях самого разного назначения. Как известно, вначале они выполняли функцию лишь трансмиссионного тормоза.

Дисковые тормоза перед барабанными имеют целый ряд преимуществ:

1. пониженную чувствительность к изменению коэффициента трения;
2. возможность уменьшения удельного давления в трущихся парах за счет значительного увеличения поверхности трения;
3. более равномерный износ фрикционных накладок;
4. одинаковую эффективность тормоза при движении автомобиля вперед и назад;
5. пониженную температуру обода колеса и прилегающей к нему бортовой части шины;
6. простоту обеспечения одинакового тормозного момента правых и левых колес;
7. меньшую чувствительность тормоза к изменениям температуры накладок;
8. большую жесткость конструкции, достаточную компактность колесного тормоза, простоту обслуживания и регулировок;
9. возможность установки небольших зазоров, что позволяет увеличить передаточное число в приводе и сократить время срабатывания тормозов;
10. легкость герметизации колесного тормоза (для грузовых автомобилей повышенной проходимости).

Последнее обстоятельство объясняет тот факт, что для армейских автомобилей было создано немало удачных конструкций колесных дисковых тормозов задолго до того, как ими обзавелись магистральные и городские коммерческие грузовики. Именно тяжелые условия эксплуатации таких машин и повышенные требования к их тормозным системам стали причиной разработки дисковых тормозов, первые варианты которых родились в конце 1950-х годов. При их разработке в те годы внимательно изучался опыт применения дисковых тормозов в авиации. Много времени отняло создание специальной тормозной жидкости, выдерживающей продолжительный нагрев до высокой температуры, а также поиск фрикционных пар, обеспечивающих высокий ресурс узла.

В одной из первых конструкций дискового тормоза для грузовика большой грузоподъемности заложено серводействие (самоусиление при работе) и применен пневматический привод. Серводействие обеспечивают стальные шарики, двигающиеся по наклонным поверхностям углублений (лунок) при смещении одного диска относительно другого.

В середине 1960-х компания Chrysler предложила свою конструкцию дискового колесного тормоза для автомобиля повышенной проходимости. Он был герметичным и тоже имел самоусиление при работе. Тормозной механизм находился внутри корпуса, одной из половин которого являлась ступица колеса. Диски с фрикционными накладками располагались между трущимися поверхностями корпуса и крышки корпуса. Тормоз включался при помощи двух рабочих цилиндров. При торможении поршни расходились, и диски поворачивались на некоторый угол в противоположные стороны. При этом шарики, перекатываясь по наклонным поверхностям, раздвигали диски и прижимали их к стенкам тормозного барабана. Такой механизм называют дисковым тормозом с вращающимся корпусом. Различают также дисковые тормоза с полным или частичным охватом, т.е. трение может происходить по всей или по части поверхности диска.

В тепловом отношении лучшей стала конструкция, представляющая собой дальнейшее развитие идеи дискового тормоза с вращающимся корпусом. Этот тормоз не обладал серводействием, но имел полный охват и посеребренный корпус. Благодаря этому поверхность теплоотдачи стала значительно больше, чем у дисковых тормозов с частичным охватом, в которых вращающийся диск обязательно должен был быть гладким. Поскольку конечная температура зависела от величины поверхности трения, при равной мощности, затрачиваемой на торможение, конечная температура была тем меньше, чем была больше поверхность трения.

В середине 1960-х годов около 50% всех тяжелых тягачей, выпускавшихся в США, были снабжены дисковыми тормозами с вращающимися дисками, серводействием и с полным охватом. У дисковых тормозов такого типа поверхность трения была на 40 – 50% больше, чем у колодочных, имевших такой же занимаемый объем и близкую массу. Вследствие этого у дисковых тормозов износ и температура поверхности трения были значительно меньше, чем у колодочных.

Сравнительные испытания дисковых и колодочных тормозов были проведены на грузовике полной массой 14,0 т при торможении со скорости 30 км/ч в течение 12 мин. Они показали, что барабанный тормоз массой 80 кг способен развивать мощность 18,5 л.с., дисковый тормоз с частичным охватом и массой 110 кг развивает 23,8 л.с., а дисковый тормоз с полным охватом и массой 85 кг – 27,5 л.с.

Уменьшение тормозного момента у барабанного тормоза в начальный период объясняется более сильным нагревом барабана по сравнению с колодками. В конце торможения температура колодок повышается, и тормозной момент несколько возрастает. В дисковом тормозе с полным охватом без самоусиления тормозной момент в процессе торможения практически не меняется. Следовательно, в этом случае среднее значение момента будет значительно выше, чем у колодочного тормоза, а время торможения на 20 – 30% меньше.

В Европе дисковые тормоза на грузовиках появились позже, чем в США, примерно через 20 лет после их дебюта на легковых автомобилях. «Первопроходцем» в этом стала французская компания Renault V.I. в 1980-х годах. Сначала дисковые тормоза появились на грузовиках полной массой 6 т, затем полной массой 10 т, а впоследствии – на автобусах и седельных тягачах для автопоездов полной массой 40 т. За Renault V.I. их начали устанавливать IVECO, MAN, Volvo, ERF, Scania, Mercedes-Benz.

Поначалу дисковые тормоза предлагали в качестве опции, в настоящее время на множестве моделей грузовиков с различной допустимой полной массой они стали стандартным оборудованием. Задержка применения дисковых тормозов в Европе объяснялась двумя причинами: их более высокой ценой и действующими нормами ЕЭК ООН, которые можно было выполнить, имея барабанные тормоза. Ситуация изменилась к концу 1980-х, когда допустимая нагрузка на передний мост выросла с 6 – 6,5 до 7 – 7,5 т, а на задний – до 13 – 14 т. При постоянном росте мощности двигателей автомобилей резко возросли динамические нагрузки на передний мост при торможении.

Распространение шин с малым сопротивлением качению и улучшение аэродинамических свойств магистральных автопоездов также ужесточили требования к эффективности тормозов. Снижение центра тяжести транспортных средств и стремление к уменьшению погрузочной высоты привели к замене ставших привычными 22,5-дюймовых шин покрышками с посадочным диаметром 19,5 дюйма. Сокращение (в среднем на 25%) объема внутри колеса, где размещался тормозной механизм, практически свело на нет применение барабанных тормозов на машинах, оснащенных 19,5-дюймовыми колесами.

Перед конструкторами тормозных систем встала сложная задача создания надежного привода дисковых тормозов. Гидравлический привод ввиду возможного «залипания» из-за перегрева скоб грозил лишить грузовик тормозов в сложной дорожной ситуации. В итоге он не применяется на машинах с полной массой свыше 12 т, а также на туристических и междугородных автобусах. Получил распространение механический привод с пневмокамерой, освоенный в производстве компаниями Bendix, Rockwell, Perrot и Lucas Girling. К примеру, Bendix применил в приводе клиновый розжим, отличающийся высоким КПД (94%) и легкостью подбора развиваемого усилия регулировкой угла конуса.

У нас в стране дисковые тормоза для вездеходов были разработаны на ЗИЛе еще в 1972 г. Рабочие тормозные механизмы на трехосном автомобиле с бортовым приводом размещались на внутреннем конце приводного вала, передававшего крутящий момент от раздаточной коробки к колесному редуктору. Эффективность торможения обеспечивалась применением жесткой подвижной скобы, вентилируемого диска, автоматической регулировки зазора между колодками и диском. Рабочий и стояночный тормоза были совмещены в едином агрегате.

Заканчивая статью, стоит отметить, что дисковые тормоза, разработанные по заданию автомобилестроительных компаний специальными фирмами, уже прошли стадию «детских пеленок» – они полностью отработаны и, несмотря на их более высокую стоимость, востребованы транспортниками, заказывающими их во все возрастающих количествах при покупке новых грузовиков.

Источник https://www.gl-pno.ru/articles/barabannye-ili-diskovye-tormoza-na-polupricepe-muki-vybora/

Источник https://gruzovik.biz/articles/barabannye-i-diskovye-tormoza-dlya-gruzovykh-avtomobiley-konstrukciya-i-princip-raboty

Источник https://os1.ru/article/7109-diskovye-tormoza-dlya-gruzovikov