Дисковые тормоза для грузовиков

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.