Тормоз – это механическое устройство , которое тормозит движение , поглощая энергию движущейся системы. [1] Он используется для замедления или остановки движущегося транспортного средства, колеса, оси или для предотвращения его движения, чаще всего осуществляемого посредством трения. [2]
В большинстве тормозов обычно используется трение между двумя прижатыми друг к другу поверхностями для преобразования кинетической энергии движущегося объекта в тепло , хотя могут использоваться и другие методы преобразования энергии. Например, рекуперативное торможение преобразует большую часть энергии в электрическую , которую можно сохранить для последующего использования. Другие методы преобразуют кинетическую энергию в потенциальную энергию в таких хранимых формах, как сжатый воздух или масло под давлением. Вихретоковые тормоза используют магнитные поля для преобразования кинетической энергии в электрический ток в тормозном диске, ребре или рельсе, который преобразуется в тепло. Другие методы торможения даже преобразуют кинетическую энергию в различные формы, например, путем передачи энергии вращающемуся маховику.
Тормоза обычно применяются к вращающимся осям или колесам, но могут также принимать другие формы, например поверхность движущейся жидкости (заслонки, развернутые в воде или воздухе). В некоторых транспортных средствах используется комбинация тормозных механизмов, например, в дрэг-рейсинговых автомобилях с колесными тормозами и парашютом, или в самолетах с колесными тормозами и тормозными закрылками, поднимаемыми в воздух во время приземления.
Поскольку кинетическая энергия увеличивается квадратично со скоростью ( ), объект, движущийся со скоростью 10 м/с, имеет в 100 раз больше энергии, чем объект той же массы, движущийся со скоростью 1 м/с, и, следовательно, теоретический тормозной путь при торможении на пределе тяги , до 100 раз длиннее. На практике быстрые транспортные средства обычно имеют значительное сопротивление воздуха, и энергия, теряемая на сопротивление воздуха, быстро возрастает с увеличением скорости.
Почти все колесные транспортные средства имеют тот или иной тормоз. Даже багажные тележки и тележки для покупок могут иметь их для использования на движущейся рампе . Большинство самолетов оснащены колесными тормозами на шасси . Некоторые самолеты также оснащены воздушными тормозами , предназначенными для снижения скорости в полете. Яркие примеры включают планеры и некоторые самолеты времен Второй мировой войны , в первую очередь некоторые истребители и многие пикирующие бомбардировщики той эпохи. Это позволяет самолету сохранять безопасную скорость при крутом снижении. Пикирующий бомбардировщик Saab B 17 и истребитель Vought F4U Corsair использовали развернутую ходовую часть в качестве воздушного тормоза.
Фрикционные тормоза на автомобилях сохраняют тепло торможения в барабанном или дисковом тормозе во время торможения, а затем постепенно отводят его в воздух . При движении вниз по склону некоторые автомобили могут тормозить двигателем .
Когда педаль тормоза современного автомобиля с гидравлическими тормозами прижимается к главному цилиндру , в конечном итоге поршень прижимает тормозную колодку к тормозному диску , что замедляет колесо. На тормозном барабане это похоже на то, что цилиндр прижимает тормозные колодки к барабану, что также замедляет колесо.
Тормоза можно в общих чертах описать как использующие трение, накачку или электромагнетизм. Один тормоз может использовать несколько принципов: например, насос может пропускать жидкость через отверстие для создания трения:
Фрикционные тормоза являются наиболее распространенными и их можно разделить на « колодочные » или « колодочные » тормоза, в которых используется явная поверхность износа, и гидродинамические тормоза, такие как парашюты, которые используют трение в рабочей жидкости и не изнашиваются явным образом. Обычно термин «фрикционный тормоз» используется для обозначения колодочных тормозов и исключает гидродинамические тормоза, хотя в гидродинамических тормозах используется трение. Фрикционные (колодочные) тормоза часто представляют собой вращающиеся устройства с неподвижной колодкой и вращающейся изнашиваемой поверхностью. Общие конфигурации включают в себя башмаки, которые сжимаются и трутся о внешнюю поверхность вращающегося барабана, например ленточный тормоз ; вращающийся барабан с башмаками, которые расширяются и трутся о внутреннюю часть барабана, обычно называемый « барабанным тормозом », хотя возможны и другие конфигурации барабана; и колодки, которые зажимают вращающийся диск, обычно называемые « дисковыми тормозами ». Другие конфигурации тормозов используются, но реже. Например, тормоза тележки PCC включают плоскую колодку, которая крепится к рельсу с помощью электромагнита; Тормоз Murphy зажимает вращающийся барабан, а дисковый тормоз Ausco Lambert использует полый диск (два параллельных диска со структурным мостом) с колодками, которые располагаются между поверхностями диска и расширяются вбок.
Барабанный тормоз — это тормоз транспортного средства, в котором трение вызывается набором тормозных колодок , которые прижимаются к внутренней поверхности вращающегося барабана. Барабан соединен с вращающейся ступицей опорного колеса.
Барабанные тормоза обычно можно встретить на старых моделях легковых и грузовых автомобилей. Однако из-за низкой себестоимости производства барабанные тормоза также устанавливаются в задней части некоторых недорогих новых автомобилей. По сравнению с современными дисковыми тормозами барабанные тормоза изнашиваются быстрее из-за склонности к перегреву.
Дисковый тормоз – это устройство для замедления или остановки вращения опорного колеса. Тормозной диск (или ротор на английском языке), обычно изготовленный из чугуна или керамики , соединен с колесом или осью. Чтобы остановить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок (установленный в устройстве, называемом тормозным суппортом ) механически , гидравлически , пневматически или электромагнитно прижимается к обеим сторонам диска. Трение приводит к замедлению или остановке диска и прикрепленного колеса.
Насосные тормоза часто используются там, где насос уже является частью оборудования. Например, у поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть прекращена подача топлива, и тогда внутренние насосные потери двигателя создают некоторое торможение. В некоторых двигателях используется блокировка клапана, называемая тормозом Джейка, чтобы значительно увеличить насосные потери. Насосные тормоза могут сбрасывать энергию в виде тепла или могут быть рекуперативными тормозами , которые перезаряжают резервуар под давлением, называемый гидравлическим аккумулятором .
Электромагнитные тормоза также часто используются там, где электродвигатель уже является частью оборудования. Например, многие гибридные бензиново-электрические транспортные средства используют электродвигатель в качестве генератора для зарядки электрических батарей, а также в качестве рекуперативного тормоза . Некоторые дизельные/электрические железнодорожные локомотивы используют электродвигатели для выработки электроэнергии, которая затем отправляется в блок резисторов и сбрасывается в виде тепла. Некоторые транспортные средства, например некоторые транзитные автобусы, еще не имеют электродвигателя, но используют вторичный тормоз-замедлитель, который фактически представляет собой генератор с внутренним коротким замыканием. Родственными типами таких тормозов являются вихретоковые тормоза и электромеханические тормоза (которые на самом деле представляют собой фрикционные тормоза с магнитным приводом, но в настоящее время их также часто называют просто «электромагнитными тормозами»).
Электромагнитные тормоза замедляют объект за счет электромагнитной индукции , которая создает сопротивление и, в свою очередь, выделяет тепло или электричество. Фрикционные тормоза оказывают давление на два отдельных объекта, чтобы контролируемо замедлить транспортное средство.
Тормоза часто описываются по нескольким характеристикам, включая:
Фундаментальные компоненты — это компоненты тормозного узла на колесах транспортного средства, названные в честь того, что они составляют основу остальной тормозной системы. Эти механические детали, расположенные вокруг колес, управляются пневматической тормозной системой.
Существуют три типа фундаментных тормозных систем: S-образные кулачковые тормоза, дисковые тормоза и клиновые тормоза. [3]
В большинстве современных легковых автомобилей и легких фургонов используется тормозная система с вакуумным усилителем , которая значительно увеличивает усилие, прилагаемое к тормозам автомобиля его оператором. [4] Эта дополнительная сила создается за счет вакуума в коллекторе , создаваемого потоком воздуха, который блокируется дроссельной заслонкой работающего двигателя. Эта сила значительно уменьшается, когда двигатель работает с полностью открытой дроссельной заслонкой, поскольку разница между давлением окружающего воздуха и давлением воздуха в коллекторе (абсолютным) уменьшается, и, следовательно, доступный вакуум уменьшается. Однако тормоза редко включаются на полном газу; водитель снимает правую ногу с педали газа и переносит ее на педаль тормоза – если не используется торможение левой ногой .
Из-за низкого вакуума при высоких оборотах сообщения о непреднамеренном ускорении часто сопровождаются жалобами на отказ или ослабление тормозов, поскольку высокооборотный двигатель с открытой дроссельной заслонкой не может обеспечить достаточный вакуум для питания усилителя тормозов. Эта проблема усугубляется в транспортных средствах, оснащенных автоматической коробкой передач, поскольку автомобиль автоматически переключается на пониженную передачу при торможении, тем самым увеличивая крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, контактирующие с поверхностью дороги.
Более тяжелые автомобили, а также поезда обычно усиливают тормозную мощность с помощью сжатого воздуха , подаваемого одним или несколькими компрессорами.
Хотя в идеале тормоз преобразует всю кинетическую энергию в тепловую, на практике значительная ее часть может быть преобразована в акустическую энергию , что способствует шумовому загрязнению .
Уровень шума дорожных транспортных средств существенно зависит от конструкции шин , дорожного покрытия и величины замедления. [5] Шум может быть вызван разными причинами. Это признаки того, что со временем могут возникнуть проблемы с износом тормозов.
Неисправности железнодорожных тормозов могут привести к образованию искр и лесным пожарам . [6] В некоторых крайних случаях дисковые тормоза могут нагреться докрасна и загореться. Это произошло на Гран-при Тосканы, когда у автомобиля Mercedes W11 передние карбоновые дисковые тормоза чуть не загорелись из-за плохой вентиляции и интенсивного использования. [7] Эти возгорания также могут возникнуть на некоторых фургонах Mercedes Sprinter , когда датчик регулировки нагрузки блокируется и задние тормоза должны компенсировать передние тормоза. [8]
При торможении всегда теряется значительное количество энергии, даже при рекуперативном торможении , которое не является абсолютно эффективным . Таким образом, хороший показатель эффективного использования энергии во время вождения — это следить за тем, насколько сильно человек тормозит. Если большая часть замедления происходит из-за неизбежного трения, а не из-за торможения, автомобиль выжимает большую часть мощности. Сведение к минимуму использования тормозов является одним из способов максимизации экономии топлива .
Хотя энергия всегда теряется во время торможения, второстепенным фактором, влияющим на эффективность, является «сопротивление при выключении тормоза» или сопротивление, возникающее, когда тормоз не нажимается намеренно. После торможения гидравлическое давление в системе падает, что позволяет поршням тормозного суппорта втянуться. Однако это втягивание должно учитывать всю податливость системы (под давлением), а также термическую деформацию таких компонентов, как тормозной диск или тормозная система будет тянуться до тех пор, пока контакт с диском, например, не выбьет колодки и поршни из тормозной колодки. трущаяся поверхность. В это время может наблюдаться значительное сопротивление тормозов. Такое тормозное сопротивление может привести к значительной паразитной потере мощности, что влияет на экономию топлива и общую производительность автомобиля.
В 1890-х годах деревянные блочные тормоза устарели, когда братья Мишлен представили резиновые шины. [9]
В 1960-е годы некоторые производители автомобилей заменили барабанные тормоза дисковыми. [10]
В 1966 году АБС была установлена на Гранд Турере Jensen FF . [11]
В 1978 году компании Bosch и Mercedes обновили свою антиблокировочную тормозную систему 1936 года для Mercedes S-Class . Эта АБС представляет собой полностью электронную, полноприводную и многоканальную систему, которая позже стала стандартной. [12]
В 2005 году система ESC, которая автоматически задействует тормоза во избежание потери рулевого управления, стала обязательной для перевозчиков опасных грузов без регистраторов данных в канадской провинции Квебек. [13]
С 2017 года во многих странах Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) используется система экстренного торможения (BAS) — функция тормозной системы, которая определяет событие экстренного торможения на основе характеристики потребности водителя в торможении и в таких условиях помогает водителю улучшить ситуацию. торможение. [14]
В июле 2013 года [15] были приняты правила ЕЭК ООН № 131 для транспортных средств. Этот регламент определяет усовершенствованные системы экстренного торможения (AEBS) для тяжелых транспортных средств, которые автоматически обнаруживают потенциальное лобовое столкновение и активируют тормозную систему транспортного средства.
23 января 2020 года [16] были приняты правила ЕЭК ООН № 152, определяющие усовершенствованные системы экстренного торможения для легковых автомобилей.
С мая 2022 года в Евросоюзе по закону новые автомобили будут оснащаться усовершенствованной системой экстренного торможения. [17]
