Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 23

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ

23.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ

Тормозная система предназначена для снижения скорости дви-

жения автомобиля вплоть до полной остановки и обеспечения его

неподвижности во время стоянки. В процессе торможения кине-

тическая энергия автомобиля переходит в работу трения между

фрикционными накладками и тормозным барабаном или диском,

а также между шинами и дорогой.

Современные автомобили и автопоезда должны иметь рабо-

чую, запасную и стояночную тормозные системы. Грузовые авто-

мобили и автопоезда полной массой свыше

т, а автобусы мас-

сой свыше 5 т, предназначенные для эксплуатации в горных райо-

нах, дополнительно должны иметь вспомогательную тормозную

систему.

К тормозным системам предъявляют следующие требования:

обеспечение эффективного торможения; сохранение устойчивос-

ти автомобиля при торможении; стабильные тормозные свойства;

высокая эксплуатационная надежность; удобство и легкость уп-

равления, определяемые усилием, прикладываемым к педали или

рычагу, и их ходом (табл. 23.1).

23.1.

Максимальные значения усилий на тормозной педали или рычаге и их ход

Управление

Ножное

Ручное

Тормозная система

Рабочая, запасная,

стояночная

Тип автомо-

биля

Легковой

Грузовой

Легковой

Грузовой

Максимальное

усилие на педали

или рычаге, H

500

700

400

600

Максимальный

ход педали или

рычага, мм

150

180

160

220

Запасная,

стояночная

Рабочая тормозная система предназначена для управления ско-

ростью автотранспортного средства (АТС) и его остановки с необ-

ходимой интенсивностью. У современных автомобилей она явля-

ется основной системой и воздействует на ее рабочие органы

—

колесные тормоза.

Запасная тормозная система предназначена для уменьшения

скорости и остановки АТС при отказе рабочей тормозной систе-

мы.

Стояночная тормозная система служит для удержания АТС в не-

подвижном состоянии. Она воздействует на колесные тормоза ра-

бочей тормозной системы или специальный дополнительный тор-

моз, связанный с трансмиссией автомобиля.

370

Вспомогательная тормозная система предназначена для умень-

шения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тор-

мозной системы, например при движении на длинных спусках.

Она состоит из моторного или трансмиссионного тормоза-замед-

лителя.

Тормозная система состоит из тормозных механизмов и тор-

мозного привода.

23.2. ТОРМОЗНАЯ ДИНАМИКА

Различают аварийное (экстренное) и служебное торможение.

Аварийное торможение производят с максимальной для данных

условий интенсивностью. Обычно число аварийных торможений

составляет

5... 10

% общего числа торможений.

Служебное торможение применяют для плавного уменьшения

скорости автомобиля или его остановки в заданном месте. Оно про-

исходит с небольшой интенсивностью (замедление

1... 1,5

м/с

Служебное торможение может осуществляться двигателем. При

этом водитель уменьшает или прекращает подачу топлива в ци-

линдры двигателя. За счет трения в двигателе и агрегатах транс-

миссии создается тормозная

сила. Такой способ торможе-

ния применяют при необходи-

мости получения плавного

снижения скорости. Наиболее

часто используемый способ

служебного торможения

—

торможение двигателем и тор-

мозами. На дорогах с малым

коэффициентом сцепления

при таком способе торможения

уменьшается возможность воз-

никновения заноса.

Торможение при отсоеди-

ненном двигателе применяют в

тех случаях, когда торможение

двигателем не обеспечивает

нужного замедления, а также

при необходимости остановки

автомобиля.

На рисунке 23.1 изображена

тормозная диаграмма, на кото-

рой показано время реакции

водителя /

, срабатывания тор-

мозного привода /

, движения с

заданным замедлением t

и вре-

мя оттормаживания /

1 1

i \

Л Г"

м ** ж

Рис. 23.1. Диаграмма торможения

автомобиля:

о —изменение замедления во времени; б—

изменение скорости во времени; у— время

реакции водителя; /„ — время срабатывания

тормозного привода; f

— время движения ав-

томобиля с заданным замедлением;

—

вре-

мя оттормаживания; f

—время психичес-

кой реакции водителя; — время физичес-

кой реакции водителя; /

—

время запаздыва-

ния тормозного привода;

—

время нараста-

ния замедления

371

Время реакции водителя (0,2...

1,5

с) состоит из времени психичес-

кой реакции /р (оценка обстановки и принятие решения) и време-

ни физической реакции t£ (перенос ноги с педали подачи топлива

на тормозную педаль и начало перемещения педали тормоза).

Время срабатывания тормозного привода (не более 0,6 с) зависит

от времени запаздывания тормозного привода /

и времени нарас-

тания замедления t

Время оттормаживания при гидравлическом приводе составляет

0,2 с, при пневматическом

—

0,5...

1,5

с.

Весь путь, проходимый автомобилем от момента, когда води-

тель заметил препятствие, до полной остановки, называют оста-

новочным S

Остановочный путь равен сумме пути проходимого автомо-

билем в течение времени реакции водителя и времени запаздыва-

ния срабатывания тормозного привода, и пути торможения S

Путь торможения

—

это расстояние, проходимое автомобилем

за время действия на него тормозных сил.

Внешние силы, действующие на автомобиль при торможении, по-

казаны на рисунке 23.2. Основные силы F

и F

, обеспечивающие

замедление автомобиля, действуют в плоскости контакта колес с

дорогой и направлены противоположно направлению движения

автомобиля. При достаточном сцеплении силы F

и F

определя-

ются тормозными моментами, развиваемыми тормозными меха-

низмами мостов. Эти силы можно рассчитать по формуле

где Л/

Т|

- — момент тормозных сил; г

— радиус колеса.

Максимальные значения тормозных сил ограничены по сцеп-

лению, т. е.

где R

— нормальная составляющая реакции дороги, действующая на /-й мост.

So —

+ s

*т/=

| и

2 —

тормозные силы; F

\ и /у

—силы

сопротивления качению; /}

—

сила сопротивле-

ния подъему; F

— аэродинамическое сопротив-

ление; R

и R

—

нормальные составляющие

реакции дороги; L —база; а, 6 —координаты

центра тяжести; (7

—масса автомобиля; а —

Рис. 23.2. Силы, действующие на автомо-

биль при торможении:

угол подъема

372

Кроме тормозных сил на автомобиль действуют силы сопро-

тивления качению колес F/\ и Ту

> сила сопротивления подъему F

и аэродинамическое сопротивление F

Сумма проекций всех сил на плоскость, параллельную опорной

поверхности, равна инерционной силе автомобиля:

/я

= F

+ F

+ Ffi + F

+ //+

где 5

= 1,03...1,05 — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при тор-

можении; m

—масса автомобиля; а

— ускорение торможения.

К вращающимся массам в процессе торможения относят толь-

ко массы колес. Это связано с тем, что при торможении с отсоеди-

ненным двигателем маховик не связан с колесами, а моменты

инерции других деталей трансмиссии малы.

Нецелесообразно доводить колеса автомобиля при торможении

до блокировки, что приводит к полному скольжению (юзу) колес,

так как при этом колесо не может воспринимать боковые силы.

Блокировка задних колес более опасна, чем передних. Когда

первыми блокируются колеса заднего моста, автомобиль теряет

устойчивость. Даже незначительная боковая сила, вызванная, на-

пример, ветром, неровностями дороги, центробежной силой или

поворачивающим моментом, обусловленным различием тормоз-

ных сил на правом и левом колесах, вызывает боковое скольжение

колес заднего моста. Это приводит к тому, что продольная ось ав-

томобиля повернется на некоторый угол р. Поскольку при тормо-

жении инерционная сила ориентирована по направлению движе-

ния, то при отклонении оси автомобиля от прямолинейного на-

правления она создает момент, стремящийся увеличить занос ав-

томобиля.

При блокировке передних колес водитель не может управлять

автомобилем: автомобиль продолжает прямолинейное движение,

но устойчивость его при этом не теряется.

При поперечном отклонении переднего моста инерционная

сила создает момент, стремящийся возвратить автомобиль в поло-

жение, соответствующее прямолинейному движению.

Для обеспечения одинакового скольжения колес всех мостов

удельные тормозные силы на всех мостах должны быть одинаковые.

Эти силы определяют по формуле

Yt / FJ Ry,

где /^-

—

тормозная сила, H; R

—

нормальная составляющая реакции дороги, дей-

ствующая на /-Й мост, H.

Из формулы следует, что для обеспечения наиболее эффектив-

ного торможения необходимо, чтобы тормозные силы (тормозные

моменты) распределялись между мостами автомобиля пропорцио-

373

нально нормальным реакциям

дороги:

FJF

= R

Характер распределения тор-

мозных сил между мостами ав-

томобиля оценивают по коэф-

фициенту распределения тормоз-

ных сил:

Рх

= /41/^2.

На рисунке 23.3 показана

расчетная зависимость опти-

мального коэффициента рас-

пределения тормозных сил от

коэффициента сцепления

шины. Из графика следует, что

у автомобилей, имеющих постоянное соотношение тормозных

сил полное использование сцепного веса автомобиля при тормо-

жении возможно только при определенном расчетном коэффици-

енте сцепления.

Тормозные свойства автомобилей в значительной степени оп-

ределяют безопасность движения на дорогах. Поэтому большое

внимание уделяется эффективности и надежности тормозных сис-

тем.

Эффективность рабочей и запасной тормозных систем оцени-

вают по длине тормозного пути и установившемуся замедлению, а

стояночной и вспомогательной

—

по суммарной тормозной силе,

развиваемой этими системами.

В соответствии с действующими стандартами различают три

типа испытаний по определению эффективности рабочей тормоз-

ной системы: О, I и II. Испытания типа 0 предназначены для оцен-

ки эффективности рабочей тормозной системы при холодных тор-

мозных механизмах, испытания типа I

—

при нагретых тормозах

за счет предварительных торможений тормозными механизмами,

испытания типа II

—

при механизмах, нагретых в процессе тормо-

жения на затяжных спусках.

23.3. ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

К тормозным механизмам предъявляют следующие требова-

ния: эффективность действия; стабильность эффективности тор-

можения при изменении скорости, числа торможений, температу-

ры трущихся поверхностей; высокий механический КПД; плав-

374

Рис. 23.3. Зависимость оптимального

коэффициента

распределения

тормозных

сил

от коэффициента сцепления:

—

грузового автомобиля с полной нагруз-

кой; 2

—

то же, без груза; 3

—

легкового авто-

мобиля

ность действия; автоматическое восстановление номинального за-

зора между трущимися поверхностями; высокая долговечность.

По форме вращающихся элементов различают барабанные и

дисковые тормозные механизмы.

Барабанный тормозной механизм (рис. 23.4) состоит из барабана

12, колодок 3, опорного диска 1 (суппорта), опоры 2 колодок, раз-

жимного устройства и регулятора зазоров.

Тормозные барабаны могут быть литые, штампованные и ком-

бинированные. При литье используют чугун с примесью меди,

молибдена, никеля и титана. Барабаны, штампованные из листо-

вой стали, имеют внутренний слой из легированного чугуна.

Колодки тормозного механизма выполняют литыми из чугуна

или легких сплавов, штампованными или сварными. К ним с по-

мощью заклепок или клея крепят накладки. Колодки стяжными

пружинами постоянно прижаты к разжимному устройству.

Тормозные накладки могут быть прессованные, формованные

или плетеные. В качестве материала для накладок используют ко-

ротковолокнистый асбест, наполнители и связующие материалы.

В барабанных тормозных механизмах применяют разжимные

устройства трех типов: ^-образный кулак, гидроцилиндр и клин

Рис. 23.4. Барабанный тормозной механизм:

7—суппорт; 2—опора колодки; 3

—

колодка; 4

—

фрикционная накладка; 5—оттяжная пру-

жина; 6— опора ролика; 7— ролик; 8— тормозная камера; 9

—

кронштейн тормозной камеры;

10— регулировочный рычаг; 77

—

разжимной кулак; 12

—

тормозной барабан

375

Рис. 23.5. Типы разжимных устройств

барабанных тормозных механизмов:

—

кулак; б— клин; в

—

гидроцилиндр; F\ и

—

силы, действующие на тормозные ко-

лодки

(рис. 23.5). Гидроцилиндры бы-

вают одно- и двухпоршневые.

Тормозные механизмы с раз-

жимным клином по сравнению

с механизмами, имеющими раз-

жимной кулак, более эффектив-

ны и для них требуются мень-

шие приводные усилия, вслед-

ствие чего можно применять

ресиверы меньшей емкости.

Однако они более трудоемки в

изготовлении.

Барабанные тормозные меха-

низмы классифицируют по типу

и числу разжимных устройств, а

также по числу степеней свобо-

ды колодок (рис. 23.6).

Колодки с одной степенью

свободы (схемы I...III, XII...XV)

крепятся к суппорту в одной

или двух точках с помощью

опорных пальцев. Колодки с

двумя степенями свободы (са-

моустанавливающиеся) имеют

следующие виды опор: 1) за-

кругленный конец колодки

Степень

свободы

колодок

Число

разжимных

устройств

Тип

разжимного устройство

Степень

свободы

колодок

Число

разжимных

устройств

гидравлический

кулачковый

кли-

новой

Одна

ОО <&0<В

Одна

Две

0©

376

Рис. 23.6. Схемы барабанных тормозов

опирается на плоскую опору суппорта и скользит по ней (схемы

IV, VII, IX, X и XVI), нижний конец колодки с помощью рычага

крепится к суппорту (схема V)

—

при этом один конец рычага

шарнирно соединяется с колодкой, а другой конец

—

с суппортом;

2) нижний конец колодки посредством штока соединяется с дру-

гой колодкой (схемы VI...IX). Опорой для колодки служит само

разжимное устройство, в этом случае колодка опирается либо на

корпус гидроцилиндра (схемы VII, IX), либо на клин разжимного

устройства (схема XVII).

У тормозных механизмов, выполненных по схемам VI и VIII,

одна колодка имеет две степени свободы, а другая

—

одну.

На рисунке 23.7 показана схема сил, действующих на колодки

барабанного тормозного механизма. Силы F\ и F

, создаваемые

разжимным устройством, прижимают накладки к вращающемуся

барабану. Со стороны барабана на тормозные накладки действуют

нормальные силы N\ и N

. При этом возникает суммарный тор-

мозной момент, создаваемый силами трения F

и F

, а в опорах

колодок

—

реакции R

и R

. Силы трения направлены в сторону

вращения барабана, прижимают колодку 1 к барабану и противо-

действуют прижатию колодки 2. Поэтому колодку 7, сильнее при-

жимаемую к барабану под действием сил трения, называют актив-

ной (самоприжимной), а колодку 2— пассивной (самоотжимной).

Барабанный тормозной механизм с разжимным кулаком показан

на рисунке 23.4. Обе колодки 3 опираются на оси 2. Стяжные пру-

жины 5 прижимают колодки к разжимному кулаку 11 и нижним

опорам. На валу разжимного кулака в рычаге 10 установлен регу-

лятор зазоров между накладкой 4 и барабаном 12.

При торможении шток тормозной камеры поворачивает вал

разжимного кулака, что вызывает прижатие колодок к тормозному

барабану. Наличие роликов /способствует повышению КПД раз-

жимного устройства.

Профиль разжимного кулака

выполняют по спирали Архимеда

или эвольвентным. Благодаря

этому суммарная сила, действую-

щая со стороны кулака на колод-

ки, не зависит от угла установки

кулака в процессе изнашивания

накладки.

Тормозной механизм с разжим-

ным гидроцилиндром, у которого

два поршня, изображен на рисун-

ке 23.8. При одинаковом диамет-

ре поршней обеспечивается ра-

венство сил, действующих на обе

колодки. Колодки 1 установлены

шарнирно на опорных пальцах

Рис. 23.7. Схема сил, действующих

на колодки барабанного тормоза:

7 —

активная колодка; 2

—

пассивная

колодка

377

10 9

В-В

11 12 fС 13 14 15

Рис. 23.8. Тормозной механизм автомобиля ГАЗ-53-12:

7 —тормозная колодка; 2— колесный цилиндр; 3

—

экран колесного цилиндра; возврат-

ная пружина колодок; 5—направляющая скоба колодок; 6— тормозной щит; 7—смотровой

люк; регулировочный эксцентрик; 9— шайба; 10— болт регулировочного эксцентрика;

—

пластина опорных пальцев; 12

—

эксцентрики опорных пальцев; 13— опорный палец

тормозной колодки; /4

—

гайка; 15— пружинная шайба; 16— метки

13, прикрепленных к суппорту. Пальцы выполняют эксцентрич-

ными с целью возможности регулирования зазоров между наклад-

кой и барабаном в нижней части колодки. Зазоры в верхней части

колодок регулируют с помощью эксцентриков 8. На наружном

торце каждого опорного пальца сделана метка 16 (углубление

2 мм), показывающая положение наибольшего эксцентриситета

эксцентрика опорного пальца. При правильной установке коло-

док метки 16 должны быть обращены одна к другой, как показано

на рисунке.

Недостаток таких тормозных механизмов: разная интенсив-

ность изнашивания накладок на активной и пассивной колодках.

В процессе работы вследствие износа изменяется зазор между

накладкой и тормозным барабаном. Зазор может регулироваться

как вручную, так и автоматически.

Тормозной механизм с клиновым разжимным устройством и ав-

томатической регулировкой зазора показан на рисунке 23.9. Толка-

378

тели 10 имеют цилиндрические отверстия, в которые вставлены

регулировочные втулки 9 с наружной и внутренней резьбой. На-

рушая резьба имеет треугольную форму с большим наклоном

витков, благодаря чему втулка представляет собой храповое коле-

со. Такую же нарезку имеет торец штифта 77, установленного в

отверстие суппорта 8. Штифт проходит через прорезь в толкатель

10 и прижимается пружиной к наружной резьбе регулировочной

втулки. Таким образом, штифт является собачкой храпового уст-

ройства. Одновременно штифт позволяет толкателю перемещать-

ся только в осевом направлении.

Внутрь регулировочной втулки ввернут регулировочный винт

72, в паз которого входит ребро тормозной колодки 4. Винт не мо-

жет поворачиваться и только перемещается вдоль своей оси при

повороте регулировочной втулки.

При торможении толкатели 10 под действием клина разжим-

ного устройства перемещаются совместно с регулировочными

втулками и винтами, прижимая накладки к тормозному бараба-

ну. Если зазор между накладками и тормозным барабаном соот-

ветствует заданной величине, то зубья штифта 77 находятся в за-

цеплении с одними и теми же витками резьбы регулировочной

втулки. Последняя скользит

относительно неподвижного

штифта 77 и слегка поворачи-

вается.

Если зазор превосходит за-

данную величину, то переме-

щение толкателя и регулиро-

вочной втулки увеличивается.

Увеличивается также поворот

регулировочной втулки, что

приводит к зацеплению штиф-

та с соседними витками резь-

бы. Такое перемещение штиф-

та в новое положение возмож-

но благодаря храповому про-

филю зубьев.

При растормаживании, ког-

да толкатель, регулировочные

втулки и винт возвращаются в

исходное положение, регули-

ровочная втулка поворачивает-

ся относительно штифта, вы-

зывая осевое перемещение ре-

гулировочного винта, чем и

обеспечивается заданный зазор

между накладкой и тормозным

барабаном.

Рис. 23.9. Клиновое разжимное устрой-

ство автомобиля КАЗ-4540 с автомати-

ческой регулировкой зазора:

—

пробка; 2

—

пружина;

3 —

грязезащит-

ный колпак;

—тормозная колодка; 5—

клин; б—пружина; 7—ролик; суппорт;

9— регулировочная втулка;

10—

толкатель;

—

штифт-храповик;

12—

регулировочный

379