6.3. Тормозные системы тракторов и автомобилей

Тормозные системы машины служат для того, чтобы снижать с разной степенью интенсивности скорость движения до полной остановки или до необходимой величины, а также удерживать машину на стоянках и уклонах. В гусеничных и некоторых типах колесных тракторов тормозные системы обеспечивают торможение отстающих гусениц (колес) при поворотах.

Тормозные системы должны удовлетворять следующим основ­ным требованиям:

•  возможность стабильного торможения с заданной эффектив­ностью;

•  плавность торможения и курсовая устойчивость автомобиля при торможении;

•   хороший теплоотвод от тормозных механизмов;

•  возможность сохранения необходимого зазора между тормоз­ными накладками и барабаном (диском) при относительно ред­кой его регулировке;

•   отсутствие скрипа при торможении;

•  удобство управления, т.е. малое усилие на педали или на ру­коятке при ограниченном их ходе;

•  правильное распределение тормозного момента между отдель­ными тормозами;

•  отсутствие самозатягивания тормозов при вертикальных пе­ремещениях колес и повороте автомобиля;

•  соблюдение пропорциональности между усилием на педали и тормозной силой на колесах;

•  эксплуатационная надежность и быстрое срабатывание тор­мозной системы.

На современных автомобилях и тяжелых колесных тракторах устанавливаются рабочая, запасная и стояночная тормозные системы.

Вспомогательную тормозную систему дополнительно к указан­ным устанавливают на большегрузных автомобилях и автопоездах массой более 16 т, ее используют при торможении автомобиля на длинных пологих спусках.

Кроме того, автопоезда оборудуются тормозной системой, ко­торая необходима для снижения скорости прицепа и экстренного его торможения в случае обрыва сцепки.

Рабочая и запасная тормозные системы служат для снижения скорости движения и полной остановки автомобиля.

Запасная тормозная система, срабатывающая при отказе рабо­чей, является ее частью и использует общие с ней тормозные механизмы и системы приводов.

Тормозные системы состоят из тормозного механизма, служа­щего для замедления вращения колес или одного из валов транс­миссии, и тормозного привода, необходимого для приведения в действие тормозного механизма при помощи педали (рабочий колесный тормоз) или рукоятки (стояночный тормоз).

Тормозные механизмы в зависимости от места расположения на шасси машины различают колесные и трансмиссионные.

В колесных тормозных механизмах тормозной момент действу­ет непосредственно на ступицу колеса (через вращающуюся вме­сте с ней деталь), а в трансмиссионных тормозных механизмах на один из валов трансмиссии машины и к колесам тормозной мо­мент подводится уже через элементы трансмиссии, расположен­ные за тормозным механизмом.

Тормозные механизмы по форме трущихся не вращающихся деталей бывают колодочные, ленточные и дисковые, а по форме вращающихся деталей — барабанные и дисковые.

Детали, обеспечивающие выполнение торможения (колодки и ленты) на барабанных тормозных механизмах, могут быть распо­ложены снаружи и внутри барабана, соответственно барабанный тормозной механизм называют внутренним и наружным.

Дисковый тормозной механизм может быть с вращающимися дисками и невращающимися дисками, производящими торможе­ние. Дисковый тормозной механизм по числу дисков выполняется однодисковым, двухдисковым и многодисковым.

Если на вращающуюся деталь тормоза (например, на барабан) воздействует одна система деталей, производящих торможение (например, колодки или ленты), то тормоз называют одинарным. Когда на вращающуюся деталь тормоза воздействуют две системы деталей, производящих торможение, с самостоятельными приво­дами от рукоятки и от педали, то такой тормозной механизм на­зывают двойным.

Тормозной механизм является уравновешенным, когда при торможении не создается дополнительного усилия на ось или на подшипники ступицы колеса. В противном случае тормозной ме­ханизм является неуравновешенным. Чтобы колодочный бара­банный тормозной механизм был уравновешенным, силы, действующие на обе его колодки, должны приводиться к одинако­вым равнодействующим, а пары колодок дискового тормоза рас­полагаются симметрично по поверхности диска и по обе его сто­роны.

Для увеличения эффективности торможения в тормозном ме­ханизме с самоусилением используются силы трения, действую­щие между одной из колодок и барабаном, или силы заклинива­ния (например, роликов).

В настоящее время наиболее распространен колесный тормоз­ной механизм барабанного типа с внутренними колодками, реже с дисками; трансмиссионный тормозной механизм обычно вы­полняют барабанного типа с наружными колодками или лентой или дискового типа с колодками. Колесные тормозные механиз­мы с наружными колодками и лентами не применяют, так как в этом случае поверхность трения тормоза трудно защитить от по­падания грязи и влаги.

На грузовых автомобилях обычно применяются колодочные тор­моза, на гусеничных тракторах — наружные ленточные (см. подразд. 4.10). Получают распространение на тех и других машинах, в том числе и на тяжелых колесных тракторах, дисковые тормоза.

На рис. 6.8 приведены четыре схемы барабанных тормозных механизмов с действующими на колодки силами, в том числе схемы с односторонним расположением опор (рис. 6.8, а, б), с разнесенными опорами (рис. 6.8, в) и с одной опорой и самоуси­лением (рис. 6.8, г).

Рис. 6.8. Схемы барабанных тормозных механизмов: а — с односторонним расположением опор и одинаковыми приводными сила­ми; б — с односторонним расположением опор и одинаковыми перемещениями колодок; в — с разнесенными опорами и одинаковыми приводными силами; г — с одной опорой и самоусилением; h — расстояние между точками опоры колод­ки; Р — приводная сила; X — усилие прижима колодок к барабану; У — сила трения между колодкой и барабаном; R — реакция опор колодок; индексы 1, 2 везде соответствуют передней и задней колодкам

На схемах, изображенных на рис. 6.8, а, в и г, приводные силы Р, действующие на колодки, одинаковые, а в схеме на рис. 6.8, б — разные, но симметричный профиль разжимного кулака обеспечивает равные перемещения колодок.

Из приведенных схем наибольшей стабильностью момента тре­ния тормоза обладают колесные тормозные механизмы с одно­сторонним расположением опор, изображенные на рис. 6.8, а, б. Конструкции выполненных по этим схемам колесных колодочных тормозных механизмов, имеющие разжимные устройства в виде гидроцилиндра и кулака, показаны на рис. 6.9, а, б. Опорный диск 3 тормозных механизмов заднего моста крепится к фланцу кожуха полуоси, а опорный диск 3 переднего моста — к фланцу поворот­ного кулака. Тормозные барабаны 16 крепятся на ступицу колеса.

Рис. 6.9. Конструкции колодочных тормозных механизмов: а — с приводным гидроцилиндром (тормозной барабан снят); б — с разжимным кулаком; 1,6 — тормозные колодки; 2 — колесный цилиндр; 3 — опорный диск; 4— стяжная пружина; 5— направляющая скоба; 7— фрикционная накладка; 8 — болт регулировочного эксцентрика; 9 — шайба; 10— пружина эксцентрика; 11 —  регулировочный эксцентрик; 12 — пластина опорных пальцев; 13 — эксцентри­ки опорных пальцев; 14 — опорный палец; 15 — суппорт; 16 — тормозной бара­бан; 17 — эксцентриковые оси; 18— опора ролика; 19 — ролик; 20— тормозная камера; 21 — разжимной кулак; 22 — вал разжимного кулака; 23 — червячное колесо; 24 — червяк; 25 — шток; →— направление поворота регулировочных эксцентриков

В тормозных механизмах с приводным гидроцилиндром (см. рис. 6.9, а) стяжная пружина 4 стягивает обе тормозные колод­ки 1 и 6 до упора в регулировочные эксцентрики 11, под которые поставлены фиксирующие пружины 10 эксцентрика. Поворотом регулировочного эксцентрика 11 регулируют зазор между колод­ками и барабаном. Колодки посажены на эксцентрики 1 Топорных пальцев 14, которые закреплены в опорном диске 3 гайками. По мере изнашивания накладок колодок их нижние опоры раздвига­ют. Тем самым сохраняется максимальная площадь соприкоснове­ния колодок с тормозным барабаном. Направляющие скобы 5 с пластинчатыми пружинами удерживают колодки от боковых сме­щений. При торможении верхние концы колодок раздвигаются поршнями колесных цилиндров 2 разжимного гидравлического устройства и прижимаются к тормозным барабанам, в результате чего создается фрикционный тормозной момент.

В тормозных механизмах с разжимным кулаком (рис. 6.9, 6) на эксцентриковых осях 17 установлены две тормозные колодки 1. Колодки разжимаются профильными поверхностями разжимного кулака 21, посаженного на вал 22, который поворачивается чер­вячным колесом 23. Червячное колесо поворачивается невращаю­щимся червяком 24, который двигается по дуге вместе с рыча­гом, получающим перемещение от выдвигающегося штока 25 тор­мозной камеры 20. Регулировка зазора между колодками и бараба­ном тормоза осуществляется червячной передачей (червяк 24 — червячное колесо 23) при вращении червяка 24.

Дисковый тормозной механизм по эффективности и стабиль­ности равноценен барабанному механизму, он уравновешен и име­ет одинаковую и равномерную интенсивность изнашивания на­кладок. Уравновешенность приводных сил позволяет их увеличи­вать с целью достижения максимальной тормозной эффективно­сти до необходимой величины без ограничения по деформациям элементов конструкции. Поэтому габаритные размеры дискового тормозного механизма меньше, чем у барабанного механизма, что облегчает его компоновку в колесе машины.

Дисковый тормозной механизм имеет также и ряд преимуществ:

• возможность работы с малыми зазорами, что сокращает вре­мя срабатывания тормозной системы и позволяет увеличить пере­даточное число привода;

• возможность увеличения поверхности трения фрикционных накладок, и, следовательно, уменьшения давления на них;

• равномерное распределение давления по поверхности трения и, как следствие, равномерное изнашивание накладок;

• большая поверхность охлаждения и лучший теплоотвод от трущихся поверхностей, что обеспечивает меньший нагрев коло­док и большую стабильность тормозного момента;

• независимость тормозной эффективности от степени изна­шивания накладок;

• меньшая масса конструкции при равном тормозном моменте.

Один из вариантов конструкции дискового тормозного меха­низма показан на рис. 6.10. Колесный диск состоит из двух частей (левой 6 и правой 7) и вращается вместе с колесом автомобиля. Невращающиеся диски 4 и 5 с фрикционными накладками кре­пятся к опорному диску тормозного механизма и прижимаются при торможении к внутренним поверхностям колесного диска. Гидравлический привод осуществляется цилиндрами 2, которые связаны с дисками 4 и 5. При торможении штоки гидравлических цилиндров 2 выдвигаются и поворачивают диски 4 и 5 один отно­сительно другого в противоположные стороны. При этом шари­ки 1, перемещаясь в конических канавках на поверхностях дис­ков, раздвигают диски, прижимая их к внутренней поверхности колесного диска.

Рис. 6.10. Дисковый тормозной механизм: 1— шарик; 2 — цилиндр; 3 — ограничитель; 4, 5 — диски с фрикционными накладками; 6, 7 — левая и правая части колесного диска

Существуют также дисковые тормозные механизмы с непо­средственным гидравлическим или пневматическим сжатием фрик­ционных дисков.

Ленточные тормозные механизмы в настоящее время из-за ряда недостатков имеют ограниченное распространение на авто­мобилях. Они иногда применяются в стояночной тормозной сис­теме.

Широкое распространение ленточные тормоза получили на гусеничных тракторах. Их устанавливают на барабаны фрикцион­ных и планетарных механизмов поворота. Устройство и управле­ние этим тормозом изложено ранее в подразд. 4.10.

В процессе торможения автомобиля элементы тормозных меха­низмов испытывают значительный нагрев, происходит изнаши­вание накладок. В результате этого увеличивается зазор между ними и тормозным барабаном, повышается время срабатывания, что, в итоге, существенно снижает эффективность торможения. Для вос­становления первоначального зазора в эксплуатационных услови­ях проводятся периодические регулировки его во время техничес­кого обслуживания автомобилей, однако более рациональным является автоматическое поддержание постоянства зазора между трущимися поверхностями.

Для автоматического поддержания постоянства зазора приме­няются, например, механические (фрикционные, храповые, за­клинивающиеся) или гидравлические приспособления.

При нагреве трущихся поверхностей ухудшаются тормозные свойства автомобиля, и интенсифицируется процесс изнашива­ния накладок. При частых торможениях автомобиля температура на внутренней поверхности барабана может достигать 700… 800 °С. При нагреве деталей тормозных механизмов существенно снижа­ется коэффициент трения и повышается интенсивность изнаши­вания накладок.

Для улучшения теплоотвода тормозные барабаны делают ли­тыми или штампованными из одного материала или биметалли­ческими (стальные с ободом из чугуна, алюминиевые со вставка­ми из чугуна и т. п.). Лучшими качествами обладают биметалли­ческие барабаны. Тормозные диски делают из чугуна или металло­керамики. Увеличение поверхности охлаждения достигается пу­тем оребрения барабанов, а улучшение вентиляции — принуди­тельным воздушным охлаждением. Для этого диски делают с от­верстиями или сдвоенными с вентилируемой внутренней поверх­ностью. Существуют конструкции с принудительным жидкостным охлаждением.

Фрикционные материалы тормозных накладок должны обес­печивать:

• высокий коэффициент трения в паре с материалом трущейся поверхности вращающегося элемента;

• стабильность коэффициента трения при нагреве, высоких ско­ростях движения, попадании воды, грязи и масла;

• высокую жесткость и отсутствие деформации в процессе ра­боты;

• стойкость при высоких температурах (до 350…400°С);

• стабильность фрикционных свойств во времени.

Широкое распространение в качестве накладок имеет волок­нистый асбест с органическими связывающими элементами. Од­нако в настоящее время по экологическим требованиям все чаще используются фрикционные материалы, не содержащие асбест. Применяется также пластмасса из эбонита с разными компонен­тами. Накладки из прессованного материала обладают большей жесткостью, чем плетеные.

Перспективными являются металлокерамические накладки. Они хорошо выдерживают высокие температуры, сохраняют стабиль­ность коэффициента трения и обладают наиболее высокой жест­костью.

Стояночная тормозная система предназначена для удержания транспортного средства на уклоне неограниченно долгое время. Эффективность стояночной тормозной системы должна быть та­кой, чтобы суммарная тормозная сила, развиваемая тормозными механизмами этой системы, соответствовала величине уклона, заданной техническими условиями (для грузовых автомобилей и автопоездов не менее 31 %).

Для стояночной тормозной системы могут быть использованы тормозные механизмы задних колес автомобиля (например, у лег­ковых автомобилей, автомобилей КамАЗ) или установлен отдель­ный трансмиссионный тормозной механизм.

Наибольшее распространение на грузовых автомобилях имеют барабанные ленточные или колодочные трансмиссионные меха­низмы стояночной тормозной системы. На рис. 6.11 показаны ва­рианты конструкции трансмиссионных тормозных механизмов (барабанного и дискового).

Рис. 6.11. Трансмиссионные тор­мозные механизмы: а — барабанный; б — дисковый; 1— барабан; 2 — лента; 3, 8 — кронш­тейны; 4, 11, 12— рычаги; 5 — стер­жень; 6 — пружина; 7 — диск; 9 — палец; 10 — колодка

Барабан 1 (рис. 6.11, а) и диск 7 (рис. 6.11, б) связаны с ведо­мым валом КП. Барабан 1 (см. рис. 6.11, а) при торможении зажи­мается лентой 2, опирающейся при помощи проушины на крон­штейн 3, привернутый к картеру КП. К одному концу ленты усилие передается шарнирно связанным с кронштейном 3 рычагом 4, к другому — одновременно через стержень 5. С помощью рукоятки привода стояночного тормоза рычаг 4 поворачивается и прижи­мает ленту 2 к барабану 1.

Диск 7(см. рис. 6.11, б) при торможении зажимается колодка­ми 10, которые свободно сидят на пальцах 9 и сжимаются рычага­ми 11 и 12, укрепленными в кронштейне 8. Усилие на рычаги 11 и 12 передается от рукоятки привода стояночной тормозной системы.

В тормозном приводе стояночной тормозной системы может использоваться любой вид энергии, однако удержание в затормо­женном состоянии тормозных механизмов этой системы должно осуществляться устройством, действующим чисто механическим способом (без применения деформируемых тел), обеспечивающим затяжку тормозных механизмов на неограниченное время. Поэто­му подавляющее большинство приводов стояночных тормозов являются механическими.

Запасная тормозная система может быть объединена со сто­яночной тормозной системой в том случае, когда в ней использу­ются колесные тормозные механизмы рабочей системы.

У автомобилей КамАЗ в качестве стояночной и запасной тор­мозной системы используются тормозные механизмы колес зад­ней тележки, оборудованные тормозными камерами с пружин­ными аккумуляторами энергии. Привод — пневматический, уп­равление стояночным тормозом выполняется рычагом ручного тормозного крана.

Вспомогательная тормозная система, ограничивающая скорость автомобиля на длительных спусках, выполняется независимо от других тормозных систем. Она применяется без использования рабочей тормозной системы, что исключает перегрев колесных тормозных механизмов и снижение эффективности торможения.

Вспомогательная тормозная система должна обеспечивать без применения других тормозных систем спуск автомобиля со ско­ростью 30…40 км/ч по уклону 6…7°.

Вспомогательная тормозная система выполняется в виде мо­торного тормоза или тормоза-замедлителя (гидравлического или электрического).

Моторным тормозом служит сам двигатель, приводимый во вращение от колес автомобиля, т.е. работающий в компрессор­ном режиме. Для повышения эффективности торможения двига­телем, его оборудуют устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок, установленных в выпускных трубопроводах и создающих противодавление на выпуске, что увеличивает тор­мозной момент двигателя.

Примером гидравлического тормоза-замедлителя может слу­жить конструкция, используемая на автомобиле БелАЗ. Тормоз- замедлитель представляет собой гидравлическую муфту, установ­ленную в трансмиссии, одно колесо которой неподвижно закреп­лено на корпусе тормоза-замедлителя, а другое связано с валом трансмиссии и вращается вместе с ним. Для создания сопротивле­ния корпус специальным насосом заполняется маслом. Масло, разгоняемое вращающимся колесом, перетекает на лопасти не­подвижного колеса, где его скорость резко замедляется. Далее масло поступает на лопасти вращающегося колеса, в результате скорость вращающегося колеса также замедляется, что и создает тормоз­ной момент в трансмиссии.

В электрическом трансмиссионном тормозе-замедлителе непо­движная часть замедлителя (статор) с двумя электромагнитами 3 (рис. 6.12) смонтирована на кронштейне 2, который служит од­новременно опорой промежуточного карданного вала 1. Якорь (ро­тор) 4 барабанного типа с ребрами и охлаждающими окнами вра­щается вместе с этим промежуточным валом. Обмотка возбужде­ния замедлителя питается от генератора, приводимого в действие ременным приводом от шкива 5, установленного на карданном валу. В результате взаимодействия между магнитным потоком, со­здаваемым обмоткой возбуждения, и потоками, образующимися от наведенных электрических токов, возникает тормозной момент.

Рис. 6.12. Электрический трансмиссионный тормоз-замедлитель: 1 — вал; 2 — кронштейн; 3 — электромагнит статора; 4 — якорь (ротор); 5 — шкив; —— направление движения воздуха

Электрический трансмиссионный тормоз-замедлитель может также устанавливаться непосредственно перед ведущим мостом.

Тормоз-замедлитель включается и выключается автоматически установкой электрических контактов на педалях подачи топлива и тормоза.

Для повышения надежности тормозной системы автомобиля используется так называемый принцип резервирования, который применительно к автомобилям выражается в обязательном нали­чии рабочей и запасной тормозных систем. При выходе из строя одной из них тормозные качества автомобиля обеспечиваются оставшейся системой.