Сряда, 15 Септември 2010 21:41   
Спирачна система - течност, дискове, накладки, маркучи и тръби
Полезна информация - Техника и механика

{include_content_item 2218}1.Спирачна течност

Спирачната течност е материалът който пренася енергията (натискът) между педалът (чрез серво усилвател) и самата спирачка на колелата. Допълнителна функция на течноста е да смазва дижещите се части в спирачната система (уплътнения, буталцата на апаратите и т.н) както и да ги пази от корозия. Спирачната течност трябва да има възможно най-нисък вискозитет (дори при температури от минус 40 градуса целзии) за да се гарантира бърза реакция на спирачките (при натискане и отпускане на педала) както и правилна работа на допълнителните системи за сигурност (ESP, EDS и др.) Освен това спирачната течност трябва да има възможно най-висока температура на кипене като така дори при много високи темепратури да не се стига до газообразно състояние на течността. Ако течноста стане газообразна няма да има додатъчно налягане в спирачната система за да се натискат спирачните бутала (все едно не са обезвъздушени спирачките).

Нормална (серийна) спирачна течност.
Широкоразпространената спирачна течност има химическото свойство да разтваря водата (химичеста реакция с нея). Така при постъпване по някакъв начин на вода в системата се предотвратява наличието на водни утайки (ако може така да се изразя) или с други думи обем в който е концентрирана само вода. Тази вода може да се изпари (газообразно състояние) и да направи вече гореописания проблем в спирачките. (газ в системата)

Различните интернационални норми важащи за спирачна течност съдържаща вода (DOT3, DOT4, DOT5.1) гарантират определена температура на която издържа течността без да има вгазяване на част от нея.
Следната графика показва поведението на различните норми спирачна течност относно тази температура и съдържанието на вода. От табелата се вижда че при повишение на количеството вода в течността температурата на кипене на спирачната течност се понижава. Това е причина течноста задължително да се сменя (по книга на всеки 2 години) защото ако имаме силно натоварване на спирачките (с тия тунинг машини които всеки прави) спирачната система се нагрява много (течността също) и при наличие на стара течност може да се получи слаба реакция на спирачките (въпреки изправни дискове , накладки и т.н.)

Силиконова спирачна течност.
Силиконовата течност се ползва при спортни коли (които не са в сериина продукция а са създадени спецялно за състезания) . Качествата на силиконовата течност наподобяват тези на DOT 5 нормата . Този вид спирачна течност обаче неможе да разтваря вода. Наличие на малки количества вода може да доведе до корозия на части от спирачната система което е много опасно (затова и не се прилага при сериини коли) Такива течности имат обаче температура на кипене над 310 градуса което ги прави много полезни при съзтезателни коли с със голяма спирачна система натоварвана максимално и то продължително време (тоест постоянно много греят спирачките).


2.Свързващи елементи (маркучи и тръби)
Свързващите елементи в спирачната система пренасят хидравличната сила (налягане) от сервоусилватела към спирачните бутала на апараттие. Свързващите елементи трябва да са възможно най-здрави, за да удържат на налягането с което работи спирачната система при натискане на апаратите, както и да не се раздуват (примерно ако са меки маркучи и се раздуват ще пада налягането постъпващо към спирачката). По тези причини подвижни свързващи елементи (маркучи) трябва да се използват възможно най малко и само където са наистина нужни (при предните спирачки например) На останалите места трябва да се ползват твърди елементи (тръби).

Тръби. За свързващи елементи на неподвижни части на каросерията на колата се ползват твърди стомамени тръбички които в някои случаи са обвити с пластамаса или гума (за по добра защита от механични повреди). Повърхността на тръбите е допълнително поцинкована за да се избегне корозия.

Маркучи. На подвижните части на спирачките (например предните колела) се ползват маркучи които гарантират безпроблемното действие на спирачната система като провеждат налягането на спирачната течност при всякакви условия. Освен здравината на маркуча срещу механични повреди е нужно да бъде устойчив срещу химични реакции (сол, маслоустойчив, устойчив при допир с различни горива).

Flex маркучи {flexible line with steel braided outer hose).
Флекс маркучите са подобни на нормалните маркучи. По-слабо подвижни са. Използват се в спортни коли вместо нормалните маркучи на предните спирачки. От към налягане обаче са по здрави и при използването им спирачките реагират по бързо. По слабо подвижни са заради матерялът от който са направени PTFE (Poly-Tetrafluor-Ethylen) оплетени с поцинкована стомана. Флекс маркучите намаляват промяната на спирачното поведение при високи температури. С други думи при спортни коли с силни спирачки които греят много нормалните маркучи не са оптималният варянт. Ползват се Флекс маркучи.

3. Накладки
Две решаващи неща за избора на накладки са коефициента им на триене и температурното им поведение. Колкото по-висок е коефициента на триене толкова по добре спира спирачката. Висок коефициент на триене води до по силно износване на спирачния диск. При използване на накладки с нисък коефициент е много добра дозировката на спирачното усилие. Накладки с висок коефициент се дозират трудно и захапват от веднъж. (подобен е случай и при нормален и спортен съединител)
Накладките имат температурен диапазон в който успяват да работят оптимално. Това значи че когато спирачките не са загряли (температура под характерния температурен диапазаон) не спират добре или когато са прегряли (температура над характерния диапазон) също не спират. Различните накладки имат различни температурни диапазони. Сериините накладки са около 100 до 600 градуса както и 200 до 750 градуса (зависи от автомобила и спирачната му система).

Процес на улегване на накладките.
При слагане на нови накладки силата им на спиране в началото е слаба. Нови накладки трябва да бъдат покарани малко докато стигнат оптималното си състояние (широко разпространено изказване е да улегнат Cheesy ) По време на улегване на накладките се образува слой на триене по контактната повърхност. Този слой е няколко микрометра дебел. Слоят на триене е определящ за качествата на тирене на накладката и спирачния диск, както и износването им. Образувания слой на триене пак повтарям е няколко микрометра дебел и е различен от вътрешността на феродото (спирачния камък) Накладките могат да се натоварват максимално едва когато са улегнали. При улегването на накладки не трябва да се ползват чисто нови спирачни дискове. Следната графика показва как се променя коефициента на триене на накладката по време на улегването като функция от броя натискане на спирачките с еднаква сила на натискане. Вижда се че след 500 натискания коефициента на триене се е повишил.

Причината за промяната на коефициента на триене по време на улегването на накладките са фисикохимически реакции по контактната повърхност. Изключително финни частици метал от диска се наслагват на повърхността на накладката. Едва след като се постигне равновесие между забиващите се метални частици в накладката и металът който изпада при износването на спирачния диск улегването на накладките е приключило.
Дебелината на накладките варира между 10 и 25 мм (зависи от модела им)
Накладката трябва да е правилно подбрана към диска и да не е прекалено твърда за него. Такова нещо може да доведе до редица проблеми.
Следните правила се препоръчват при избор на накладки.
- при автомобили със задно предаване или с 4 по 4 (AWD) се слагат накладки с еднакъв коефициент на всички колела
- - автомобили с предно задвижване. Накладките на предните колела трява да са с по висок коефоциент на триене в сравнение със задните

Прекалено загряване на спирачната течност може да се намали като между накладката и буталцето се постави топлинен щит предотвратяващ нагряването на буталцето. Този щит представялва нещо като пластина на гърба на накладката. ето една илюстрация на такъв щит

Между накладки за сериини коли и съзтезателни коли има голяма разлика. Спортните накладки спират много добре но много често са шумни (свирят яко) което ги прави негодни за ежедневна кола. Има накладки на състезателни коли които издържат от 300 до 400 км . това значи че след всяко съзтезания трябва да се сменят.
На следната графика са показани средните стоиности на спиране на различни видове накладки при една и съща кола и условия. Става дума за Голф 2 КР 90та година. Всички видове накладки са ползвани с едни и същи дискове. Улегнали на въпросните дискове. Направени са 15 спирания след което се взима средната аритметична стойност от тези 15 опита. Спирането се прави при 90 км в час. Някои накладки достигат най добрите си стойности едва след няколко опита (тоест са неефективни при слабо загряли спирачки).

Матереали:
Метериалът от който е направен спирачния камък (познат като феродо на накладката) зависи от това какъв спирачен диск ще се ползва. Органични накладки се ползват с метални спирачни дискове (отлят метал). Керамични накладки (карбон) се използват само с керамични дискове.
Карбона има много предимства пред нормалните накладки
- Тегло. Плътността на карбона е едва 1/5 от плътността на стоманата или желязото. Това води до редуциране на тегло (особено при керамични дискове с голям диаметър)

- Топлопроводимост. Карбона има много по добра топлопроводимост.

- Температурно поведение. Карбона е много по стабилен и устойчив на високи температури. Качествата му си остава същите дори при високи температури. Това води до много по слаб Фадинг при спиране както и по голяма повтаряемост на екстремни спирания. Примерно на писта като се кара с нормални накладки в началото е добре но на петия завой сме запалили накладките и спирачките стават все по неефективни, като така водача незнае кога да намалява скоростта (защото спричаките работят все по зле с всяко натискане).
Подобно поведение на спирачките е важно и при "заяждане" по аутобана. Понякога се случва двама водача да се заядът на аутобана и да карат с висока скорост и изключително малка дистанция. Така при първите 2 намалявания от 210 км в час на 100 км в час (един смарт тръгна да изпреварва пред нас) всичко беше наред но при третото силно намаляване (от 170 км в час на 120 км в час) нещата станаха много драматични.

- Захапване. Керамичните спирачки захапват много бързо още в началото на спирането. Тоест пипаш педала и венага се лепят за дисковете (по същата причина керамичните съединители захапват от веднъж)
Недостатък на керамичните спирчки е единствено цената. Един комплект Кабон дискове плюс карбон спирачки струва около 10 пъти повече от „добри“ метални спирачки с органични накладки.
Следната графика показва сравнение на спиране от 300 км в час до 0. както и от 220 км в час до нула. В единия случай с нормални дискове в другия с керамични. Вижда се, че керамичните имат високо триене още в началото на спирането. Органичните накладнки повишават коефициента си на триене с времето. Керамичните спирачки имат константен коефициент и позволяват много по добро управление на колата и модулиране на спирачният процес. Органичните накладки променят ефективноста си с времето и затова са много по трудни за преценка в условие на съзтезание. Тези разлики се дължат главно на различните температурни качества между карбона и „феродото“.

Органичните накладки са с по висок коефициент на триене от керамиката. Това наистина е така но все пак това не е причина зарад която да се каже че с такива накладки ще се спира по добре. Коефициентът много се променя по време на спирането и това е голям недостатък. Керамика най добре се ползва при спирачки с големи дискове, като така имаме силно и константно спиране. Константноста на керамичните спирачки е от решаващо значение за сигурността на водача, така той може да разчита на спирачките по всяко време а еднаквото им поведение при различно натоварване и температури допринася за правилната преценка на водача (което е и най важното)

4. Спирачен диск.
Диаметарът на спирачния диск е решаващ за постигнатите резултати при спиране. Когато ъпгреидваме спирачките си монтираме възможно най голям диаметър диск който пасва в съответните джанти на колата.
С увеличаване диаметъра на диска се увеличава и дебелината му. Има специални дискове които са сравнително тънки (за пестене на тегло) но се използват при състезателни коли. По голямата дебелина на диска означава и по дълъг живот на диска както и по-добро температурно разпределяне на топлината по диска.
На пазара се намират дискове от 7,10 до 35,50 мм дебелина , като диаметъра им варира от 256 до 380 мм.
При съзтезания може по регламент да бъдат ограничени размерите на дисковете. При формула 1 максималните разрешени размери на спирачните дискове са 28мм дебелина и 278 мм диаметър на диска. При FIA SR1 диаметъра е ограничен на 380мм а при FIA SR2 на 356мм.
Най-простите спирачни дискове са масивни и целите са отляти като една част (самия диск и тавата за която се закрепват болтовете са едно цяло) Такива най често се ползват при малки мотоциклети (както и в миналото при по слаби автомобили). При по-мощни машини се слагат вентилирани дискове (в самия диск има празно простанство) което позволява по добро охлаждане на диска. При някои вентилирани дискове празните пространства са така направени че да имат турбинна геометрия и по този начин да засмукват свеж въздух от едната страна а от другата да го изкарват (вече загрят от самия диск) при такива дискове е много важна посоката на въртене!

Нарязани дискове.
Има спирачни дискове при които контактната повъркност с накладките е нарязана като са направени 4,8 или повече тангенциялни или радиални канали. Такива канали служат за по добро чистене на накладките, като по този начин се постига по равномерен спирачен процес и по-добро поведение при наличие на вода (шофиране в силен дъжд). Чрез каналите се намалява малко и температурата на накладките. Нарязани дискове имат по дълъг живот от надупчени дискове. При качествени нарязани дискове размерите на каналите обикновено са 1,5мм ширина и 0.8мм дълбочина. Ето няколко примера

Надупчени дискове.
Надупчените дискове достигат малко по-голяма сила на спиране (предимно в началото на спиране захапват по здраво) както и температурата им е винаги по ниска. Поведението им на мокро е много добра. Масата на дисковете е доста по малка от на останалите, но дупките са причина много лесно такива дискове да се пукат.

От значение е дали дупките на дисковете са правени още при отливането на диска (скъпи калявани дискове с много дупки и добро качество) или дупките са пробивани в последствие (за гъзария и отслабване на диска като цяло).

Захващане. Както вече казахме повечето дискове са отляти заедно с тавата за захващане. Спортните дискове обаче най често се състоят от 2 части. Към самият диск посредством болтове се закрепва тавата (тавата към която се захващат болтовете на гумата). Тавичката е направена от алуминий като по този начин се пести тегло както и е възможно коригиране на баланса на диска. Закрепването на тавичката към диска може да бъде направено по два начина. Твърдо или плаващо лагеруване (захващане) . Плаващото захващане се предпочита при дискове ползвани при РАЛИ автомобили защото при тях може да има много боклук около спирачките (пясък камъни и прочие) и диска е малко или много подвижен и може да се напасва на много условия.При плаващо захващане тавата и диска имат съвсем малък аксиален и радиялен луфт. Това позволява по голяма подвижост на диска спрямо дадени условия и се намалява вероятността да се спука. При дискове с диаметър над 330 мм при всички случаи е необходимо такова захващане. Допустимия луфт между тавата и диска е 0,15-0,2 аксиално и 0,5-0,1 радиално. Болтовете за захващане обикновено са М6. При днешните големи мотоциклети също се ползват такива дискове.

Материали. Изборът на материалът на дисковете зависи от изборът на накладки. Следните материали се ползват за направата на спирачни дискове
• Метални (GG15, GG15 HC, GG25, GGG60, GGG70),
• Керамични C/SiC (CMC ceramic matrix composite ),
• Керамични CFC . CFRC (carbonfibre reinforced carbon)

Цената на керамични спирачки е около 10 пъти по висока от на нормалните. Предимствата обаче са неоспорими. Керамичните спирачки са 4 пъти по леки и топлонното им разширение е много по малко отколкото на металните.Трябва да се прави разлика обаче между CMC и CFC керамика. CFC се ползва само за състезателни коли защото когато са студени много зле спират. CFC трябва първо да загреят и едва тогава си вършат работата.