Общие сведения об системе тормозов
07.05.2010
Задача системы тормозов заключается в том, чтобы предоставить водителю возможность безопасной остановки автомобиля на кратчайшем расстоянии независимо от типа дорожного покрытия и условий движения. Тормоза уменьшают скорость автомобиля за счет использования трения. Когда люди путешествовали в каретах или фургонах с лошадиной тягой, не было потребности в эффективных и сложных системах тормозов.
Деревянный брус, подсоединенный к рычагу, при вхождении его в контакт с колесом, производил достаточно трения, чтобы остановить конную повозку. Однако, эта система тормозов уже не была достаточно эффективной для более быстрых, более тяжелых автомобилей, снабженных двигателями. В современных сложных системах для управления торможением используются механические, гидравлические и электронные элементы.
Энергия
Энергия, а точнее ее наличие - это способность производить работу. Энергия может переходить из одной формы в другую, но никогда не исчезает. Автомобиль для движения требует использования энергии. Энергия никогда не исчезает, она только изменяет форму. Когда вы заливаете топливо в легковой автомобиль, вы видите, что это - жидкость, но эта жидкость содержит потенциальную энергию, т.е. способность выполнять работу. Когда бензин поступает в двигатель и сгорает там, потенциальная энергия жидкого топлива превращается в тепловую энергию. Двигатель преобразовывает тепловую энергию в движение и затем, используя различные элементы автомобиля, передает это движение к колесам. Колеса, используя это движение, вращаются, заставляя автомобиль перемещаться. И наконец, чем дольше автомобиль находится движении, тем больше нагреваются шины. Энергия высвобождается в форме тепла.
Эффективность
Автомобильные двигатели превращают потенциальную энергию бензина или дизельного топлива в тепловую энергию. Скорость (или темп), с которой двигатель может выполнять это превращение, можно рассматривать как “мощность” двигателя. Таким образом двигатель, который заставляет энергию видоизменяться более быстро, считается более “мощным”, более “эффективным”. Но что можно сказать о “мощности” системы тормозов (в применении к тормозам - “эффективности”)? Если “мощность” (“эффективность”) можно обозначить как скорость, с которой какое-либо устройство может изменять состояние энергии, то тормоза должны быть способны к обеспечению намного большей эффективности, чем двигатель. На современных автомобилях, использующих эффективное топливо, ускорение от нуля до 100 км/ч (62 мили/ч) за 10 секунд - это вполне приемлемый уровень разгона. Но если системе тормозов потребуется эти же 10 секунд для остановки автомобиля, движущегося со скоростью 100 км/ч (62 миль/ч), в лучшем случае такая система тормозов будет признана слабой.
Исправная система тормозов должна останавливать этот автомобиль, движущийся со скоростью 100 км/ч (62 миль/ч), в течение 3 – 4 секунд. Если мы используем способность устройства изменять состояние энергии как меру его “мощности” или “эффективности”, система тормозов автомобиля должна быть в 2 - 3 раза эффективнее двигателя. Чем быстрее движется автомобиль и чем он тяжелее, тем большая по размерам и более эффективная система тормозов должна быть.
Трение
Трение - это сопротивление движению между двумя предметами, находящимися в контакте друг с другом. При трении двух поверхностей друг оьдруга, энергия вращения превращается в тепловую энергию. Это изменение происходит из-за трения между этими двумя поверхностями. В системах тормозов трение используется для замедления, остановки и удерживания колес автомобиля на месте. Чтобы остановить автомобиль, должно возникать трение, в результате которого энергия преобразуется в тепло. Чтобы преобразовать энергию движения в тепловую энергию, тормозные колодки прикладывают трение к тормозным барабанам или дискам.
Сцепление с дорогой
Силы сцепления с дорогой и трение работая вместе, позволяют шинам сцепляться с дорогой. Аналогично тому, как и тормозные барабаны требуют трения для замедления или остановки вращения колес, шины требуют трения для замедления или остановки импульса движения автомобиля. Способность шин создавать трение называется сцеплением с дорогой. Независимо от того, насколько хорошо тормоза останавливают вращение колес, если шины не обеспечивают достаточное сцепление с дорогой, автомобиль не останавливается. Сцепление с дорогой, необходимое для остановки автомобиля, зависит от многих условий. Если автомобиль перемещается по льду или снегу, сцепление шин уменьшается. Для этого случая, чтобы соответствовать дорожным условиям, должен использоваться соответствующий рисунок протектора. При остановке автомобиль фактически останавливается в результате трения между шинами и дорогой.
Вес и баланс сил
Вес и баланс сил - это два важных фактора в обеспечении безопасной остановки автомобиля. Силы торможения, прикладываемые к колесам, должны быть сбалансированы между левой и правой стороной и между передней и задней частью автомобиля. Если силы торможения не сбалансированы, это может привести к блокировке колеса или колес. Когда колесо автомобили блокируется или не поворачивается из-за того, что тормоз препятствует вращению колеса, сцепление между шиной и дорожным покрытием утрачивается. Потеря сцепления с дорогой может вызывать плохое замедление при остановке, пробуксовку и потерю управления. Соотношение сил торможения задних колес и передних колес называется коэффициентом торможения. Когда автомобиль тормозит, его вес имеет тенденцию переноса на передние колеса. Передние колеса прижимаются к дороге с большей силой. В то же самое время задние колеса теряют часть своего сцепления с дорогой. В результате передние тормоза обеспечивают большее торможение, чем задние тормоза.
Механические рычаги
Для увеличения тормозного усилия в системе тормозов используются механические рычаги. Рычажный механизм педали тормоза - это простая рычажная система. Когда водитель выжимает педаль тормоза, сила, прикладываемая ногой водителя, увеличивается при передаче к системе тормозов, потому что рычаг педали поворачивается или перемещается относительно неподвижной точки. Чем длиннее рычаг, тем большая сила может быть приложена. Более длинный рычаг создает большее количество силы, но требует большего перемещения. Более короткий рычаг прикладывает меньшее количество силы, но перемещается на более короткое расстояние. Длинный рычаг может создавать большую механическую силу на коротком расстоянии от точки опоры.
Гидравлическая сила
В современных системах тормозов для добавления дополнительной силы к механическим ычагам используется гидропривод тормозов. Гидропривод, объединенный с механическими рычагами и элементами системы тормозов, замедляет и останавливает автомобиль. Работа любых гидравлических устройств базируется на том законе, что жидкость не сжимается. Стальная пружина, когда на нее действует вес или сила, сжимается. Когда та же самая сила давит на поверхность жидкости, жидкость, находящаяся в емкости, не сжимается. Прикладываемая сила или давление одинаково действует на все поверхности емкости. Если гидравлическая система имеет два поршня одинакового размера, любая сила, прикладываемая к одному из поршней, передается к другому поршню, вызывая перемещение поршней на равное расстояние.
Сила и площади поверхности
Поршни с большей площадью поверхности, используя то же самое давление, что и поршень с меньшей площадью поверхности, создают при этом большую силу. Площадь поршня определяет, какую по величине силу поршень прикладывает к какому-либо предмету. Поршень большей площади перемещается на более короткое расстояние, используя большее количество жидкости, но создает большую силу для перемещения предмета. Поршень меньшего размера перемещается на большее расстояние тем же самым количеством жидкости, но прикладывает намного меньшую силу вследствие меньшей площади поверхности. Т.к. воздух сжимается, его в системе не должно быть ни в каком количестве. Если в системе тормозов присутствует воздух, он сжимается, и перемещение жидкости уменьшается или даже полностью прекращается.
Комментарии
Пока нет комментариев