Чудили ли сте се някога-като шофирате към и от работа всеки ден, натискайки педала на спирачката, докато чакате на кръстовище-какво точно ви помага да спрете стабилно това дву-тонно парче метал?
Може да ви е трудно да повярвате, но ключовият играч в този сценарий всъщност е доста непретенциозен-изглеждащ метален компонент: спирачният апарат.
Какво точно е спирачен апарат? Първо, нека изясним неговата „идентичност“
За да обсъдим спирачните апарати, първо трябва да започнем със спирачната система като цяло.
Представете си следното: как спирате, когато карате велосипед? Натискате спирачните лостове и две гумени подложки се притискат към джантите, разчитайки на триене, за да спре мотора. Дисковата спирачна система на автомобила работи по същество на същия принцип-тя просто се увеличава десетки пъти по размер и се усъвършенства до ниво на прецизност стотици пъти по-високо.
В тази система спирачният диск (или роторът) съответства на джантата на колелото на велосипеда, а спирачните накладки съответстват на тези два гумени блока; след това спирачният апарат действа като „ръка“, -отговорна за здравото притискане на спирачните накладки към спирачния диск.
В структурно отношение спирачният апарат е метален корпус, -обикновено изработен от чугун или алуминиева сплав-, съдържащ бутала и уплътнения. Когато натиснете спирачния педал, хидравличната течност предава налягане през спирачните тръбопроводи, задвижвайки буталата вътре в шублера навън. Тези бутала от своя страна притискат спирачните накладки към спирачния диск-изпълнявайки целия процес с едно безпроблемно, плавно движение.
Звучи просто? В действителност техническата сложност е огромна.
Само помислете за това: една средна семейна кола обикновено тежи над 1,5 тона. Когато се движи със скорост от 120 километра в час, кинетичната енергия, която притежава, е потресаваща. За да спре такова превозно средство до пълно спиране в рамките само на няколко десетки метра, спирачният апарат трябва да издържи на екстремни нива на натиск и топлина. По време на аварийно спиране при високо-мощни превозни средства, температурата на спирачните дискове може да скочи до 600 или 700 градуса по Целзий-и шублерите се „изпичат“ заедно с тях. За да се поддържа прецизно задействане и постоянна производителност при такива изтощителни условия, е необходимо наистина страхотно ниво на инженерна мощ.
Основната функция на спирачния апарат: това е много повече от просто „затягане на накладките“
Много хора приемат, че спирачният апарат е просто „скоба“-нещо, което просто притиска спирачните накладки и го завършва. Въпреки че това разбиране е частично правилно, то далеч не е изчерпателно.
1. Предаване и усилване на спирачната сила-Вие прилагате натиск, той прави „вдигането на тежести“
Силата, която прилагате, когато натискате педала на спирачката, всъщност е доста скромна-най-много, едва 10 до 20 килограма. Това количество сила обаче очевидно е недостатъчно, за да спре -високоскоростно превозно средство.
Тук се намесват спирачните апарати, за да изиграят жизненоважната си роля.
Спирачната система работи на хидравличен принцип. Силата, която прилагате върху педала, първо се усилва от вакуумен усилвател; след това се преобразува в хидравлично налягане от главния спирачен цилиндър и се предава през спирачните тръбопроводи към апаратите на всяко от четирите колела. Вътре в апаратите буталата се задвижват от това хидравлично налягане, прехвърляйки тази сила директно към спирачните накладки.
Тук се крие решаващ момент: хидравличните системи се придържат към закона на Паскал, който гласи, че налягането в затворена течност е еднакво във всички точки. Тъй като повърхностната площ на буталата на шублера е значително по-голяма от тази на буталото на главния цилиндър, изходната сила се умножава експоненциално-в съответствие с формулата: Сила=Налягане × Площ.
За да използваме аналогия: представете си, че се опитвате да пробиете блокче желе със сламка за пиене-това е почти невъзможно. Но какво ще стане, ако преминете към клечка? Прилагате същото физическо усилие, но тъй като контактната зона се е променила, резултатът е напълно различен. Дизайнът на буталата на спирачния апарат използва точно този принцип, за да увеличи спирачната сила.
Така че, не подценявайте простия акт на натискане на педала на спирачката; зад него се крие усъвършенстван механизъм за предаване и усилване на силата, като спирачният апарат служи като критична връзка в тази верига.
2. Прецизно контролиране на позицията на спирачните накладки-„Фина-настройка“ до милиметър
Хлабината между спирачните накладки и спирачните дискове обикновено е само част от милиметъра-обикновено само няколко десети от милиметъра. Ако празнината е твърде тясна, накладките постоянно ще се търкат в дисковете; освен загубата на гориво, това ускорява износването. Обратно, ако разстоянието е твърде голямо, реакцията на спиране става бавна, което води до по-дълъг спирачен път.
Една от основните функции на спирачния апарат е прецизното регулиране на тази хлабина.
Съвременните спирачни апарати разполагат с вътрешни-саморегулиращи се механизми. Тъй като спирачните накладки се износват, буталото автоматично се удължава леко навън, за да поддържа оптимална хлабина. След като спирачките бъдат освободени, буталото се прибира в правилната си позиция на покой-като не позволява на накладките да се плъзгат по диска, като същевременно гарантира, че празнината не става прекалено широка.
Целият този процес се постига чрез еластичната деформация на вътрешните уплътнения в шублера -наистина гениално парче инженерен дизайн. Може никога да не сте го забелязали, но той работи безшумно всеки ден, като гарантира, че всеки път, когато натиснете спирачките, усещането е „точно както трябва“.
3. Издържане на екстремна топлина и натиск-„Коравият човек“ на спирачната система
Както споменахме по-рано, по време на рязко спиране температурата на спирачните дискове може да скочи до 600 или 700 градуса по Целзий. Тази топлина не просто изчезва във въздуха; значителна част от него се прехвърля директно към спирачните апарати.
Това поставя изключително високи изисквания както към материалите, така и към дизайна на шублерите.
Челюстите на стандартните семейни автомобили обикновено са направени от чугун-материал, който е-устойчив на топлина и ниска-цена, макар и тежък. Високо{4}}мощните превозни средства и модифицираните автомобили обаче са склонни да предпочитат апарати от алуминиева сплав; те са леки и разсейват топлината бързо, въпреки че са на по-висока цена. Състезателните автомобили довеждат нещата до още по-голям екстрем, като използват материали като титаниева сплав или дори карбон-керамика-един комплект от тези апарати може да струва колкото цяла семейна кола.
Освен че просто издържат на високи температури, шублерите трябва да издържат и на огромно механично натоварване. При всяко задействане на спирачките, буталата се натискат върху спирачните накладки и произтичащата от това сила на реакция се натоварва изцяло върху корпуса на шублера. Шофьорите, които често се справят с планинските пътища, може да са изпитали това от първа ръка: по време на продължително спускане, включващо многократно спиране, спирачките могат да започнат да се чувстват все по-меки-явление, известно като избледняване на спирачките. Добре-проектираният шублер с висока-ефективност на разсейване на топлината забавя началото на избледняване на спирачките-критичен фактор, който може буквално да спаси животи в извънредни ситуации.
4. Работа в тандем с ABS/ESP-„Изпълнителите“ на интелигентното спиране
На практика всички съвременни превозни средства са стандартно оборудвани с ABS (антиблокираща спирачна система) и ESP (електронна стабилизираща програма). И все пак, без значение колко сложни могат да бъдат тези електронни системи, те в крайна сметка разчитат на спирачните апарати, за да „вършат тежката работа“.
Принципът на работа зад ABS е следният: когато системата открие, че определено колело е на ръба на блокиране, тя бързо освобождава спирачното налягане, приложено към това колело, след което го прилага отново. Този цикъл се повтаря непрекъснато, поддържайки колелото в критично състояние-в състояние *точно* на прага на блокиране, но никога напълно блокирано. Този подход осигурява максимална спирачна сила, като същевременно запазва способността за управление на автомобила.
По време на този процес буталата на шублера трябва многократно да се разтягат и прибират в рамките на част от секундата-с честота, която може да достигне повече от дузина цикъла в секунда. Без апарати, които предлагат чувствителна реакция и прецизно задействане, ABS системата не би била нищо повече от декоративен орнамент.
Системата ESP е още по-сложна; въз основа на динамичното отношение на автомобила, той може селективно да прилага спирачна сила към отделните колела, за да помогне за коригиране на случаите на "рибя опашка" (прекомерно завиване) или "разораване" (недозавиване). Тази възможност изисква и четирите шублера да могат да изпълняват команди независимо и с абсолютна прецизност. Може да се каже, че апаратите представляват „последната миля“ на тези интелигентни системи за безопасност.
