Барабанный тормоз – почему он не сдается без боя

Сейчас этот шаг может показаться маркетинговым ходом. И в этом есть немалая доля правды, ведь тормоза – это безопасность, а она является главнейшим требованием, предъявляемым покупателями к транспортным средствам.

Хорошо, конечно, когда автомобиль щеголяет множеством айрбэгов, готовых в случае ДТП защитить водителя с ног до головы, но это пассивная безопасность. А для сидящего за рулем гораздо важнее уверенность в том, что машина гарантированно затормозит перед появившимся на дороге препятствием, а не остановится в нем и этим вынудит надувные подушки показать, на что способны они в деле защиты жизни и здоровья водителя, если тормоза оказались бессильны.

Дисковые тормоза эффективнее барабанных – было доказано и теоретически, и на практике. Однако не только безопасность подталкивала производителей оснащать машины дисковыми тормозами. Было еще желание унифицировать тормозные механизмы во всех вариантах одной модели, как с наиболее мощными двигателями, так и самыми слабыми моторами. Это позволяло уменьшить номенклатуру выпускаемых деталей и тем самым упростить процесс производства от его начала до складского хранения готовых изделий, убрав ненужное технологическое оборудование и сократив персонал.

Под раздачу попали даже задние тормоза в компактных и субкомпактных моделях, где в дисковых конструкциях не было особой необходимости. И дело приняло такой оборот, что действительно создавалось впечатление, что дисковые тормоза вот-вот уложат барабанные на обе лопатки и сделают их разве что достоянием музейных экспозиций, демонстрирующих эволюцию тормозных систем. Правда, как только дисковые тормоза появились на автомобилях, выпускавшихся не мелкими сериями, а массово, тут же проявилась их обратная сторона – недостатки.

Две стороны одной медали

Эффективность дисковых тормозов зиждется на двух китах. Первый – возможность равномерно распределять давление колодки на диск по всей поверхности, которой колодка соприкасается с диском, и оснащать каждую колодку не одним, а несколькими гидроцилиндрами, что позволяет увеличивать силу давления. Второй – минимальный зазор между колодкой и диском, что обеспечивает быстродействие. Для сравнения: зазор между барабаном и фрикционными накладками колодок примерно в 10-15 раз больше. Такой зазор требуется для чистоты растормаживания барабанных тормозов, но он же увеличивает время, необходимое для включения тормоза, а при экстренном торможении дорого каждое мгновение.

Кроме того, дисковым тормозам приписывается лучшее охлаждение и быстрое самоочищение, но эти достоинства выглядят сомнительными. На самом деле у того, что дисковые тормоза открыты всем ветрам, только одно достоинство – простая диагностика. Снял колесо – и невооруженным глазом видно, в каком состоянии колодки и диск. А вот чтобы улучшить охлаждение, диски приходится делать вентилируемыми, но это увеличивает их стоимость.

Что касается хорошего самоочищения, то возникает вопрос: ради чего на поверхностях трения некоторых тормозных дисков выполняют перфорацию или нарезают специальные канавки, а также была придумана функция автоматического кратковременного подвода колодок к дискам во время движения, дабы очищать их от водяной пленки в слякотную погоду?

И главное – небольшой срок службы дисков и колодок в сравнении с функционально сопоставимыми деталями барабанных тормозов объясняют не только высокой эффективностью, но и попаданием под дисковые колодки грязи и песка, от чего барабанные тормоза защищены лучше, поскольку их рабочие элементы находятся в замкнутом пространстве.

Именно быстрый износ дисков и колодок заставил разработчиков автомобилей задуматься, не рановато ли ставить на барабанных тормозах крест. Выяснилось, что покупатели, голосуя двумя руками за безопасность, в то же время были недовольны тем, что дисковые тормоза в 2-3 раза чаще барабанных требуют извлекать из кошелька сумму, необходимую для замены изношенных колодок. А после 2-3 замен колодок приходил черед дисков, в то время как заменой изношенных барабанов многие владельцы не озадачивались за весь период эксплуатации автомобиля. Доподлинно неизвестно, наблюдался ли отток покупателей от моделей, оснащенных всеми дисковыми тормозами, но, как бы там ни было, производителям пришлось идти навстречу клиентским пожеланиям и уменьшать стоимость и частоту обслуживания тормозов.

Может, и не надо ставить дискам в вину сильную коррозию, ведь барабаны тоже ржавеют, да и характерна эта проблема лишь для регионов с влажным климатом и обилием соли на дорогах в зимний период, однако в Беларуси как раз подобные условия. И у нас отнюдь не единичными случаями встречалось серьезное ржавление дисков в местах под тормозными колодками за время длительного хранения автомобиля. После этого на рабочей поверхности дисков появлялись углубления, из-за которых диски становились годными только в металлолом. Чтобы после продолжительного бездействия тормозов похожее происходило с барабанами, никто вспомнить так и не смог.

Нюансы и резервы

Работа любого тормоза основана на трении. Что из-за трения происходит механический износ, мы говорили, однако с точки зрения физики торможение представляет собой превращение кинетической энергии в тепловую. При резком торможении со скорости 80-90 км/ч до полной остановки автомобиля тормозной диск способен нагреться до 600°С. И, находясь раскаленным в открытом пространстве, он может покоробиться при резком охлаждении, вызванном попаданием на поверхности диска большого количества воды, например, при проезде лужи.

Бывало, что диски трескались, и хотя обычно подобные преждевременные выходы дисков из строя объясняют их изготовлением из недостаточно качественных материалов, барабаны от короблений и растрескиваний, даже связанных с огрехами производства, защищены лучше благодаря геометрической форме, которая делает их более жесткими.

И еще барабанные тормоза лучше приспособлены для интеграции в них стояночного тормоза. По конструкции он получается проще, а стало быть, дешевле. И этот тормоз предназначен не только для удержания неподвижного автомобиля на месте, но также является запасным или, другими словами, аварийным на случай отказа рабочих тормозов.

Конечно, полная неисправность в двухконтурных тормозных системах выглядит немыслимой, но в исключительных случаях, например, при внезапном разрушении главного тормозного цилиндра, бывает и она. В этой ситуации во избежание потери управляемости и заноса желательно аварийно останавливать машину, затормаживая «ручником» задние колеса. И это резервы, которые нашлись у барабанных тормозов и позволили им выдержать наступление дисковых конкурентов, оставшись востребованными для использования в качестве задних.

Какие они бывают

Колодки похожи у всех барабанных тормозов. Это ребро, являющееся основанием для обода, собственно обод и фрикционная накладка, которая крепится к ободу на клей, заклепки или винты. Впрочем, заклепки и винты, позволяющие ремонтировать колодки на коленке в гараже, – это прошлый век. В современном производстве такие способы используются в исключительных случаях и не на легковых автомобилях, где применяется лишь приклеивание. Отличаются же колодки для разных моделей не только размерами, но и особенностями разжимающего устройства, а также способом сопряжения колодки с неподвижной опорой.

Существует несколько разновидностей привода барабанных тормозов. Он бывает пневматический или гидравлический. На заре автомобилизации привод и вовсе был тросовым, но сейчас тросы используются только в стояночных тормозах. Стоит также упомянуть, что в те времена барабанными тормозами оснащались все колеса. Дисковые тормоза исторически появились позже и сначала только в передних колесах.

Пневматические тормоза не могли конкурировать с гидравлическими из-за громоздкости, которая не позволяет поместить узлы привода внутри колеса, поэтому на легковых автомобилях они не использовались. Кроме того, они уступают гидравлике в быстродействии. В автомобильном транспорте пневматика применялась на грузовиках полной массой свыше 6-8 тонн, где гидравлика при нормативном усилии на педаль тормоза не могла обеспечить эффективное замедление, а благодаря простоте соединения воздушных магистралей тягача и прицепа – в автопоездах, но сейчас уже не всё так однозначно.

Среди гидравлических тормозов самый простой – с одним разжимающим устройством. Почему, кстати, разжимающим, а не прижимающим и почему – устройством? Такова терминология, которую используют разработчики тормозных систем. Устройство, потому что, кроме гидроцилиндров, колодки могут раздвигаться, прижимаясь к барабану с помощью кулачка, спрофилированного в виде перевернутой буквы S. В пневматических тормозах как раз применяются кулачки. А сдвигаются барабанные колодки, возвращаясь в исходное положение, при помощи пружин.

Колодки могут быть надеты на опорные пальцы либо упираться в них. Называются тормоза такого типа Simplex. Простота, а вместе с ней и дешевизна производства этих тормозов и есть достоинства такой конструкции.

В тормозах, выполненных по схеме Duplex, применяются два разнесенных гидроцилиндра, то есть для каждой колодки предусмотрен индивидуальный привод. В качестве опор для колодок используются тыльные стороны гидроцилиндров. В изготовлении Duplex дороже, чем Simplex, зато по эффективности торможения он лучше примерно в 1,5 раза при, понятно, тех же габаритных размерах тормоза.

И это не потолок. Эффективность работы тормоза Duplex можно также увеличить, если вместо цилиндров с одним поршнем использовать цилиндры с двумя поршнями. Такая конструкция называется Duo-Duplex. Существуют и другие способы усовершенствовать барабанные тормоза. Например, самоусиление, которое достигается, если нижние части колодок связать друг с другом. Тогда трение передней колодки о вращающийся барабан усиливает прижим к барабану задней колодки. Разработчики тормозных систем уверяют, что только за счет самоусиления тормозное усилие можно увеличить в 2-4 раза! Верится в это с трудом, но даже если специалисты ошиблись на порядок, а на практике усилие увеличивается лишь на 20-40 процентов, это уже кое-что.

Понятно, что каждое усовершенствование удорожает тормоз, однако в любом случае у производителей есть из чего выбрать, чтобы найти оптимальное сочетание эффективности работы тормозов с себестоимостью изготовления.

К чему пришли

В итоге ситуация стабилизировалась. О том, чтобы всё вернулось на круги своя, речь не идет. Дисковые тормоза благодаря лучшей эффективности застолбили себе место в передних и задних колесах спортивных моделей и модификаций общегражданских автомобилей, которые оснащены наиболее мощными двигателями из силовой гаммы и могут использоваться для скоростной динамичной езды.

Также применение дисковых тормозов на всех колесах вполне оправдывает себя в машинах с большим весом – лимузинах, тяжелых универсалах, минивэнах и микроавтобусах.

Однако для остальных автомобилей оптимальной является комбинация из передних дисковых и задних барабанных тормозов. Пусть эффективность торможения у этой комбинации хуже, но она остается достаточной, чтобы обеспечить безопасное движение машин, для которых езда в экстремальном скоростном режиме недоступна в силу недостатка мощности их малолитражных моторов, либо для легких по весу автомобилей, которым не требуются титанические усилия, чтобы остановиться. И не забываем про владельцев: не всем нравится ездить быстро и активно, зато экономить на нечастом обслуживании тормозов хотят все.