Тормоз

Тормоз , – это механическое устройство которое тормозит движение, поглощая энергию движущейся системы. ^[1] Его применяют для замедления или остановки движущегося транспортного средства, колеса, оси или для предотвращения его движения, чаще всего осуществляемого посредством трения. ^[2]

Фон

В большинстве тормозов обычно используется трение между двумя прижатыми друг к другу поверхностями для преобразования кинетической энергии движущегося объекта в тепло , хотя могут использоваться и другие методы преобразования энергии. Например, рекуперативное торможение преобразует большую часть энергии в электрическую , которую можно сохранить для дальнейшего использования. Другие методы преобразуют кинетическую энергию в потенциальную энергию в таких хранимых формах, как сжатый воздух или масло под давлением. Вихретоковые тормоза используют магнитные поля для преобразования кинетической энергии в электрический ток в тормозном диске, ребре или рельсе, который преобразуется в тепло. Другие методы торможения даже преобразуют кинетическую энергию в различные формы, например, путем передачи энергии вращающемуся маховику.

Тормоза обычно применяются к вращающимся осям или колесам, но могут также принимать другие формы, например поверхность движущейся жидкости (заслонки, развернутые в воде или воздухе). В некоторых транспортных средствах используется комбинация тормозных механизмов, например, в дрэг-рейсинговых автомобилях с колесными тормозами и парашютом, или в самолетах с колесными тормозами и тормозными закрылками, поднимаемыми в воздух во время приземления.

Поскольку кинетическая энергия увеличивается квадратично со скоростью ( $K=mv^{2}/2$ ), объект, движущийся со скоростью 10 м/с, имеет в 100 раз больше энергии, чем объект той же массы, движущийся со скоростью 1 м/с, и, следовательно, теоретический тормозной путь при торможении на пределе тяги может быть до 100 раз длиннее. . На практике быстрые транспортные средства обычно имеют значительное сопротивление воздуха, и энергия, теряемая на сопротивление воздуха, быстро возрастает с увеличением скорости.

Почти все колесные транспортные средства имеют тот или иной тормоз. Даже багажные тележки и тележки для покупок могут иметь их для использования на движущейся рампе . Большинство самолетов оснащены колесными тормозами на шасси . Некоторые самолеты также оснащены воздушными тормозами, предназначенными для снижения скорости в полете. Яркие примеры включают планеры и некоторые самолеты времен Второй мировой войны , в первую очередь некоторые истребители и многие пикирующие бомбардировщики той эпохи. Это позволяет самолету сохранять безопасную скорость при крутом снижении. Saab B 17 Пикирующий бомбардировщик и истребитель Vought F4U Corsair использовали развернутую ходовую часть в качестве воздушного тормоза.

Фрикционные тормоза на автомобилях накапливают тепло в барабанном или дисковом тормозе во время торможения, а затем постепенно отводят его в воздух . При движении вниз по склону некоторые автомобили могут тормозить двигателем .

тормоза Когда педаль современного автомобиля с гидравлическими тормозами прижимается к главному цилиндру , в конечном итоге поршень прижимает тормозную колодку к тормозному диску , что замедляет колесо. На тормозном барабане это похоже на то, что цилиндр прижимает тормозные колодки к барабану, что также замедляет колесо.

Типы

Тормоза можно в общих чертах описать как использующие трение, накачку или электромагнетизм. Один тормоз может использовать несколько принципов: например, насос может пропускать жидкость через отверстие для создания трения:

Фрикционный

Фрикционные тормоза наиболее распространены и могут быть разделены на « колодочные » или « колодочные » тормоза, использующие явную поверхность износа, и гидродинамические тормоза, такие как парашюты, которые используют трение в рабочей жидкости и не изнашиваются явным образом. Обычно термин «фрикционный тормоз» используется для обозначения колодочных тормозов и исключает гидродинамические тормоза, хотя в гидродинамических тормозах используется трение. Фрикционные (колодочные) тормоза часто представляют собой вращающиеся устройства с неподвижной колодкой и вращающейся изнашиваемой поверхностью. Общие конфигурации включают в себя башмаки, которые сжимаются и трутся о внешнюю поверхность вращающегося барабана, например ленточный тормоз ; вращающийся барабан с башмаками, которые расширяются и трутся о внутреннюю часть барабана, обычно называемый « барабанным тормозом », хотя возможны и другие конфигурации барабана; и колодки, которые зажимают вращающийся диск, обычно называемые « дисковыми тормозами ». Другие конфигурации тормозов используются, но реже. Например, тормоза тележки PCC включают плоскую колодку, которая крепится к рельсу с помощью электромагнита; тормоз Мерфи зажимает вращающийся барабан, а В дисковых тормозах Ausco Lambert используется полый диск (два параллельных диска со структурным мостом) с колодками, которые располагаются между поверхностями диска и расширяются вбок.

Барабанный тормоз — это тормоз транспортного средства, в котором трение вызывается набором тормозных колодок , которые прижимаются к внутренней поверхности вращающегося барабана. Барабан соединен с вращающейся ступицей опорного колеса.

Барабанные тормоза обычно можно встретить на старых моделях легковых и грузовых автомобилей. Однако из-за низкой себестоимости производства барабанные тормоза также устанавливаются в задней части некоторых недорогих новых автомобилей. По сравнению с современными дисковыми тормозами барабанные тормоза изнашиваются быстрее из-за склонности к перегреву.

Дисковый тормоз – это устройство для замедления или остановки вращения опорного колеса. Тормозной диск (или ротор на английском языке), обычно изготовленный из чугуна или керамики , соединен с колесом или осью. Чтобы остановить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок (установленный в устройстве, называемом тормозным суппортом прижимается ) механически , гидравлически , пневматически или электромагнитно к обеим сторонам диска. Трение приводит к замедлению или остановке диска и прикрепленного колеса.

Накачка

Насосные тормоза часто используются там, где насос уже является частью оборудования. Например, у поршневого двигателя внутреннего сгорания может быть прекращена подача топлива, и тогда внутренние насосные потери двигателя создают некоторое торможение. В некоторых двигателях используется блокировка клапана, называемая тормозом Джейка, чтобы значительно увеличить насосные потери. Насосные тормоза могут сбрасывать энергию в виде тепла или могут быть рекуперативными тормозами , которые перезаряжают резервуар под давлением, называемый гидравлическим аккумулятором .

Электромагнитный

Электромагнитные тормоза также часто используются там, где электродвигатель уже является частью оборудования. Например, многие гибридные бензиново-электрические транспортные средства используют электродвигатель в качестве генератора для зарядки электрических батарей, а также в качестве рекуперативного тормоза . Некоторые дизельные/электрические железнодорожные локомотивы используют электродвигатели для выработки электроэнергии, которая затем отправляется в блок резисторов и сбрасывается в виде тепла. Некоторые транспортные средства, например некоторые транзитные автобусы, еще не имеют электродвигателя, но используют вторичный тормоз-замедлитель, который фактически представляет собой генератор с внутренним коротким замыканием. Родственными типами таких тормозов являются вихретоковые тормоза и электромеханические тормоза (которые на самом деле представляют собой фрикционные тормоза с магнитным приводом, но в настоящее время их также часто называют просто «электромагнитными тормозами»).

Электромагнитные тормоза замедляют объект за счет электромагнитной индукции , которая создает сопротивление и, в свою очередь, выделяет тепло или электричество. Фрикционные тормоза оказывают давление на два отдельных объекта, чтобы контролируемо замедлить транспортное средство.

Характеристики

Тормоза часто описываются по нескольким характеристикам, включая:

Пиковая сила . Пиковая сила — это максимальный эффект замедления, который можно получить. Пиковая сила часто превышает предел сцепления шин, и в этом случае тормоз может вызвать занос колеса.
Постоянное рассеивание мощности . Тормоза обычно нагреваются при использовании и выходят из строя, когда температура становится слишком высокой. Наибольшее количество мощности (энергии в единицу времени), которое может быть рассеяно тормозом без сбоев, — это непрерывное рассеивание мощности. Непрерывное рассеивание мощности часто зависит, например, от температуры и скорости окружающего охлаждающего воздуха.
Затухание – по мере нагрева тормоза его эффективность может стать менее эффективной, что называется затуханием тормоза . Некоторые конструкции по своей природе склонны к выцветанию, в то время как другие конструкции относительно невосприимчивы. Кроме того, на выцветание часто оказывают большое влияние такие факторы, как охлаждение.
Плавность хода . Тормоза, которые схватывают, пульсируют, дребезжат или иным образом оказывают различное тормозное усилие, могут привести к заносу. Например, железнодорожные колеса имеют малое сцепление с дорогой, а фрикционные тормоза без механизма противоскольжения часто приводят к скольжению, что увеличивает затраты на техническое обслуживание и приводит к ощущению «тук-тук» у пассажиров внутри.
Мощность . Тормоза часто называют «мощными», когда небольшая сила приложения человеком приводит к тому, что тормозное усилие превышает типичное для других тормозов того же класса. Это понятие «мощного» не относится к непрерывному рассеиванию мощности и может сбивать с толку, поскольку тормоз может быть «мощным» и сильно тормозить при плавном нажатии на тормоз, но при этом иметь меньшую (худшую) пиковую силу, чем менее «мощный» тормоз. тормоз.
Ощущение педали . Ощущение педали тормоза включает в себя субъективное восприятие выходной мощности тормоза как функции хода педали. На ход педали влияет объем тормозной жидкости и другие факторы.
Сопротивление . Тормоза имеют различную величину сопротивления в выключенном состоянии в зависимости от конструкции системы, чтобы учесть общую податливость системы и деформацию, возникающую при торможении, со способностью втягивать фрикционный материал с трущейся поверхности в выключенном состоянии.
Долговечность . Фрикционные тормоза имеют изнашиваемые поверхности, которые необходимо периодически заменять. К изнашиваемым поверхностям относятся тормозные колодки или колодки, а также тормозной диск или барабан. Могут быть компромиссы, например, поверхность износа, создающая высокую пиковую силу, также может быстро изнашиваться.
Вес . Тормоза часто представляют собой «добавочный вес», поскольку они не выполняют никакой другой функции. Кроме того, на колеса часто устанавливаются тормоза, а неподрессоренная масса в некоторых случаях может существенно ухудшить сцепление с дорогой. «Вес» может означать сам тормоз или может включать дополнительную опорную конструкцию.
Шум . Тормоза при включении обычно издают небольшой шум, но часто издают довольно громкий визг или скрежет.

Компоненты фундамента

Фундаментальные компоненты — это компоненты тормозного узла на колесах транспортного средства, названные в честь того, что они составляют основу остальной тормозной системы. Эти механические детали, расположенные вокруг колес, управляются пневматической тормозной системой.

Существуют три типа фундаментных тормозных систем: S-образные кулачковые тормоза, дисковые тормоза и клиновые тормоза. ^[3]

Усиление тормозов

В большинстве современных легковых автомобилей и легких фургонов используется тормозная система с вакуумным усилителем , которая значительно увеличивает усилие, прилагаемое к тормозам автомобиля его оператором. ^[4] Эта дополнительная сила создается за счет вакуума в коллекторе, создаваемого потоком воздуха, который блокируется дроссельной заслонкой работающего двигателя. Эта сила значительно уменьшается, когда двигатель работает с полностью открытой дроссельной заслонкой, поскольку разница между давлением окружающего воздуха и давлением воздуха в коллекторе (абсолютным) уменьшается, и, следовательно, доступный вакуум уменьшается. Однако тормоза редко включаются на полном газу; водитель снимает правую ногу с педали газа и переносит ее на педаль тормоза – если не торможение левой ногой используется .

Из-за низкого вакуума при высоких оборотах сообщения о непреднамеренном ускорении часто сопровождаются жалобами на отказ или ослабление тормозов, поскольку высокооборотный двигатель с открытой дроссельной заслонкой не может обеспечить достаточный вакуум для питания усилителя тормозов. Эта проблема усугубляется в транспортных средствах, оснащенных автоматической коробкой передач, поскольку автомобиль автоматически переключается на пониженную передачу при торможении, тем самым увеличивая крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, контактирующие с поверхностью дороги.

Более тяжелые автомобили, а также поезда обычно усиливают тормозную мощность с помощью сжатого воздуха , подаваемого одним или несколькими компрессорами.

Шум

Хотя в идеале тормоз преобразует всю кинетическую энергию в тепловую, на практике значительная ее часть может быть преобразована в акустическую энергию , что способствует шумовому загрязнению .

Уровень шума дорожных транспортных средств существенно зависит от шин конструкции , дорожного покрытия и величины замедления. ^[5] Шум может быть вызван разными причинами. Это признаки того, что со временем могут возникнуть проблемы с износом тормозов.

Пожары

Неисправности железнодорожных тормозов могут привести к образованию искр и лесным пожарам . ^[6] В некоторых крайних случаях дисковые тормоза могут нагреться докрасна и загореться. Это произошло на Гран-при Тосканы, когда у автомобиля Mercedes W11 передние карбоновые дисковые тормоза чуть не загорелись из-за плохой вентиляции и интенсивного использования. ^[7] Эти возгорания также могут возникнуть на некоторых фургонах Mercedes Sprinter , когда заклинивает датчик регулировки нагрузки и задним тормозам приходится компенсировать передние. ^[8]

Неэффективность

При торможении всегда теряется значительное количество энергии, даже при рекуперативном торможении , которое не является абсолютно эффективным . Таким образом, хороший показатель эффективного использования энергии во время вождения — это следить за тем, насколько сильно человек тормозит. Если большая часть замедления происходит из-за неизбежного трения, а не из-за торможения, автомобиль выжимает большую часть мощности. Сведение к минимуму использования тормозов является одним из способов максимизации экономии топлива .

Хотя энергия всегда теряется во время торможения, второстепенным фактором, влияющим на эффективность, является «сопротивление при выключении тормоза» или сопротивление, возникающее, когда тормоз не нажимается намеренно. После торможения гидравлическое давление в системе падает, что позволяет поршням тормозного суппорта втянуться. Однако это втягивание должно учитывать всю податливость системы (под давлением), а также термическую деформацию таких компонентов, как тормозной диск или тормозная система будет тянуться до тех пор, пока контакт с диском, например, не выбьет колодки и поршни из тормозной колодки. трущаяся поверхность. В это время может наблюдаться значительное сопротивление тормозов. Такое тормозное сопротивление может привести к значительной паразитной потере мощности, что влияет на экономию топлива и общую производительность автомобиля.

История

Ранняя тормозная система

В 1890-х годах деревянные блочные тормоза устарели, когда братья Мишлен представили резиновые шины. ^[9]

В 1960-е годы некоторые производители автомобилей заменили барабанные тормоза дисковыми. ^[9]

Электронная тормозная система

В 1966 году АБС была установлена на Гранд Турере Jensen FF . ^[9]

В 1978 году компании Bosch и Mercedes обновили свою антиблокировочную тормозную систему 1936 года для Mercedes S-Class . Эта АБС представляет собой полностью электронную, полноприводную и многоканальную систему, которая позже стала стандартной. ^[9]

В 2005 году система ESC, которая автоматически задействует тормоза во избежание потери рулевого управления, стала обязательной для перевозчиков опасных грузов без регистраторов данных в канадской провинции Квебек. ^[10]

С 2017 года во многих странах Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) используется система экстренного торможения (BAS) — функция тормозной системы, которая определяет событие экстренного торможения на основе характеристики потребности водителя в торможении и в таких условиях помогает водителю улучшить ситуацию. торможение. ^[11]

В июле 2013 года ^[11] Были приняты правила ЕЭК ООН № 131 для транспортных средств. Этот регламент определяет усовершенствованные системы экстренного торможения (AEBS) для тяжелых транспортных средств, которые автоматически обнаруживают потенциальное столкновение вперед и активируют тормозную систему транспортного средства.

23 января 2020 г. ^[11] Было принято правило № 152 ЕЭК ООН для транспортных средств, определяющее усовершенствованные системы экстренного торможения для легковых автомобилей.

С мая 2022 года в Евросоюзе по закону новые автомобили будут оснащаться усовершенствованной системой экстренного торможения. ^[12]

См. также

Ссылки

^ Бхандари, В.Б. (2010). Проектирование элементов машин . Тата МакГроу-Хилл. п. 472. ИСБН 9780070681798 . Проверено 9 февраля 2016 г.
^ «Определение тормоза» . Словарь английского языка Коллинза . Проверено 9 февраля 2016 г.
^ «Фундаментальные тормоза» . Онтарио . Калифорния . Проверено 22 июля 2017 г.
^ Найс, Карим (22 августа 2000 г.). «Как работают электрические тормоза» . Howstuffworks.com . Проверено 12 марта 2011 г.
^ Хоган, К. Майкл (1973). «Анализ дорожного шума» . Загрязнение воды, воздуха и почвы . 2 (3): 387–392. Бибкод : 1973WASP....2..387H . дои : 10.1007/BF00159677 . S2CID 109914430 .
^ Дэвид Хенч (8 мая 2014 г.). «Пожары, возникшие в поездах, вызывают взрывы, разрушают прицепы, вызывают вынужденную эвакуацию» . Портленд Пресс Вестник .
^ «Mercedes объясняет возгорание тормозов Hamilton на стартовой решетке Формулы-1 в Муджелло» . www.motorsport.com . 16 сентября 2020 г. Проверено 21 ноября 2020 г.
^ «Задние тормоза Sprinter 311 горят» . Форумы владельцев Mercedes-Benz . Март 2007 года . Проверено 21 ноября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «История тормозов | Знаете ли вы автомобили» . 28 августа 2017 г.
^ Система контроля устойчивости крена (RSC). Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Соглашение о принятии гармонизированных технических правил Организации Объединенных Наций для колесных транспортных средств unece.org
^ «Парламент утвердил правила ЕС, требующие применения спасательных технологий в транспортных средствах | Новости | Европейский парламент» . Europarl.europa.eu. 16 апреля 2019 г. Проверено 31 августа 2020 г.

Внешние ссылки

Как все работает — тормоза

[1] Бхандари, В.Б. (2010). Проектирование элементов машин . Тата МакГроу-Хилл. п. 472. ИСБН 9780070681798 . Проверено 9 февраля 2016 г.

[2] «Определение тормоза» . Словарь английского языка Коллинза . Проверено 9 февраля 2016 г.

[3] «Фундаментальные тормоза» . Онтарио . Калифорния . Проверено 22 июля 2017 г.

[4] Найс, Карим (22 августа 2000 г.). «Как работают электрические тормоза» . Howstuffworks.com . Проверено 12 марта 2011 г.

[5] Хоган, К. Майкл (1973). «Анализ дорожного шума» . Загрязнение воды, воздуха и почвы . 2 (3): 387–392. Бибкод : 1973WASP....2..387H . дои : 10.1007/BF00159677 . S2CID 109914430 .

[6] Дэвид Хенч (8 мая 2014 г.). «Пожары, возникшие в поездах, вызывают взрывы, разрушают прицепы, вызывают вынужденную эвакуацию» . Портленд Пресс Вестник .

[7] «Mercedes объясняет возгорание тормозов Hamilton на стартовой решетке Формулы-1 в Муджелло» . www.motorsport.com . 16 сентября 2020 г. Проверено 21 ноября 2020 г.

[8] «Задние тормоза Sprinter 311 горят» . Форумы владельцев Mercedes-Benz . Март 2007 года . Проверено 21 ноября 2020 г.

[auto1-9] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «История тормозов | Знаете ли вы автомобили» . 28 августа 2017 г.

[10] Система контроля устойчивости крена (RSC). Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine.

[auto-11] Jump up to: ^а ^б ^с Соглашение о принятии гармонизированных технических правил Организации Объединенных Наций для колесных транспортных средств unece.org

[12] «Парламент утвердил правила ЕС, требующие применения спасательных технологий в транспортных средствах | Новости | Европейский парламент» . Europarl.europa.eu. 16 апреля 2019 г. Проверено 31 августа 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

v т и Салон автомобиля
Part of a series of articles on cars
Instruments	Automotive navigation system Automotive night vision Backup camera Blind spot monitor Boost gauge Buzzer Carputer Check engine light Electronic instrument cluster Fuel gauge Head-up display Odometer Parking sensor Radar detector Speedometer Tachometer Telematics Tell-tale Trip computer
Controls	Bowden cable Brake Clutch Cruise control Electronic throttle control Gear stick Manettino dial Parking brake Power steering Steering wheel
Anti-theft	Alarm Automatic vehicle location Immobiliser Power door locks Remote keyless system Smart key VIN etching
Safety Seating	Airbag Armrest Bench seat Bucket seat Child safety lock Rear-view mirror Rumble seat Seat belt
Other elements	Boot liner Center console Dashboard Glove compartment Molded carpet Sun visor Vehicle mat
Convenience	Audio Automobile auxiliary power outlet Cup holder Car Phone
Category Commons Portal

v т и Железнодорожные тормоза
Types	Counter-pressure brake Countersteam brake Dynamic brake Eddy current brake Electromagnetic brake Exhaust brake Heberlein brake Hand brake Kunze-Knorr brake Railway air brake Disc brake Railway disc brake Regenerative brake Steam brake Track brake Vacuum brake
Manufacturers	Faiveley Transport Knorr-Bremse (New York Air Brake) Westinghouse Air Brake Company Westinghouse Brake and Signal Company
Other aspects	Brake van Diesel brake tender Diesel electric locomotive dynamic braking Electronically controlled pneumatic brakes Electro-pneumatic brake system on British railway trains Emergency brake (train) Retarder Dowty retarders
Related topics	Air brake Bicycle brake Brake Dead man's switch Drum brake Engine braking Hydraulic brake Pearson's Coupling Pneumatics Railroad Safety Appliance Act (United States)

v т и шасси Система управления
Part of the Automobile series
Suspension	Anti-roll bar (sway bar) Axle Axle track Beam axle Camber angle Car handling Coil spring De Dion tube Double wishbone Hydrolastic (Hydragas) Hydropneumatic Independent suspension Leaf spring Live axle MacPherson strut Multi-link suspension Panhard rod Shock absorber Swing axle Toe angle Torsion bar Trailing arm Unsprung mass Watt's linkage Wheel alignment Wheelbase
Steering	Ackermann steering geometry Caster angle Kingpin Oversteer Power steering Rack and pinion Torque steering Understeer
Brakes	Automatic braking Anti-lock braking system Active rollover protection Brake bleeding Brake fade Brake fluid Brake lining Combined braking system Disc brake Drum brake Electric park brake Electronic brakeforce distribution Electronic stability control Engine braking Hydraulic brake Hydraulic fluid Inboard brake Parking brake Regenerative brake Vacuum servo
Roadwheels Tires (Tyres)	Alloy wheel Custom wheel Drive wheel Hubcap Outline of tires Rostyle wheel Spinner Whitewall tire Wire wheels
Portal Category