Как работают тормоза в автомобиле: Объяснение

Что такое тормозная система в машине.

 

Наверное, многим водителям знакома ситуация, когда, например, на дорогу неожиданно выбегает собака, кошка или любое другое животное. Согласитесь очень неприятный момент. Ведь у нас есть всего доля секунды, чтобы отреагировать на ситуацию. В этот момент большинство из нас, наверное, нажмут педаль тормоза, и мы будем уверенные в том, что машина мгновенно начнет останавливаться. Но почему мы уверены в тормозах? Как работает тормозная система в автомобиле? Давайте узнаем, как тормоза, используя науку, останавливает тяжелую машину. 

 

Наука останавливаться

 

 Перед вами парашютный тормоз снижает скорость и кинетическую энергию, для того чтобы катапультировавшийся летчик благополучно приземлился на землю. 

Смотрите также: Основные принципы работы тормозного механизма автомобиля [Принцип работы и элементы тормозной системы]

Если вы двигаетесь у вас есть энергия — кинетическая энергия, если быть точным. Кинетическая энергия — это просто энергия, которой обладает объект, поскольку он имеет массу и скорость (скорость в определенном направлении). Чем больше у вас массы (чем тяжелее) и чем быстрее вы двигаетесь, тем больше у вас есть кинетической энергии. 

Все это конечно хорошо. Но что делать, если вам вдруг нужно остановиться? Как же перейти от быстрого движения к тому, чтобы не двигаться вообще. Для этого вам необходимо избавиться от своей кинетической энергии. 

Например, если вы прыгаете с высоты из летящего самолета, то лучший способ потерять энергию — это парашют. Благодаря гигантскому мешку ткани, который летит за вами, замедляет вас, уменьшая скорость и следовательно парашют помогает избавиться от вашей кинетической энергии. 

В результате парашют позволяет вам спокойно приземлиться на землю целым и невредимым. 

 

Кстати, мощные драгстер автомобили, которые являются рекордсменами по разгону с места, а также спорткары умеющие разгонятся до рекордных скоростей, также используют для остановки парашюты. Но большинство обычных автомобилей, как вы знаете, используют для остановки и снижения скорости традиционную гидравлическую тормозную систему, которая была изобретена еще в начале 20 века.

 

Разные тормоза для различных видов транспорта 

В автомобилях, грузовиках, самолетах и поездах тормоза в целом работают в принципе одинаково. Также в мире существует множество других видов транспорта, которые также имеют похожий принцип торможения. Тормоза даже есть в ветровых турбинах. Вот краткое сравнение некоторых распространенных тормозных систем.

 

Велосипед

 

Если вы катаетесь на велосипеде вы знаете, что, разогнавшись, вам нечего бояться, так как когда вы захотите остановиться, вы воспользуетесь тормозом, предусмотренном в любом велотранспорте. Обычно для этого вы зажимаете тормозной рычаг на руле и велосипед начинает снижать скорость за счет того, что металлический трос, идущий от тормозного рычага, тянет небольшие суппорты, расположенные на колесе, заставляя толстые резиновые блоки прижиматься к колесу. В этот момент создается трение между тормозными резиновыми блоками и металлическим ободом колеса. В результате трения создается тепло и уменьшается кинетическая энергия вашего велосипеда. В итоге вы безопасно останавливаетесь. 

 

Паровоз

 

Тормоза на паровозе работают, так же как и в автомобиле. На фотографии вы можете видеть тормоз. Он зажимает ведущие колеса локомотива, чтобы замедлить их. Но как же поезд останавливается, если на колесах нет шин? Ведь для остановки необходимо трение, в том числе и дорожной поверхностью?

 

Все просто. Так как локомотив имеет огромную массу, а его колеса не имеют резины трение создается именно из-за огромного веса, который давит на колеса, прижатые к металлическим рельсам. В результате трения металлических колес с металлическими рельсами также образуется большое количество тепла, которое и снижает кинетическую энергию двоящегося локомотива.

 

Мотоцикл

 

Мотоциклы обычно имеют дисковые тормоза, которые содержат тормозные диски, суппорт и тормозные колодки. Тормозной диск, как правило, имеет отверстия (или пазы). Принцип работы тормозов в мотоцикле прост: тормозная колодка, зажимается с помощью тросика, который, как и в велосипеде, может идти на рулевое колесо или на ножную педаль. Как только мотоциклист зажимает педаль тормоза или тормозной рычаг тросик прижимает колодки к тормозному диску. Отверстия в тормозном диске помогают рассеивать выделяемое тепло при трении. 

 

Самолет

 

Самолеты имеют тормоза внутри своих колес. Это помогает остановить самолет на взлетно-посадочной полосе. Также в авиатехнике могут использоваться воздушные тормоза, которые увеличивают сопротивление воздуха, что в итоге и замедляет самолет во время полета.  В том числе самолет может тормозить и за счет обратной тяги двигателей, если пилот включит реверс.

 

Ветровая турбина

 

Как мы уже сказали ветровые турбины также имеют тормозную систему. Она необходима, чтобы предотвращать слишком быстрое вращение роторов (пропеллеров). У большинства ветровых турбин есть анемометр, который измеряет скорость ветра. Если скорость ветра поднимается выше безопасного уровня, автоматически активируется тормоз, который и приводит к замедлению вращения пропеллеров, либо к их полной остановке. 

 

К сожалению, высокие скорости ветра означают, что можно было бы получить больше энергии. Но безопасность всегда главнее.

 

Более детальный взгляд на автомобильные тормозные системы

 

Ранние автомобильные тормоза были удивительно примитивны по сегодняшним меркам. Вот простая система с трением 1910 года, изобретенная американцем Джоном Ставарцем. 

 

Когда вы нажимаете на рычаг тормоза (обозначен на картинке желтым цветом), под заднее колесо (обозначено коричневым цветом) заезжает огромная тормозная колодка (синего цвета). 

По сути, автомобиль садится на колодку-башмак, зубья которого сцепляются с дорожной поверхностью, в результате чего машина начинает замедляться и в конечном итоге остановится. 

 

Большинство автомобилей имеют два или три разных типа тормозных систем. Обратите внимание на передние колеса вашей машины. За колесным диском вы увидите тормозные диски. Когда водитель нажимает педаль тормоза, с двух сторон тормозного диска зажимаются тормозные колодки из износостойкого материала.

 

В результате трения колодок с тормозными дисками образуется тепло, также снижается кинетическая энергия автомобиля, который в итоге начинает замедление. Как видите, тот же принцип, как и в мотоциклах и даже в велосипедных тормозах.

Смотрите также: Вот как работает Антиблокировочная система, противобуксовочная система и электронная система контроля устойчивости

У некоторых автомобилей дисковые тормоза есть и на задних колесах. Но у многих автомобилей до сих пор на задних колесах установлены барабанные тормоза, которые работают несколько иначе. Вместо диска в таких тормозах используется тормозной барабан, внутри которого в полой области установлены также тормозные колодки, которые с помощью пружин и тормозных цилиндров при нажатии водителем педали тормоза прижимаются к поверхности барабана. 

 

Ручной тормоз автомобиля тормозит задние колеса. Ручной тормоз активируется с помощью ручника расположенного внутри машины. Правда, по сравнению с нажатием педали тормоза, ручной тормоз менее эффективный и менее сильный.

 

У ускоряющего автомобиля есть масса энергии и когда вы активируете тормоза (неважно какие — барабанные, дисковые или ручной тормоз), то эта энергия превращается в тепло в результате трения тормозных колодок с барабанами или тормозными дисками.

 

Естественно из-за сильного трения барабаны и тормозные диски могут нагреваться до 500 °C и более! Вот почему барабаны или диски должны быть сделаны из таких материалов, которые не будут плавиться при высоких температурах. Например,для изготовления тормозных дисков, барабанов и тормозных колодок идеально подходят дорогие сплавы металлов, композиты или керамика.

 

Как работают тормоза в автомобиле

 

Картинка описание: Когда ваша нога нажимает педаль тормоза, тормозная жидкость в тормозной системе выжимается из узкого цилиндра в более широкий цилиндр. Эта система известна как гидравлическая система. Это позволяет значительно увеличить силу тормозного вашего усилия. 

 

Теория...

 

Представьте себе, сколько вам нужно сил, чтобы остановить быстроходную машину. Простое нажатие педали тормоза не создало бы достаточной силы, чтобы активировать все четыре тормоза так, чтобы быстро остановить ваш автомобиль. Вот почему тормоза используют гидравлику: систему заполненных тормозной жидкостью трубок, которые и увеличивают ваше тормозное усилие. Также благодаря гидравлике тормозные усилия могут передаваться легко из одного места в другое за короткий срок. 

 

Когда вы нажимаете на педаль тормоза, ваша нога, по сути, перемещает рычаг, который заставляет сдвинуть поршень в длинном узком тормозном цилиндре (главный тормозной цилиндр), который в свою очередь начинает двигать гидравлическую жидкость (тормозная жидкость) в сторону узкой трубки расположенной на конце тормозного цилиндра.

 

К этой трубке, как правило, подключены такого же диаметра трубки, идущие на каждый тормоз автомобиля. Далее тормозная жидкость по узким трубкам попадает в более объемные цилиндры, расположенные на колесах.

 

Поскольку тормозные цилиндры, расположенные на каждом колесе, намного больше, чем цилиндр, расположенный в тормозной системе сразу после педали тормоза, сила, которую вы изначально применили к педали тормоза, значительно увеличивается. В результате эта сила и сжимает тормозные колодки в каждом тормозе колеса. 

 

На практике...

 

1. 1. Ваша нога нажимает на педаль тормоза.

 

2. 2. Когда педаль движется вниз, она толкает рычаг, который соединен с поршнем главного тормозного цилиндра.

 

3. 3. Рычаг толкает поршень (синий на картинке) в узкий цилиндр, который заполнен гидравлической тормозной жидкостью (обозначена красным цветом). Когда поршень перемещается в цилиндре, он сжимает тормозную жидкость и толкает ее в узкое отверстие, расположенное в конце цилиндра, к которому подсоединена трубка. Это происходит примерно так же, как ручной насос выжимает воздух из цилиндра в тонкий шланг. 

 

4. 4. В результате образовавшегося давления тормозная жидкость попадает в длинную тормозную магистраль, состоящую из тормозных трубок, которые подходят к каждому колесу. В результате нагнетенного давления главным тормозным цилиндром, тормозная жидкость в итоге достигает каждого колеса. 

 

5. 5. Далее жидкость под давлением попадает в тормозные цилиндры, расположенные в колесах, которые имеют больший размер, чем главный тормозной цилиндр (цилиндр в колесе обозначен, синим цветом). 

 

6. 6. Когда жидкость попадает в тормозной цилиндр, имеющий больший объем по сравнению с главным тормозным цилиндром, то сильно увеличивается тормозное усилие из-за разницы объемов цилиндров в тормозной системе.

 

7. 7. В результате увеличенного давления жидкости поршень в тормозном цилиндре колеса зажимает тормозную колодку, прижимая ее к тормозному диску / барабану.

 

8. 8. В результате трения тормозной колодки и тормозного диска начинается замедление колесного диска, что в конечном итоге и останавливает машину.

 

Наш простой пример показывает основной принцип работы гидравлической тормозной системы; на практике все немного сложнее.

На самом деле педаль тормоза фактически управляет четырьмя отдельными гидравлическими тормозными линиями, идущие на все четыре колеса. В нашем же примере мы показываем принцип работы тормозов на одном колесе автомобиля.

 

Для безопасности, как правило, во всех автомобилях используется два отдельных контура гидравлических тормозов. Это необходимо на тот случай, если вдруг из-за каких-то неисправностей вышел из строя один тормозной контур. В этом случае второй контур всей тормозной системы будет по-прежнему функционировать.  

 

Кто изобрел гидравлические тормоза?

 

Гидравлические тормоза изобрел Малькольм Лугхед из Детройта, штат Мичиган, США в 1919 году. Выше вы можете видеть его улучшенную конструкцию гидравлической тормозной системы — середина 1920-х годов.

Смотрите также: Эксперимент с тормозами автомобиля закончился взрывом: Видео

Эта система использует импульс (движущую силу) транспортного средства, чтобы обеспечить необходимое тормозное усилие для остановки машины. Эта сила толкает гидравлический поршень в цилиндре. Это первый в мире тормоз с электроприводом. То есть при нажатии педали тормоза поршень в цилиндре двигался не только за счет силы нажатия педали, но и благодаря движущейся силе транспорта. 

Лугхэд и его брат Аллан были пионерами в авиастроении. Они основали компанию «Лугхед», известную как авиационное производственное предприятие.

Информационное издание: Новости гаи, дтп, штрафы пдд, ГИБДД, Экзамен ПДД онлайн. Техосмотр