Особенности конструкции гидравлики и механики, сравнение эффективности, особенности в эксплуатации, преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки гидравлической системы

Гидравлические тормоза велосипеда в сравнении с механическими (тросиковыми) имеют ряд безоговорочных преимуществ, но есть и косвенные недостатки:

Преимущества:

• Сила торможения и легкость нажатия. Физические свойства гидравлической системы позволяют без прикладывания особых усилий достигать высокого уровня силы торможения. Для управления достаточно использования одного – двух пальцев руки, при этом сила торможения, в зависимости от уровня тормозов, может быть как у стопкрана;
• Модуляция. Иными словами, размеренная, плавная прогрессия тормозного усилия. При желании можно резко дернуть ручку тормоза велосипеда до упора и постирать покрышки колеса. А можно спокойно подконтрольно мягко притормозить;
• Надежность. Если следить и ухаживать за гидравлическими тормозами, то в силу своей закрытости от внешней среды, они будут намного более износоустойчивей, чем механические.

Недостатки:

Необходимость в обслуживании. Гидравлический контур, при определенных обстоятельствах, имеет свойство «завоздушиваться» – набирать в гидролинию пузырьки воздуха

Которые необходимо из нее выгонять, если важно качественное торможение без проваливающейся тормозной ручки. Для этого обычно достаточно прокачать систему – специальный процесс, при котором выгоняется воздух, а его место заполняет тормозная жидкость;
Сложность обслуживания в полевых условиях

Если для исправления неполадок с механическими тормозами достаточно иметь с собой пару шестигранников, то с гидравлическими, для прокачки, понадобятся еще и тормозная жидкость, трубочки и шприцы. При этом и времени больше необходимо и обстановка не в режиме «на ходу»;
Стоимость. Конечно же, из-за сложности гидравлической системы тормозов, стоимость конструкции возрастает и может быть, как просто выше, так и запредельно выше.

Но несмотря на недостатки гидравлики велосипеда, механика конкурировать с ней не способна. Периодические техобслуживания, использование рекомендованных производителем тормозных жидкостей и банальный уход за гидравлической системой, позволят райдеру пользоваться ей и получать удовольствие от комфорта управления годами.

Какие бывают гидравлические тормоза

По принципу конструкции гидравлические тормоза велосипеда делятся на два вида:

• Ободные. Ободные гидравлические тормоза достаточно редкое явление и используются преимущественно в шоссейной дисциплине или близкой к ней. Визуально они походят на типичные клещевые ободные тормозные системы. Представляются на рынке в основном брендами Magura и Sram;
• Дисковые. Наиболее распространенный вариант. Применяется на большинстве маунтинбайк велосипедах выше бюджетного уровня. Изготавливается рядом производителей, наиболее популярные из них это: Tektro, Shimano, Sram, Magura, Hope.

Компоненты гидравлической системы

Кроме мелких конструктивных особенностей, гидравлическая система для велосипеда состоит из нескольких основных элементов, заключенных в единый контур.

• Тормозная ручка на руле велосипеда. В состав которой входит рычаг для передачи усилия; внутри конструкции поршень, на который передается усилие от рычага; поршень двигается по цилиндру, продвигая жидкость по гидролинии;
• Гидролиния. Трубка, тянущаяся от ручки к калиперу, заполненная жидкостью;
• Калипер – тормозная машинка. Устройство, принимающее переданное усилие по гидролинии и передающее его на имеющиеся «на борту» цилиндры со своими поршнями. Поршни в свою очередь, выдвигаясь, сжимают колодки, расположенные в контуре после поршней. А колодки зажимают собой, в случае дисковых тормозов, расположенный между ними ротор (тормозной диск), неподвижно закрепленный на вращающемся колесе велосипеда, а в случае ободных тормозов – обод колеса велосипеда.

Принцип работы

Гидравлические тормоза являют собой герметичный контур. В ином случае они не смогут выполнять свою задачу качественно.

Физические свойства жидкости таковы, что она не сжимается и не растягивается. На основе этого свойства и работают гидравлические системы. Усилие от поршня в тормозной ручке передается по гидролинии на поршни в калипере. Сила давления обратнопропорциональна площади поршней – во сколько раз больше площадь принимающих усилие поршней, по отношению к передающему, во столько раз и выше сила давления (а значит и сила сжатия колодок принимающими поршнями), но во столько же раз и меньше расстояние перемещения принимающих поршней.

А теперь простыми словами. Чем большей силы торможения необходимо достичь, тем больше должны быть поршни в калипере по отношению к поршню в тормозной ручке. При этом, чем больше эти самые поршни в калипере (и чем больше их количество), тем больший необходимо сделать рычаг в ручке, для компенсации потерь в длине хода принимающих поршней.

Дисковые тормоза

У дисковых тормозов суппорт может быть неподвижным и подвижным.  Подвижный суппорт имеет конструкцию, исключающую неравномерное стирание тормозных колодок. 

Дисковые тормоза являются более эффективными, способными работать при высоких температурах. Также используются диски с вентиляцией. Увеличение толщины дает возможность установить несколько ребер жесткости. Они могут обеспечить приток воздуха к металлу. Причем во время вращения колеса центробежная сила всасывает воздух и распределяет его равномерно от центра к краям. Именно за счет этого происходит охлаждение металла.

Гидравлическая тормозная система

Гидравлическая тормозная система является одной из самых важных систем современного автомобиля.
 

Гидравлическая тормозная система может неудовлетворительно работать при попадании в нее воздуха. При удалении воздуха из тормозной системы соблюдают следующий порядок.
 

В гидравлическую тормозную систему заливают специальные жидкости, обладающие особыми свойствами ( например, не разрушать резиновых деталей гидравлической системы, иметь строго определенную вязкость и пр. Смешивать тормозные жидкости разных сортов не рекомендуется.
 

При работе гидравлической тормозной системы без компенсационного бачка, а также при разнице уровней напорного и рабочего цилиндров более 5 ж в величине усилия Рп, определяемого формулами ( 36) — ( 38), должно быть дополнительно учтено гидростатическое давление жидкости в трубопроводе. В большинстве тормозных устройств подъемно-транспортных машин перепад уровней напорного и рабочего цилиндров гидросистемы относительно невелик и обусловливает возрастание необходимого усилия на педали или рычаге управления не более чем на 3 — 5 %; при наличии компенсационного бачка давление столба жидкости в основном трубопроводе также компенсируется столбом жидкости от бачка до напорного цилиндра. Но в некоторых специальных конструкциях гидростатическое давление должно быть учтено.
 

При работе гидравлической тормозной системы без компенсационного бачка, а также при разнице уровней главного и рабочего цилиндров более 5 м в величине усилия Рп, определяемого формулами (3.4) — (3.6), должно быть дополнительно учтено гидростатическое давление жидкости в трубопроводе. В большинстве тормозных устройств подъемно-транспортных машин перепад уровней главного и рабочего цилиндров гидросистемы относительно невелик и обусловливает возрастание необходимого усилия на педали или рычаге управления не более чем на 3 — 5 %; при наличии компенсационного бачка давление столба жидкости в основном трубопроводе также компенсируется столбом жидкости от бачка до главного цилиндра. Чтобы при отпущенной педали в трубопроводе не поддерживалось излишне высокое остаточное давление и обеспечивалось быстрое возвращение педали в исходное положение, она обычно снабжается возвратной пружиной, уравновешивающей момент от веса педали. Если в конструкции системы управления эта пружина не предусмотрена, то следует учесть давление в гидросистеме, создаваемое весом педали. В ряде конструкций это давление существенно меняет характеристику процесса торможения и размыкания тормоза.
 

Для контроля гидравлической тормозной системы на автомобилях устанавливают различные сигнализаторы, показывающие падение давления в одном контуре тормозной системы или критическое снижение уровня тормозной жидкости. Сигнализатор, примененный на автомобилях Москвич и ГАЗ-3102 ( рис. 100), состоит из корпуса 5, поршней 1 и 2с уплотнительными резиновыми кольцами, шарика 4 и выключателя 3 контрольной лампы.
 

Для заполнения гидравлических тормозных систем должна применяться однородная по составу и физическим свойствам тормозная жидкость.
 

Применяют для заполнения гидравлических тормозных систем, автомобилей, эксплуатируемых в северных и восточных районах средней полосы СССР.
 

Применяют для заполнения гидравлических тормозных систем автомобилей, эксплуатируемых в северных и восточных районах средней полосы СССР.
 

Для включения стоп-сигнала в гидравлическую тормозную систему установлен включатель, электрически связанный с лампами стоп-сигнала.
 

Жидкости, применяемые для заполнения гидравлических тормозных систем автомобилей, называются автомобильными тормозными.
 

Жидкости, применяемые для заполнения гидравлических тормозных систем автомобилей, называются автомобильными гидротормозными жидкостями.
 

На рис. 178 изображена принципиальная схема гидравлической тормозной системы автомобиля. Принцип работы этой системы заключается в передаче давления жидкостью от тормозной педали к разжимным устройствам колесных тормозов. Поршень 2, перемещаясь, сжимает возвратную пружину 4 и через перепускной клапан 5 вытесняет жидкость из главного цилиндра через магистраль в рабочие тормозные цилиндры 6, создавая необходимое рабочее давление. Поршни 7 под давлением жидкости перемещаются в рабочих тормозных цилиндрах и давят на тормозные колодки 8, прижимая их обшивки к рабочей поверхности барабанов, вследствие чего и происходит торможение колес. После прекращения давления на тормозную педаль поршень 2 под действием возвратной пружины стремится отойти в свое исходное положение.
 

Сравнительные характеристики

Барабанные тормоза проще и дешевле в производстве. Они обладают свойством, называемым – эффект механического самоусиления. То есть, при продолжительном давлении ногой на педаль многократно увеличивается тормозящее действие. Это происходит за счет того, что колодки нижними частями связаны друг с другом, и трение передней о барабан усиливает давление на него задней колодки.

Однако механизм дисковых тормозов меньше и легче. Температурная стойкость выше, они быстрее и лучше охлаждаются за счет предусмотренных отверстий-окон

И замена изношенных дисковых колодок производится намного проще, чем барабанных, что важно, если производить ремонт самостоятельно

Принцип действия электрогидравли­ческой тормозной системы

Обычный режим

На рис. «Взаимодействие функциональных модулей электрогидравлического тормоза» показаны компоненты электрогидравлического тормоза в виде схемы. Электродви­гатель приводит в действие гидравлический насос. Насос нагнетает давление в аккумуля­торе высокого давления на уровне 90-130 бар, контролируемое датчиком давления. Четыре отдельных модулятора давления на колесах запитаны от аккумулятора высокого давле­ния и устанавливают необходимое давление от­дельно для каждого колеса. Каждый модулятор давления состоит из двух клапанов пропорцио­нального регулирования и датчика давления.

В обычном режиме стопорные клапаны изо­лируют тормоза от рабочего блока. Система находится в режиме «проводного управления торможением». Она, с помощью электроники определяет желание водителя затормозить и передает его «по проводам» на модуляторы давления колес. Взаимодействие между двигателем, клапанами и датчиками давления контроли­руется электронными контурами гибридной технологии в виде внешнего ЭБУ, который имеет два микроконтроллера, контролирую­щих друг друга. Главной особенностью этой электронной системы является ее расширен­ная самодиагностика, постоянно контролиру­ющая правдоподобность каждой подсистемы. Это означает, что о любых неисправностях водителю сообщается до возникновения кри­тического состояния. При отказе каких-либо компонентов система автоматически обе­спечивает работу оптимальной оставшейся функции. Большое ЗУ неисправностей позво­ляет быстро выполнять диагностику и ремонт в случае сбоя.

Интеллектуальный интерфейс с шиной CAN обеспечивает канал связи с ЭБУ сен­сорного тормоза SBC. ЭБУ имеет следующие функции:

• Электронная программа динамической стабилизации (ESP);
• Система управления тяговым усилием (TCS);
• Антиблокировочная система (ABS);
• Вычисление усилия нажатия педали тормоза;
• Дополнительные функции электрогидравлического тормоза (вспомогательные).

Торможение в случае отказа системы

Из соображений безопасности электрогидравлическая тормозная система сконструи­рована так, что в случае серьезных сбоев (например, сбой электропитания) она пере­ходит в состояние, в котором водитель может затормозить без использования функции ак­тивного усиления тормозов. В обесточенном состоянии системы стопорные клапаны соз­дают прямое соединение с рабочим блоком (рис. «Взаимодействие функциональных модулей электрогидравлического тормоза» ) и таким образом позволяют напря­мую гидравлически соединить рабочий блок с тормозными цилиндрами колес.

Для сохранения оптимальной функцио­нальности даже в случае отказа системы плунжеры модуляторов давления служат сепараторами среды между активированным электрогидравлическим и традиционным тормозными контурами передних колес. Они предотвращают попадание газа, который мо­жет улетучиваться из аккумулятора высокого давления, в тормозной контур колес, так как это может уменьшить тормозную мощность в случае отказа системы.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Ремонтные работы

Разборка, ремонт и замена тормозного цилиндра автомобиля ВАЗ не представляет особой сложности. Приобретя необходимый ремкомплект рабочего тормозного цилиндра, откручиваем колесо и, отсоединив патрубки, снимаем неисправный цилиндр (более подробно схема демонтажа будет описана ниже).

Для удобства, зажав корпус в тисках и сняв пыльник, получаем доступ к стопорному кольцу, фиксирующему поршень, после снятия которого, вынимаем все рабочие детали.

Произведя разборку корпуса нужно промыть всё тормозной жидкостью и осмотреть зеркало корпуса на предмет механических повреждений.

Если повреждений не выявлено, то, вскрыв ремкомплект рабочего тормозного цилиндра, произвести замену неисправных деталей.

Типы приводов тормозов

Для того, чтобы сдвинуть колодки, нужно как-то соединить эти колодки с педалью или ручкой управления. По сути дела, нужно передать нажатие водителя на суппорт на некоторое расстояние.

Для решения этой задачи используют несколько способов.

Существуют гидравлические тормоза или механические тормоза. Все они, в первую очередь, отличаются “способом нажатия” на тормозную колодку. Вариантов, на самом деле, больше. Например, есть ещё и пневматические тормоза. Но используется чаще всего именно перечисленные типы.

В механических тормозах используется самый обычный тросик, который сдвигает колодки, пока мы давим на ручку. Этот вариант используется в велосипедах и может быть применен как к ободным, так и к дисковым тормозам. В автомобиле такой тип тормозов используется для реализации стояночного тормоза или ручника. Здесь всё очень просто – самый обычный тросик, аналогично веревке, тянет объект и передает наше усилие на суппорт.

В гидравлических тормозах, вместо тросика, используется жидкость. Жидкость заполняет т.н. гидролинию, которая и является аналогом механического троса и выполняет его функцию. Правда работает система на сжатие а не на растяжение.

Напомню, что жидкость всегда несжимаемая! Чуть позже мы узнаем, что это даёт гидравлике ощутимое преимущество перед механикой.

При нажатии на ручку или педаль, жидкость перемещается по гидролинии и надавливает на тормозной поршень в суппорте. Само собой, вся система адаптирована на использование именно гидравлического привода.

Замена тормозной жидкости

Тормозную жидкость необходимо заменять каждые 40000 км пробега. Эту операцию можно выполнить одним из двух изложенных ниже способов.

Способ первый, более трудоемкий, но не требующий высокой квалификации, заключается в выполнении следующих работ:

• Отвернуть поочередно все штуцеры отвода воздуха на колесах, установить на них гибкие шланги и, нажимая на тормозную педаль, удалить тормозную жидкость системы, собирая ее в подставленные емкости.
• Завернуть штуцеры, заполнить свежей тормозной жидкостью бачок и поочередно удалить воздух из всех четырех рабочих тормозных цилиндров способом, изложенным выше.

Второй способ замены тормозной жидкости, позволяющий избежать довольно трудоемкой операции удаления воздуха, заключается в следующем:

• Удалить из бачка отработанную тормозную жидкость (например, с помощью шприца) и заполнить его свежей.
• На конец гибкого шланга, используемого для удаления воздуха, надеть стеклянную трубку, конец которой погрузить в емкость с тормозной жидкостью.
• Отвернуть штуцер, одеть на него гибкий шланг и, нажимая тормозную педаль, выкачивать старую тормозную жидкость до момента появления в стеклянной трубке новой жидкости. После этого произвести два полных нажатия на тормозную педаль и, удерживая ее в нажатом положении, затянуть штуцер. Выполнение этой операции требует определенных навыков и опыта, чтобы визуально отличить по цвету старую и новую тормозную жидкость. Старая жидкость (например, после двухлетней эксплуатации)существенно темнее.
• Повторить описанную выше операцию для каждого тормозного цилиндра, соблюдая ту же очередность, что и при удалении воздуха из системы, и пополняя каждый раз жидкость в бачке.

После окончания операции следует заполнить бачок до максимального уровня и проверить действие тормозов во время движения автомобиля.

Разновидности

Тормоза на авто применяться начали сразу с момента появления машин. Первые системы были примитивными и простыми, но со своей задачей справлялись, поскольку и скорость движения автотранспорта была невысокой. По мере усовершенствования авто дорабатывались и тормоза. Также были разработаны различные виды тормозных систем со своими конструктивными отличиями и особенностями.

В целом, все виды тормозных систем, используемых на транспорте можно разделить по категориям:

1. Назначение
2. Тип привода
3. Устройство рабочих механизмов

Поскольку эта система должна осуществлять ряд функций, то в конструкции авто применяется несколько видов тормозов, и у каждого из них свое назначение.

Виды по назначению

На легковых машинах применяется два вида тормозов – рабочий и стояночный. Дополнительно же на автотранспорте могут применяться еще резервный и горный тормоза.

Рабочим осуществляется замедление машины вплоть до полного прекращения движения. Особенность их работы заключается в том, что скорость замедления зависит от силы нажатия на тормозную педаль.

Стояночный тормоз, как понятно из названия, предназначен для обездвиживания авто на стоянке. Благодаря ему колеса блокируются, и машина не сможет самовольно откатиться.

Резервный тормоз, еще называют аварийным. Нужен он для обеспечения остановки авто при поломке рабочей системы. На легковых моделях обычно резервного тормоза как отдельно стоящей системы нет, а его функцию выполняет стояночный тормоз.

Горный тормоз применяется на грузовиках. Суть его заключается в принудительном сбросе оборотов двигателя при движении с горы, что позволяет замедлить авто без использования рабочего тормоза, чтобы исключить перегрев и отказ рабочих механизмов.

Типы привода

Существующие виды тормозных систем различаются и по типу привода. В задачу привода входит передача усилия рабочие механизмы или выполнение определенных действий с их составными частями.

Их можно разделить на:

1. Механический
2. Гидравлический
3. Пневматический
4. Комбинированный

В механическом типе водитель воздействует на рабочие узлы посредством систем тяг, тросов и рычагов. Для рабочих тормозов этот тип привода обычно не используется, зато он нередко применяется на стояночном тормозе.

Гидравлический – самый распространенный на легковушках привод. Построен он на физическом свойстве жидкости — несжимаемости. Это позволяет использовать жидкость для передачи усилия на рабочие механизмы.

Устройство простейшей системы тормозов

Пневматический привод применяется на грузовиках. Здесь основным рабочим телом выступает сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Водитель же нажимая на педаль, открывает каналы, по которым воздух подается в специальные камеры связанные с рабочими механизмами.

Комбинированные приводы обычно используются на спецтехнике. Такой привод может включать в себя конструктивные элементы перечисленных типов приводов. К примеру, он может быть гидромеханическим, электромеханическим и т. д.

Разновидности рабочих механизмов

Рабочие механизмы воздействуют на колеса, обеспечивая замедление их вращения. То есть, это основные элементы тормозной системы. Они могут быть ленточными, дисковыми и барабанными. Первый тип практически не используется и его можно встретить только на спецтехнике. Суть работы его сводится к тому, что на оси, которая передает вращение на колесо, сделан барабан, с одетой на нем лентой. При торможении водитель воздействует на ленту, натягивая ее, и за счет трения скорость вращения барабана замедляется.

Дисковые механизмы – одни из самых распространенных на легковых машинах. Здесь основным рабочим элементом выступает диск, жестко посаженный на колесную ступицу. Привод системы связан с суппортом, установленном на тормозном диске. В нем установлены фрикционные колодки. При торможении посредством суппорта осуществляется прижим колодок к диску, и трение между ними замедляет вращение ступицы.

В барабанных тормозах вместо диска используется барабан, посаженный на ступицу. Внутри него на неподвижной части ступицы размещены две колодки в виде полумесяцев. При торможении привод обеспечивает разжатие колодок, в результате они прижимаются к барабану и замедляют его вращение.

Гидравлические тормоза: хит, которому почти 100 лет

Тормоза с гидравлическим приводом (рабочим телом в данной системе является специальная жидкость, отсюда и название) без малейшей тени сомнения можно назвать классикой жанра.

Появились они на серийных моделях легковых авто в 20-х годах минувшего столетия и с тех пор плотно вошли в автопром, не оставив практически никаких шансов другим системам. Пионерами по внедрению гидротормозов стали американцы, задав на них моду на долгие десятилетия.

За почти сто лет существования, эта технология постоянно совершенствовалась, обрастая различными узлами и агрегатами, делающими её более надёжной и эффективной.

В дополнение ко всему, последние несколько десятков лет ознаменовались активным использованием электроники в автопроме, которая не обошла стороной и тормозные системы, благодаря чему они стали максимально безопасными. А ведь прогресс не остановить, то ли ещё будет…

РАЗЛИЧИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

Рассмотрим, чем отличаются между собой гидравлические тормоза от разных производителей и для разных велосипедов.

ПО ТИПУ ТОРМОЗНОЙ ЖИДКОСТИ

Тормозная жидкость бывает:

Минеральное масло (mineral oil) –наиболее распространенный тип тормозной жидкости. Не опасен для лакокрасочных покрытий и пластмассовых элементов велосипеда, на которые может легко попасть при прокачке тормозной системы. Используют такие бренды, как: Shimano, Magura, Campagnolo, TRP, Formula и другие;

Дот (DOT 5.1, DOT 4.1) – этот тип тормозной жидкости используют в основном бренды Hope и Sram. Имеет иной химический состав и несколько отличается по свойствам от минерального масла. Более едкое вещество. Потому при прокачке тормозной системы, необходимо следить за тем, чтобы дот не попадал на элементы велосипеда. А если попал, то стараться максимально быстро удалять его ветошью с лакокрасочных и пластмассовых элементов велосипеда.

ПО ТИПУ КРЕПЛЕНИЯ КАЛИПЕРА

Калипер крепится к раме или вилке разными стандартами, в зависимости от того, какой из стандартов производитель решил использовать на своих изделиях. Также на крепление влияет место крепления (переднее или заднее колесо) и размер ротора, в зависимости от которого необходимо калипер крепить на определенном расстоянии от центра колеса. Для взаимодействия всех этих стандартов между собой, используются специальные адаптеры крепления (переходники).

И таких стандартов несколько:

1. (PM) – Post Mount – ныне наиболее распространенный стандарт, применяемый на большинстве современных велосипедов;
2. (IS) – International Standart – устаревший вариант крепления. Если где-то и применяется, то это скорее всего будут так называемые Ашанбайки;
3. (FM) – Flat Mount – редкий стандарт, применяемый обычно в шоссейных и циклокросс велосипедах.

ПО ТИПУ КРЕПЛЕНИЯ РОТОРА

Существует несколько стандартов крепления ротора к втулке колеса велосипеда. Хоть роторы и не являются элементом гидравлического тормоза, но без них никуда и при выборе тормозов, скорее всего, вы столкнетесь и с этим вопросом:

1. Центрлок (Centerlock) – стандарт бренда Shimano. При этом Shimano выпускает, как втулки, так и роторы под 6 отверстий;
2. Шесть отверстий (6-hole) – стандарт бренда Sram. При этом Sram выпускает, как втулки, так и роторы под центрлок;
3. 4,5 отверстий. Крайне редкий вариант, но существуют и такие.