Төмендеу тоқтату күші: Тормоз жүйесінің әлсіреуі

Кіріспе

Тоқтау қуатының төмендеуі

Тежегіштердің тозуы (немесе көлік құралының тежегіш жүйесінің тозуы) – көлік құралының тежегіштерін қайта-қайта немесе ұзақ уақыт бойы қолдану нәтижесінде туындайтын тоқтау қуатының төмендеуі. Бұл, әсіресе жоғары жүктеме немесе жоғары жылдамдық жағдайында жиі кездеседі. Тежегіштердің тозуы, автомобильдер, жүк көліктері, мотоциклдер, ұшақтар және велосипедтер сияқты сүргіш тежегіш жүйесін пайдаланатын кез келген көлік құралында болуы мүмкін. Тежегіштердің тозуына тежегіш беттерінде жылудың жиналуы және одан кейін тежегіш жүйесінің компоненттерінде болатын өзгерістер мен реакциялар себеп болады. Бұл барабанды және дискілі тежегіштердің екеуінде де байқалуы мүмкін. Тоқтау қуатының жоғалуы немесе тозу, сүргіш тозуы, механикалық тозуы немесе сұйықтық тозуы салдарынан туындауы мүмкін. Тиісті жабдықтар мен материалдарды жобалау және таңдау, сондай-ақ жақсы салқындату арқылы тежегіштердің тозуын айтарлықтай азайтуға болады. Тежегіштердің тозуы көбінесе жоғары өнімділікпен жүргізу кезінде немесе ұзын, тік төбеден төмен түсетін кезде болады. Олардың құрылымына байланысты барабанды тежегіштерде бұл құбылыс жиірек кездеседі. Дискілі тежегіштер тежегіштердің тозуына барабанды тежегіштерге қарағанда төзімдірек, себебі жылу ротордан және колодкалардан оңай шығарылады және көптеген көліктерде алдыңғы тежегіштерде стандартты жабдық ретінде қолданылады.

Токтың өшіру себептері

Тежегіштің тозуы деп аталатын сүргіленудің төмендеуі, температура сүргілену қисығындағы "тізе нүктесіне" жеткенде және диск пен қалып арасында газ жиналғанда пайда болады. Барлық тежегіш қаптамалары механикалық қысым астында қыздыру және салқындату қисығы бойынша өңделеді, сүргі материалды фенолді шайыр терморезистентті полимерлерін "пісіру" (қайта байланыстыру) үшін қыздырады: байланыстырушы шайырлар ерімейді, себебі фенолді шайырлар терморезистентті, термопластикалық емес. Осы түрінде тежегіш педалі берік сезіледі, бірақ тоқтату қабілеті төмендейді. Тежегіш сұйықтығының қайнауынан және одан кейін қысылатын газдардың бөлінуінен де тозу пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда тежегіш педалі "жұмсақ" сезіледі. Бұл жағдай сұйықтықта су сияқты қоспалар болғанда нашарлайды, ал көптеген тежегіш сұйықтықтары әртүрлі дәрежеде оларды сіңіруге бейім. Осы себепті тежегіш сұйықтығын алмастыру – стандартты техникалық қызмет көрсету болып табылады.

Өзін-өзі басқару тежегіштерінде өшіру

Түрлі тежегіш конструкциялары, мысалы, ленталық тежегіштер және көптеген барабанды тежегіштер өздігінен күшейтіледі: тежегіш қолданылған кезде, тежеу күшінің бір бөлігі тежегіш механизміне кері беріліп, тежегішті одан әрі күшейтеді. Бұл «оң кері байланыс» немесе «өздігінен қызмет ету» деп аталады. Өздігінен күшейтілу тежегішті қолдануға қажетті кіріс күшін азайтады, бірақ тежеудің нашаруын күшейтеді, себебі колодкалардың сүргіш материалының биіктігі немесе қалыңдығы азайса, колодкалардың күші де азаяды. Керісінше, дәстүрлі дискілі тежегіш сияқты өздігінен күшейтілмейтін тежегіште колодкалардың сүргіш материалының жоғалуы колодка күшіне әсер етпейді, сондықтан берілген кіріс күші үшін тежегіш моментінің реакциясында қажетті жоғалту болмайды. Өздігінен күшейтілу механизмі су сорғысының жұмысына және тежеудің нашару деңгейіне әсер етеді. Мысалы, Ausco Lambert және Murphy тежегіштерінде өздігінен күшейтілу колодкалардың сүргісіне пропорционалды, сондықтан жалпы тежеу сүргі жоғалуының квадратына пропорционалды түрде азаяды. Көптеген басқа өздігінен күшейтілетін конструкциялар, мысалы, ленталық тежегіштер және көптеген кәдімгі барабанды тежегіштер экспоненциалды өздігінен күшейтілуге ие, ол формуласымен сипатталады, мұнда – табиғи логарифмнің негізі, – колодкалар мен барабан арасындағы сүргі коэффиценті, ал – колодкалар мен барабан арасындағы жанасу бұрышы. Сүргі коэффицентінің шағын өзгеруі өздігінен күшейтілу деңгейінде экспоненциалды өзгеріске әкеледі. Көптеген кәдімгі тежегіштерде сүргінің шағын өсуі тіпті жеңіл қолдану кезінде доңғалақтың құлыпталуына әкелуі мүмкін. Мысалы, ылғалды таңертең барабанды тежегіштер бірінші қолдану кезінде құлыпталып, тежегіш педалі босатылғаннан кейін де тоқтап қалуы мүмкін. Керісінше, сүргінің шағын азаюы тежегіштің күрт нашаруына әкелуі мүмкін.

Түстің сарғаюына ықпал ететін факторлар

Тежегіштің тозуы тізбектей жалғасуы мүмкін. Мысалы, 5 осьті жүк көлігі/тіркемесі 10 тежегішпен жабдықталған. Егер бір тежегіш тозса, қалған 9 тежегіштің жүктемесі артады, олар қаттырақ жұмыс істейді, қызып, осылайша одан да көп тозады. Тозу біркелкі болмаса, көлік құралының бағытын жоғалтуы мүмкін. Осы себепті, ауыр көліктер басқарылатын дөңгелектерде пропорционалды түрде нашар тежегіштерді қолданады, бұл тоқтау қашықтығын ұзартып, басқарылмаған дөңгелектердегі тежегіштердің күшіне қосымша жүктеме түсіреді, соның салдарынан тозу нашарлайды. Дискілі тежегіштер сияқты тозуға төзімді тежегіштердің артықшылығы – басқарылатын дөңгелектер тежегішті басқаруды бұзбай көбірек тоқтату мүмкіндігіне ие. Тежегіштің тозуы әдетте күшті немесе ұзаққа созылған тоқтату кезінде пайда болады. Көптеген жоғары жылдамдықты көліктерде дискілі тежегіштер қолданылады, ал көптеген еуропалық ауыр көліктерде де дискілі тежегіштер жиі кездеседі. Тозуға байланысты дұрыс емес реттелу әлі де барабанды пневматикалық тежегіштері бар жүк көліктерінде маңызды мәселе болып табылады. Канадада кездейсоқ тоқтатылған ауыр жүк көліктерінің сарптамасы бойынша, өздігінен реттелетін тежегіштері бар жүк көліктерінің 10% астамының кем дегенде бір тежегіші дұрыс реттелмеген, себебі өздігінен реттеу механизмі бұзылған немесе өздігінен реттегіштің мүмкіндігінен асып кеткен тозу болған. Жаңа тежегіш поршеньдері ("барабандар") иығын шамамен 65 мм-ден шамамен 75 мм-ге дейін ұзартады; төсеніштерді барабанға тигізу үшін шамамен 30 мм иық пайдаланылғандықтан, қосымша 10 мм иық пайдалы иықтың 25% астам құрайды. Ұзақ иық, әсіресе тозуға байланысты тозуды азайтады, бірақ барабанды тежегіштер ыстық кезде тозуға бейім болып қалады. Салқындағаннан кейін, тозып кеткен тежегіштер әдетте бұрынғыдай жұмыс істейді, тежегіш астарларында немесе төсеніштерінде көзге көрінетін өзгеріс болмайды. Дегенмен, егер тежегіштер ұзақ уақыт бойы тым қатты қызса, тежегіш астарлары мен төсеніштерінің екі сүргіш бетінде шыны қабат пайда болуы мүмкін. Бұл жағдайда, астардың жанасатын беттері тегіс, жылтыр болып көрінеді және тежеу кезінде көлікті баяулату тиімділігі төмендейді. Бұл шыны қабатты астарға жұмсақ абразивті қағаз қолдану арқылы немесе бірнеше шақырымға абайлап жүргізу кезінде тежегіштерді жеңіл пайдалану арқылы оңай жоюға болады. Тежегіштің тозуына қате түсіндірілетін бір жағдай – қыздырылған тежегіш астарлары буланып, барабаннан бөліп тұратын газды бөліп шығарады. Мұндай эффекттерді қиялдау оңай, бірақ физикалық тұрғыдан мүмкін емес, себебі мұндай эффект үшін қажет газдың мөлшері өте көп болады. Газдық подшипник диск немесе барабан қозғалғанда газды үнемі толықтыруды қажет етеді, себебі ол бетінде газ болмайды. Сонымен қатар, дискілі тежегіштерде бірдей материалдар қолданылады және дискілер қатты қызып кеткен жағдайда да жақсы жұмыс істейді. Егер тежегіш материалдары барабан температурасында газдан шығып кетсе, олар дискі температурасында да газдан шығып, айтарлықтай тозуға себеп болар еді. Дискілердің тозуға төзімділігі жоғары болғандықтан, газдан шығу тозудың себебі емес екенін көрсетеді. Кейбір дискілі тежегіштерде тесіктер немесе ойықтар бар, бірақ тегіс дискілерде тозу аз. Жолдарда барабанды тежегіштері бар жүк көліктері қалдырған ұзын, екі дөңгелекті іздер – тежегіш реакциясы мен педаль қысымы арасындағы сызықтық емес байланыстың айқын мысалы. Үлкен жүк көліктері әлі де барабанды тежегіштерді қолданады, өйткені олар экономикалық және эквивалентті дискілі тежегіштер орналаса алмайтын жерлерде оңай орнатылады. Соңғы уақытта жүк көліктері үшін дискілі тежегіштерді пайдалану кеңейді, себебі олардың өздігінен көмектесу қажеттілігі жоқ (өздігінен күшейту).

Brake fade failures can cascade. For example, a typical 5 axle truck/trailer combination has 10 brakes. If one brake fades, brake load is transferred to the remaining 9 brakes, causing them to work harder, get hotter, and thus fade more. Where fade is non uniform, fade may cause a vehicle to swerve. Because of this, heavy vehicles often use disproportionately weak brakes on steered wheels, which hurts the stopping distance and causes brakes on non steered wheels to work harder, worsening fade. An advantage of low fade brakes such as disc brakes is steered wheels can do more braking without causing brake steer. Brake fade typically occurs during heavy or sustained braking. Many high speed vehicles use disc brakes, and many European heavy vehicles use disc brakes. Maladjustment with wear is still a factor in trucks with drum air brakes. A Canadian survey of randomly stopped heavy trucks found over 10% of trucks using self adjusting brakes had at least one brake out of adjustment, due either to failure of the self adjust mechanism or wear beyond the capacity of the self adjuster. Newer brake pistons ("cans") extend stroke from about 65 mm to about 75 mm; since about 30 mm of stroke is used just putting the pads in contact with the drum, the added 10 mm of stroke is over 25% increase in useful stroke. Longer stroke reduces especially wear related fade, but drum brakes are still fundamentally prone to fade when hot. After cooling, faded brakes usually perform as well as before, with no visible change to the brake shoes and/or pads. However, if the brakes have been excessively hot for a prolonged period of time, glazing can occur on both of the friction linings of the shoes and pads. When this happens, the contacting surfaces of the linings will have a smooth, shiny appearance, and will not perform as efficiently to slow the vehicle under braking. This glazing can be easily removed by either gently using emery paper on them, or by driving the vehicle carefully whilst implementing light use of the brakes for several miles. An incorrect explanation sometimes given for brake fade is heated brake shoes evaporate to generate gas that separate them from the drum. Such effects are easy to imagine, but physically impossible, due to the large volume of gas that would be required for such an effect. A gas bearing would need gas replenishment as fast as the disc or drum moves, since it has no gas on its surface as it approaches the pad or shoe. Also, disc brakes use much the same materials and operate well with little fade, even when the discs are glowing hot. If brake materials outgassed at drum temperatures, they would also outgas at disc temperatures and would fade substantially. Since discs have little fade, they also demonstrate outgassing is not a source of fade. Some disc brakes are drilled or slotted, but smooth discs show no more fade. Long dual tire skid marks on highways, made by trucks with drum brakes, are visible examples of non linearity between brake response and pedal pressure. Large trucks still use drum brakes because they are economical and fit easily where an equivalent disc brake does not. More recently disc brakes for trucks have been promoted listing features such as no fade, possible because they have no self assist (self servo).

Темір жолдар

Темір жолдар 60 жылдан бері жолаушылар вагондарында дискілі тежегіштерді пайдаланып келеді, бірақ дөңгелектер теміржол бетіне ілігіп, сырғанағанда (соның салдарынан дөңгелектерде жалпақ немесе «төртбұрышты» іздер пайда болады) бұл жағдайды болдырмау үшін Rolokron құлыптауға қарсы жүйесімен жұптастырылады (поезд өтетін кезде естілетін, біркелкі «бау-бау-бау» дыбысы – бұл дөңгелектердің рельс тіреуінен өтетін кезде шығатын «бау-бау-бау-бау» дыбысынан өзгеше). Әдетте, тежегіш дискілер осьтің ортасына орнатылады, бірақ кейбір жағдайларда (мысалы, Bombardier Bi Level қалалық пойыздарында) тек бір дискі ғана қолданылады, ол жүк көлігі жақтауының сыртындағы осьтің соңына бекітіледі. Жоғары жылдамдықты пойыздар (мысалы, TGV) бір оське төрт дискіге дейін пайдалануы мүмкін. Жүк вагондары (және дискілі тежегіштерді орналастыруға жеткілікті орын қалдырмайтын жетек қозғалтқыштары бар кейбір жолаушылар вагондары, мысалы, көп бірліктер) дөңгелектің жүріс бетін тікелей ұстап алатын тұтқалы тежегіштермен жабдықталған (бұл бұрынғы ат арбаларының тежегіштеріне ұқсас). Бұл тежегіштер – сыртқы астарлы барабанды тежегіштер; бірақ ленталық тежегіштерден және көптеген ішкі астарлы барабанды тежегіштерден айырмашылығы, оларда өзін-өзі күшейту/серво эффекті болмайды, сондықтан олар өзін-өзі күшейту тежегіштеріне қарағанда құлыптануға бейім емес. Жоғары беріктігі және салыстырмалы түрде төмен қуатының арқасында, бұл тұтқалы тежегіштер көптеген дискілі тежегіштерге қарағанда құлыптануға азырақ бейім, сондықтан оларды қолданатын жүк вагондары құлыптауға қарсы жүйелермен жабдықталмайды. Қазіргі заманғы керамикалық тежегіштерді алғаш рет 1988 жылы TGV пойыздары үшін теміржол саласында жұмыс істеген британдық инженерлер жасаған. Мақсаты – салмақты азайту, оське орнатылатын тежегіштердің санын қысқарту, сондай-ақ өте жоғары жылдамдықтарда және кез келген температурада тұрақты үйкеліс қамтамасыз ету болды. Нәтижесінде, көміртекті талшықтармен күшейтілген керамикалық технология пайда болды, ол қазір автомобиль, теміржол және авиациялық тежегіштерде әртүрлі нысандарда қолданылады.

Жүргізу техникасы арқылы көмескілеуді басқару

Тежегіштердің тозуы мен дискінің деформациялануын дұрыс тежеу техникасы арқылы азайтуға болады; ұзақ және тік төмендікке түскенде, тежеуді қажет ететін жағдайда, төменгі беріліс таңдаңыз (мұндай талап АҚШ-тағы тік көтерілімдерде көптеген жүк көліктеріне қойылады). Сонымен қатар, үздіксіз емес, белгілі бір уақыт аралығымен тежегіштерді қолдану, олардың қолданулар арасында суынуына мүмкіндік береді. Тежегіштерді үздіксіз және жеңіл қысыммен қолдану тозуға және тежегіш жүйесіне жылу жинауға қатысты ерекше зиянды болуы мүмкін.

Брейкті өзгертіп , көмескілігін азайту

Жоғары өнімділіктегі тежегіш компоненттері, тоқтау қуатын арттыру үшін сүргіштікті жақсарта отырып, тежегіштің жоғалуын азайтады. Жақсартылған сүргіштік стандартты тежегіш қалыптарына қарағанда жоғары сүргіштік коэффициенті бар қаптама материалдарымен қамтамасыз етіледі, ал тежегіштің жоғалуы жоғары балқу температурасы бар қымбат байланыстырушы шайырларды қолдану арқылы, сондай-ақ газдық шекаралық қабатты азайтатын ойықтармен, тесіктермен немесе ойықты дискілермен/роторлармен бірге, жақсырақ жылу тарату арқылы азайтылады. Тежегіштегі жылудың жиналуын тежегіштерге салқын ауа бағыттайтын дене модификациялары арқылы одан әрі реттеуге болады. "Газдық шекаралық қабат" – бұл барабанды тежегіштердің өздігінен күшейту әсерінің жоғалуын түсіндіру үшін ыстық таяқ механикасы қолданатын түсіндірме, себебі ол пайда болғанда тежегіш педалі астындағы кірпіштей сезіледі. Бұл әсерге қарсы тұру үшін тежегіш аяқтары газды шығару үшін тесіктелген және ойықталған. Дегенмен, барабанды тежегіштер өздігінен күшейту әсеріне байланысты тоқтатылды. Дискілерде мұндай әсер жоқ, өйткені қолданылатын күш тежеу күшіне перпендикуляр бағытта қолданылады. Өзара әрекеттесу жоқ. Газ шығарылымдарының жақтастары бұл сенімді мотоциклдерге, велосипедтерге және "спорттық" автомобильдерге жеткізді, ал осы автомобиль компанияларының басқа дискілі тежегіш пайдаланушылары дискілерінде тесіктер болмаса да, ішкі радиалды ауа өткізгіштері бар. Темір жол, ұшақ және жолаушылар көлігінің тежегіштерінде газды шығаруға арналған тежегіштер табылған жоқ, себебі шығаруға газ жоқ. Ал ауыр жүк көліктері әлі де барабанды тежегіштерді қолданады, өйткені олар бірдей кеңістікті алады. Темір жолдар ешқашан ішкі кеңейтілген барабанды тежегіштерді қолданған емес, себебі олар сырғанауға және болат дөңгелектердегі қымбат жалаңаяқ дақтарға әкеледі. Дискілі және барабанды тежегіштерді тежегіш беттерінен жылуды жоятын кез келген техникамен жақсартуға болады. Барабанды тежегіштердің жоғалуын азайту және жалпы өнімділікті жақсартуға ескі "тәжірибелі" техника – барабанды тесіктеу көмектеседі. Барабанның жұмыс бөлігі арқылы мұқият таңдалған тесіктер үлгісі бұрғыланады; барабанның айналуы центробектік күшпен аяқ киім мен барабан арасына аз мөлшерде ауа соғады, жылуды жояды; сулы тежегіштерден туындаған жоғалу азайтылады, себебі су центробектік күшпен шығарылады; және тежегіш материалдарының тозаңы тесіктер арқылы шығады. Тежегіш барабанын тесіктеу тежегіш барабанының физикасын мұқият білуді талап етеді және бұл озық техника, мүмкін, оны мамандарға қалдыру керек. Қажетті өзгерістерді қауіпсіз жасай алатын тежегіш шеберханалары бар. Тежегіш сұйықтығының қызуынан (көбінесе Pedal Fade деп аталады) туындаған тежегіштің жоғалуын тежегіш қалыбы мен тежегіш цилиндрі поршені арасында орналастырылған жылу кедергілерін қолдану арқылы азайтуға болады. Бұл қалыптан цилиндрге және гидравликалық тежегіш сұйықтығына жылу беруді азайтады. Кейбір жоғары өнімділіктегі жарыс цилиндрлері титан немесе керамикалық материалдардан жасалған мұндай тежегіш жылу қалқандарын қамтиды. Дегенмен, қолданыстағы тежегіш жүйесіне сәйкес келетін титан тежегіш жылу қалқандарын сатып алуға да болады. Бұл кірпіштердің көп бөлігін жабу үшін дәл кесу керек. Олар салыстырмалы түрде арзан және орнату оңай болғандықтан, жарысқа қатысушылар мен жарыс күнін жақсы көретіндер арасында танымал. Тежегіштің жоғалуын болдырмау үшін қолданылатын тағы бір техника – тозуды тоқтататын тежегіш салқындатқыштарды қосу. Титан жылу қалқандары сияқты, тежегіш салқындатқыштары тежегіштің артқы тақтасы мен цилиндр поршені арасында жылжуға арналған. Олар жоғары жылу өткізгіштігі және жоғары беріктігі бар металл композитынан жасалған, ол интерфейстен цилиндрден тысқары және ауа ағынына жылу өткізгішке жылуды өткізеді. Олар цилиндр поршенінің температурасын 20%-дан астам төмендетіп, салқындауға қажетті уақытты едәуір қысқартады. Титан жылу қалқандарынан айырмашылығы, тежегіш салқындатқыштары ыстықты қоршаған ортаға жібереді, осылайша қалыптарды салқын ұстайды.

High performance brake components provide enhanced stopping power by improving friction while reducing brake fade. Improved friction is provided by lining materials that have a higher coefficient of friction than standard brake pads, while brake fade is reduced through the use of more expensive binding resins with a higher melting point, along with slotted, drilled, or dimpled discs/rotors that reduce the gaseous boundary layer, in addition to providing enhanced heat dissipation. Heat buildup in brakes can be further addressed by body modifications that direct cold air to the brakes. The "gaseous boundary layer" is a hot rod mechanics explanation for failing self servo effect of drum brakes because it felt like a brick under the brake pedal when it occurred. To counter this effect, brake shoes were drilled and slotted to vent gas. In spite of that, drum brakes were abandoned for their self servo effect. Disks do not have that because application force is applied at right angles to the resulting braking force. There is no interaction. Adherents of gas emission have carried that belief to motorcycles, bicycles and "sports" cars, while all other disk brake users from the same automotive companies have no holes through the faces of their discs, although internal radial air passages are used. Vents to release gas have not been found on railway, aircraft and passenger car brakes because there is no gas to vent. Meanwhile, heavy trucks still use drum brakes because they take up the same space. Railways have never used internal expanding drum brakes because they cause skidding, causing expensive flat spots on steel wheels. Both disc and drum brakes can be improved by any technique that removes heat from the braking surfaces. Drum brake fade can be reduced and overall performance enhanced somewhat by an old "hot rodder" technique of drum drilling. A carefully chosen pattern of holes is drilled through the drum working section; drum rotation centrifugally pumps a small amount air through the shoe to drum gap, removing heat; fade caused by water wet brakes is reduced since the water is centrifugally driven out; and some brake material dust exits the holes. Brake drum drilling requires careful detailed knowledge of brake drum physics and is an advanced technique probably best left to professionals. There are performance brake shops that will make the necessary modifications safely. Brake fade caused by overheating brake fluid (often called Pedal Fade) can also be reduced through the use of thermal barriers that are placed between the brake pad and the brake caliper piston, these reduce the transfer of heat from the pad to the caliper and in turn hydraulic brake fluid. Some high performance racing calipers already include such brake heat shields made from titanium or ceramic materials. However, it is also possible to purchase aftermarket titanium brake heat shields that will fit an existing brake system to provide protection from brake heat. These inserts are precision cut to cover as much of the pad as possible. Since they are relatively cheap and easy to install, they are popular with racers and track day enthusiasts. Another technique employed to prevent brake fade is the incorporation of fade stop brake coolers. Like titanium heat shields the brake coolers are designed to slide between the brake pad backing plate and the caliper piston. They are constructed from a high thermal conductivity, high yield strength metal composite which conducts the heat from the interface to a heat sink which is external to the caliper and in the airflow. They have been shown to decrease caliper piston temperatures by over twenty percent and to also significantly decrease the time needed to cool down. Unlike titanium heat shields, however, the brake coolers actually transfer the heat to the surrounding environment and thus keep the pads cooler.