3. Разработка вакуумного усилителя тормозов
3.1 Требования к тормозной системе
В связи с тем, что характеристики тормозных систем существенно влияют на безопасность движения, к настоящему времени выработаны международные и национальные нормативные требования к структуре, показателям и характеристикам тормозных систем [10].
В связи с развитием экспорта отечественных автомобилей большой интерес представляет сравнение наших ГОСТ с международными предписаниями и национальными требованиями различных стран-экспортеров автомобильной техники. И, в частности, к элементам конструкции, определяющим одно из ее важнейших потребительских качеств - требования к тормозным системам АТС. В числе таких документов – ГОСТ 22895-95, Правила № 13 ЕЭК ООН, Директивы ЕЭС 71/320, шведские требования F-18, американские стандарты № 105а, 106, 116, 121, 135 (проект), а также японские стандарты № 6910, 6911, 6912, 6913 и др. Как видно из таблицы 3.1, где перечислены основные требования этих нормативных документов, большинство национальных стандартов базируется на Правилах ЕЭК ООН и Директивах ЕЭС [11].
К тормозной системе автомобиля предъявляются высокие требования. Она должна обеспечивать возможность быстрого снижения скорости и полной остановки автомобиля в различных условиях движения. На стоянках с продольным уклоном до 16% полностью груженый автомобиль должен надежно удерживаться тормозами от самопроизвольного перемещения.
Таблица 3.1 – Основные требования нормативных документов различных
стран к тормозным системам выпускаемых ими автомобилей
Примечание: «+» - да; «-» - нет.
Тормозные системы существенно влияют на безопасность движения автомобиля. Поэтому к тормозным системам, кроме общих требований к конструкции автомобиля, предъявляются повышенные специальные требования. В соответствии с этими требованиями тормозные системы должны обеспечивать [12]:
- минимальный тормозной путь или максимальное замедление при торможении;
- сохранение устойчивости автомобиля при торможении;
- стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях;
- минимальное время срабатывания при торможении;
- пропорциональность между усилием на тормозной педали и тормозными силами на колесах автомобиля (силовое следящее действие);
- легкость управления.
Требования к тормозным системам регламентируются Правилами № 13 ЕЭК ООН, применяемыми в России.
Рассмотрим указанные требования.
Минимальный тормозной путь. Тормозные системы автомобиля должны быть высокоэффективными. При интенсивном движении число дорожно-транспортных происшествий и аварий уменьшится, если максимальное значение замедления будет высоким и приблизительно одинаковым у разных по типу и массе автомобилей, движущихся в потоке. Одновременно должны быть близкими друг к другу и тормозные пути автомобилей (разница не более 15%). При минимальном тормозном пути будет обеспечиваться не только высокая безопасность движения, но и увеличение средней скорости автомобиля.
Необходимыми условиями получения минимального тормозного пути являются минимальное время срабатывания тормозного привода, одновременное торможение всех колес автомобиля, возможность доведения тормозных сил на всех колесах автомобиля до максимального значения по сцеплению и обеспечение необходимого распределения тормозных сил между колесами автомобиля в соответствии с нагрузками на колеса.
Устойчивость при торможении. Выполнение этого требования повышает эффективность торможения автомобиля на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользкие, обледенелые и т.п.) и способствует повышению безопасности движения.
Для выполнения указанного требования необходимо, чтобы тормозные силы на левых и правых колесах автомобиля при торможении были одинаковы (разница не более 15%) и распределялись между передними и задними колесами в соответствии с приходящимися на них нагрузками или пропорционально нормальным реакциям на колесах:
Такая пропорциональность между тормозными силами и нагрузками на передних и задних колесах может быть достигнута различными способами, например, с помощью регуляторов тормозных сил, которые регулируют тормозные силы на колесах моста в зависимости от нагрузки, приходящейся на мост. Соблюдение указанной пропорциональности обеспечит торможение автомобиля с максимальным замедлением в любых дорожных условиях.
Стабильность при торможении. Указанное требование связано с нагревом тормозных механизмов во время торможения и возможным нарушением их действия при нагреве. Так, при нагреве уменьшается коэффициент трения между фрикционными накладками
колодок и тормозными барабанами (дисками). Кроме того, нагрев тормозных накладок существенно влияет на их изнашивание. И чем выше температура тормозных накладок при торможении, тем больше их изнашивание.
Стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях автомобиля может быть обеспечена, если тормозные накладки будут иметь коэффициент трения, равный 0,3...0,35, мало зависящий от скорости скольжения, нагрева и попадания на них воды.
Минимальное время срабатывания. Время срабатывания тормозной системы при торможении оказывает существенное влияние на тормозной путь автомобиля и, следовательно, на безопасность его движения. Время срабатывания тормозной системы зависит главным образом от типа тормозного привода. Оно должно составлять 0,2...0,5 с при гидравлическом приводе, 0,6...0,8 с при пневматическом приводе и 1...2 с для автопоезда с пневматическим тормозным приводом. Выполнение указанного требования обеспечивает значительное повышение безопасности движения автомобиля в различных дорожных условиях.
Силовое следящее действие. Указанное требование связано с обеспечением пропорциональности между усилием на тормозной педали и тормозными силами на колесах автомобиля при торможении. Выполнение этого требования при плавном увеличении тормозных сил на колесах автомобиля обеспечивает сохранение удобства езды для пассажиров.
Легкость управления. Это требование необходимо для облегчения работы водителя, усложняющейся из-за частых торможений автомобиля, особенно в условиях города и в горных условиях. Так, торможение в горных условиях осуществляется в 8…10 раз чаще, чем в обычных условиях на загородном шоссе.
Усилие на тормозной педали при торможении автомобилей должно составлять 500...700 Н (меньшее значение – для легковых автомобилей) при ходе педали 80...180 мм. Усилие на рычаге стояночной тормозной системы не должно превышать 400 Н при небольшом ходе рычага (300 мм).
Легкость управления достигается соответствующим выбором передаточных чисел тормозной системы, жесткостью тормозного привода и малыми потерями в приводе. Кроме того, сиденье водителя должно быть регулируемым и обеспечивать удобную его посадку, при которой спина упирается в спинку сиденья, а усилие на тормозной педали создается коленным суставом. В этом случае водитель может создать на тормозной педали усилие, превышающее его массу на 10...20%. Наибольшее усилие на рычаге стояночной тормозной системы (до 500...700 Н) можно получить при таком расположении рычага, когда прилагаемое усилие к рычагу направлено снизу вверх.