Сравнение тормозов барабанов и дисков: плюсы и минусы для разных транспортных средств

Оригинальное название: Braking Systems at a Glance

Каждый автомобиль полагается на тормозную систему, чтобы безопасно замедлить или остановить, и две доминирующие технологии - барабанные тормоза и дисковые тормоза. В то время как обе служат одной и той же фундаментальной цели - преобразование кинетической энергии в тепло через трение - их конструкции, поведение и идеальные приложения значительно различаются. Понимание этих различий имеет решающее значение для менеджеров автопарка, механиков и водителей, которые хотят оптимизировать безопасность, стоимость и производительность на различных транспортных средствах, от компактных седанов до тяжелых грузовиков. Эта статья обеспечивает глубокое сравнение барабанных и дисковых тормозов, исследует их соответствующие плюсы и минусы и предлагает руководство по тому, какая система подходит для конкретных типов транспортных средств и условий эксплуатации.

Как работают барабанные тормоза

Барабанные тормоза относятся к ранним дням автомобиля и остаются в использовании сегодня, особенно на задних осях экономных автомобилей, легких грузовиков и некоторых транспортных средств флота. Система включает в себя полый вращающийся металлический барабан, прикрепленный к узлу колеса, вместе с двумя изогнутыми тормозными туфлями, выложенными фрикционным материалом. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, гидравлическое давление выталкивает обувь наружу против внутренней поверхности барабана. Полученное трение замедляет барабан и колесо. Спрингс втягивает обувь, когда педаль выпущена.

Барабанные тормоза также обычно интегрируются с системой стояночного тормоза (ручного тормоза) посредством механической связи, что проще реализовать, чем в большинстве конструкций дисковых тормозов. Это делает барабанные тормоза стандартным выбором для задних колес, которые также нуждаются в надежном механическом стояночном тормозе.

Ключевые компоненты барабанных тормозов

• Тормозной барабан: Чугунный или стальной цилиндр, который вращается вместе с колесом.
• Тормозная обувь: Изогнутые компоненты с фрикционными накладками; обычно одна основная обувь (самообувь) и одна вторичная обувь.
• Колесный цилиндр: Преобразует гидравлическое давление в механическую силу, чтобы вытолкнуть обувь наружу.
• Возвратные пружины: Отодвиньте обувь от барабана, когда высвободится тормоз.
• Настройщик: Автоматически или вручную компенсирует износ подкладки для поддержания надлежащего клиренса обуви к барабану.

Преимущества барабанных тормозов

• Снижение затрат на производство и замену: Меньшее количество деталей и более простая конструкция делают барабанные тормоза менее дорогими для производства, покупки и замены.
• Самоусиливающийся эффект: Вращение обуви помогает втянуть обувь в барабан, уменьшая требуемую гидравлическую силу. Это позволяет использовать меньшие компоненты и системы с более низким давлением.
• Эффективная интеграция стояночного тормоза: Механическое приведение в действие является простым, требует только кабель и рычаг, без отдельного суппорта или электродвигателя.
• Долговечность в маломощных циклах: Для транспортных средств, которые не тормозят часто или агрессивно (например, некоторые фургоны доставки, легкие прицепы), барабанные тормоза могут длиться долгое время с минимальным обслуживанием.
• Защита от мусора: Закрытый дизайн защищает поверхности трения от воды, грязи и дорожной соли, уменьшая гниение и коррозию.

Недостатки барабанных тормозов

• Плохое рассеивание тепла: Замкнутый барабан улавливает тепло, что приводит к выцветанию тормоза при повторном сильном торможении. Тепло также может привести к расширению барабана и уменьшению трения.
• Склонен к выцветанию во влажных условиях: В то время как замкнутая конструкция помогает изначально, вода может входить и задерживаться; барабанные тормоза занимают больше времени для самостоятельной сушки по сравнению с открытыми дисковыми тормозами.
• Более сложная услуга: Замена обуви часто требует разборки барабана, регулировки пружинного напряжения и сброса регулировщика — процесс, отнимающий много времени по сравнению с простым заменой прокладок на дисковом тормозе.
• Меньшая последовательная модуляция: Самовозбуждающий эффект может вызвать внезапную блокировку или захват, что затрудняет точное управление торможением.
• Низкая максимальная сила зажима: Барабанные тормоза не могут генерировать такую же силу зажима на единицу размера, как дисковые тормоза, ограничивая их пригодность для высокоскоростных или транспортных средств большой массы без больших диаметров барабана.

Как работают дисковые тормоза

Дисковые тормоза стали стандартом на передних осях почти всех современных пассажирских транспортных средств и все чаще используются и на задних осях. Система состоит из плоского кругового ротора (диска), который вращается с колесом, и суппорта, который оседлает ротор. Внутри суппорта одна или несколько поршней нажимают на фрикционные площадки по обе стороны ротора для создания тормозной силы. Поскольку поверхности трения подвергаются воздушному потоку, дисковые тормоза сбрасывают тепло более эффективно, чем барабаны.

Дисковые тормоза бывают двух основных конфигураций: плавающий (скользящий) суппорт и фиксированный суппорт . Плавающие суппорты используют один поршень, который перемещает весь суппорт, чтобы зажать внутреннюю подушку при натяжении внешней подушечки на ротор. Фиксированные суппорты имеют поршни с обеих сторон и обычно используются в высокопроизводительных и сверхмощных приложениях.

Ключевые компоненты дисковых тормозов

• Ротор (диск): Обычно железо или углерод-керамика; вращается с концентратором колеса.
• Тормозные колодки: Трение материала, прикрепленного к подлокотникам; прижатого к ротору.
• Калипер: Жилье, содержащее поршни и сжимающее прокладки.
• Пистоны: Преобразовать гидравлическое давление в механическую силу для перемещения прокладок.
• Тормозные линии и жидкость: Передают педаль от главного цилиндра к суппортам.

Преимущества дисковых тормозов

• Превосходная теплоуправление: Открытая конструкция позволяет быстро рассеивать тепло, уменьшая увядание и поддерживая постоянную производительность даже при агрессивном или повторном торможении.
• Отличная производительность во влажную погоду: Центробежная сила быстро сбрасывает воду с поверхности ротора, практически мгновенно восстанавливая останавливающую мощность.
• Более простое обслуживание: Замена пада обычно быстрее и менее сложна, чем замена обуви; роторы могут быть повторно вскрыты или заменены без восстановления всей сборки.
• Лучшая модуляция и ощущение: Прогрессивная, линейная сила зажима дает водителю более тонкое управление, что имеет решающее значение для безопасности и комфорта.
• Более высокая тормозная способность: Более крупные роторы и многопоршневые суппорты могут генерировать массивные силы зажима, необходимые для тяжелых транспортных средств и высокопроизводительного вождения.
• Саморегулирование: Пистонские уплотнения автоматически втягивают прокладки для поддержания надлежащего зазора, поэтому ручная настройка не требуется.

Недостатки дисковых тормозов

• Более высокая начальная стоимость: Компоненты, как правило, дороже в производстве и замене, особенно для высокопроизводительных или больших роторов.
• Шум и пыль: Обнаженные поверхности могут создавать визг, а износ материала подушки производит тормозную пыль, которая накапливается на колесах.
• Быстрый износ подушки в тяжелых условиях: При интенсивном использовании (например, гонках, тяжелой буксировки) подушки могут носиться быстрее, чем накладки барабана, хотя это зависит от соединений подушки.
• Проблемы стояночного тормоза: Интеграция механического стояночного тормоза в дисковый суппорт сложнее; в некоторых конструкциях используется отдельный небольшой барабан внутри шляпы ротора или электрического привода.
• Ощущение деформации: В экстремальных тепловых циклах роторы могут деформироваться, вызывая вибрацию и пульсацию; это обычно требует перезагрузки или замены.

Сравнительный анализ: барабан против тормозов диска

Чтобы сделать осознанный выбор, он помогает сравнить обе системы по ключевым показателям производительности, которые наиболее важны в реальных операциях флота - стоимость, остановка мощности, термостойкость, техническое обслуживание и вес.

Какие тормоза лучше для разных автомобилей?

Выбор между барабанными и дисковыми тормозами в значительной степени зависит от веса транспортного средства, рабочего цикла, среды использования и бюджета. Ниже приводится разбивка по общим категориям транспортных средств.

Пассажирские автомобили и внедорожники

Большинство современных автомобилей и кроссоверов используют дисковые тормоза на всех четырех колесах. Передние диски обрабатывают большую часть тормозного усилия (60-80% при обычных остановках), в то время как задние диски обеспечивают сбалансированную остановку и более легкую интеграцию с электронными системами устойчивости. Водители, которые отдают приоритет безопасности и производительности, должны выбирать конфигурации для всех дисков, особенно для семейных транспортных средств или тех, которые используются в холмистых или районах с высоким трафиком. Однако некоторые экономичные субкомпакты по-прежнему используют задние барабаны для снижения затрат; для низкоскоростного городского вождения это может быть приемлемым, но не идеальным для экстренного торможения.

Легкие грузовики и фургоны

Пикап-траки и фургоны часто перевозят тяжелые грузы, требующие постоянной работы тормозов в различных условиях. Многие легкие грузовики используют передние диски и задние барабаны — компромисс, который экономит затраты, обеспечивая при этом достаточную тормозную способность для большинства рабочих потребностей. Задние барабаны также упрощают конструкцию стояночного тормоза и обеспечивают сильную силу удержания на наклонах. Для грузовиков, используемых при буксировке, дисковые тормоза на всех четырех колесах настоятельно рекомендуется управлять добавленной массой и предотвращать увядание во время длинных спусков.

Тяжелообслуживаемые грузовики и коммерческие флоты

Грузовики класса 8, автобусы и тяжелое оборудование почти исключительно используют барабанные тормоза с воздушным приводом (часто называемые тормозами S-cam) из-за их массивной долговечности, низких интервалов обслуживания и способности генерировать огромные тормозные усилия с простым пневматическим управлением. Однако отрасль переходит к дисковым тормозам на тяжелых грузовиках, особенно в Европе и все чаще в Северной Америке, из-за их превосходного сопротивления выцветанию и более коротких тормозных расстояний. Многие операторы коммерческого флота теперь устанавливают дисковые тормоза на все колеса для безопасности и более низкой общей стоимости владения при учете сокращения времени простоя тормозов и более легкого обслуживания.

Прицепы и буксировочные автомобили

Прицепы — от прицепов для коммунальных услуг до больших прицепов для лодок — традиционно полагаются на барабанные тормоза, которые дешевле и легче интегрировать с системами натяжного или электрического привода. Тормоза с нажатием (обычные на прицепах для лодок) хорошо работают с барабанами, потому что самовозбуждающий эффект помогает модулировать тормозное усилие. Однако более тяжелые прицепы с тандемными осями и пятые колесные RV все чаще оснащены электрическими дисковыми тормозами для превосходной останавливающей мощности, особенно на спуске. eTrailer предоставляет подробный обзор типов тормозов для прицепов .

Высокопроизводительные и автоспортивные автомобили

Дисковые тормоза не подлежат обсуждению для высокопроизводительных автомобилей и гоночных приложений. Вентилируемые, сверленные или щелевые роторы рассеивают огромное тепло, в то время как многопоршневые фиксированные суппорты обеспечивают постоянное давление на подушках и превосходную модуляцию. Углеродно-керамические роторы используются в спортивных автомобилях премиум-класса и гиперкарах для снижения неподрессоренного веса и сопротивления тепловому напряжению. Автомобиль и водитель объясняют плюсы и минусы углеродно-керамических тормозов .

Продвинутые темы в дизайне и обслуживании тормозов

Тормозной стад и управление теплом

Тормозной блек происходит, когда фрикционный материал превышает оптимальный температурный диапазон, вызывая падение коэффициента трения. Барабанные тормоза особенно восприимчивы, потому что тепло удерживается внутри барабана. Дисковые тормоза смягчают блек через вентиляцию (ветриваемые роторы имеют внутренние лопасти, которые накачивают воздух), просверленные отверстия (увеличение площади поверхности и позволяют выходить газу) и слотирование (скрабс-подкладка поверхности и очищает ротор). Для автопарка следует учитывать транспортные средства, которые часто перемещаются по спусковым маршрутам или переносят тяжелые нагрузки, дисковые тормоза или высокопроизводительные барабанные накладки.

Трение материалов

Как барабанные, так и дисковые тормоза используют композиционные фрикционные накладки, которые могут быть органическими (не асбестовые органические), полуметаллическими или керамическими. Барабанная обувь, как правило, использует полуметаллические соединения для твердости и термостойкости, в то время как дисковые колодки предлагают более широкий диапазон: органические (тихие, низкие пыли, но изнашиваются быстрее), полуметаллические (высокие трения, хорошие для тяжелых нагрузок, но шумные и пыльные) и керамические (отличная термостойкость, низкая пыль, но более дорогие). При модернизации или замене тормозов, соответствие материала трения весу автомобиля и типичному рабочему циклу имеет важное значение для безопасности и долговечности.

Электронные системы безопасности

Антиблокировочные тормозные системы (ABS), электронное распределение тормозной силы (EBD) и управление устойчивостью транспортного средства (ESC) лучше работают с дисковыми тормозами, потому что они могут более точно модулировать давление и быстрее реагировать на датчики скольжения колес. Самообогащающее действие барабанных тормозов и более медленное высвобождение могут вводить задержку в циклах ABS, хотя современные электронные системы управления могут компенсировать. Все новые транспортные средства с расширенными функциями помощи водителю (ADAS) обычно используют дисковые тормоза для обеспечения последовательного быстрого приведения в действие. Autoblog сравнивает дисковые и барабанные тормоза в контексте современных систем безопасности .

Советы по техническому обслуживанию для менеджеров флота

• Осмотрите барабаны на овальность (внекруглую) и счет; повторное покрытие может продлить срок службы, но уменьшает толщину стенки - мера, чтобы убедиться, что он остается выше спецификаций производителя.
• Проверьте вылет дискового ротора и изменение толщины с помощью индикатора циферблата; замените, если искривленная или ниже минимальной толщины.
• Заменить тормозную жидкость в соответствии с графиком производителя транспортного средства (часто каждые 2 года) для предотвращения загрязнения влагой и внутренней коррозии.
• Смазать суппорт скольжения штифты и механизмы регулировщика во время подушки или обуви изменения, чтобы предотвратить слипание.
• Для барабанных тормозов на прицепах регулярно проверяйте автоматический регулировщик — ручная регулировка может потребоваться, если транспортное средство не использовалось в течение длительного времени.

Заключение

Решение о тормозах барабана и диска не подходит для всех. Барабанные тормоза остаются жизнеспособным, экономически эффективным выбором для задних осей на более легких транспортных средствах, прицепах и приложениях, где требования к стояночному тормозу критически важны, а требования к остановке умеренны. Их простая механическая интеграция стояночного тормоза и более низкая первоначальная стоимость привлекательны для бюджетных операций. С другой стороны, дисковые тормоза предлагают непревзойденную рассеиваемость тепла, последовательную производительность влажной погоды, более простое обслуживание и превосходную тормозную способность - что делает их золотым стандартом для передних осей и для любого транспортного средства, которое будет агрессивно, сильно нагружено или на сложной местности.

Для большинства пассажирских транспортных средств система с четырьмя колесами обеспечивает наилучший баланс безопасности и удобства. Флоты, которые эксплуатируют тяжелые грузовики, должны оценивать долгосрочную экономию от сокращения времени простоя и инцидентов, связанных с выцветанием, при выборе дисковых тормозов по сравнению с традиционными барабанами. По мере того, как технология повышает долговечность и доступность дисковых систем - и по мере того, как электронные системы безопасности становятся повсеместными, - отрасль продолжит свой устойчивый переход от барабанов. Независимо от того, разрабатываете ли вы новый автомобиль, модернизируете существующий или просто поддерживаете свой личный автомобиль, понимание этих компромиссов поможет вам тормозить с уверенностью. CarParts.com предлагает дальнейшее чтение о факторах, влияющих на выбор тормозов .