Почему отказывают тормоза…

Что могут предложить конструкторы тормозных систем, чтобы снизить риск отказа тормозов

Об этом и причинах аварий рассказывает Дмитрий Чистов, конструктор по новым разработкам и адаптации компонентов ООО «Кнорр-Бремзе Системы для Коммерческого Транспорта»,  г. Нижний Новгород.

 – При каких обстоятельствах может произойти авария, подобная той, что случилась с самосвалом Shaanxi под Челябинском?

– Однозначно сказать о причинах этой аварии трудно, для этого должна быть проведена техническая экспертиза транспортного средства, которую назначает следствие или суд. Однако я могу выдвинуть свои предположения, основываясь на более чем 16-летнем опыте работы в компании «Кнорр-Бремзе Системы для Коммерческого Транспорта» именно по компонентам пневматического привода тормозов. Аварийный отказ тормозов мог произойти по нескольким причинам. Первая: произошла частичная или полная потеря эффективности работы тормозных механизмов из-за перегрева тормозных накладок. В этом случае существенно уменьшается коэффициент трения между фрикционными накладками и рабочими поверхностями тормозного барабана или диска. На фото видно, что авария произошла с самосвалом китайского производства с колесной формулой 8×4, который оснащается барабанными тормозными механизмами на всех осях. Дело в том, что накладки барабанных тормозных механизмов очень требовательны к условиям охлаждения пары трения «тормозной барабан-тормозная накладка».

Вторая причина: возможно, на этом грузовике были установлены некачественные тормозные накладки. Это так называемые «суррогатные» или неоригинальные детали, не имеющие одобрения к применению производителем автомобиля. К сожалению, продажа подобных «суррогатов» в нашей стране встречается очень часто. Недобросовестные предприниматели, торгующие товаром низкого качества, получают Сертификаты соответствия на продукцию, не проводя никаких реальных испытаний на транспортных средствах. Обычно предоставляется краткая характеристика товара со сравнительной оценкой эффективности, проведенной на стендовых испытаниях: согласно приложению 15 Правил ЕЭК ООН № 13, тормозные накладки считаются аналогичными по эффективности, если при сравнительном тесте их эффективность не отличается от оригинальной детали более чем на 10 %.

Причина третья: возможно, также существовала недостаточная эффективность тормозных механизмов, вызванная утечками воздуха в пневматической тормозной системе из-за неисправностей компонентов пневмопривода. К примеру, согласно Правила ЕЭК ОНН и Технического Регламента о безопасности колесных ТС, на момент аварийного торможения в тормозных
камерах должно оставаться по крайней мере минимально-допустимое рабочее давление, необходимое для обеспечения аварийного замедления. Для транспортных средств типа N3 это замедление 2,5 м/с².

– И все же, как может произойти такая авария? Даже при обрыве воздушной трубки компрессора машина с энергоаккумуляторами должна сама остановиться?

– При обрыве трубопровода нагнетания воздуха от компрессора на ТС остается запас воздуха, необходимый как минимум для последующих девяти торможений с полной эффективностью (это требование Правил ЕЭК ООН № 13). Отмечу, что система сигнализации неисправностей тормозов устроена таким образом, чтобы оповестить водителя о потере воздуха уже после третьего торможения. Судя по всему, если данная авария произошла по причине отсутствия воздуха в пневматической системе, то на этом самосвале не работала штатная сигнализации неисправностей. Обычно это сигнальная лампа в комбинации приборов, часто ее дополняют звуковым индикатором-зуммером.

Возможная причина аварии – ​водитель растерялся. Например, идет утечка воздуха, система сигнализации сработала (или нет!), шофер может и должен прибегнуть к торможению аварийной системой, задействовав «ручник». При этом эффективность пневмокамер с пружинными энергоаккумуляторами для автомобиля 6х4 или 8х4 позволяет остановить его с замедлением 1,5 м/с² (Правила ЕЭК ООН № 13). Начиная с 2000 года, согласно поправке 13.09, каждое ТС категорий N2, N3 и М2, M3 дополнительно оснащается клапаном безопасности, встроенным в многоконтурный защитный клапан. Его задача – ​осуществить аварийное автономное торможение автомобиля с замедлением 1,2-1,5 м/с² путем «стравливания» воздуха из камер энергоаккумуляторов в принудительном порядке. Это тоже помощь в данной ситуации, однако некоторые сервисные предприятия «научились» обходить этот клапан, заперев его обратным клапаном на входе «ручника».

– Расскажите про дублирование в современной тормозной системе. Какова эффективность стояночного тормоза, как аварийного, при разном количестве осей? Из пяти осей 40-тонного автопоезда с седельным тягачом, стояночный тормоз воздействует на четыре оси. А на 40-тонном самосвале 8х4 «ручник» работает только на двух осях… Возможно, есть смысл на тяжелых грузовиках 8х4 ставить еще пару энергоаккумуляторов на вторую управляемую ось?

– Мы уже говорили, что в тормозах обязательно дублирование и разделение по контурам. По требованиям к стояночной тормозной системе для производителей ТС они также регламентированы Правилами ЕЭК ООН № 13. Тормоза «ручника» должны обеспечивать удержание груженого ТС на уклоне 18 %. Для этой цели наличие четырех энергоаккумуляторов на машинах 6х4 достаточно. Причем надо учитывать ширину и площадь тормозных колодок, диаметр тормозного барабана или диска, диаметр тормозной камеры или энергоаккумулятора. Все это влияет на эффективность тормозов. Если же автозавод заявляет стояночную тормозную систему в качестве запасной, то есть дополнительной к одному из оставшихся исправных контуров рабочей тормозной системы, то, в таком случае, суммарная эффективность камер энергоаккумуляторов должна обеспечивать торможение ТС с начальной скоростью 50 км/ч со средней эффективностью 1,5 м/с²,то есть с таким замедлением. Тогда количество и размерность камер энергоаккумуляторов автопроизводитель выбирает в соответствии с задачей.

– Если сравнивать тормозные системы грузовиков с пневмоприводом 20-30 лет назад и современные, то видно, что рабочее давление воздуха в системе выросло где-то с 7 до 10 кг/см². Чем это вызвано?

– В современных грузовых автомобилях и автобусах европейского производства уровень рабочего давленияв пневматической системе действительно поднялся с 8 до 10 бар. А у некоторых грузовиков, например, Volvo и Renault, увеличился до 12,5 бар. Основное преимущество повышения рабочего давления в пневматической системе – ​сокращение количества и объема ресиверов. Современные грузовики оснащают дополнительными устройствами для соблюдения более высоких норм токсичности. Поэтому для бачка под AdBlue или для каталитического нейтрализатора требуется место на раме. Например, объем нейтрализатора у седельного тягача Volvo FH Евро‑6+ составляет около 1 м³. И нужно еще устанавливать топливные баки, крепить запасное колесо… То есть инженерам, проектирующим тормозные системы, приходится довольствоваться меньшим местом для размещения ресиверов. Также современные электронные тормозные системы EBS 5- и 7-го поколений, обладающие высокой чувствительностью, прекрасно справляются с регулированием повышенных уровней тормозных давлений в камерах. Наш Камский автозавод оснащает свои грузовики последнего поколения тормозной системой с EBS и рабочим давлением в пневмосистеме 10 бар, аналогичные разработки есть и у МАЗа.

– На видео заметно, что машина катится с горы, как на санках… Не наблюдается ни торможения, ни попытки уйти от столкновения. Может здесь сказаться перегрев тормозных колодок, то есть явление «фединга» – ​снижения эффективности тормозов? Сколько надо тормозить грузовику с барабанными тормозами, что бы накладки потеряли эффективность на 50, 70, 90 %?

– Существует зависимость эффективности накладок барабанного тормоза от скорости торможения и их температуры при циклических торможениях. До определенных температур поверхностей тормозных накладок и начальных скоростей торможения наблюдается
некоторая устойчивость сохранения суммарного тормозного момента, выдаваемого механизмами, то есть показатели термонагруженности механизма выглядят более-менее достаточными. Однако при превышении порога так называемой «насыщенной» термонагруженности, эффективность барабанного тормозного механизма начинает падать, так как нарушается баланс охлаждения пары трения. Могу заверить, что потеря эффективности даже на 50 % обязательно будет заметна для водителя, например, появлением дыма и характерного запаха сгоревших накладок. А до 90-процентной потери эффективности тормозов в эксплуатации дело не доходит… Но это при условии правильно подобранной производителем ТС паре трения (тормозной барабан-тормозная накладка), которая проверяется на динамических испытательных стендах согласно Приложения 15 Правил ЕЭК ООН № 13. А если на автомобиле установлены «суррогатные» тормозные накладки, то нарушение баланса охлаждения пары трения наблюдается заметно быстрее. У компании Knorr-BremseGmbH есть так называемый RosenfeldMountingFieldTest, который предусматривает торможение ТС на спуске протяженностью 18 километров лишь одними тормозными механизмами, не прибегая к помощи замедлителей, то есть ретардера или моторного тормоза. При таких испытаниях пара трения нагревается до 800 градусов Цельсия в барабанных механизмах и до 1000 градусов в дисковых. Тогда потеря эффективности тормозов может достигать 90 %.

– Насколько эффективны трансмиссионные замедлители и моторные тормоза?

– Традиционные трансмиссионные замедлители, так называемые ретардеры и интардеры, являются обязательными для установки на ТС категорий N3 и M3, поскольку доказали свою эффективность в сочетании с основными тормозными механизмами по снижению термонагруженности механизмов. Стандартные моторные тормоза, представляющие собой заслонку на выхлопе (ON/OFF), были ранее популярны для автомобилей с двигателями Евро‑2 и Евро‑3. но они малоэффективны для моторов с нормами токсичности Евро‑5 и Евро‑6, поскольку электроника и нейтрализаторы таких двигателей нетерпимы к обратному потоку, возникающему в выпускном трубопроводе при закрытии заслонки. Для таких дизелей необходимо применять моторные тормоза с контролируемым обратным потоком (с обратной связью в виде датчика положения), или электрически управляемые через CAN сигнал дроссельные клапаны на выпуске, обеспечивающие постоянное изменяемое управление тормозным моментом двигателя.

– Компания Knorr-Bremse известна своими инновационными разработками тормозных систем грузовиков и автобусов. Над чем сейчас работают инженеры?

– Новые разработки компании Knorr-Bremse направлены на усовершенствование систем помощи водителю. Это AEBS – ​система автономного экстренного торможения, адаптивный круиз-контроль, LKA – ​система удержания в полосе движения, TA – ​система помощи при повороте и TJA – ​система помощи при движении в «пробках». Это высокотехнологичные системы безопасности, созданные на основе современных электронных систем. Другого пути в эволюции тормозных систем нет. И, конечно же, в Knorr-Bremse занимаются перспективными направлениями высокоавтоматизированного вождения: беспилотное движение автомобилей в колонне, беспилотное маневрирование в ограниченном пространстве, беспилотное движение по улицам городов и по шоссе…

Предыдущие материалы по теме:

Часть I

Часть II

Часть III

Часть IV

Часть V

Часть VI

Часть VII

Часть VIII

Часть IX