Барабанный тормоз

Барабанный тормоз — это тип фрикционного тормозного механизма, в котором торможение происходит за счёт прижатия тормозных колодок к внутренней поверхности вращающегося барабана. Относится к классу колодочных тормозов и широко применяется в колёсных транспортных средствах, промышленном оборудовании и грузоподъёмных машинах. Основными элементами конструкции являются тормозной барабан, тормозные колодки с фрикционными накладками, разжимное устройство (кулак или гидроцилиндр) и механизм возврата колодок (стяжные пружины).

История развития

Первые конструкции барабанных тормозов появились в конце XIX века вместе с развитием автомобилестроения. В 1902 году французский инженер Луи Рено запатентовал барабанный тормоз с внутренними колодками, который устанавливался на задние колёса автомобилей. До 1910-х годов тормозные механизмы приводились в действие механически — через систему тросов и рычагов. В 1920-х годах началось внедрение гидравлического привода, что повысило равномерность усилия на колодки.

В 1930-х годах барабанные тормоза стали стандартом для большинства автомобилей, включая легковые. К 1950-м годам конструкция была усовершенствована за счёт использования самоусиливающихся схем (сервомеханизмов), которые увеличивали эффективность торможения. С 1960-х годов на легковых автомобилях начали массово внедряться дисковые тормоза, однако барабанные механизмы продолжали применяться на задних колёсах бюджетных и грузовых автомобилей, а также на мотоциклах и прицепах.

В СССР барабанные тормоза устанавливались на все серийные автомобили до 1970-х годов включительно. Например, на автомобилях ГАЗ-21 «Волга», Москвич-408 и ВАЗ-2101 («Жигули») передние колёса оснащались барабанными механизмами. Переход на дисковые тормоза в советском автопроме начался с модели ВАЗ-2108 («Спутник») в 1984 году.

Устройство и принцип действия

Основные компоненты

• Тормозной барабан — чугунная или стальная деталь цилиндрической формы, жёстко закреплённая на ступице колеса. Внутренняя поверхность барабана является рабочей — именно к ней прижимаются колодки.
• Тормозные колодки — две или более дугообразные детали с фрикционными накладками (аналогичными накладкам дисковых тормозов). Колодки размещены внутри барабана и могут перемещаться в радиальном направлении.
• Разжимное устройство — механизм, который раздвигает колодки. В гидравлических тормозах это рабочий цилиндр с поршнями, в пневматических — тормозной кулак с рычагом.
• Стяжные пружины — возвращают колодки в исходное положение после прекращения торможения.
• Опорные щиты — несущие элементы, на которых закреплены колодки и разжимное устройство. Щит крепится к неподвижным частям подвески или моста.

Принцип работы

При нажатии на тормозную педаль усилие через гидравлическую или пневматическую систему передаётся на разжимное устройство. Оно раздвигает колодки, прижимая их фрикционные накладки к внутренней поверхности вращающегося барабана. Возникающая сила трения преобразует кинетическую энергию вращения колеса в тепловую, что приводит к замедлению или остановке транспортного средства. После отпускания педали пружины стягивают колодки обратно, освобождая барабан.

Особенностью барабанных тормозов является эффект самоусиления (сервоэффект): под действием трения одна из колодок дополнительно прижимается к барабану, увеличивая тормозное усилие без увеличения усилия на педали. Это делает барабанные механизмы более эффективными при малых затратах энергии привода, но одновременно усложняет точное дозирование усилия.

Классификация

По типу привода

• Механические — усилие передаётся через тросы и рычаги. Применяются в стояночных тормозах и на простейших транспортных средствах.
• Гидравлические — рабочим телом является тормозная жидкость. Наиболее распространены в легковых автомобилях и лёгких грузовиках.
• Пневматические — используются сжатый воздух. Характерны для грузовых автомобилей, автобусов и железнодорожного транспорта.
• Электромеханические — разжим колодок осуществляется электродвигателем. Встречаются в современных системах стояночного тормоза.

По конструкции разжимного механизма

• Симметричные — колодки раздвигаются одинаково, тормозное усилие распределяется равномерно.
• Асимметричные (с ведущей и ведомой колодками) — одна колодка прижимается с большей силой за счёт самоусиления. Чаще всего применяются на задних колёсах.

По числу колодок

• Двухколодочные — классическая схема, используется на большинстве автомобилей.
• Многоколодочные — три и более колодок, применяются на тяжёлой грузовой и специальной технике для увеличения тормозного момента.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокий тормозной момент при относительно небольшом усилии на педали за счёт самоусиления.
• Защита от загрязнений — колодки и рабочая поверхность барабана закрыты от внешней среды, что снижает износ от абразивных частиц.
• Долговечность — фрикционные накладки барабанных тормозов обычно служат дольше, чем у дисковых (до 80–100 тыс. км пробега).
• Простота конструкции и низкая стоимость производства по сравнению с дисковыми тормозами.
• Возможность интеграции стояночного тормоза в тот же механизм без дополнительных узлов.

Недостатки

• Склонность к перегреву — барабан хуже охлаждается, чем диск, так как рабочая поверхность закрыта. При интенсивном торможении (например, в горной местности) эффективность падает из-за нагрева (фейдинг).
• Неравномерность износа — ведущая колодка изнашивается быстрее ведомой.
• Сложность обслуживания — для замены колодок требуется снимать барабан, что трудоёмко.
• Меньшая точность дозирования усилия — из-за сервоэффекта торможение может быть резким или неравномерным.
• Большая неподрессоренная масса — барабан тяжелее диска, что ухудшает управляемость и комфорт.

Применение

Автомобильная техника

Барабанные тормоза до сих пор широко используются на задних колёсах легковых автомобилей бюджетного и среднего классов (например, Lada Granta, Renault Logan, Kia Rio — в отдельных комплектациях). На грузовых автомобилях и автобусах барабанные механизмы остаются основным типом тормозов из-за их способности развивать большое усилие при пневматическом приводе. Тяжелые самосвалы и карьерные грузовики (например, БелАЗ) оснащаются многоколодочными барабанными тормозами.

Мотоциклы

На мотоциклах барабанные тормоза применялись до 1980-х годов, затем были вытеснены дисковыми. Однако на лёгких мопедах и скутерах (например, советские «Карпаты», «Верховина») барабанные механизмы устанавливались до конца 1990-х годов.

Железнодорожный транспорт

В вагонах и локомотивах используются колодочные тормоза, которые по принципу действия близки к барабанным, но колодки прижимаются к внешней поверхности колеса (бандажу). Внутренние барабанные тормоза применяются на некоторых типах рельсовых автобусов и дрезин.

Промышленное оборудование

Барабанные тормоза широко распространены в грузоподъёмных кранах, лебёдках, конвейерах и станках. Они обеспечивают надёжную фиксацию механизмов в неподвижном положении (стояночное торможение) и аварийную остановку.

Обслуживание и ремонт

Регламентное обслуживание барабанных тормозов включает:

• Периодическую проверку толщины фрикционных накладок (минимальная остаточная толщина обычно составляет 1,5–2 мм).
• Осмотр внутренней поверхности барабана на наличие задиров, трещин и овальности. Допустимый износ барабана — не более 1–2 мм по диаметру (зависит от модели).
• Регулировку зазора между колодками и барабаном (на механизмах с ручной регулировкой).
• Смазку направляющих и возвратных пружин.

При обнаружении значительного износа или деформации барабан подлежит проточке (шлифовке) на токарном станке или замене. Замена колодок производится комплектом (все четыре на ось) для обеспечения равномерности торможения.

Интересные факты

• На некоторых моделях автомобилей (например, Mercedes-Benz W123) барабанные тормоза на задних колёсах имели встроенный механизм автоматической регулировки зазора, что снижало необходимость в ручной настройке.
• В советском автомобилестроении барабанные тормоза на передних колёсах применялись вплоть до 1984 года — на модели ВАЗ-2101 («копейка») они были заменены дисковыми только в 1982 году при модернизации.
• Барабанные тормоза с пневмоприводом на грузовых автомобилях способны создавать усилие до нескольких десятков килоньютонов, что позволяет останавливать машины полной массой свыше 40 тонн.
• В условиях бездорожья и грязи барабанные тормоза часто оказываются надёжнее дисковых, так как грязь и вода не попадают на рабочую поверхность.

Источники

• «Автомобильные тормозные системы: устройство и обслуживание», В. П. Григорьев, 2018.
• «Техническая эксплуатация автомобилей», под ред. Е. С. Кузнецова, 2015.
• «Тормозные механизмы транспортных средств», А. М. Баженов, 2009.
• Руководства по эксплуатации автомобилей ВАЗ, ГАЗ, КАМАЗ (официальные издания).
• Стандарты ISO 8855:2011 «Дорожные транспортные средства — Тормозные системы».