Как хората спираха преди хиляда години? Еволюцията на спирачната система
Говори се, че преди хиляда години, когато древните са карали каруци, теглени от коне, те по същество са разчитали на ръчно усилие за всичко: те са изпомпвали, за да заредят гориво, дърпали са, за да завият, клаксони с уста и спирачки с крака - добре, конски крака. В крайна сметка, след безброй уроци, научени чрез кръв и сълзи, хората осъзнаха, че когато се спускат надолу, разчитането единствено на краката на коня не само изтощава коня, но и застрашава водача.
Така се ражда най-ранната спирачна система. Хората използваха парче дърво като спирачна накладка, за да създадат триене с колелото, осигурявайки спирачна сила. Въпреки че дървата понякога пушеха при натискане на спирачки, това беше достатъчно за бавно движещите се вагони. Всъщност спирачни системи с подобни конструкции могат да се видят и днес. Спирачките за джанти на велосипеди, например, са еволюирали от шлайфане на повърхността на гумата до шлайфане на джантата, но принципът остава подобен.
Откакто парната машина се появи през 18-ти век, мощността на превозното средство се пренасочи от хора и животни към машини и скоростите се увеличиха, но спирачните системи претърпяха малка промяна. До началото на 20-ти век, независимо дали става дума за конска карета, влак или ранен автомобил, спирачната система работи подобно на тези, използвани при по-ранните вагони. Резултатът? Дори на равна земя все още се случваха инциденти. За щастие, през 1900 г. гений на име Вилхелм Майбах проектира първата автомобилна барабанна спирачка. Звучи ли познато? Дори днес някои камиони и леки автомобили от нисък клас все още използват барабанни спирачки.
По стечение на обстоятелствата, само две години по-късно през 1902 г., друг гений, Фредерик Уилям Ланчестър, проектира първата дискова спирачка, която е спирачната система, използвана в повече от 80% от автомобилите днес, включително Xiaomi SU7. Може би си мислите, че дисковите спирачки са се появили много по-късно от барабанните, но това не е така. Дисковите спирачки имат по-високи изисквания към материалите на спирачните накладки. Ранните дискове са направени от желязо, а накладките от мед, които бързо се износват. Представете си, че тръгвате на семейно пътешествие със закуски, бира, карти за игра и три комплекта спирачни накладки – разочароващо, нали? И така, поради ограниченията в материалната технология, дисковите спирачки не станаха популярни.
Барабанните спирачки обаче също имат своите проблеми. Техният дизайн по същество ограничава разсейването на топлината, което ги прави податливи на термично разпадане. Това остава вярно дори за съвременните барабанни спирачки. Но с подобряването на материалната технология дисковите спирачки отново започнаха да привличат вниманието. Ранните спирачни накладки бяха направени от азбест, но азбестът имаше фатален недостатък: не беше екологичен. Азбестовите влакна от износване могат да бъдат вдишани и да причинят необратими белодробни увреждания, поради което азбестовите керемиди, някога често срещани в моето детство, вече не се използват. Освен това азбестът е лош проводник на топлина, така че беше трудно да се охлади след триенето от спирането.
По-късно са разработени полуметални спирачни накладки, които заменят азбеста със стоманена вата за увеличаване на твърдостта. Но сега топлопроводимостта беше твърде добра. Температурата се повишава бързо и спирачната система остава гореща, което кара гумените части, като уплътнения и маркучи, да стареят по-бързо. Високите температури също изпариха водата в спирачната течност, правейки спирачките меки. На всичкото отгоре триенето на метал върху метал причинява шум при ниски скорости и спирачките лесно ръждясват, когато вали.
Поради тези недостатъци беше разработено ново поколение спирачни накладки: материали с ниско съдържание на метали. Както подсказва името, тези подложки имат по-малко метално съдържание. Въпреки че не бяха толкова издръжливи, тяхната спирачна ефективност беше по-добра от полуметалните накладки и бяха по-тихи, често използвани в автомобили, които дават приоритет на комфорта. В крайна сметка се появиха спирачни накладки на основата на керамика, използващи керамични влакна за подсилване. Тези подложки от по-висок клас са устойчиви на топлина, предлагат стабилно триене и намален шум. Освен това, тъй като им липсва метал, те не оставят труден за почистване прах от спирачките върху колелата. Недостатъкът? Те са скъпи.
Но керамичните спирачки дори не са най-скъпите. Има опция от още по-високо ниво: базирани на въглерод спирачки. Предлагат се в две разновидности: въглеродно-керамични и въглеродно-въглеродни. Единият е съставен от карбон и керамични влакна, а другият е направен изцяло от карбон. И двата предлагат отлична топлопроводимост, устойчивост на висока температура, силна спирачна сила и леко тегло, което ги прави по-издръжливи. Ето защо базираните на въглерод спирачки обикновено се намират в състезателни автомобили, спортни автомобили от висок клас и самолети. За обикновените шофьори обаче те не са наистина подходящи поради цената.
След цялата тази дискусия за дисковите спирачки може да се чудите дали барабанните спирачки все още имат шанс да се завърнат. Отговорът е не - те просто са превъзхождани. Барабанните спирачки са тежки, имат лошо разсейване на топлината и са по-малко ефективни при осигуряване на бързо, непрекъснато спиране. Те също така не са съвместими с модерни технологии като ABS. Въпреки това, барабанните спирачки имат своите силни страни. Едно предимство е тяхната силна спирачна сила. От двете спирачни челюсти едната следва въртенето на спирачния барабан, а другата се движи срещу него. При спиране, обувката, която се движи срещу въртенето, създава ефект на самоспиране, затягайки спирачката, когато натискате по-силно. Това е структурно предимство. Барабанните спирачки също са рентабилни, тъй като дизайнът им не изисква значителни промени през последните години. Освен актуализациите на фрикционните материали, те остават сравнително евтини за производство.
