Chłodzenie układu hamulcowego cz.2
Darmowy!
·
0
·
15.02.2022
Tarcze pływająceNajłatwiej można je rozróżnić od tradycyjnych tarcz wentylowanych tym, że są one skręcone z dwóch części: dzwonu, który osadza się na piaście oraz przykręcanej do niego tarczy - elementu, który o który trą klocki hamulcowe. Jednak połączenie obu tych elementów nie jest w pełni sztywne. Na do ich złączenia stosowane są owalne otwory, które pozwalają na ruch pomiędzy tymi dwiema częściami. Dlaczego?
Tarcze hamulcowe te które znamy są wykonywane przeważnie z żeliwa. Ciężki materiał, ale potrafiący wytrzymywać temperatury rzędu 1100 stopni. Mimo tak wysokiej granicy temperatury przy sztywnym połączeniu tarczy z piastą tarcze mogą się deformować, delikatnie pękać przez co w najmniej odpowiednim momencie może dojść do ich rozerwania. Dlaczego tak się dzieje?Pewnie wiecie, że każdy materiał ma jakąś rozszerzalność cieplną prawda? Wyobraźcie sobie teraz co się dzieje z tarczami hamulcowymi - jeden duży odlew w którym między częścią montowaną do piasty, a elementem ciernym w kilka sekund może pojawić się bardzo duża różnica temperatur. I tak można hamulce raz przegrzać, drugi raz, trzeci…
Do czego może to doprowadzić? To widzicie na tym zdjęciu - ekstremalny przykład poddania leciwej tarczy hamulcowej jednemu, solidnemu rozgrzaniu do “czerwoności”.
źródło zdjęcia: https://www.youtube.com/watch?v=TPf4qwtr8Fs
Są jednak takie miejsca, gdzie tarcze hamulcowe nieustannie się świecą, a te auta mimo to jadą dalej, ścigają się, a hamulce dobrze pracują. Jak to się dzieje?To wszystko dzięki zastosowaniu pracującego połączenia pomiędzy dzwonem, a tarczą dzięki któremu różnice temperatur i naprężenia są w znacznym stopniu redukowane. Oprócz redukcji naprężeń niesie to za sobą więcej korzyści do których można zaliczyć:
- Eliminację wibracji w układzie hamulcowym
- Lepsze odprowadzenie ciepła
- Przeważnie dużo niższą masę zestawu hamulcowego
źródło zdjęcia:
https://www.youtube.com/watch?v=yhSQkGOLMec
Tarcze się świecą na czerwono, a samochód nadal sprawnie hamuje jak to się dzieje?Klocki hamulcowe można podzielić na trzy główne kategorie:
- uliczne
- sportowe
- wyczynowe
Można to idealnie porównać do trzech grup opon samochodowych: ulicznych, semi-slick i pełnych slicków. Wszystko za sprawą tego do jakich warunków zostały one stworzone. Tak jak uliczna opona pozwala nam na bezpieczną jazdę w miejskich warunkach, gdzie opony od pierwszych metrów jazdy będą bardzo dobrze trzymać się nawierzchni to tak samo jest z klockami hamulcowymi. Im ich temperatura wzrasta - tym pogarsza się ich sprawność w skrajnych przypadkach (5~10 minut ostrej jazdy) może doprowadzić do zeszklenia i skruszenia powierzchni ciernej klocków! W najlepszym przypadku może to doprowadzić do ograniczenia sprawności hamulców po ich ostygnięciu do blisko zera.
Sam dwa lata temu miałem przyjemność doświadczyć tego zjawiska jak na ulicznych klockach wyjeżdżałem z toru na publiczną drogę i wciskając hamulec nożny musiałem ratować się hamulcem awaryjnym by zwolnić przed skrzyżowaniem.
Źródło zdjecia: https://mechanicalmalarkey.com/.../13/overheated-brake-pads/
Sportowy klocek hamulcowyW tym przypadku jest jak z oponami typu semi-slick. Przy bardzo niskich temperaturach będą dobrze hamować, ale po ich wstępnym rozgrzaniu (jedno, dwa hamowania) zaczną pracować zdecydowanie lepiej, a górna granica wytrzymałości jest przesunięta z ~370’C do… blisko 800’C! Jak duża jest to różnica?
Ten sam samochód, ten sam tor:
Drogowe klocki hamulcowe przestały mi sprawnie hamować po 5 minutach ostrej jazdy w temperaturze ok ~18’C. Zostały przegrzane i ich wydajność została mocno zredukowana (zeszkliły się).
Sportowe klocki hamulcowe wytrzymały 12 minut jazdy z lepszym czasem okrążenia i w temperaturze ok. ~25’C. Nadawały się do dalszej, bezpiecznej eksploatacji.
Wyczynowy klocek hamulcowy:Jego użytkowanie na drogach publicznych jest zabronione. Z bardzo prostej przyczyny - jak są zimne ich efektywność jest bardzo niska. Za to górny punkt przekracza znacznie granicę 1000’C!
Tutaj na zdjęciu widać zestaw wyczynowego układu hamulcowego w którym jako ciekawostka mogę napisać, że celowo jest ograniczony dopływ zimnego powietrza, ponieważ tego typu układ hamulcowy lubi wysokie temperatury i to właśnie w nich uzyskuje swoją największą sprawność.
Doprowadzenie dodatkowego chłodzenia do takiego układu mogłoby skutkować mocno ograniczoną sprawnością hamulców po przejechaniu długiego prostego odcinka toru. Wyobraźcie sobie tylko auta na torze Circuit de la Sarthe, gdzie na końcówce najdłuższej prostej wciskając hamulec kierowca musiałby czekać aż te się nagrzeją do temperatury roboczej.
Z czego wynika ta różnica?Z materiału z jakiego są wykonywane klocki hamulcowe. Jest to mieszanka składników organicznych, organiczno-metalicznych, metalicznych czy też ceramicznych. Ich rodzajów może być więcej, ale o czym warto wspomnieć to na pewno poduszcze gazowej, o której często można usłyszeć od ludzi, którzy odradzają zakupu gładkich tarcz hamulcowych do sportu. Otóż…
Wspomniana poduszka jest zjawiskiem występującym w momencie gdy klocek hamulcowy zacznie się przegrzewać wytwarzając gazy, które tworząc barierę między tarczą, a klockiem hamulcowym mogą zredukować sprawność układu hamulcowego.
Zjawisko to było popularne i nadal może być w najtańszych wariantach klocków hamulcowych zawierających dużą ilość organicznych składników. Jednak te bardziej wyczynowe, metaliczne czy też ceramiczne klocki są niemal całkowicie pozbawione tego zjawiska przez co montaż nawiercanych czy też nacinanych tarcz nie jest już konieczny.
Chłodzenie hamulców testyDzięki obszernej relacji od Davida możemy zobaczyć ile jest w stanie wychłodzić nam układ hamulcowy chłodzenie widoczne na tym zdjęciu. Z relacji wynika, że montując rurę żaroodporną, która skręca prostopadle do ziemi i dochodzi do adaptera ukierunkowującego powietrze bezpośrednio na piastę pozwoliło na zmniejszenie temperatury tarcz hamulcowych o 50’C tego samego dnia na tym samym torze.
Montaż płaskiej podłogi pod silnik to jest również jedna z rzeczy, które mogą mocno usprawnić dopływ powietrza do hamulców za sprawą odpowiednio ustawionych wlotów powietrza, ponieważ powietrze pod wysokim ciśnieniem wchodzi pod przedni zderzak i z łatwością przepycha się przez kanały. Dodatkową zaletą jest to, że łatwiej jest serwisować, czyścić taki układ niż bawić się z ściąganiem przedniego zderzaka.Jest jednak jeden bardzo istotny problem.
Im sprawniejszy układ chłodzenia tym większe ryzyko wystąpienia mikropęknięć na tarczach hamulcowych, a szczególnie w przypadku, gdzie nadmuch jest ukierunkowany nie na piastę, a bezpośrednio na jedną płaszczyznę cierną tarczy hamulcowej! David zauważył, że po jednym dniu na torze pojawiały się zauważalne mikropęknięcia na jednoczęściowych tarczach hamulcowych ostatecznie doprowadzając do ich całkowitego pęknięcia!Później zamontował zestaw dwuczęściowych tarcz, usprawniając przy tym układ chłodzenia hamulców i problem ustąpił bezpowrotnie.
Pamiętajcie o tym jak będziecie chcieli montować nadmuch zimnego powietrza na swoje hamulce!
Oprócz tego wspomniał o tytanowych podkładkach między klocki hamulcowe, a zacisk. Pamiętacie jak montowałem podkładki wykonane z kevlaru? Tutaj jest zestaw wykonany z tytanu. Ze względu na to, że tytan ma bardzo niską przewodność cieplną to ich zastosowanie może zablokować ciepło, które mogłoby się przedostać z klocka hamulcowego na zacisk, tym samym redukując temperaturę płynu hamulcowego w układzie. Grubość takiej płytki wynosi około 0,8mm (bardzo ważna informacja dla tych co mają spasowany układ hamulcowy na “żyletki”).Można je zamówić np. tutaj: https://paragonbrakes.com/paragon-pps370-titanium-pad-shims/
Podsumowując ten artykuł chciałbym przede wszystkim podziękować wszystkim, którzy wzięli czynny udział w dyskusji pod pierwszą częścią artykułu, dzięki której w dużej mierze mogła powstać druga część. Szczególnie relacje, własne doświadczenie wielu osób w tym dużej części spoza Polski, czy też Europy za co szczerze dziękuję!Sam obecnie mimo braku problemu z przegrzewającym się hamulcem myślałem o montażu dodatkowego chłodzenia. Jednak widząc sporą część komentarzy i wzmianek o pękających tarczach mocno się nad tym zacząłem zastanawiać. Temat póki co odstawiam na bok i nie będę ruszał hamulców do czasu gdy rzeczywiście zaczną się one przegrzewać.
Tytanowe podkładki wydają się być czymś co mógłbym rzeczywiście teraz zamontować, aczkolwiek na ile to pomaga? Przydałby się z pewnością jakiś test!
Mateusz Wujciów
Trwa ładowanie...