Naturalnie różne zużycie

19 Mar 2015

zużycie2

Klocki czy szczęki hamulcowe tego samego producenta, zamontowane do dwóch identycznych samochodów, mogą wymagać wymiany po zupełnie innym przebiegu. I jest to zupełnie naturalne.



Żywotność materiału ciernego, zarówno znajdującego się na klockach, jak i szczękach hamulcowych, zależy od wielu czynników. Kluczowymi są warunki środowiskowe, sposób i charakter użytkowania hamulców oraz stan układu hamulcowego.

Wśród warunków środowiskowych chyba największe znaczenie ma  charakter dróg, po których pojazd najczęściej się porusza. Jak bowiem wskazuje praktyka, zużycie klocków czy szczęk bardzo zależy od tego czy pojazd jeździ głównie po drogach miejskich, drogach krajowych, drogach ekspresowych czy autostradach. Innymi ważnymi czynnikami z tej grupy są topografia terenu oraz temperatura otoczenia.

Gwałtowne i częste hamowanie wynikające z agresywnego stylu jazdy, a w przypadku pojazdów użytkowych także rzadkie i nieumiejętne korzystanie z retardera oraz częste wykorzystywanie pełnej ładowności pojazdu (lub wręcz jego przeładowywanie) to z kolei czynniki wynikające ze sposobu oraz charakteru użytkowania hamulców.

Trzecią grupą są czynniki związane ze stanem układu hamulcowego. Mogą one w skrajnych przypadkach doprowadzić do bardzo szybkiego zużycia materiału ciernego. Niebezpieczeństwo takie grozi, gdy np. dojdzie do awarii regulatora siły hamowania, zapiecze się jeden lub więcej tłoczków w zacisku, niesprawna jest pompa hamulcowa, uszkodzony zostanie zacisk, pojawią się mikropęknięcia na bębnie hamulcowym lub tarczy hamulcowej.

Promieniste mikropęknięcia na powierzchni ciernej tarczy hamulcowej prowadzą do przyśpieszonego zużycia klocka hamulcowego.
Promieniste mikropęknięcia na powierzchni ciernej tarczy hamulcowej prowadzą do przyśpieszonego zużycia klocka hamulcowego.

Ujmując problem zużycia materiału ciernego klocków i szczęk od innej strony, można z kolei powiedzieć, że główną role grają w nim trzy wielkości fizyczne związane z procesem hamowania. Są to temperatura pary ciernej, prędkość hamującego pojazdu oraz opóźnienie hamowania.

Temperatura pary ciernej, a więc elementów między którymi zachodzi tarcie, czyli (w uproszczeniu) klocka i tarczy lub szczęki i bębna, jest efektem nagrzewania się tych elementów podczas hamowania i wynika z zamiany energii kinetycznej pojazdu w energię cieplną w procesie tarcia materiału ciernego klocka/szczęki o tarczę/bęben. Z pewnym przybliżeniem można przyjąć, iż ilość wytworzonego w ten sposób ciepła jest wprost proporcjonalna do masy pojazdu oraz do kwadratu prędkości pojazdu. Jednocześnie pamiętać należy, że część tego ciepła jest na bieżąco oddawana do otoczenia. O chwilowej temperaturze pary ciernej decyduje zatem suma tych zjawisk, czyli tzw. bilans cieplny. Temperatura ta jest o tyle istotna, że bardzo istotnie i  bezpośrednio wpływa na żywotność materiału ciernego klocków oraz szczęk hamulcowych. Jego zużycie w funkcji temperatury ma bowiem charakter funkcji wykładniczej, czyli, mówiąc prościej, zużycie postępuje dużo szybciej niż wzrost temperatury.
Tym samym trwałość materiału ciernego klocka lub szczęki może w skrajnych przypadkach różnić się nawet kilkakrotnie. Zależy to od wszystkich wymienionych na początku czynników (tzn. warunków środowiskowych, sposobu i charakteru użytkowania hamulców oraz stanu układu hamulcowego), albowiem wszystkie one mogą wpływać na temperaturę pracy pary ciernej.
Dodać jeszcze należy, iż tak duży wpływ temperatury na tempo zużywania się materiału ciernego bierze się stąd, że w miarę jej wzrostu postępuje termiczna destrukcja żywicy fenolowo-formaldehydowej oraz kauczuku syntetycznego, czyli spoiw stosowanych do produkcji materiałów ciernych.

Zależność zużycia materiału ciernego od temperatury ma charakter wykładniczy.
Zależność zużycia materiału ciernego od temperatury ma charakter wykładniczy.

 Istotny wpływ na zużycie materiału ciernego klocków czy szczęk ma również prędkość hamującego pojazdu, a wynika to z ilości energii przekazywanej przez hamowany pojazd do układu hamulcowego. Przykładowo pojazd jadący 100 km/h ma 4-krotnie większą energię kinetyczną niż pojazd poruszający się z prędkością 50 km/h, zaś w przypadku pojazdu o prędkości 160 km/h różnica jest aż 10-krotna. Kilkukrotne hamowanie z dużej prędkości do zatrzymania powoduje, że tarcza  hamulcowa nagrzewa się do temperatury powyżej 500 oC, czego przez czas dłuższy nie jest w stanie wytrzymać żaden kompozytowy, organiczny materiał cierny.

Przyrost temperatury tarczy hamulcowej przy hamowaniu do zatrzymania samochodu osobowego poruszającego się z prędkością 50, 100 i 150km/h (w pełni obciążony pojazd o dopuszczalnej masie całkowitej 1670 kg, tarcze hamulcowe wentylowane o średnicy 256 mm).
Przyrost temperatury tarczy hamulcowej przy hamowaniu do zatrzymania samochodu osobowego poruszającego się z prędkością 50, 100 i 150km/h (w pełni obciążony pojazd o dopuszczalnej masie całkowitej 1670 kg, tarcze hamulcowe wentylowane o średnicy 256 mm).

Pozostała jeszcze kwestia opóźnienia hamowania, czyli tempa, w jakim prędkość pojazdu maleje podczas hamowania. Im tempo to jest większe, tym, rzecz jasna, droga hamowania krótsza (i odwrotnie). Jednocześnie ze wzrostem opóźnienia hamowania związany jest wzrost ciśnienie w układzie hamowania, albowiem by mocniej hamować, trzeba mocniej nacisnąć na pedał hamulca. Tym samym większa jest też siła docisku klocków do tarczy, czy szczęk do bębna. Materiał cierny mniej się wtedy co prawda nagrzewa, lecz na skutek większego tarcia, szybciej się zużywa.
Przy okazji wspomnijmy jeszcze, że opóźnienie ma zawsze swoją maksymalną wartość zależną od bardzo wielu czynników: rodzaju nawierzchni, panujących akurat warunków drogowych, stanu układu hamulcowego, współczynnika przyczepności opon do podłoża itd. Największe, możliwe do osiągnięcia dla seryjnie produkowanych samochodów osobowych wynosi około 10 m/s2, zaś dla cięższych samochodów użytkowych – 8 m/s2.

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz