Спирачките

ЗА КАКВО СЛУЖИ СПИРАЧНАТА СИСТЕМА?
Този въпрос ще изненада всеки нормален шофьор или фен на автомобилните спортове. Тя служи за намаляване на скоростта или за задържане на автомобила на едно място. НО, има едно “но” на което много държат в кралицата на автомобилните спортове Ф1. И това са способностите на спирачната система да позволява на автомобила да се движи с ... по-висока скорост.
БАРАБАНИТЕ.
“Само не ми говорете за спирачки! Те само пречат на управлението при състезателните коли!” – говорил един от най-известните пилоти през 20-те и 30-те, Тацио Нуволари. Италианецът се е стремил да натиска педала на спирачките влизайки в завоя с огромна скорост, като с ювелирна точност водел управлението и едновременно с това подава газ. Така прекарвал колата по само на него известна траектория. По принцип всички негови колеги, дори и не така добрите са се стремели да намаляват като него. Идеята се състояла в това, че този начин на спиране със състезателните коли е бил много опасен дори и през 40-те и 50-те години на миналия век.
Тогава са се използвали барабанни спирачки. При тази конструкция усилието за спиране създават накладки, които се трият от вътрешната плоска страна на метален барабан. Проблемът е бил в това, как най-добре да се справи с охлаждането на спирачките. При триенето се отделя голямо количество топлина, сиреч чрез спирането се превъръща кинетичната енергия на движението в топлинна.
Колкото повече завои има по трасето, толкова повече се налага да се натискат спирачките, толкова повече се повишава и температурата на триещите се части – накладки и барабан. Оттук се появяват и всички беди. Металът на барабана се нагрява и се разширява, а това означава че накладките трябва да изминат по.голямо разстояние докато опрат в барабана. А това означава и увеличение (представете си как става това по време на състезание) на хода на педала. Нагрявайки се, барабанът започва да губи форма, посинява и накрая се разрушава. Самите накладки са изработени на основата на азбеста и имат високифрикционни свойства, но високата температура ги разрушава, като те от своя страна “зацапват” работната повърхност с овъглени летливи съединения, които се намират в изкуствените смоли използвани при изработката им.
Нататък става по-зле. Всичките тези сажди и изгорели частици центробежните сили ги отлагат по вътрешната страна на барабана. Все по-високата температура може да предизвика кипене на спирачната течност. И ако това се получи ... Педалът на спирачката потъва в най-неподходящия момент. Всички конструктори са се борили за понижаване на температурата с всички достъпни средства. Това ставало по два начина: първо трябвало да се намали възможно най-много загряването на частите и второ, да се осигури оптимално охлаждане. За тази цел инженерите на Ферари и Алфа Ромео са използвали барабани с големи размери, за да увеличат размера на триещите повърхности. Вътрешният размер на спирачните барабани на Ферари 375 е бил 350 мм. . По-късно Ланчия и Мерцедес предложили да се увеличи широчината на барабаните.
Отливали ги колкото се може по-масивни, с няколко разположени по окръжността ребра и пробивали в корпуса множество вентилационни отвори. Но този голям цилиндър, прикрепен към колелото значително увеличавал неподресьорните маси, което оказвало влияние на управлението. При дъжд пък вътре в барабана прониквала вода. Щом започнели да изсъхват, накладките проявявали склонност към заклинване. Заклинена спирачка и блокирано колело на мокро трасе – това вече е смъртна опастност за пилота.
Инженерите на Мерцедес през 1954г. опитали да решат проблема, като вкарали барабаните в купето. Но под обтекателите охлаждането само се влошило. Пилотите на “Сребърните стрели” били специално инструктирани преди старт – ползвайте спирачките много внимателно, докато не загреят до “работна” температура. В противен случай рискувате бързо загряване, разрушаване на барабана. А от тук следва блокиране на спирачките, блокиране на колелата и катастрофа.
Какво да се прави? Предлагани са дори и “въздушни спирачки” – широка плоскост, която служила за нещо като парашут. Такава конструкция монтирали в Мерцедес Бенц. Но във Ф1 не получила приложение. Тя била ефективна при скорости 110-240 км/ч., а при по-ниски била практически безполезна. И тогава конструкторите се обърнали към … небето.
ДИСКОВЕТЕ МОГАТ ВСИЧКО!
През 1923г мотоциклет Douglas финишира първи на традиционното състезание “Турист Трофи” на остров Ман. Той е имал необичайни спирачки. Скоба със спирачни накладки държала спирачен диск: при натискана на спирачката, накладките се търкали към диска и гумите спирали.
Първоначално тази конструкция не се харесала на автомобилните конструктори. Видяла им се много крехка. Но тя била забелязана от авиоконструкторите, които търсели максимална мощ при минимално тегло. Проблемите на барабанните спирачки накарали създателите на състезателни коли да се сетят за находката чак след повече от 25 години. През зимата на 1951-52г на изпитателното трасе се появява BRM Type 15 , в създаването на когото са участвалиинженери от авияционния отдел на Ролс Ройс с дискови спирачки Girling.
Теоретически дисковете са панацея за всички беди. Понеже тяхната повърхност се охлажда постоянно от насрещния въздух, тяхното износване е по-малко отколкото на барабанните. Площта на триене в системата диск/скоба е по-голяма, отколкото в съответния размер на барабана. Така нараства мощността или се намалява налягането в хидросистемата и усилието върху педала. Водата и всички замърсители по диска се махат от центрубежната сила. При нагряване диска се разширява радиално, като практически не изменя хода на педала и така запазва ефективността на системата след многократно и интензивно използване. При дисковите спирачки няма серво-ефект, който е задължителен за най-добрите барабанни конструкции.А това означава, че пилотът има плавно и прогресивно усещане към спирачния педал – неговото пропорционално противодействие. Дисковете и по-лесно се контролират от пилота. Не на последно място дисковете са много по-леки, а това намалява вибрациите, подобрява управляемостта в завойте и правите.
В интерес на истината, тези приемущества са се появили не веднага, а в течение на времето. Въпреки победата на кола с дискови спирачки на Льо Манн през 1953г, първата си победа във Ф1 дисковите спирачки взимат две години по-късно. През октомври 1955г. Connaught B управляван от Тони Брукс печели Гран При на Сиракуза. Това състезание обаче не било в списъка на Световния шампионат, а съперник е бил само Maserati 250F Италиянските конструктори извлекли най-доброто от барабаните. Направили ги “биметални, с много вентилационни ребра и отвори и до 1956-58г успешно отбивали атаките на дисковете. Но когато Vanwall с дискови спирачки Goodyear спечелва титлата при конструкторите през 1958г, Енцо Ферари окончателно се отказва от барабаните.
През първата половина на 60-те, когато действала “1,5-литровата” Формула 1, подобряващите качествата си гуми, увеличаващата се ефективност и надеждност на фрикционните материали, а така също – по-точната техника на пилотиране позволили на състезателите да използват спирачките в два пъти по-широк диапазон, както ще остане допреди десетина години. Но самата им конструкция останала неизменена. Да се спре един сравнително лек автомобил с обем 1,5л. не било проблем. Всичко се изменило, когато Ф1 станала трилитрова.
ТЯХНО ВЕЛИЧЕСТВО ВЪГЛЕРОДНИТЕ ВЛАКНА.
Когато мощността и скоростта на болидите се покачвали, нараствала и тяхната кинетична енергия. Рецептата за решаване на проблема бил отдавна известен – увеличаване на размерите. Диаметрите и дебелината непрекъснато се увеличавали. Накрая станали така масивни, че някои конструктори по примера на Мерцедес ги вкарали в шасито, за да намалят неподресорните маси. И отново се появил проблемът с охлаждането под обтекателите. Конструкторисе отново направили отвердствия, направили всевъзможни въздухопроводи за охлаждане. Вентилацията снижава температурата на спирачните накладки, достигаща 700С, на 60-70С – това е много съществено, а ако я свали на 50С, то увеличава годността им два пъти. Но и това е било малко. Големите дискове затруднявали изработката на шаси с подходяща аеродинамична форма. И ето че през 70-те първо в състава на накладките, а после и в самите дискове са появил нов космически материал – композит от въглеродни влакна.
Със своите качества той бързо се наложил във Ф1. Дисковете не губели качество при интензивно и многократно спиране. Работната им температура била по-висока от тези, направени от чугун или друг материал с хромово покритие. Спирачният път видимо се съкратил – мощните спирачки позволявали до последния момент да се дава газ с увереност, че скорост от 300 км/ч ще бъде сведена до 50-60 км/ч за буквално един миг. Но и тези чудо-спирачки имали недостатъци. На първо място е високата им цена, а на второ – тяхната ефективност оказвала на пилотите голямо натоварване. По време на Гран При на Сан Марино телеметрията в боксовете на Уилиамс отчела, че Френтцен изпитва при спиране отрицателно ускорение 5,99g. Това означава, че върху пилотът влияе шесткратно претоварване. При ускорение претоверването в болидите е неповече от 2G, а максималното странично натоварване в завоите превишава 3,5 пъти земното притегляне. При това усилието върху педалите достига 150 кг, а налягането в хидропровода достига 84кг/см2. “Опитайте на всяко спиране да натискате педала с усилие 150 кг! – казва тогавашният колега на Френтцен Жак Вилньов – И така в продължение на един и половина – два часа. Така ще разберете както е Формула 1”

Спирачките са едно от малкото неща, които тимовете купуват от независими производители. Това са компанйи, специализирани в производството на конкретни детайли и отдалящи цялото си време за производство и изследвания само в едно направление. Това им позволява да създават възли и детайли, отговарящи на най-високите стандарти в дадена област.
По време на състезанието спирачките играят не по-малка роля, отколкото мощността на двигателя. Дори и най-мощният двигател не може да помогне, ако пилотът е принуден да спира 20 метра по-рано от друг, който има по-ефективни спирачки. ФИА забранява ползването на ABS, където с помощта на компютър се изчислява скоростта на въртене на всяко колело, за да се предотврати блокирането му при спиране. Това обезпечава минимално време за спиране при определено ниво на сцепление на трасето. Затова трябва да се симулира работата на ABS максимално правдоподобно. За да направи това, пилотът трябва да има достатъчно ниво на обратната връзка със спирачките, за да успее да усети момента на блокиране. Но за получаване на по-добра обратна връзка, спирачното съпротивление трябва да е твърдо, и затова е така тежко (150 кг). Така първият проблем пред специалистите по спирачни системи е силата на съпротивлението.
Обикновенно “меките” спирачки са по-малко ефективни. При тях за да се постигне същия ефект е необходимо педала да се натиска повече, поради по-дългият му ход.
За проблемите с охлаждането на спирачките вече ви запознах.
Тимовете използват различни спирачни дискове за квалификацията и състезанието. Може би сте се чудили, защо след бърза обиколка пилотите се “влачат” по пистата на път към бокса и често пречат на колегите си. Отговорът е в различната дебелина на спирачните дискове. Квалификационните дискове са два пъти по-тънки и са изчислени за 15 обиколки. Тънките дискове много по-бързо се загряват до работна температура, по-леки са и така намаляват неподресорните маси, което подобрява времето за обиколка. Но той трябва да се охлажда и затова не може да изкара всичките обиколки от квалификацията на пълна газ без риск от прегряване.
Друг проблем пред спирачнте системи е карбоновият прах, който се образува по време на състезанието. Всички сте виждали, как при смяната на гуми в бокса се вдига облак прах. Не съществува прост метод за премахването му. “Издухването” му през охладителната система само забавя колата поради промените в аеродинамиката. Тимовете се спасяват кой както може от праха, но не са в състояние да избегнат рязките спирания, каквито има в Монреал примерно. Поради това нивото на прахта е един от проблемите, с които те се борят.
Основните доставчици на спирачни системи във Ф1 са Hitco, Brembo и Industries.
Една извадка от техническия регламент на ФИА, касаещ работата на спирачните системи:
11.5.2 Спирачната система не може да е направена така, че да е в състояние да увеличава налягането в спирачните цилиндри над това, което може да създаде пилота, натискайки педала в положение на покой на болида.
Сиреч, пилотите спират само със силата на крака си. Болидите нямат серво на спирачките. А който е карал Москвич 408 знае, как това чудовище спира без серво.

Малко допълнения. Друг основен доставчик на спирачни системи е AP Racing (Williams и BAR), част от консорциума АР - една от най-старите американски фирми производителки на резервни част (вече мултинационална компания), единствената фирма от горепосочените, имаща предствителство в България.
Друг интересен факт е процеса на производство на карбоновите дискове - изпичането им трае между 3 и 4 месеца, а цената им е умопомрачителна за нашите стандарти. Карбонови накладки серийно се монтират само на някои марки мотоциклети, но в леките автомобили засега приложението им е в бъдеще

Между другото, според много хора въглеводородните дискове са направили шампионата ... скучен. Именно малкият спирачен път е виновен за малкото изпреварвания, според ръководството на FIA. И те са готови да ги забранят, за да направят Ф1 по-зрелищна ...