Τι είναι το φρενάρισμα τροχού και πώς πραγματοποιείται;

Το φρενάρισμα τροχού είναι ένα μηχανικό ή υδραυλικό φαινόμενο που ενεργοποιείται από μοχλό και χρησιμοποιεί τριβή για να επιβραδύνει ένα όχημα αντιστέκοντας στην κίνηση του τροχού.

Ως παιδί, ο χειρότερος εφιάλτης μου ήταν να κάνω ποδήλατο στην κατηφόρα με υψηλές ταχύτητες, μόνο για να τραβήξω απελπιστικά στο τιμόνι και να μην επιβραδύνω ως απάντηση. Μια κολλημένη κεφαλή και ένα pit stop στον τοπικό μηχανικό μου υπενθύμισαν σε μεγάλο βαθμό ότι τα φρένα είναι ένα κρίσιμο στοιχείο κάθε οχήματος και πρέπει να φροντίζονται ανάλογα.

Τι είναι το φρενάρισμα;

Το να πει κανείς ότι χρειάζεται να φρενάρει για να επιβραδύνει ή να σταματήσει σημαίνει ότι κατανοεί μόνο εν μέρει τη λειτουργία των φρένων.

Η πραγματική λειτουργία των φρένων, όπως και η λειτουργία του συστήματος διεύθυνσης και επιτάχυνσης, είναι να ελέγχουν το όχημα με κάποιο τρόπο. Εκτός από την επιβράδυνση, το φρενάρισμα χρησιμεύει επίσης για την αλλαγή της πορείας των οχημάτων, όπως όταν κάνετε σφιχτές στροφές στη μοτοσικλέτα ή στο drifting και στην ολίσθηση της ισχύος στα αυτοκίνητα.

Πέδηση κινητήρα έναντι πέδησης τροχού

Η διαδικασία της επιβράδυνσης της κίνησης του οχήματος μπορεί να επιτευχθεί είτε εσωτερικά, δηλαδή στην πηγή ισχύος, είτε εξωτερικά, χρησιμοποιώντας φρένα.

Για να το δείξετε αυτό, φανταστείτε έναν ποδηλάτη να οδηγεί σε ευθύ δρόμο. Για να συνεχίσει να ταξιδεύει με σταθερό ρυθμό ή να επιταχύνει, ο ποδηλάτης πρέπει να συνεχίσει να κάνει πετάλι. Ωστόσο, αν σταματήσει να κάνει πετάλι, ο κύκλος σταδιακά θα σταματήσει από μόνος του. Αυτό οφείλεται στην απουσία ισχύος που λειτουργεί παράλληλα με διάφορες δυνάμεις τριβής για να σταματήσει το όχημα. Το ίδιο φαινόμενο, όταν επεκτείνεται σε κινητήρες αυτοκινήτων, είναι γνωστό ως πέδηση κινητήρα και επιτυγχάνεται με το να μην παρέχεται καμία είσοδος στο όχημα.

Τα κακά ή καθόλου φρένα είναι ο χειρότερος εφιάλτης του οδηγού (Photo Credit :Milkovasa/Shutterstock)

Ωστόσο, αν ο ποδηλάτης συναντούσε ξαφνικό εμπόδιο, θα έβαζε φρένο για να επιβραδύνει, παρόλο που το πετάλι του έχει δημιουργήσει αρκετή ορμή ώστε ο κύκλος να συνεχίσει να κινείται. Δεδομένου ότι το φρενάρισμα συμβαίνει στον τροχό και όχι στην πηγή ισχύος, σε αυτή την περίπτωση, είναι γνωστό ως πέδηση τροχού. Στα οχήματα, αυτό επιτυγχάνεται πατώντας το πεντάλ του φρένου ή το μοχλό, το οποίο με τη σειρά του ενεργοποιεί τους μηχανισμούς πέδησης.

Παρακάτω, θα συζητήσουμε λεπτομερώς το φρενάρισμα των τροχών.

Πώς λειτουργούν τα φρένα;

Η αρχιτεκτονική των φρένων είναι συνήθως μηχανικής ή υδραυλικής φύσης, με βάση τη φύση της εφαρμογής. Παρόλο που η αρχιτεκτονική των φρένων διαφέρει μεταξύ των οχημάτων, η αρχή πέδησης παραμένει η ίδια.
Όταν πιέζεται ένας μοχλός φρένου, μια σειρά από συνδέσμους κινούνται για να ενεργοποιήσουν τον μηχανισμό «δαγκώματος», ο οποίος αποτελείται από υλικό τριβής. Το υλικό τριβής τρίβεται στον κινούμενο τροχό για να αντισταθμίσει την κίνησή του, προκαλώντας έτσι επιβράδυνση.

Στοιχεία ενός συστήματος πέδησης

1. Μοχλός

Τα φρένα μπορούν να λειτουργήσουν είτε με το χέρι είτε με το πόδι (Photo Credit :Nor Gal/Shutterstock)

Για να ενεργοποιηθεί ο μηχανισμός πέδησης οποιουδήποτε οχήματος, ο οδηγός πρέπει να πατήσει ένα μοχλό. Ο μοχλός συνδέεται με συνδέσμους που μεταφέρουν την είσοδο πέδησης του οδηγού στον μηχανισμό δαγκώματος. Η ποσότητα πέδησης που επιτυγχάνεται είναι ευθέως ανάλογη με την πίεση που ασκείται στο μοχλό του φρένου.
Ένας μοχλός μπορεί να είναι χειροκίνητος, όπως σε ποδήλατο ή χειρόφρενο στάθμευσης σε αυτοκίνητο ή με ποδαρικό, κάτι που θα γνωρίζει οποιοσδήποτε οδηγός.

2. Ενισχυτικό φρένων

Ο ενισχυτής πέδησης είναι μια εξέλιξη ενός συμβατικού κύριου κυλίνδρου που μειώνει την προσπάθεια πέδησης, ενώ ενισχύει την πρόσκρουσή του (Φωτογραφία:jeffy11390/Shutterstock)

Ένας ενισχυτής πέδησης χρησιμεύει για τη μείωση της ανθρώπινης προσπάθειας κατά την ενεργοποίηση των φρένων ενισχύοντας την εφαρμοζόμενη δύναμη. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται μέσω ενός κενού που χρησιμοποιεί υδραυλικές αρχές για τη μείωση της ανθρώπινης προσπάθειας κατά το φρενάρισμα.

3. Συνδέσεις

Οι συνδέσεις φρένων μπορεί να είναι είτε μηχανικές είτε υδραυλικές (Πιστωτική φωτογραφία :Tatchaphol &optimarc/Shutterstock)

Ένας σύνδεσμος συνδέει το μοχλό με τον μηχανισμό δαγκώματος και μπορεί να είναι είτε μηχανικός είτε υδραυλικός. Μια μηχανική σύνδεση αποτελείται από καλώδια που έλκονται για να ενεργοποιήσουν τον μηχανισμό δαγκώματος. Μια υδραυλική σύνδεση, από την άλλη πλευρά, περιλαμβάνει έναν κύριο κύλινδρο που ωθεί το λάδι στον μηχανισμό δαγκώματος μέσω σταθερών ή εύκαμπτων υδραυλικών εγκαταστάσεων.

4. Μηχανισμός δαγκώματος

Ο μηχανισμός δαγκώματος είναι το σημείο όπου πραγματοποιείται το πραγματικό φρενάρισμα. Οι μηχανισμοί δαγκώματος διατίθενται σε δύο τύπους:φρένα τυμπάνου και δισκόφρενα.

i. Φρένα τυμπάνου

Αυτό το σύστημα αποτελείται από ένα τύμπανο στερεωμένο στο εσωτερικό του τροχού. Τα φρένα τυμπάνου μπορούν να ενεργοποιηθούν είτε με μηχανική είτε με υδραυλική σύνδεση.
Το φρενάρισμα προκαλείται από σταθερά «παπούτσια» φρένων που είναι επενδεδυμένα με υλικό τριβής και διαστέλλονται για να τρίβονται στο τύμπανο του φρένου. Όταν ο μοχλός του φρένου απεμπλέκεται, αυτά τα παπούτσια επανέρχονται στη θέση τους μέσω της δράσης του ελατηρίου.
Το φρενάρισμα του τυμπάνου είναι μια εσωτερική ενέργεια, καθώς τα παπουτσάκια του φρένου βρίσκονται μέσα στην επένδυση του τυμπάνου και πιέζονται προς τα έξω. Ενώ τα φρένα τυμπάνου βρέθηκαν παντού σε παλιά οχήματα, χρησιμοποιούνται μόνο για τους πίσω τροχούς στα περισσότερα σύγχρονα συστήματα.

Λειτουργία φρένου τυμπάνου (Φωτογραφία :Milkovasa/Shutterstock)

ii. Δισκόφρενα

Αυτό το σύστημα αποτελείται από έναν ρότορα με μια γενική μονάδα που ονομάζεται δαγκάνα. Αυτή η δαγκάνα φιλοξενεί έμβολα που πιέζουν τα τακάκια των φρένων, τα οποία κατά συνέπεια πιέζουν τον ρότορα του φρένου για να επιφέρουν πέδηση.
Σε αντίθεση με τα φρένα τυμπάνου, τα δισκόφρενα ενεργοποιούνται μόνο υδραυλικά. Οι δίσκοι των φρένων είναι εκτεθειμένοι, σε σύγκριση με τα φρένα τυμπάνου, που είναι μια κλειστή μονάδα, επομένως υπάρχει καλύτερη απαγωγή θερμότητας και κατά συνέπεια καλύτερο φρενάρισμα.

Το χειρόφρενο, που συνήθως αναφέρεται ως χειρόφρενο, είναι ένα μηχανικά ενεργοποιούμενο τύμπανο και κλειδώνει τους πίσω τροχούς. Σε οχήματα με πίσω δισκόφρενα, οι ρότορες των φρένων τροποποιούνται ώστε να στεγάζουν μια μονάδα τυμπάνου για να χωράει το χειρόφρενο.

Λειτουργία δισκόφρενου (Φωτογραφία :Milkovasa/Shutterstock)

Υλικά φρένων

Η επιλογή του υλικού πέδησης πρέπει να γίνεται λαμβάνοντας υπόψη τη φθορά, την απαγωγή θερμότητας και την τριβή. Ενώ η υπερβολική φθορά μπορεί να κάνει τα φρένα αντιοικονομικά να αλλάζουν πολύ συχνά, η κακή απαγωγή θερμότητας και η τριβή μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα το ξεθώριασμα των φρένων—την προσωρινή ή μόνιμη απώλεια των δυνατοτήτων πέδησης.

Δισκόφρενα Mercedes AMG carbon-ceramic (Photo Credit :Abdul Razak Latif/Shutterstock)

Ενώ τα παλιά φρένα χρησιμοποιούσαν αμίαντο, η επικίνδυνη φύση του οδήγησε στην ανάπτυξη καλύτερων εναλλακτικών λύσεων. Σήμερα, τα αυτοκίνητα προαστιακού έχουν τακάκια φρένων από υλικά συνθετικών ινών, όπως αραμίδια και ημι-μεταλλικά εναλλακτικά, όπως μεταλλικά ρινίσματα που συγκρατούνται μεταξύ τους με ρητίνη. Αυτά συνήθως τρίβονται σε ρότορες από σίδηρο ή χάλυβα.
Τα οχήματα υψηλών επιδόσεων χρησιμοποιούν ρότορες από κεραμικό άνθρακα, οι οποίοι είναι ανώτεροι από τα συμβατικά υλικά, αλλά εξαιρετικά δαπανηροί στην αντικατάστασή τους.

Εξελίξεις στα συστήματα πέδησης

Η ανάπτυξη συστημάτων ασφαλείας, όπως τα συστήματα αντιμπλοκαρίσματος πέδησης και τα συστήματα ελέγχου πρόσφυσης, δίνουν προτεραιότητα στον έλεγχο του υπολογιστή έναντι της πέδησης. Αυτό επιτρέπει την κατάλληλη κατανομή της δύναμης πέδησης για να αποτρέψει τυχόν απώλεια ελέγχου που προκύπτει από την ελεύθερη περιστροφή των τροχών, την ολίσθηση και το κλείδωμα των φρένων όταν αναγκάζεστε να φρενάρετε δυνατά.

Ενώ υπάρχουν και άλλες μορφές πέδησης, όπως το φρενάρισμα κινητήρα και η ηλεκτρομαγνητική πέδηση, σε αυτό το σημείο, καμία τεχνολογία δεν έχει πλησιάσει την αποτελεσματικότητα της πέδησης με τριβή. Τα φρένα είναι απαραίτητο συστατικό όλων των οχημάτων και θα συνεχίσουν να είναι έτσι, ακόμη και όταν ξεκινήσει η εποχή των ηλεκτρικών οχημάτων!