Тест тормозных колодок Hyundai Solaris

Не будет большим преувеличением разделить все детали автомобиля на важные и критически важные. Так вот тормозные колодки в этом контексте относятся к наиболее важным критически важным компонентам. И не думайте, что это графоманская тавтология – это незыблемая истина, к которой надо относиться с безусловным уважением и вниманием. Во многом именно поэтому наше издание регулярно проводит тесты тормозных колодок, пытаясь уберечь наших читателей от покупки недоброкачественных изделий.

Вечная тема

Тормозные колодки - это компоненты дисковой/барабанной тормозной системы, которые контактируют с тормозным диском/барабаном и играют решающую роль в создании трения, необходимого для замедления или остановки автомобиля. Они являются важнейшим элементом обеспечения безопасного и эффективного торможения. Основная функция тормозных колодок заключается в преобразовании кинетической энергии движущегося транспортного средства в тепловую энергию как раз посредством трения. Этот процесс замедляет вращение тормозного диска и в конечном итоге останавливает автомобиль. Однако из-за того же трения тормозные колодки сильно нагреваются и изнашиваются, поэтому их необходимо периодически менять.

Мы напоминаем эти азбучные истины для того, чтобы вы еще раз прокрутили в голове механику фрикционного торможения и включились в логику рассуждений – их обязательно надо регулярно менять. Ведь независимо от того, из чего изготовлены тормозные колодки: металла, органических, керамических или композитных составов, при каждом использовании они теряют незначительное количество фрикционного материала (у нас часто именуемого «феродо» в честь незабвенного бренда, покинувшего рынок не так давно). Эта потеря заложена в сам принцип их действия и, в общем-то, обеспечивает его эффективность. Так что любые разговоры о «вечных» или «не убиваемых» тормозных колодках лишены всякого смысла – либо износ одной из пар трения (а обычно обеих, но в разной степени), либо отсутствие торможения, поскольку в противном случае мы получаем либо разрушение, либо скольжение.

В этом и заключается основной парадокс тормозных колодок – мало того, что одной из самых важных, так еще и одной из самых компромиссных деталей современного автомобиля. Этот компромисс заключается в том, что, говоря простыми словами и сводя всю дилемму к наиболее лаконичному объяснению, с одной стороны колодки должны  изнашиваться, а с другой мы хотим иметь деталь, способную эффективно работать не один десяток тысяч торможений. И при этом не повреждать диск и не оказывать негативного воздействия на другие детали тормозной системы.

Собственно, именно поэтому мы и проводим наши тесты – простая декларация: эта колодка хорошая, а эта плохая не дает абсолютно никакой информации, кроме субъективной оценки конкретного индивида. А вот цифры и графики, которые мы получили в ходе испытаний и которыми поделимся с вами – отличная почва для изучения и анализа. Они позволяют принять взвешенное, верное решение, очень наглядно характеризуя тот или иной продукт, и в конечном итоге сделать правильный выбор.

Итак, вперед, друзья!

Объекты и цели

Сегодня в программе испытания у нас тормозные колодки автомобиля Hyundai Solaris – в недалеком прошлом самой популярной иномарки на российском рынке, которая и сегодня не торопится сдавать свои позиции новым бойцам.  

Подобрана продукция шести брендов примерно в одном ценовом диапазоне в соответствии с экономическими реалиями сегодняшнего дня. Это (подтвержденные кросс-артикулы к оригинальным изделиям):

• Mando DP101FF
• Speed Mate SM-BPH070
• Cworks C11CR0032
• Fenox DH43461
• Sufix SX-1213
• Trialli PF 0806

Тестирование по заказу журнала «Автокомпоненты» традиционно проводилось в специализированной лаборатории ИЦПА ФГУП «НАМИ». Цель испытаний – так же традиционная: определение наиболее важных эксплуатационно-ресурсных параметров предоставленных образцов. Во-первых, это выраженная коэффициентом трения эффективность торможения. Во-вторых, износостойкость накладок и, что принципиально важно, их влияние на износ диска. В-третьих, прочность соединения фрикционной накладки с колодкой.

На основании этих трех параметров был проведен сравнительный анализ результатов, позволяющий корректно охарактеризовать каждую из представленных на тест тормозных колодок. Для того, чтобы вы могли лучше понять, что и почему происходило во время испытаний вкратце познакомим с методикой.

Проверка эффективности

Первый параметр – эффективности торможения дисковых тормозных колодок, определялась в ходе испытаний в составе дискового тормозного механизма транспортного средства указанного в Таблице № 1 на инерционном стенде «НАМИ-СТН».

ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

Таблица № 1

Внешне все выглядит довольно просто. Стенд имитирует условия реального торможения, но логика в том, чтобы воспроизводить не какие-то случайные условия, а систематизированные, повторяющиеся со строго заданными параметрами для того чтобы потом определить характеристики эффективности торможения в виде зависимости величины тормозного момента и связанного с ним значения коэффициента трения от трех принципиально важных факторов. Первый – это приводное усилие (давление в тормозном цилиндре) при заданной начальной скорости торможения. Второй – начальная скорость торможения при заданной величине усилия привода (давление в тормозном цилиндре). Третий – температура тормозного диска. Кстати, ее определение производится скользящей термопарой типа «хромель-алюмель» на среднем радиусе трения рабочей поверхности тормозного диска. Либо в теле накладки тормозной колодки.

Таким образом, сама процедура тестирования реализуется так: тормозной диск, установленный на вал стенда, разгоняется до заданной частоты вращения. При ее достижении (и/или выполнения прочих условий) начинает осуществляться затормаживание диска, путем воздействия на него испытуемых тормозных колодок. При этом усилие воздействия – четко задано и всегда соблюдается за счет давления, создаваемого рабочей жидкостью в приводе тормозного механизма.

Но эта простота только на словах. На самом деле, каждый цикл торможения, каждое испытание – строго выверенные, многократно апробированное решение, представляющее собой совокупность процессов, как раз и позволяющих максимально точно воспроизвести если не сами условия реального торможения, то уж точно состояние фрикционной пары в ходе этого процесса.

Собственно именно поэтому испытаний и циклов испытаний не один и не два, а гораздо больше. Ну, а начинается все естественно с приработки (и тут тоже – как в реальной жизни) тормозных колодок с тормозным диском. Она считается выполненной, когда пятно контакта рабочей поверхность фрикционной накладки с плоскостью диска достигает не менее 90% от всей площади накладки (условия выполнения приработки указаны в Таблице №2). Естественно достижение этого значения специально проверяется на демонтированных тормозных колодках посредством тарированного измерительного инструмента.

Приработка осуществляется на стенде при следующих параметрах режима:

Таблица № 2

Далее следует серия функциональных тестов. Их семь: три до FADE, один – FADE (хотя на самом деле он включает два периода, то есть состоит как бы из двух) и еще три после FADE. Их результаты вы и видите на красивых разноцветных графиках (под соответствующими порядковыми номерами), иллюстрирующих зависимости изменения коэффициента трения в процессе испытания.  (воспроизвести графики на рисунках 9 и 10 из присылавшегося мне Протокола испытаний – прим. МК.)

Наверняка у вас сразу возник справедливый вопрос, что такое FADE? FADE – это, образно говоря, пиковое испытание, создающее максимальную нагрузку. По замыслу разработчиков методики это как бы воспроизведение торможения на горном серпантине, когда негативное воздействие на компоненты пары трения достигает предельных значений.

После такого воздействия во фрикционных тормозах происходит так называемое «угасание тормозов» (кстати, говоря, fade переводится с английского именно как «угасание»). Это явление представляет собой  снижение эффективности торможения, которое может произойти после многократного или продолжительного нажатия на  педаль тормоза транспортного средства, особенно при высокой нагрузке или высокой скорости. Угасание тормозов может быть характерно для любого транспортного средства, использующего фрикционную тормозную систему, включая легковые автомобили, грузовики, мотоциклы, самолёты и велосипеды.

Впрочем, мы немного забежали вперед. Давайте лучше по порядку пройдемся по каждому из испытаний.

Испытание №1 (до «FADE»)

При температуре диска 100 °С и скорости 100 км/ч  в начале торможения в приводе тормозного механизма меняют давление от 20 кг/см²до 80 кг/см² с шагом 20  кг/см² до полной остановки. Операция повторяется дважды. Тем самым воспроизводятся режимы единичных торможений от легкого до экстренного.

Испытание №2 (до «FADE»)

Во втором испытании давление рабочей жидкости в приводе тормозного механизма остается уже стабильным – 50 кг/см². Температура диска в начале торможения так же 100 °С. А вот скорость начала торможения до полной остановки меняется: от 40 км/ч до 140 км/ч с шагом 20 км/ч. То есть это испытание проверяет эффективность единичных торможений на разных начальных скоростях. Повторяется тоже 2 раза.

Испытание №3 (до «FADE»)

Про третье испытание вы наверно уже догадались. Да, совершенно верно. Менять будем температуру диска в начале торможения: от 50°С до 400°С с шагом  50°С. При этом стабильными остаются давление в приводе тормозного механизма – 50 кг/см² и начальная скорость торможения – 100 км/ч. Тормозим опять же до полной остановки и проверяем как эффективность  торможения изменяется в зависимости от температуры диска. Тут тоже двукратное повторение теста.

Испытание №4 «FADE» (1-й и 2-й период)

Что такое FADE мы уже объяснили, а сама процедура теста такова. За 45 секунд производится 25 торможений с постоянным давлением в приводе 50 кг/см², позволяющих затормозить со 100 км/ч до 50 км/ч.

Представляете, в каком состоянии после этого пребывает пара трения?

И вот чтобы посмотреть, как себя ведут тормозные колодки после максимально серьезных нагрузок, выполняются Испытание №5 (после «FADE»), Испытание №6 (после «FADE») и Испытание №7 (после «FADE»), которые в точности повторяют первые три, но уже на, скажем так, совсем «уставшем» тормозном механизме. Это позволит нам спрогнозировать сохранение стабильности рабочих характеристик в длительной перспективе всего срока эксплуатации тормозных колодок.

Износостойкость накладок и их влияние на износ диска.

Вволю поиздевавшись над колодками, переходим к замерам их толщины, а так же толщины диска – должны же мы понять, как друг с другом взаимодействуют участники пары трения и насколько колодка, как принято говорить, «агрессивна».

Первое измерение толщины и тормозных колодок и тормозного диска выполняется после окончания приработки. Эти значения примем за базовые, чтобы в дальнейшем сравнивать с ними цифры, полученные после тестирования на стенде.

Толщина и колодок и диска измеряется в четырех точках. У колодок это примерно середины четырех секторов, на которые ее можно разделить по центральной оси и проходящему через центр колодки перпендикуляру к ней. У диска это точка, расположенная по центру тормозной колодки и далее через каждые 90 градусов от нее по фрикционной поверхности диска. Потом вычисляем среднее арифметическое для каждой группы из четырех цифр – это среднее арифметическое и будет считаться искомой толщиной колодки или диска (для диска – в целях обеспечения большей точности – по результатам трех измерений в каждой точке).

Завершив все испытания, снова действуем по известному алгоритму с выведением среднеарифметических и подсчитав разницы между базовыми значениями и показателями, полученными после тестирования, выводим искомый износ. Отдельно для тормозного диска, отдельно для тормозных колодок.

Прочность соединения накладки с колодкой.

Тут совсем все просто. Испытания проводятся по методике, регламентированной ГОСТом Р ИСО 6312-2007 с отступлением от пункта 7 а) ГОСТ Р ИСО 6312-2007 в части проведения условий испытаний, а именно – испытания проводились при температуре окружающей среды в помещении 20±5 °C. Но это совершенно некритично и даже, скорее, более того полезно.

В качестве испытательного оборудования применялась машина для испытаний на сжатие или растяжение, оснащенная устройством для проведения испытаний на сдвиг и прибором для измерения нагрузки в момент сдвига.  Интенсивность подачи нагрузки регулировалась в пределах 4500 ± 1000 Н/с. Необходимая для определения показателя сопротивления сдвигу площадь соединения фрикционного материала с металлическим каркасом колодки составила по результатам замеров для всех образцов – 52 кв. см.

Испытания проходили при постоянной скорости перемещения ползуна 10±1 мм/мин.

Подводим итоги

Собрав все цифры воедино и проведя необходимые вычисления мы решили для большей наглядности и удобства проведения сравнительного анализа полученных значений коэффициентов трения образцов, рассчитать их итоговые среднеарифметические значения по каждому этап, а так же за весь цикл испытаний.  Приводим их в Таблице №3.

Итоговые значения коэффициента трения

Таблица №3

Величины износа тормозных колодок и испытываемых в парах с ними тормозных дисков за комплекс стендовых испытаний приведены в следующей Таблице №4.

Результаты по определению износа образцов тормозных колодок и испытываемых в парах с ними образцов тормозных дисков

Таблица №4

* - из-за незначительной величины износа (совпадающей с погрешностью средства измерения) достоверную количественную оценку дать невозможно.

Результаты испытаний образцов по определению прочности клеевого соединения фрикционной накладки с основанием колодки представлены в Таблице №5.

Результаты испытаний по определению сопротивления сдвигу

Таблица №5.

Для справки. Нормативное значение сопротивления сдвигу, определенное по ГОСТ Р 6312-2007, составляет не менее 2,5 МПа в соответствии с требованиями п.5.2.2.1.1. Правила ООН М 90-02 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения сменных тормозных накладок в сборе, тормозных накладок барабанного тормоза и дисков и барабанов для механических транспортных средств и их прицепов».

В качестве «Заключения» приведем выводы, сделанные экспертами НАМИ после анализа результатов проведенных испытаний. Естественно текст в кавычках – это же цитата:

«Наибольшая эффективность торможения, выраженная показателем «коэффициент трения», зафиксирована у образцов Fenox. Итоговое среднее значение коэффициента трения составило 0,39.

Наибольшая общая величина износа образцов за цикл испытаний зафиксирована у испытанных образцов Mando и составила 1,54 мм. Наименьшая общая величина износа образцов зафиксирована у образцов Cworks и составила 0,42 мм.

Наибольшая величина износа диска была зафиксирована при работе в паре с образцами Speed Mate и составила 0,013 мм.

Наибольшая величина показателя «сопротивление сдвигу» была зафиксирована у образца Cworks  и составила 5,8 МПа, наименьшая величина показателя «сопротивление сдвигу» была зафиксирована у образцов Sufix и Trialli и составила 3,1 МПа».

От себя хотим добавить, лишь следующее – не забывайте, о чем мы говорили в самом начале: работа пары трения, фрикционное торможение тормозной колодки и тормозного диска – это всегда компромисс. С одной стороны мы должны иметь эффективность замедления, при скоростях нашей эпохи – конечно же, очень высокую эффективность замедления. Однако и колодки и диски должны служить достаточно долго, чтобы не заставлять владельца автомобиля заезжать на сервис каждый месяц и тем более каждую неделю. Хотя бы раз в год, хотя по нынешним меркам – это тоже непозволительная роскошь. Но, тем не менее, мы уверены, вы отлично понимаете, что имеется в виду. Поэтому выбирая колодки и подводя лично для себя итоги нашего теста – помните, что компромиссный баланс необходимо соблюсти непременно.