Kaip žmonės stabdė prieš tūkstantį metų? Stabdžių sistemos raida
Sakoma, kad prieš tūkstantį metų, kai senoliai važinėjo arkliais traukiamais vežimais, jie iš esmės viskam pasikliovė rankų jėgomis: siurbdavo degalų, traukdavo sukti, dundavo burna ir stabdydavo kojomis – gerai, arklio kojos. Ilgainiui, po nesuskaičiuojamų per kraują ir ašaras išmoktų pamokų, žmonės suprato, kad leidžiantis nuokalne, pasikliauti vien arklio kojomis ne tik nualino arklį, bet ir kilo pavojus vairuotojui.
Taip gimė anksčiausia stabdžių sistema. Žmonės naudojo medžio gabalą kaip stabdžių trinkelę, kad sukurtų trintį su ratu ir užtikrintų stabdymo jėgą. Nors paspaudus stabdžius mediena kartais aprūkdavo, tačiau lėtai važiuojantiems vežimams to užtekdavo. Tiesą sakant, panašios konstrukcijos stabdžių sistemas galima pamatyti ir šiandien. Pavyzdžiui, dviračio ratlankio stabdžiai išsivystė nuo padangos paviršiaus šlifavimo iki ratlankio šlifavimo, tačiau principas išlieka panašus.
Nuo tada, kai XVIII amžiuje atsirado garo variklis, transporto priemonės galia perėjo nuo žmogaus ir gyvūno prie mašinos, o greitis didėjo, tačiau stabdžių sistemos mažai pasikeitė. XX amžiaus pradžioje, nesvarbu, ar tai buvo arklio traukiamas vežimas, traukinys ar ankstyvas automobilis, stabdžių sistema veikė panašiai kaip ir ankstesniuose vežimuose. Rezultatas? Net ir ant lygaus paviršiaus avarijos vis tiek įvyko. Laimei, 1900 m. genijus Wilhelmas Maybachas sukūrė pirmąjį automobilio būgninį stabdį. Ar tai skamba pažįstamai? Net ir šiandien kai kurie sunkvežimiai ir žemos klasės lengvieji automobiliai vis dar naudoja būgninius stabdžius.
Atsitiktinai, vos po dvejų metų, 1902 m., kitas genijus Frederickas Williamas Lanchesteris sukūrė pirmąjį diskinį stabdį, kuris šiandien yra stabdžių sistema, naudojama daugiau nei 80% automobilių, įskaitant Xiaomi SU7. Galbūt manote, kad diskiniai stabdžiai atsirado daug vėliau nei būgniniai, bet taip nėra. Diskiniams stabdžiams keliami aukštesni reikalavimai stabdžių trinkelių medžiagoms. Ankstyvieji diskai buvo pagaminti iš geležies, o trinkelės iš vario, kurios greitai susidėvėjo. Įsivaizduokite, kad vykstate į šeimos kelionę su užkandžiais, alumi, žaidimo kortomis ir trimis stabdžių trinkelių rinkiniais – nuviliate, tiesa? Taigi dėl medžiagų technologijų apribojimų diskiniai stabdžiai neišpopuliarėjo.
Tačiau būgniniai stabdžiai taip pat turi problemų. Jų konstrukcija iš esmės riboja šilumos išsklaidymą, todėl jie linkę į terminį skilimą. Tai galioja net šiuolaikiniams būgniniams stabdžiams. Tačiau tobulėjant medžiagų technologijoms, diskiniai stabdžiai vėl pradėjo susilaukti dėmesio. Ankstyvosios stabdžių trinkelės buvo pagamintos iš asbesto, tačiau asbestas turėjo lemtingą trūkumą: jis buvo nekenksmingas aplinkai. Susidėvėjęs asbesto pluoštas gali būti įkvėptas ir negrįžtamai pažeisti plaučius, todėl vaikystėje buvusios asbestinės čerpės nebenaudojamos. Be to, asbestas yra prastas šilumos laidininkas, todėl po stabdymo trinties buvo sunku atvėsti.
Vėliau buvo sukurtos pusiau metalinės stabdžių trinkelės, kuriose asbestas buvo pakeistas plieno vata, siekiant padidinti kietumą. Tačiau dabar šilumos laidumas buvo per geras. Temperatūra greitai pakilo, o stabdžių sistema išliko karšta, todėl guminės dalys, pvz., sandarikliai ir žarnos, greičiau sensta. Aukšta temperatūra taip pat išgaravo vandenį stabdžių skystyje, todėl stabdžiai jaučiasi minkšti. Maža to, metalo ant metalo trintis važiuojant mažu greičiu kėlė triukšmą, o lyjant lietui lengvai rūdydavo stabdžiai.
Dėl šių trūkumų buvo sukurtos naujos kartos stabdžių trinkelės: mažai metalinės medžiagos. Kaip rodo pavadinimas, šiose pagalvėlėse buvo mažiau metalo. Nors jie nebuvo tokie patvarūs, jų stabdymo efektyvumas buvo geresnis nei pusiau metalinių trinkelių, be to, jos buvo tylesnės, dažnai naudojamos automobiliuose, kuriuose pirmenybė teikiama komfortui. Galiausiai atsirado keraminės stabdžių trinkelės, kurių sutvirtinimui naudojami keraminiai pluoštai. Šios aukštesnės klasės trinkelės yra atsparios karščiui, užtikrina stabilią trintį ir sumažintą triukšmą. Be to, kadangi juose trūksta metalo, ant ratų nepalieka sunkiai nuvalomų stabdžių dulkių. Minusas? Jie brangūs.
Tačiau keraminiai stabdžiai net nėra patys brangiausi. Yra dar aukštesnės pakopos parinktis: anglies pagrindu pagaminti stabdžiai. Jie būna dviejų tipų: anglies-keramikos ir anglies-anglies. Vienas iš jų yra iš anglies ir keramikos pluoštų, o kitas pagamintas tik iš anglies. Abu pasižymi puikiu šilumos laidumu, atsparumu aukštai temperatūrai, stipria stabdymo jėga ir lengvu svoriu, todėl yra patvaresni. Štai kodėl anglies pagrindu pagaminti stabdžiai paprastai randami lenktyniniuose automobiliuose, aukščiausios klasės sportiniuose automobiliuose ir lėktuvuose. Tačiau kasdieniams vairuotojams jie nėra labai svarbūs dėl išlaidų.
Po visų diskusijų apie diskinius stabdžius galite susimąstyti, ar būgniniai stabdžiai vis dar turi galimybę sugrįžti. Atsakymas yra ne – jie tiesiog pralenkiami. Būgniniai stabdžiai yra sunkūs, prastai išsklaido šilumą ir yra mažiau veiksmingi greitam, nuolatiniam stabdymui. Jie taip pat nesuderinami su šiuolaikinėmis technologijomis, tokiomis kaip ABS. Beje, būgniniai stabdžiai turi savo stipriąsias puses. Vienas iš privalumų yra jų stipri stabdymo jėga. Vienas iš dviejų stabdžių trinkelių sukasi pagal stabdžių būgno sukimąsi, o kitas – prieš jį. Stabdant prieš sukimąsi judanti trinkelė sukuria savaiminio stabdymo efektą, stipriau spaudžiant stabdį įtempia. Tai yra struktūrinis pranašumas. Būgniniai stabdžiai taip pat yra ekonomiški, nes pastaraisiais metais jų konstrukcija nereikalauja didelių pakeitimų. Išskyrus frikcinių medžiagų atnaujinimus, jų gamyba išliko palyginti nebrangi.
