Kočnice – Bez njih bi vožnja bila nemoguća

Apsolutno sve o kočnom sistemu svakog vozila

Osnovno

Nedavno, kamion koji je nosio tenk je završio pored puta. Razlog: otkazivanje kočnica. Pa, hajde malo da se pozabavimo ovom večnom automobilsko-transportnom temom.

Za početak, i laiku je jasno da bez kočnica nema vožnje! Ovaj mehanički sklop je zadužen za usporavanje i zaustavljanje vozila u pokretu, i to na taj način što apsorbuje energiju iz samog sistema kretanja. Koristi se, naravno, za usporavanje i zaustavljanje vozila tako što primenjuje silu (najčešće trenja) na točkove, osovine, ili prevenira samo kretanje.

Najveći broj kočnica koristi trenje između dve površine koje se uzajamno pritiskaju, konvertujući kinetičku energiju pokretnog objekta u toplotu, mada i drugačiji metodi konvertovanja energije mogu biti upotrebljeni. Primera radi, regenerativno kočenje pretvara dobar deo energije u električnu struju, koja se može skladištiti u cilju naknadne upotrebe.

Ostali metodi pretvaraju kinetičku energiju u potencijalnu energiju u takvim uskladištenim formama, kao što su vazduh ili ulje pod pritiskom.  Neki tipovi retardera koriste magnetna polja u cilju konvertovanja kinetičke energije u električnu u kočnom disku, ploči ili šini, koja se zatim pretvara u toplotu. Neki drugi metodi kočenja čak transformišu kočnu energiju u različite forme, kao što je prenošenje na rotacioni zamajac.

Kočnice se generalno koriste na rotirajućim osovinama ili točkovima, ali mogu biti i u drugačijem obliku, kao što je mehanička površina koja dolazi u kontakt s pokretnim fluidom (zakrilca koja se koriste u vodi ili vazduhu). Neka vozila koriste kombinaciju kočnih mehanizama, kao što je slučaj s trkačkim automobilima u trkama ubrzanja, gde se koriste kočnice na točkovima u kombinaciji s padobranom, ili aviona, koji pored kočenja na točkovima podižu zakrilca da bi ostvarili snažniji otpor vazduha.

S obzirom na to da kinetička energija kvadratno raste s brzinom, predmet koji se kreće brzinom od 10 metara u sekundi, ima 100 puta veću energiju od istog objekta koji se kreće 1 metar u sekundi. Sledstveno tome, teoretska kočna distanca, kada se koči na granici prijanjanja, je 100 puta duža. U praksi, brza vozila obično poseduju značajan koeficijent otpora vazduha, a energija koja se pritom gubi rapidno raste s porastom brzine.

Sva vozila s točkovima poseduju neku vrstu kočnica. Čak ih i kolica za šoping mogu imati. Većina aviona s fiksnim krilima je opremljena kočnicama na točkovima u stajnom trapu. Neke letelice poseduju vazdušne kočnice, dizajnirane da redukuju brzinu tokom leta. Dobri primeri su jedrilice i neki avioni iz Drugog svetskog rata, posebno lovci i mnogi ponirući bombarderi. One omogućavaju letelici da održi bezbednu brzinu pri strmom poniranju. Saab B 17, bombarder tog tipa i Vought F4U Corsair lovac, koriste stajni trap kao vazdušnu kočnicu.

Frikcione kočnice na automobilima generišu toplotu, bilo da su disk ili doboš tipa, a zatim se ta temperatura postepeno rasipa u vazduhu. Prilikom vožnje nizbrdo, mnoga vozila mogu koristiti takozvano motorno kočenje. Kada je papučica kočnice na savremenom automobilu s hidrauličnim kočnicama pritisnuta nasuprot glavnom kočnom cilindru, klip gura kočnu pločicu na disk, koji usporava točak. Kod doboš kočnica, princip je sličan, jer cilindar gura kočne obloge/pakne na doboš, koji takođe usporava točak.

Tipovi

Kočnice se generalno mogu podeliti na frikcione, zatim one koje koriste pritisak, kao i elektromagnetne.

Frikcione

Ovaj tip kočnica je najčešći i može se podeliti na disk i papučaste kočnice, koje koriste eksplicitnu površinu habanja, i hidrodinamičke kočnice, kao što
su padobrani, koji koriste trenje s radnim fluidom i ne habaju se. Obično, termin „frikcione“ kočnice, koristi se za jedinice koje koriste pločice ili obloge (pakne). Reč je o sistemima s rotirajućom površinom habanja i statičnom pločicom. Uobičajene konfiguracije uključuju obloge koje se skupljaju da bi nalegle na spoljnu površinu rotirajućeg doboša, kao kod pojasne kočnice; rotirajući doboš s papučicama koje se šire da bi pritisnule unutrašnjost doboša, poznate kao doboš kočnice, mada su i neke druge „doboš“ konfiguracije moguće; i kočne pločice koje stežu rotirajući disk, odnosno disk kočnice.

Doboš kočnica funkcioniše po principu ostvarivanja trenja uz pomoć seta kočnih obloga (pakni), koje pritiskaju unutrašnju površinu rotirajućeg doboša. Doboš je povezan s rotirajućom glavčinom točka. Doboš kočnice se poslovično mogu pronaći na starijim modelima automobila. Međutim, zbog niskih troškova proizvodnje, često svoje mesto pronalaze i na zadnjim točkovima novih automobila. U odnosu na moderne disk kočnice, „doboši“ se brže habaju zbog tendencije da se pregrevaju.

Disk kočnica je uređaj sa usporavanje i zaustavljanje rotacije točka. Kočni disk, obično je napravljen od livenog gvožđa ili keramike, povezan na točak ili osovinu. Da bi zaustavio točak, frikcioni materijal dolazi u formi kočnih pločica, postavljenih na kočne čeljusti s obe strane diska. Pločice se mogu pokretati mehanički, hidraulički, pneumatski ili elektromagnetnim putem.

Kočnice pod pritiskom

Ovaj tip kočnica se često koristi u slučaju gde je pritisak već sastavni deo sistema. Primera radi, motoru s unutrašnjim sagorevanjem se može stopirati dovod goriva, a tada unutrašnji gubici pritiska motora kreiraju izvestan stepen kočenja. Neki motori koriste preklapanje ventila (takozvana „Jake“ kočnica), da bi se u velikoj meri povećali gubici pritiska. Ovaj tip kočenja može odbacivati energiju u vidu toplote, ali i je i koristiti u vidu regenerativnog kočenja, koje puni rezervoar pritiska pod imenom hidraulični akumulator.

Elektromagetne kočnice

Ovaj tip kočnica se obično upotrebljava u vozilima kod kojih je elektromotor već deo kompletnog sistema. Primera radi, mnoga hibridna vozila sa benzinskim motorima koriste elektromotor kao generator da bi se punile baterije, ali i kao regenerativnu kočnicu. Neke dizel-električne lokomotive koriste elektromotore da bi generisale električnu energiju, koja se zatim šalje u otpornike i odbacuje se kao toplota. Neka vozila, poput autobusa, nemaju elektromotor, već koriste sekundarnu „retarder“ kočnicu, koja je efikasan generator s internim kratkim spojem.

Elektromagnetne kočnice usporavaju vozilo kroz elektromagetnu indukciju, koja kreira otpor, koji se pretvara ili u toplotu ili elektricitet.

Karakteristike kočnica

– Maksimalna vršna sila – Ona čini maksimum efekta usporavanja koji može da se postigne. Vršna sila je često veća od ograničenja trenja guma, što može da dovede do proklizavanja točkova.

– Kontinuirano rasipanje energije – Kočnice se greju prilikom upotrebe, a kada temperatura postane previsoka, one otkazuju. Najveća količina energije (po jedinici vremena), koja može biti rasuta tokom kočenja a da ne dođe do otkazivanja, naziva se kontinuirano rasipanje energije. Ova vrednost često zavisi od temperature i brzine protoka vazduha koji hladi kočnice.

– Slabljenje sile kočenja – Kako se kočnice greju, tako im se gubi efekat. Neka rešenja su sklona ovoj pojavi, poznatoj kao „fade“, dok su neka druga relativno imuna na to. U ovom slučaju u obzir treba uzeti i faktore poput hlađenja, koje ima veliki uticaj na slabljenje sile kočenja.

– Uglađenost – Kočnica koja je preagresivna, pulsirajuća ili proizvodi seriju neadekvatnih zvukova, ili na drugi način izaziva variranje kočne sile, može dovesti do proklizavanja. Na primer, točkovi na šinama ostvaruju nizak stepen trenja, a frikcione kočnice bez mehanizma protiv proklizavanja, često dovode do njega, što povećava troškove održavanja i dovodi do tupih udaraca koje osećaju putnici unutar vozila.

– Snaga – Kočnice se često opisuju kao „moćne“ kada je dovoljna primena neznatnog pritiska na papučicu da dođe do kočne sile koja je izraženija u odnosu na kočnice iz iste kategorije. Ovo poimanje „moćnog“ se ne odnosi na kontinuirano rasipanje energije i može biti zbunjujuće u smislu da kočnica može biti „moćna“ i snažno kočiti uz nežan pritisak na papučicu, ali u isto vreme imati nižu maksimalnu vršnu silu u odnosu na „manje moćne“ kočnice.

– Osećaj na papučici – Preko kočne pedale dobijamo subjektivan osećaj o tome kako funkcionišu kočnice i koliki je radni hod. Na radni hod papučice utiče zapremina kočne tečnosti, kao i neki drugi faktori.

– Otpor – Kočnice imaju varirajući nivo otpora u situacijama kada se ne koriste, u zavisnosti od dizajna samog sistema, da bi se prilagodile ukupnoj usklađenosti sa sistemom i deformisanjem, koje egzistira prilikom kočenja, s mogućnošću uvlačenja frikcionog materijala s habajuće površine u uslovima kada kočnica nije aktivirana.

– Trajnost – Frikcione kočnice imaju habajuće površine koje se periodično moraju menjati. U njih se ubrajaju kočne pločice i pakne, ali isto tako diskovi i doboši. Treba znati da se kočne pločice, čija je maksimalna vršna sila viša, ujedno brže troše, dok one tvrđe jesu dugotrajnije, ali zato više habaju diskove. Zato je najbolje, prilikom zamene kočnih pločica, težiti kompromisu, ali u svakom slučaju odabrati kvalitetnu komponentu.

– Težina – Kočnice se često računaju u „dodatu masu“ kada ne služe bilo kakvoj drugoj funkciji. Pored toga, kočnice su obično postavljene na točkovima, te čine neogibljenu masu, što može značajno uticati na trakciju u nekim situacijama. „Težina“ se može odnositi i na samu kočnicu ili može uključiti dodatnu strukturu podrške.

– Buka – Kočnice obično proizode neznatan zvuk kada se koriste, ali često „škripe“, „cvile“ i „drobe“, što zna da bude neprijatno.

Neefikasnost

Značajna količina energije se uvek gubi tokom kočenja, čak i kada je u igri sistem regenerativnog kočenja, koji nije savršeno efikasan. Iz tog razloga, odgovarajuće merenje efikasnosti korišćenja energije tokom vožnje je pokazatelj koliko i kako neko koči. Svaka nepotrebna upotreba kočnica donosi veću potrošnju goriva, tako da je treba svesti na najmanju meru i koristiti motorno kočenje kada je god moguće, uz naravno „tečan“ stil vožnje. Što više korišćenja kočnica, to više potrošenog goriva.

Dok se uvek gubi izvesna količina energije pri kočenju, sekundarni faktor koji utiče na efikasnost je otpor u situaciji kada kočnica nije aktivirana, ili kada je kočnica nenamerno pokrenuta. Nakon kočenja, hidraulički pritisak u sistemu pada, omogućavajući klipovima da se uvlače u kočne čeljusti.

Međutim, ovo uvlačenje mora odgovarati svim usaglašenostima unutar sistema (pod pritiskom), kao i toplotnoj distorziji komponenti kao što je kočni disk, ili će kočni sistem davati otpor sve dok postoji kontakt sa diskom. Tokom ovog procesa, može se stvoriti značajan kočni otpor. On može dovesti do primetnog gubitka snage, na taj način utičući negativno na potrošnju goriva i opšte performanse vozila.

Stabilnost vozila pri kočenju

Postoje situacije u saobraćaju kada smo primorani da kočimo naglo, često uz imperativ promene pravca vozila. U tim uslovima, od primarnog je značaja da se zadrži kontrola nad automobilom. Međutim, pri snažnim kočenjima, vozila imaju tendenciju da gube stabilnost. Jasno je da posledice ovoga mogu biti veoma neprijatne.

Kada dolazi do gubitka stabilnosti? Već smo spominjali kočenje na granici prijanjanja, kada dolazi do proklizavanja pneumatika. Ukoliko su blokirani točkovi prednje osovine, kada dođe do dejstva poremećajne sile, svako zakretanje točkova dovodi do stvaranja centrifugalne sile, koja je posledica ispadanja iz pravolinijskog kretanja. Međutim, s obzirom da su prednji točkovi blokirani, vozilo gubi upravljivost.

Što se tiče blokiranja zadnjih točkova, bočna komponenta centrifugalne sile deluje u istom smeru kao i poremećajne sile, pa se proklizavanje progresivno povećava. Zanošenje zadnje osovine je daleko opasnije od zanošenja prednje.

Iz navedenog je jasno da su zahtevi za visokom efikasnošću kočnica s jedne strane i vrhunskom stabilnošću i upravljivosti s druge, međusobno suprotstavljeni. Visoka efikasnost kočenja podrazumeva potpuno iskorišćenje prijanjanja na obe osovine. Prilikom konstantne raspodele kočnih sila, to je moguće samo kod fiksnog koeficijenta prijanjanja. U svim drugim slučajevima kočenja dolazi do blokiranja jedne od osovina.

Zbog neželjenih efekata snažnog i naglog kočenja, moderna vozila su opremljena naprednim sistemima za preraspodelu kočnih sila između prednje i zadnje osovine. Prilikom regulisanja sile kočenja na prednjoj osovini, osiguravaju se upravljivost i efikasnost, dok se u slučaju zadnje osovine obezbeđuje stabilnost i efikasnost. Odgovarajućim podešavanjem kočnih sila na obe osovine, osiguravaju se upravljivost, stabilnost i efikasnost.

Uređaji koji regulišu distribuciju kočnih sila se dele na uređaje za kontrolu raspodele kočnih sila s otvorenim kolom – korektori i uređaje za kontrolu raspodele kočnih sila sa zatvorenim kolom – antiblokirajući uređaji (ABS), ali o ovoj tematici ćemo detaljnije u izdvojenom članku.

Rezime

Neosporno je da je kočni sistem jedan od najvažnijih ako ne i najvažniji sistem u svakom motornom vozilu. Ukoliko je motor otkazao, skrenućete s puta i sačekati šlep službu. Ukoliko je kvar na sistemu za upravljanje, bićete u prilici da usporite i na kraju zaustavite vozilo. Međutim, ukoliko otkažu kočnice, možemo da se nađemo u po život opasnoj situaciji.

Svako bezbedno učešće u saobraćaju podrazumeva ispravne kočnice. Vozači ponekad zapostavljaju ovaj segment, stavljajući akcenat prilikom servisa na neke druge stvari, ali upravo je najveću pažnju potrebno posvetiti kočnicama. Ovde se ne radi samo o tome da li kočnice funkcionišu ili ne, već da li pružaju dovoljno kratak zaustavni put, jer često nekoliko metara može da napravi razliku između života i smrti.

Pavle Barta