Все, что вам нужно знать о тормозных накладках: типы, признаки износа и когда заменять

Что на самом деле делает тормозная накладка и почему материал имеет значение

Тормозная накладка — это материал с высоким коэффициентом трения, прикрепленный или приклепанный к тормозной колодке (в барабанных тормозных системах) или заделанный в тормозную колодку (в дисковых тормозных системах). Когда вы нажимаете педаль тормоза, гидравлическое давление прижимает этот фрикционный материал к вращающемуся барабану или поверхности ротора, преобразуя кинетическую энергию автомобиля в тепло за счет трения. Футеровка специально разработана как жертвенный компонент — она постепенно изнашивается с течением времени, поэтому более твердая и дорогая поверхность барабана или ротора защищена от контакта металла с металлом.

Материальный состав А. тормозная накладка напрямую определяет его производительность в реальных условиях: сколько трения он создает, насколько хорошо он поддерживает это трение при повышении температуры, как быстро он изнашивается, сколько шума он производит, а также защищает или повреждает контактную поверхность, о которую трётся. Это не абстрактные характеристики — они напрямую отражаются на тормозном пути, затухании тормозов при длительном использовании, сроке службы ротора или барабана и общем запасе прочности всей тормозной системы. Выбор неправильной тормозной фрикционной накладки для конкретного применения не является незначительным неудобством; это может означать опасно увеличенный тормозной путь или ускоренный износ дорогостоящего тормозного оборудования.

Четыре основных типа материала тормозных накладок

Современные тормозные накладки делятся на четыре большие категории материалов, каждая из которых имеет свой состав, профиль производительности и область применения. Понимание того, что их отличает, является отправной точкой для любого решения о выборе тормозных накладок.

Безасбестовый органический продукт (NAO)

Безасбестовые органические тормозные накладки изготавливаются из смеси органических волокон — целлюлозы, стекла, резины, арамида — связанных вместе высокотемпературными фенольными смолами и смешанных с наполнителями, такими как сульфат бария. Это была прямая замена накладкам на основе асбеста после того, как асбест был признан канцерогеном и постепенно запрещен в составе тормозной продукции в 1980-х и 1990-х годах. Футеровки NAO бесшумны в работе, образуют относительно мелкую пыль с низкой плотностью и бережно относятся к поверхностям ротора и барабана. Их коэффициент трения в сухих условиях обычно колеблется от 0,35 до 0,45. Основным ограничением являются тепловые характеристики: органические компоненты начинают разлагаться при температуре около 300°C, вызывая снижение эффективности тормозов (снижение коэффициента трения) при длительном резком торможении. Это делает тормозные накладки NAO хорошо подходящими для легковых автомобилей, эксплуатируемых в основном в городских и пригородных условиях, но непригодными для буксировки тяжелых грузов, езды в горах или любых других применений, которые подвергают тормоза повторяющимся остановкам с высокой энергией.

Низкометаллические и полуметаллические

Полуметаллические тормозные накладки содержат 10–65% металлов — волокон стальной шерсти, меди, железного порошка — в сочетании с графитовыми смазками, модификаторами трения и связующими смолами. Содержание металла является ключевым отличием: оно значительно увеличивает теплопроводность, позволяя футеровке поглощать и рассеивать тепло гораздо эффективнее, чем органические материалы. Это приводит к высокой устойчивости к затуханию тормозов при высоких температурах и стабильной тормозной способности при устойчивом высокоэнергетическом торможении, которое требуется тяжелым грузовикам, высокопроизводительным автомобилям и коммерческому применению. Полуметаллический тормозной фрикционный материал также обеспечивает превосходное начальное сцепление — реакцию торможения в самый первый момент контакта с педалью. Недостатками являются повышенный шум (контакт металла с металлом по своей природе более громкий), более агрессивный износ поверхностей ротора и барабана, а также тенденция к менее плавной работе при очень низких температурах. Полуметаллические накладки премиум-класса для тяжелых условий эксплуатации, например, используемые в трехосных самосвалах и мусоровозах с тандемной осью, содержат высокий процент волокон стальной ваты, обеспечивающих устойчивость к выцветанию при температуре примерно до 540°C (1000°F), в сочетании с графитом для увеличения срока службы и снижения шума.

Керамика

Керамика brake lining blends ceramic fibers, bonding agents, and small amounts of copper filaments into a compound that offers a distinctive combination of properties not available in organic or metallic formulations. Ceramic linings run significantly cooler than metallic alternatives — they generate less heat transfer to the brake caliper and hydraulic fluid, which reduces the risk of brake fluid boiling and vapor lock in high-performance driving scenarios. They produce minimal brake dust, and the dust they do generate is light-colored and tends not to adhere to wheel surfaces, keeping wheels cleaner. Noise and vibration levels are consistently low. Ceramic brake lining is the preferred choice for daily-driver passenger cars, luxury vehicles, and hybrids where ride comfort, clean wheels, and long lining life matter more than absolute maximum stopping bite. The limitation of ceramic linings is at the extreme end of the performance spectrum: they are not well-suited for very heavy towing, track use, or applications that require the maximum possible initial bite, where semi-metallic or metallic formulations perform better.

Спеченный металлик

Спеченные металлические тормозные накладки производятся путем прессования и термообработки порошкообразных металлов — обычно бронзы, железа, никеля и олова — в сочетании с твердыми смазочными материалами, такими как графит и дисульфид молибдена, а также керамическими абразивами. В отличие от клееных органических или полуметаллических футеровок, в которых материалы скрепляются смоляными связующими, прочность спеченных футеровок достигается за счет металлургической связи, возникающей в процессе спекания. Это делает их практически невосприимчивыми к термическому разложению, которое ограничивает использование органических материалов, и способно поддерживать постоянные коэффициенты трения при температурах, намного превышающих те, которые может выдержать любая футеровка на связке смолы. Спеченные тормозные накладки являются стандартом для гоночных автомобилей, мотоциклов (особенно во влажных условиях, когда спеченный металл сохраняет трение даже во влажном состоянии), тормозных систем самолетов и тяжелого промышленного оборудования. Он более агрессивен на контактной поверхности, чем органические альтернативы, и имеет более высокую начальную стоимость, но в тех случаях, когда тепловые характеристики являются основным требованием, ему нет равных среди доступных в настоящее время фрикционных материалов.

Тормозная накладка против тормозной колодки: проясняем путаницу

Термины «тормозная накладка» и «тормозная колодка» часто используются как взаимозаменяемые, что создает настоящую путаницу при поиске запасных частей или чтении сервисной документации. Различие станет очевидным, если понять архитектуру тормозной системы.

Тормозная накладка технически это сам фрикционный материал — соединение, которое контактирует с вращающейся поверхностью. В барабанной тормозной системе этот фрикционный материал приклеен или приклепан к изогнутой металлической опорной пластине, называемой тормозной колодкой, образуя целостную сборку. В этом контексте тормозная накладка является фрикционным слоем, а тормозная колодка — несущей конструкцией, на которой она установлена. Полный комплект называется комплектом тормозных колодок или узлом тормозных колодок и накладок.

Тормозная колодка это термин, используемый для обозначения полного узла в системах дисковых тормозов: плоская металлическая опорная пластина с фрикционным материалом, прикрепленным к одной поверхности. В обычном использовании термин «тормозная колодка» уже включает в себя фрикционную накладку как интегрированный компонент, поэтому эти два термина описывают один и тот же материал, но в разных системных контекстах. Наибольшее различие имеет место при обслуживании барабанных тормозов: вы можете заменить существующие тормозные колодки (удалив изношенный фрикционный материал и приклеив новую накладку к исходной металлической опорной пластине), а не заменять колодки целиком в сборе — экономически эффективный подход, обычно используемый для коммерческих автомобилей, сельскохозяйственного оборудования и промышленного оборудования, где опорные пластины колодок остаются структурно прочными. Для легковых автомобилей полная замена колодок или колодок в сборе является стандартной практикой.

Как прочитать предупреждающие знаки об изношении тормозных накладок

Тормозные накладки изнашиваются постепенно и предсказуемо при нормальных условиях, но скорость износа далеко не равномерна — она зависит от условий вождения, веса автомобиля, манеры торможения и материала накладок. Своевременное распознавание конкретных предупреждающих знаков предотвращает как угрозу безопасности, так и дорогостоящие сопутствующие повреждения роторов, барабанов и гидравлических компонентов.

• Пронзительный визг или скрип при торможении — Самое распространенное раннее предупреждение. Большинство качественных тормозных накладок имеют металлический индикатор износа, который соприкасается с поверхностью ротора или барабана, когда толщина накладки уменьшается до предела эксплуатации. Возникающий визг является преднамеренным предупреждением, а не неисправностью. Если этот звук постоянно появляется во время торможения (в отличие от утреннего шума в холодную погоду, который исчезает после одной-двух остановок), это означает, что накладки приближаются или достигли минимальной безопасной толщины.
• Скрежет или рычание — Резкий металлический скрежет указывает на то, что фрикционный материал полностью изношен и металлическая опорная пластина находится в прямом контакте с ротором или барабаном. На этом этапе повреждение поверхности барабана или ротора уже происходит при каждом нажатии на тормоз. Продолжение вождения приводит к экспоненциальному увеличению повреждений и затрат на ремонт: то, что было заменой тормозной накладки, становится тормозной накладкой плюс заменой ротора или барабана.
• Увеличенный тормозной путь или мягкая педаль тормоза — Когда фрикционный материал ухудшился или загрязнился, эффективность торможения заметно падает. Если вы заметили, что вам требуется большее давление на педаль, чем обычно, или что автомобиль останавливается с той же скорости заметно дольше, немедленно проверьте толщину накладок. Мягкая, рыхлая педаль также может указывать на загрязнение тормозной жидкости, которое часто сопровождает перегрев накладок.
• Автомобиль уводит в сторону при торможении — Неравномерный износ накладок между левой и правой сторонами одной оси создает асимметричную тормозную силу. По мере замедления автомобиля сторона с большим трением замедляется быстрее, тянуя автомобиль в этом направлении. Это проблема контроля и стабильности, а не индикатор износа, и ее следует немедленно исследовать.
• Пульсация или вибрация педали тормоза — Педаль, которая ритмично пульсирует при нажатии на тормоз, обычно указывает на неравномерный износ накладок, деформацию барабана или ротора или растрескивание материала накладок. При каждом обороте колеса повышенное или поврежденное место соприкасается с поверхностью трения, создавая ощущение пульсации.
• Запах гари после езды — Резкий, едкий химический запах после езды по городу или спуска может указывать на то, что тормозные накладки постоянно нагреваются до температуры, превышающей расчетную. Это признак того, что либо материал накладок не подходит для данного применения, либо тормозное сопротивление возникает из-за застрявшего суппорта или колесного цилиндра.

Измерение толщины тормозных накладок: минимальные стандарты безопасности

Визуальный осмотр и мониторинг симптомов полезны, но непосредственное измерение толщины тормозных накладок дает наиболее надежные данные об оставшемся сроке службы. Большинство производителей рекомендуют заменять тормозные накладки, когда толщина падает до 3 миллиметров (приблизительно 1/8 дюйма), хотя некоторые спецификации OEM требуют замены при толщине 2 мм, а некоторые стандарты коммерческих автомобилей большой грузоподъемности требуют более ранней замены при толщине 4–5 мм, чтобы обеспечить адекватную работу в условиях высоких нагрузок.

Для точного измерения используйте микрометр или штангенциркуль и измеряйте в нескольких точках по поверхности накладки, а не только в центре. Измерьте расстояние по передней кромке, центру и задней кромке каждой колодки или колодки. Конусный износ (когда один край значительно тоньше другого) указывает на неравномерный контакт с барабаном или ротором, что может указывать на проблему с опорной пластиной, неправильно отрегулированную колодку или поврежденный колесный цилиндр. В системах барабанных тормозов накладку не всегда можно увидеть без снятия барабана, но многие барабаны имеют смотровые отверстия в опорной пластине, через которые фонарик и небольшое зеркало могут определить приблизительную толщину накладки без полной разборки.

Следующие контрольные значения толщины применимы к тормозным накладкам большинства легковых и легких коммерческих автомобилей:

Выбор подходящей тормозной накладки для вашего автомобиля и варианта использования

Наиболее распространенной ошибкой тормозных накладок является выбор, основанный только на цене, а не на сопоставлении профиля характеристик тормозных накладок с фактическими требованиями автомобиля и условиями вождения. Футеровка, идеально подходящая для одного применения, может оказаться опасно неадекватной или неоправданно дорогой в другом.

Легковые пассажирские транспортные средства и городской транспорт

Для стандартных легковых автомобилей и легких внедорожников, используемых в основном в городском и пригородном движении, тормозные накладки NAO или керамические тормозные накладки обеспечивают наилучший баланс бесшумной работы, низкого уровня пыли, защиты ротора и достаточных тепловых характеристик для цикла движения «стоп-старт». В этом контексте температура тормозов редко превышает 200–250°C, что вполне соответствует температурному диапазону качественных органических соединений. Керамическая футеровка здесь является выбором премиум-класса: она неизменно превосходит NAO по долговечности футеровки и снижению пыли, а более высокие первоначальные затраты обычно окупаются за счет более длительного интервала обслуживания.

Грузовики, внедорожники и буксиры

Любому транспортному средству, которое регулярно перевозит тяжелые грузы, буксирует прицепы или работает в холмистой или гористой местности, необходимы тормозные накладки со значительно более высокой теплоемкостью, чем могут обеспечить стандартные органические материалы. Полуметаллические тормозные накладки с содержанием металла 30–50 % являются подходящим выбором для таких применений. Более высокая теплопроводность металлических волокон обеспечивает стабильные характеристики трения при длительных торможениях с высокой энергией, когда органическая накладка начинает выцветать. Компромисс повышенного шума и немного более быстрого износа ротора является приемлемым и ожидаемым следствием более высоких требований к производительности.

Тяжелые коммерческие автомобили и автопарки

Тяжелые грузовики, автобусы, самосвалы, мусоровозы и пожарная техника работают под постоянными и серьезными тормозными нагрузками, которые намного превышают те, которые может выдержать любой облицовка легкового автомобиля. В таких случаях выбор тормозных накладок должен соответствовать конкретному рабочему циклу и мощности оси. В грузовых автомобилях-магистралях (в основном на шоссе с умеренной частотой торможения) можно использовать качественные полуметаллические накладки с умеренным содержанием металла. Для городского транспорта с остановками — мусоровозов, городских автобусов, транспортных средств — требуются полуметаллические накладки премиум-класса с более высоким содержанием металла и графита как для устойчивости к выцветанию, так и для контроля шума. Нагрузка на ось также имеет значение: накладки должны быть рассчитаны на полную массу автомобиля и нагрузку на ось (номинальная нагрузка на ось 20K, 23K, 25K). Использование накладок, рассчитанных на меньшую нагрузку на ось, чем фактическая спецификация оси, является нарушением безопасности в большинстве юрисдикций и прямой причиной преждевременного выхода из строя накладок и износа тормозов.

Производительность и использование трека

При динамичном вождении на трассе температура тормозов обычно превышает 500°C, а в самых сложных условиях может достигать 800°C и выше на поверхности ротора. При таких температурах стандартные органические и керамические накладки совершенно неэффективны — связующие смолы разложились, а коэффициент трения упал практически до нуля. Спеченные металлические тормозные накладки — единственный материал, подходящий для длительного использования на гусеничных дорогах. Накладки из углеродно-керамического соединения используются на самом высоком уровне автоспорта. Для трамваев, которые время от времени выезжают на треки, высокопроизводительные полуметаллические накладки, сохраняющие постоянство трения при температуре от холода до 500°C, представляют собой практичную золотую середину, хотя эти накладки зачастую более шумные и более жесткие для роторов во время обычной уличной езды.

Замена тормозных накладок: что делать правильно и чего избегать

Замена тормозных накладок является критической с точки зрения безопасности процедурой, и качество монтажных работ оказывает такое же влияние на эффективность торможения и долговечность накладок, как и выбор самого материала накладок. Несколько передовых практик постоянно определяют разницу между длительной работой тормозов и работой, которая приводит к преждевременному износу, шуму или возврату тормозов.

• Всегда заменяйте пары осей. — Замена накладок только на одном колесе оси создает несимметричную тормозную силу. Сторона с новой накладкой вгрызается сильнее, чем изношенная, из-за чего автомобиль тянет при торможении. Обе стороны оси всегда следует заменять одновременно, используя один и тот же материал и компаунд.
• Осмотрите и обслужите поверхность барабана или ротора. — Новая тормозная накладка, прижатая к барабану или ротору с потертостями, канавками или выходящими за пределы допуска, изнашивается неравномерно и никогда не садится должным образом. Измерьте толщину ротора и диаметр барабана в соответствии с минимальными спецификациями производителя. Обновите или замените поверхности, на которых имеются царапины, канавки или размеры которых не соответствуют техническим требованиям. Барабан с насечками и глубокими канавками может ускорить износ новой накладки на 30–50 % по сравнению с правильно обработанной поверхностью.
• Проверка и обслуживание оборудования — Возвратные пружины, регулировочные механизмы, колесные цилиндры и направляющие штифты суппорта влияют на то, насколько равномерно и полностью накладки соприкасаются с тормозной поверхностью и отрываются от нее. Залипший колесный цилиндр или заклинивший суппорт создают неравномерный контакт накладок, концентрированное тепло и резко ускоряющий износ с одной стороны. Замените пружины, которые растянулись или потеряли напряжение; это недорогая страховка от возвращения на работу.
• Правильно укладывайте новую подкладку — Новая тормозная накладка требует приработки для переноса тонкого, равномерного слоя материала накладки на поверхность ротора или барабана (это называется пленкой переноса) и для прилегания геометрии накладки к контактной поверхности. Для легковых автомобилей это обычно включает 8–10 умеренных остановок на скорости 50–60 км/ч с достаточным временем охлаждения между остановками. Избегайте резких остановок в течение первых 100–200 км эксплуатации. Для тяжелых коммерческих автомобилей следует соблюдать процедуру притирки, указанную производителем накладок — она часто включает в себя серию контролируемых остановок при повышении уровня нагрузки.
• Не смешивайте составы накладок на одной оси. — Разные составы тормозных накладок имеют разные коэффициенты трения. Смешивание смесей на одной оси создает такую ​​же проблему, как и смешивание новой и изношенной накладки. Если вы не можете найти точное соответствие для одной стороны, замените обе стороны одним и тем же новым составом.
• Проверка соответствия и сертификации — Тормозные накладки для дорожных транспортных средств должны соответствовать применимым стандартам: ECE R90 в Европе, FMVSS 121 для коммерческих автомобилей в Северной Америке и ISO 6312 или эквивалентному. Сертифицированные футеровки прошли испытания на постоянный коэффициент трения, термостойкость и скорость износа. Несертифицированные, поддельные или очень дешевые тормозные накладки из неизвестных источников представляют собой документально подтвержденную угрозу безопасности: они часто имеют непостоянные коэффициенты трения и повышенную скорость износа, что делает их срок службы и эффективность торможения совершенно непредсказуемыми.

Как привычки вождения и окружающая среда влияют на срок службы тормозных накладок

Два одинаковых автомобиля с одинаковыми тормозными накладками могут иметь разницу в сроке службы на 50% и более, в зависимости исключительно от того, как и где они эксплуатируются. Понимание того, что ускоряет износ, позволяет водителям и менеджерам автопарков устанавливать реалистичные интервалы замены и выявлять автомобили, которые могут нуждаться в более частой проверке.

Городское движение с остановками и движениями всегда является самой требовательной средой к тормозным накладкам. Городской автомобиль, совершающий 100 или более полных остановок в час, генерирует гораздо больше совокупной энергии трения, чем шоссейный автомобиль, который тормозит всего несколько раз за тот же период. Вот почему операторы автопарков, выполняющие городские маршруты доставки, обычно предусматривают интервалы замены тормозных накладок примерно вдвое меньше, чем у магистральных грузовиков с аналогичным годовым пробегом. Гористая местность с протяженными спусками создает другую картину термического стресса: вместо частых кратковременных тепловых явлений она создает устойчивую повышенную температуру, которая бросает вызов тепловой емкости материала облицовки, а не его способности восстанавливаться между остановками.

Не менее существенное влияние оказывают манеры вождения. Скорость износа тормозных накладок не зависит от тормозной силы — она непропорционально возрастает при более резких остановках. Водитель, который обычно тормозит поздно и резко на высоких скоростях, может расходовать на 40–60% больше материала накладок на километр, чем водитель, который предвидит остановки и постепенно тормозит, начиная с дальнего расстояния. Торможение двигателем — использование более низких передач для замедления автомобиля перед применением фрикционных тормозов — значительно продлевает срок службы тормозных накладок при движении в горах и при буксировке тяжелых грузов и именно по этой причине является стандартной практикой для профессиональных водителей коммерческих автомобилей.