Πώς φρέναραν οι άνθρωποι πριν από χίλια χρόνια; Η εξέλιξη του συστήματος πέδησης
Λέγεται ότι πριν από χίλια χρόνια, όταν οι αρχαίοι οδηγούσαν άμαξες με άλογα, βασίζονταν ουσιαστικά στη χειρωνακτική προσπάθεια για τα πάντα: αντλούσαν για να ανεφοδιαστούν με καύσιμα, τραβούσαν για να στρίψουν, κορνάριζαν με το στόμα τους και φρέναραν με τα πόδια τους. πόδια αλόγου. Τελικά, μετά από αμέτρητα διδάγματα που διδάχθηκαν μέσα από αίμα και δάκρυα, οι άνθρωποι συνειδητοποίησαν ότι όταν κατέβαιναν την κατηφόρα, το να στηρίζονταν αποκλειστικά στα πόδια του αλόγου όχι μόνο φθείρουν το άλογο αλλά έθεταν σε κίνδυνο και τον οδηγό.
Έτσι, γεννήθηκε το πρώτο σύστημα πέδησης. Οι άνθρωποι χρησιμοποίησαν ένα κομμάτι ξύλο ως τακάκι φρένων για να δημιουργήσουν τριβή με τον τροχό, παρέχοντας δύναμη πέδησης. Αν και το ξύλο κάπνιζε μερικές φορές όταν πατούσαν τα φρένα, ήταν αρκετό για τα αργά κινούμενα βαγόνια. Στην πραγματικότητα, συστήματα πέδησης με παρόμοιες δομές εξακολουθούν να διακρίνονται σήμερα. Τα φρένα της ζάντας ποδηλάτου, για παράδειγμα, έχουν εξελιχθεί από το τρόχισμα της επιφάνειας του ελαστικού στο τρόχισμα της στεφάνης του τροχού, αλλά η αρχή παραμένει παρόμοια.
Από τότε που εμφανίστηκε η ατμομηχανή τον 18ο αιώνα, η ισχύς των οχημάτων μετατοπίστηκε από άνθρωπο και ζώο στη μηχανή και οι ταχύτητες αυξήθηκαν, αλλά τα συστήματα πέδησης είδαν ελάχιστες αλλαγές. Στις αρχές του 20ου αιώνα, είτε επρόκειτο για άμαξα, είτε για τρένο, είτε για ένα πρώιμο αυτοκίνητο, το σύστημα πέδησης λειτουργούσε παρόμοια με εκείνα που χρησιμοποιούνταν με προηγούμενα βαγόνια. Το αποτέλεσμα; Ακόμη και σε επίπεδο έδαφος, συνέβαιναν ατυχήματα. Ευτυχώς, το 1900, μια ιδιοφυΐα ονόματι Wilhelm Maybach σχεδίασε το πρώτο φρένο τυμπάνου αυτοκινήτου. Ακούγεται οικείο; Ακόμη και σήμερα, ορισμένα φορτηγά και επιβατικά αυτοκίνητα χαμηλής ποιότητας εξακολουθούν να χρησιμοποιούν φρένα τυμπάνου.
Συμπτωματικά, μόλις δύο χρόνια αργότερα το 1902, μια άλλη ιδιοφυΐα, ο Frederick William Lanchester, σχεδίασε το πρώτο δισκόφρενο, το οποίο είναι το σύστημα πέδησης που χρησιμοποιείται σε περισσότερο από το 80% των αυτοκινήτων σήμερα, συμπεριλαμβανομένου του Xiaomi SU7. Μπορεί να νομίζετε ότι τα δισκόφρενα προέκυψαν πολύ αργότερα από τα φρένα τυμπάνου, αλλά αυτό δεν ισχύει. Τα δισκόφρενα έχουν υψηλότερες απαιτήσεις για υλικά τακακιών φρένων. Οι πρώτοι δίσκοι ήταν φτιαγμένοι από σίδηρο και τα μαξιλαράκια από χαλκό, που φθείρονταν γρήγορα. Φανταστείτε να βγαίνετε σε ένα οικογενειακό οδικό ταξίδι με σνακ, μπύρα, τραπουλόχαρτα και τρία σετ τακάκια φρένων - απογοητευτικό, σωστά; Έτσι, λόγω περιορισμών στην τεχνολογία υλικών, τα δισκόφρενα δεν έγιναν δημοφιλή.
Τα φρένα τυμπάνου όμως έχουν και τα θέματά τους. Ο σχεδιασμός τους περιορίζει εγγενώς τη διάχυση θερμότητας, καθιστώντας τα επιρρεπή στη θερμική αποσύνθεση. Αυτό ισχύει ακόμη και για τα σύγχρονα φρένα τυμπάνου. Αλλά καθώς η τεχνολογία των υλικών βελτιώθηκε, τα δισκόφρενα άρχισαν να κερδίζουν ξανά την προσοχή. Τα πρώτα τακάκια φρένων ήταν κατασκευασμένα από αμίαντο, αλλά ο αμίαντος είχε ένα μοιραίο ελάττωμα: δεν ήταν φιλικό προς το περιβάλλον. Οι ίνες αμιάντου από τη φθορά θα μπορούσαν να εισπνευστούν και να προκαλέσουν μη αναστρέψιμη βλάβη στους πνεύμονες, γι' αυτό και τα κεραμίδια οροφής από αμίαντο, που κάποτε ήταν συνηθισμένα στην παιδική μου ηλικία, δεν χρησιμοποιούνται πλέον. Επιπλέον, ο αμίαντος είναι κακός αγωγός της θερμότητας, επομένως ήταν δύσκολο να κρυώσει μετά την τριβή από το φρενάρισμα.
Αργότερα, αναπτύχθηκαν ημιμεταλλικά τακάκια φρένων, αντικαθιστώντας τον αμίαντο με χαλύβδινο μαλλί για να αυξηθεί η σκληρότητα. Αλλά τώρα η αγωγιμότητα της θερμότητας ήταν πολύ καλή. Η θερμοκρασία ανέβηκε γρήγορα και το σύστημα πέδησης παρέμεινε ζεστό, με αποτέλεσμα τα ελαστικά μέρη, όπως οι τσιμούχες και οι σωλήνες, να γεράσουν πιο γρήγορα. Οι υψηλές θερμοκρασίες ατμίζουν επίσης το νερό στο υγρό φρένων, κάνοντας τα φρένα μαλακά. Επιπλέον, η τριβή μετάλλου σε μέταλλο προκαλούσε θόρυβο σε χαμηλές ταχύτητες και τα φρένα σκουριάζονταν εύκολα όταν έβρεχε.
Λόγω αυτών των μειονεκτημάτων, αναπτύχθηκε μια νέα γενιά τακακιών φρένων: υλικά με χαμηλό μέταλλο. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτά τα τακάκια είχαν λιγότερη περιεκτικότητα σε μέταλλο. Αν και δεν ήταν τόσο ανθεκτικά, η απόδοση τους στο φρενάρισμα ήταν καλύτερη από τα ημιμεταλλικά τακάκια και ήταν πιο αθόρυβα, συχνά χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα που δίνουν προτεραιότητα στην άνεση. Τελικά, εμφανίστηκαν τακάκια φρένων με βάση τα κεραμικά, που χρησιμοποιούν κεραμικές ίνες για ενίσχυση. Αυτά τα μαξιλάρια ανώτερης ποιότητας είναι ανθεκτικά στη θερμότητα, προσφέροντας σταθερή τριβή και μειωμένο θόρυβο. Επιπλέον, επειδή τους λείπει το μέταλλο, δεν αφήνουν σκόνη φρένων που είναι δύσκολο να καθαριστεί στους τροχούς. Το μειονέκτημα; Είναι ακριβά.
Αλλά τα κεραμικά φρένα δεν είναι καν τα πιο ακριβά. Υπάρχει μια ακόμη υψηλότερη επιλογή: φρένα με βάση τον άνθρακα. Αυτά έρχονται σε δύο ποικιλίες: άνθρακα-κεραμικό και άνθρακα-άνθρακα. Το ένα είναι σύνθετο από άνθρακα και κεραμικές ίνες, ενώ το άλλο είναι κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από άνθρακα. Και τα δύο προσφέρουν εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, ισχυρή δύναμη πέδησης και μικρό βάρος, καθιστώντας τα πιο ανθεκτικά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα φρένα με βάση τον άνθρακα βρίσκονται συνήθως σε αγωνιστικά αυτοκίνητα, σπορ αυτοκίνητα υψηλής τεχνολογίας και αεροπλάνα. Για τους καθημερινούς οδηγούς, ωστόσο, δεν είναι πραγματικά σχετικά λόγω του κόστους.
Μετά από όλη αυτή τη συζήτηση για τα δισκόφρενα, μπορεί να αναρωτιέστε αν τα τύμπανα φρένα έχουν ακόμα πιθανότητες να επιστρέψουν. Η απάντηση είναι όχι - είναι απλά ξεπερασμένοι. Τα φρένα τυμπάνου είναι βαριά, έχουν κακή διάχυση θερμότητας και είναι λιγότερο αποτελεσματικά στην παροχή ταχείας, συνεχούς πέδησης. Επίσης, δεν είναι συμβατά με τη σύγχρονη τεχνολογία όπως το ABS. Τούτου λεχθέντος, τα τύμπανα φρένα έχουν τα δυνατά τους σημεία. Ένα πλεονέκτημα είναι η ισχυρή τους δύναμη πέδησης. Από τα δύο παπούτσια φρένων, το ένα ακολουθεί την περιστροφή του τυμπάνου του φρένου ενώ το άλλο πηγαίνει αντίθετα. Κατά το φρενάρισμα, το πέδιλο που κινείται αντίθετα στην περιστροφή δημιουργεί ένα εφέ αυτοφρεναρίσματος, σφίγγοντας το φρένο καθώς πατάτε πιο δυνατά. Αυτό είναι ένα δομικό πλεονέκτημα. Τα φρένα τυμπάνου είναι επίσης οικονομικά, καθώς ο σχεδιασμός τους δεν απαιτεί σημαντικές αλλαγές τα τελευταία χρόνια. Εκτός από τις ενημερώσεις στα υλικά τριβής, η παραγωγή τους είναι σχετικά φθηνή.
