Kočnice (I)

16. veljače 2015.
Škola - Kočnice (I)
autor: AUTONET.HR 

Kako se zaustaviti

Snažan motor bez jednako tako snažnih kočnica isto je što i pitbull bez lanca. Stoga ćemo se tijekom sljedećih nekoliko nastavaka pozabaviti temom zaustavljanja automobila te svime što nam je za to potrebno
6564Nema tome sumnje, automobil (ili bilo koje vozilo) najjednostavnije je zaustaviti tako da ga zabijete u zid. No, u tom bi slučaju vijek trajanja našeg prometala bio poprilično kratak. Štoviše, u većini slučajeva kratak bi bio i vijek trajanja onoga tko njime upravlja. Upravo stoga, još u vremenima davno prije nego li je Bertha Benz provozala Richarda i Eugena put Pforzheima, izmišljene su kočnice.

Povijest kočnica dulja je od povijesti samih automobila jer, ne zaboravimo, čovjek je upravljao i kočijama koje su, ovisno o raspoloživom konju, bile itekako brze. No, da netko ne bi pomislio kako je ovo štivo isključivo zabavnog karaktera, recimo da su kočnice mehanička naprava namijenjena pretvaranju kinetičke energije u druge oblike, najčešće toplinu (putem trenja) ali i električnu te potencijalnu energiju.

6564A, s obzirom da kinetička energija (Ek) raste s kvadratom brzine (v) (tijelo koje se kreće brzinom od 10 km/h ima 100 puta veću kinetičku energiju od onoga koje se kreće brzinom od 1 km/h), brzo nam postaje jasno koliki se zahtjev postavlja pred kočnice modernog automobila. Pogledamo li formulu desno, kojom izračunavamo kinetičku energiju, vidljivo je kako i masa (m) utječe na povećanje energije. Upravo stoga, kada vidite da u našim testovima prigovaramo zbog velike mase nekog automobila, sjetite se da razlog tome leži upravo u ovoj formuli.

Evo o čemu ćemo učiti:

Što nas zapravo čeka u sljedećih nekoliko nastavaka Škole? Za početak, bit će riječi o hidrauličkim sustavima, potom o konstrukciji samih kočnica, o sustavima potpore vozaču te na poslijetku i o nekim manje zastupljenim ili rješenjima koja (još uvijek) pripadaju budućnosti.

Prijenos opterećenja prilikom kočenjaPrijenos opterećenja prilikom kočenja
Kratki nam opis govori kako se u današnje automobile u pravilu ugrađuju dvije vrste kočnica: disk i bubanj kočnice. Bubanj kočnice su jednostavnije konstrukcije i omogućit će slabiju silu kočenja od disk kočnica. Zapravo, bubanj kočnice su nekoć bile jedino rješenje, a danas ih susrećemo tek kod automobila manje mase i nižih performansi te isključivo na stražnjim kotačima. Naime, prilikom kočenja dolazi do prijenosa opterećenja prema prednjoj osovini (prednjem dijelu vozila). Upravo stoga su stražnje kočnice uvijek manje opterećene od prednjih te mogu biti i slabijih performansi. No, danas se, u sve snažnije motorizirane i/ili teže automobile ugrađuju disk kočnice na svim kotačima, s time što su prednje u pravilu ventilirane.

6564O smještaju kočnica ne treba mnogo govoriti. Iako je, u prošlosti, bilo nekih varijacija na temu, one su u pravilu montirane na glavčinu kotača. To znači da kad stavimo kotač, kočnica ostaje unutar naplatka. U sljedećim ćemo nastavcima vidjeti i da u veće naplatke stanu i veće kočnice itd.

No, prije nego li se pozabavimo konstrukcijom samih kočnica, ovu ćemo priču od sljedećeg nastavka Škole automobilske tehnike započeti opisom hidraulike kočničkog sustava. Naime, bitno je napomenuti kako se sila kočenja u automobilu prenosi hidrauličkim putem. Dakle, kada pritisnete papučicu kočnice, pomakne se nekakav klip u tzv. glavnom kočničkom cilindru. On, pak, pokrene tekućinu cijevima od kojih po jedna vodi do svake kočnice i, ako sve štima kako je konstruktor zamislio, automobil će usporiti te se u konačnici i zaustaviti.

Zaustavni put

Premda potpisnici redaka koje upravo čitate imaju itekako mnogo toga za reći na račun zaključaka što ih iz posljedica prometnih nesreća izvode razni vještaci, ovom ćemo se prilikom zadržati na priči od koje sve počinje. Riječ je o zaustavnom putu, tj. putu koje vozilo prijeđe od trenutka kada vozač uoči potencijalnu opasnost do trenutka kada je vozilo u potpunosti zaustavljeno.

Zaustavni put odredit će dva čimbenika:

- vrijeme reakcije vozača i
- put kočenja, tj. put koji će vozilo prijeći od potpunog pritiska na papučicu kočnice do potpunog zaustavljanja

6564Za svaki od navedenih čimbenika imamo i prigodnu formulu pomoću koje ćemo izračunati put prijeđen tijekom vrijemena reakcije vozača (s reakcija) i onaj koji vozilo prijeđe tijekom samog kočenja (s kočenje). Zbrojene, ove dvije udaljenosti predstavljaju zaustavni put vozila, ovisan o brzini kretanja (v) (navedene formule podrazumijevaju da u njih unesemo brzinu izraženu u km/h, pri čemu je dobiveni put izražen u m).

6564Dakako, zaustavni put ovisi o cijelom nizu čimbenika pa navedene formule (koje vrijede za suhi asfalt) treba uzeti s velikom rezervom. Uobičajeno, dok možemo zaključiti kako je vrijeme reakcije ovisno tek o osobi koja se nalazi za upravljačem, put kočenja ovisi o trenju ostvarivom između guma i asfalta (što, pak, ovisi o sastavu i konstrukciji gaznog sloja gume te o vrsti podloge), aerodinamičkom otporu vozila, njegovoj masi itd. Posebno značajan čimbenik je i stanje asfalta - je li suh ili mokar, pokriven snijegom...

6564
 
Nadalje, vrijeme reakcije vozača sastoji se od dva čimbenika: vremena same reakcije nakon što vozač uoči neku opasnost (obično 1/4 do 1/2 sekunde) i vremena potrebnog da makne nogu s papučice akceleratora i pritisne papučicu kočnice (obično 1/4 do 3/4 s). I, ta su vremena značajno različita, od osobe do osobe. No, pored vozača, znatne razlike u stvarnom zaustavnom putu uzrokovat će i stanje ceste, kvaliteta asfalta, konkretna mješavina i konstrukcija gaznog sloja gume, temperatura okoliša u trenutku sudara itd.

Stvarni put kočenja nekih modela (Motor Magazine)Stvarni put kočenja nekih modela (Motor Magazine)
Svi ovi čimbenici trebali bi biti uzeti u obzir prilikom vještačenja. Dakle, konkretan koeficijent trenja između određene gume i određene ceste pri nekoj temperaturi i vlazi, a trebalo bi i izmjeriti reakciju konkretnog vozača. Dakako, malo ili ništa od navedenog vještaci u praksi ne provode, a razlike u dobivenim rezultatima mogu biti itekako velike. No, ostavimo tu temu za neku drugu priliku...

Na kraju, bitno je primijetiti da se put kočenja znatno razlikuje između teorije i prakse. No, recimo kako se teorija odnosi na "najgori mogući scenarij", dok praksa pokazuje vozila testirana u optimalnim uvjetima, s profesionalnim visoko sposobnim vozačem iza upravljača. Zato je i razlika između puta kočenja nekih konkretnih automobila i teorijskog puta kočenja doista velika, čak i kada teorijski put podijelimo s 2 što se smatra situacijom paničnog kočenja (i tada bi npr. put kočenja s brzine od 100 km/h bio dug 50 m, dok je u praksi najčešće kraći od 40 m).

Razlika puta kočenja na snijegu (Bridgestone)Razlika puta kočenja na snijegu (Bridgestone)
A, što je sa snijegom? Kakva je razlika među gumama?

Vjerojatno nije neka posebna mudrost zaključiti da je put kočenja (sada, dakle, govorimo o dijelu zaustavnog puta iz kojeg je izostavljeno vrijeme reakcije vozača) na skliskim podlogama koje imaju manje trenje od asfalta - veći. Sljedeće vrijednosti opet mogu znatno varirati, ovisno o uvjetima, no načelno se smatra da je put kočenja u usporedbi s onime na suhoj podlozi:

- 1,7 puta dulji na mokrom
- 2 puta dulji na bljuzgavici
- 3 puta dulji na rahlom snijegu
- 4 puta dulji na utabanom snijegu

Nadalje, zanimljivo je vidjeti kako reagiraju ljetne / zimske gume u zimskim uvjetima. Tako je put kočenja na snijegu 23% dulji s ljetnim gumama (43 naprema 35 m s brzine od 50 km/h) nego li sa zimskim, dok na ledu ta razlika iznosi 20% (68 naprema 57 m), ali sada s brzine od samo 30 km/h.

6564Kako bi cijela priča bila dodatno komplicirana, testovi su pokazali da različiti modeli guma jamče i različite puteve kočenja. Nekoliko tipova pneumatika u dimenzijama između 14 i 16 cola pokazalo je dužinu puta kočenja na suhoj podlozi (s brzine od 100 km/h) koja se kreće između 37,1 pa sve do 41,7 metara.

Konačno, ne zaboravimo niti druge načine kretanja. I dok automobil s brzine od 50 km/h (tipična situacija u gradskom prometu) ima zaustavni put od 40 m, za isto (vrijeme reakcije + put kočenja) motociklu (40 km/h) je potrebno 28 m, mopedu (25 km/h) 14 m, biciklu (20 km/h) 10 m, a pješaku (5 km/h) 1,75 m. Dakako, pješak koji hoda normalnom brzinom zaustavit će se praktički na mjestu, no vrijeme potrebno za reakciju i dalje će mu oduzeti nekih metar i pol.

Ne zaboravimo: pred nekih dvije stotine godina...


Na kočijama i ranim automobilima uobičajeni načini kočenja bili su polugom povezanom s drvenim blokom (lijevo) ili pojasnom kočnicom s čeličnom trakom omotanom oko vratila kotača<br>(AUTONET.HR)Na kočijama i ranim automobilima uobičajeni načini kočenja bili su polugom povezanom s drvenim blokom (lijevo) ili pojasnom kočnicom s čeličnom trakom omotanom oko vratila kotača
(AUTONET.HR)
Da sada ne ulazimo u razloge zbog kojih je neko vozilo potrebno usporiti (vjerujemo kako su očiti), na početku ove priče opisat ćemo prabaku svih kočnica - drvenu "papuču" koja je pritiskala kotač. Ovaj jednostavni način usporavanja osmišljen je u davnim vremenima za primjenu na kočijama, a sastojao se od nekakvih poluga koje su potiskivale (najčešće drveni) blok prema kotaču. Jednom pritisnut, ovaj je blok uzrokovao trenje koje bi (uz ponešto sreće i snažnu ruku na spomenutoj polugi) usporilo predmetni kotač.

Dakako, takva je konstrukcija kočnica sa sobom donijela cijeli niz problema. Od asimetričnog usporavanja (djelovala je najčešće samo na jedan kotač), do brzog trošenja dijelova koji su bili u kontaktu, prvenstveno drvenog bloka (danas bi smo ga zvali kočničkom pločicom). No, povuci-potegni, ovakve su kočnice svoje mjesto našle i na prvim automobilima. Konkretno, na dugoj je poluzi bio montiran zakrivljen komad metala (čija je zakrivljenost pratila onu kotača) presvučen kožom koja je služila kao zamjenjiva kočnička obloga.

Dakako, zbog poprilično groznog utjecaja na kotač, ovakve su se kočnice pokazale podosta nepraktičnima sa širenjem upotrebe pneumatika (automobili su do tada imali kotače s obručima od pune gume, a kočije najšeće od metalnih prstenova) koji su bili kudikamo osjetljiviji te su pucali već i pri samoj pomisli da se pri punoj brzini u njih zabije komad drva (metala ili čega već)... Konačno, ove su pradavne kočnice bile učinkovite tek pri doista malim brzinama, smatra se, do 30-ak km/h (ovisno o masi vozila, no nemojmo zaboraviti ni kako su kočije bile kudikamo brže od ranih automobila - Benz Patent Motorwagen dostizao je 16 km/h).

Benz Patent-Motorwagen (1886.) - pogon i pojasna kočnica (PD)Benz Patent-Motorwagen (1886.) - pogon i pojasna kočnica (PD)
Izum pneumatika, škotskog veterinara Johna Boyda Dunlopa, tako je zauvijek promijenio priču o kočnicama. Naime, kako bi se zaštitio pneumatik koji nije mogao trpjeti način kočenja trenjem (poput kotača od pune gume), u širu su upotrebu ušle pojasne kočnice koje koriste čeličnu traku obavijenu oko vratila kotača (najčešće oko tzv. "bubnja" postavljenog na vratilo). Ova se traka (pojas) zatezala nekakvom polugom što je stvaralo trenje i tako usporavalo vratilo te, posredno, kotače. Prema legendi o putovanju u Pforzheim, Bertha Benz je na Patent Motorwagen-u morala mijenjati kožne obloge bloka za kočenje. Ipak, slika desno (preuzeta iz jedne knjige objavljene 1936.) pokazuje upravo pojasnu kočnicu na tom, prvom automobilu.

I, za kraj ovog kratkog povijesnog uvoda, spomenut ćemo još jedan način kočenja, više ili manje uspješno primijenjen na prvim automobilima. Nesumnjivo neobičan, ovaj se sustav sastojao od metalnog šiljka koji se zabijao u podlogu (cestu). Koliko je ta metoda bila raširena i na kojim je vozilima primijenjena, nije poznato.

---

Ultimativni test kočnica tenka Leopard ili kako se testiraju živci u Nizozemskoj ? :-)

Komentari

Napiši komentar

Prijavite se



Prijava preko facebooka

Pogledaj sve komentare

Powered by AdminMax v6 © 2005-2017 by Internet Softver Design by WEB Marketing