Как известно, современные автомобили все чаще оснащаются высокотехнологичными основными и вспомогательными системами активной безопасности, обеспечивающими контроль над поведением автомобиля, реагируя на действия водителя и окружающей его обстановки. Все эти системы тесно связаны и зависят от тормозной системы автомобиля и рулевого управления.

Техническое состояние тормозной системы определяет эффективность управления автомобилем, его безопасность и четкость работы остальных систем, таких как: антиблокировочная система, антипробуксовочная система, система распределения тормозных усилий и так далее.

Необходимость обеспечения требуемого технического состояния тормозной системы не вызывает сомнения, в том числе, необходимость восстановления макрогеометрии тормозных дисков и барабанов, работающих в паре с тормозными колодками.

Макрогеометрия тормозного диска автомобиля подразумевает такие геометрические параметры как отклонение плоскости рабочей поверхности и биение диска относительно оси вращения ступицы, а также изменение его толщины ввиду изнашивания во время эксплуатации. Отклонение этих параметров от заданных производителем влечет к резкому снижению эффективности не только тормозной системы автомобиля, но и к сбоям в работе остальных систем активной безопасности и управления. Кроме того, это приводит к повышенному износу антифрикционных накладок тормозных колодок, возникновению вибраций, как на колесах автомобиля, так и на рулевом колесе, а также снижению равномерности торможения автомобиля в целом [2].

Авторемонтное производство располагает оборудованием для устранения дефектов макрогеометрии тормозных дисков с помощью проточки рабочих поверхностей. Все эти устройства условно можно разделить на три группы: стационарные универсальные стенды, приспособления для металлорежущих станков и мобильные устройства.

Стационарные устройства (стенды) служат для восстановления макрогеометрии тормозных дисков и барабанов широкого номенклатурного ряда в достаточно большом диапазоне. Их отличительной особенностью является стационарное расположение, достаточно большие габариты и вес, возможность обрабатывать несколько деталей одновременно, возможность обработки крупногабаритных тяжелых тормозных дисков и барабанов.

Представителем стационарных устройств является станок для проточки тормозных дисков, барабанов COMEC TR1500 (рис. 1) [3].

Рисунок 1 – Станок COMEC TR1500 для проточки тормозных дисков, барабанов

Данное станок представляет собой самостоятельное устройство, имеющее собственный привод, режущий и контролирующий инструмент, управляющую станцию и способен обрабатывать детали крупных размеров и большой массы.

Известен также стационарный станок TR450. Это также станок для проточки (восстановления) тормозных дисков и барабанов (рис. 2).

Рисунок 2 – Станок TR450 для проточки тормозных дисков и барабанов

Станок также отличается стационарным расположением, имеет собственный привод, суппорт с режущим инструментом и пульт управления.

Достоинствами стационарных устройств является возможность обработки деталей различных типоразмеров, требующих достаточно большого усилия резания.

К недостаткам можно отнести большую металлоемкость, габаритные размеры и массу, а, следовательно, высокую стоимость таких устройств.

Помимо стационарных устройств достаточно широкое применение находят устройства, приспособления или технологическая оснастка для металлорежущих станков, позволяющая на стандартном токарно-винторезном станке осуществлять механическую обработку (проточку) тормозных дисков с целью восстановления макрогеометрии.

Такие устройства, как правило, представляют собой простые конструкции, которые монтируют в резцедержатель токарно-винторезного станка (рис. 3).

Рисунок 3 – Проточка тормозных дисков

Обработка диска проводится либо одновременно с двух сторон, либо по очереди с одной установки детали. Возможна проточка диска без применения специальной оснастки для станков, но при этом точность обработки несколько снижается.

Преимущества таких устройств – простота и дешевизна конструкции, применение более высоких скоростей резания, что положительно сказывается на чистоте получаемой поверхности, возможность проведения такой обработки не на специализированном предприятии. К недостаткам относят отсутствие возможности одновременной обработки нескольких дисков и дополнительная загрузка неспециализированного оборудования.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются мобильные устройства для механической обработки тормозных дисков непосредственно на автомобиле без демонтажа со ступицы колеса (рис. 4, 5).

Подобные устройства позволяют осуществлять механическую обработку тормозных дисков прямо на автомобиле, причем, получаемый результат не уступает по качеству и точности предыдущим устройствам. Мобильные устройства позволяют также обрабатывать тормозные диски, демонтированные с автомобиля (рисунок 4). Устройства могут бать в «ручном» исполнении и на мобильных подставках (штативах, тележка и т.д.).

Достоинства таких устройств это мобильность, а к недостаткам можно отнести затруднение обработки дисков больших типоразмеров и масс.

Рисунок 4 – Станок TD 302 (TD332M) фирмы Comec для проточки тормозных дисков легковых автомобилей без снятия с автомобиля

Рисунок 5 – Установка PRO-CUT для проточки тормозных дисков без снятия с автомобиля 

Таким образом, авторемонтное производство в достатке оснащено оборудованием для восстановления макрогеометрии тормозных дисков автомобилей путем механической обработки (проточки). При этом наиболее перспективными устройствами являются мобильные установки и станки, позволяющие обрабатывать тормозные диски непосредственно на автомобиле без демонтажа со ступиц колес.

К таким системам относят:

1)  антиблокировочную систему (ABS), антипробуксовочную систему (ASR, ASC, A-TRAC, DSA, DTC, ETC, ETS, STC, TCS, TRC – в зависимости от производителя автомобиля);

2)  систему курсовой устойчивости (ESP, ESC, DSC, DTSC, VSA, VSC, VDC);

3)  систему распределения тормозных усилий (EBD, EBV);

4)  систему экстренного торможения (BA, BAS, EBA, AFU);

5)  систему обнаружения пешеходов (Pedestrian Detection System, Advanced Pedestrian Detection System, EyeSight);

6)  систему электронной блокировки дифференциала (EDS).

Кроме систем активной безопасности с тормозной системой тесно увязаны, так называемые, вспомогательные системы активной безопасности (ассистенты), которые помогают водителю при вождении, используя при этом тормозную систему и рулевое управление автомобиля.

К таким системам относят: парковочную систему; систему кругового обзора; адаптивный круиз-контроль; систему аварийного рулевого управления; систему помощи движению по полосе; систему помощи при перестроении; автомобильную систему ночного видения; систему распознавания дорожных знаков; систему контроля усталости водителя; систему помощи при спуске; систему помощи при подъеме и другие системы.

Таким образом, от тормозной системы зависит работа множества основных и вспомогательных систем безопасности автомобиля, соответственно обеспечение надлежащего технического состояния тормозной системы является весьма актуальной задачей авторемонтного производства.

Тормозная система современного автомобиля в общем случае включает в себя несколько подсистем – механическую (тросы, тяги, тормозные диски и барабаны, суппорта, тормозные колодки и т.д.), гидравлическую и (или) пневматическую (гидравлические и вакуумные усилители,  тормозные цилиндры, распределители, трубопроводы и т.д.), электронную (блоки управления, контрольные датчики, сигнализаторы и т.д.). Соответственно, все они взаимосвязаны и имеют свои специфические дефекты, образующиеся при эксплуатации автомобиля.

Особое место в тормозной системе занимает механическая составляющая, элементы которой подвержены максимальным нагрузкам и получают наибольшие повреждения и износ при эксплуатации. Как правило, деталям механической части тормозной системы присущи такие эксплуатационные дефекты, как трещины, сколы, коробление (нарушение макрогеометрии), износ рабочих поверхностей. Очень распространённым дефектом тормозной системы является нарушение макрогеометрии тормозных дисков, ввиду интенсивного изнашивания рабочих поверхностей и коробления из-за цикличного нагрева-охлаждения.

В процессе эксплуатации автомобиля тормозные диски изнашиваются от трения с антифрикционными накладками тормозных колодок. Величина этого изнашивания зависит от условий эксплуатации автомобиля, от класса автомобиля и от квалификации водителя. В конечном итоге наступает такой момент, когда выработка рабочей поверхности тормозного диска достигает критических значений (1-2 мм на сторону) и дальнейшая эксплуатация автомобиля становится не безлопастной. Изнашивание рабочих поверхностей приводит к уменьшению толщины тормозного диска, его ослаблению, снижению эффективности взаимодействия с тормозными колодками, появлению бурта по краям зоны изнашивания, появлению скрипов при торможении и увеличению вероятности коробления дисков.

Вместе с изнашиванием рабочих поверхностей при эксплуатации возникает нарушение их плоскостей, вызываемое короблением под воздействием температуры и нагружения. Такое коробление очень часто возникает в режиме городской эксплуатации автомобиля, когда происходят частые интенсивные торможения, влекущие за собой перегрев тормозных дисков. А если автомобиль с перегретыми тормозными дисками преодолевает водную преграду (лужи, ручьи и т.д.), то в результате резкого охлаждения коробление практически неминуемо. Также и при эксплуатации в зимний период происходит частая смена температуры тормозных дисков от интенсивного нагрева при торможении (зимой водители значительно чаще используют тормоза, опасаясь заносов и скольжения) до, не менее интенсивного, охлаждения окружающей средой [4].

Кроме того, при эксплуатации автомобилей возникает микродеформация тормозных дисков от ударных нагрузок, передающихся от дорожного покрытия через связующие элементы (колесо, ступичный подшипник, ступица).

В результате деформаций и коробления рабочие поверхности становятся волнообразными, что приводит к изменению работы всей тормозной системы. При этом уменьшается площадь контакта рабочих поверхностей диска с антифрикционными накладками тормозных колодок, возникают вибрации, предающиеся на все рулевое управление и автомобиль в целом, происходит ускоренный износ накладок тормозных колодок, снижается эффективность и равномерность торможения автомобиля, что, в конечном итоге, отрицательно сказывается на безопасности эксплуатации автомобиля.

В современном автомобилестроении к макрогеометрии тормозных дисков автомобилей предъявляются весьма строгие требования: отклонения от плоскости рабочих поверхностей тормозного диска не более 0,1 мм, а боковое биение допускается не более 0,05 мм [3]. Такие высокие требования обусловлены все возрастающими требованиями по обеспечению безопасности дорожного движения, увеличением скоростных режимов, мощностей и совершенствованием систем управления автомобилем.

От состояния макрогеометрии тормозных дисков автомобилей напрямую зависит эффективность и надежность работы всей тормозной системы, а также других основных и вспомогательных систем активной безопасности. Эти системы в своей работе используют данные датчиков, показания которых, в основном, зависят от эффективности взаимодействия пары трения тормозной диск – тормозные колодки. От этого зависит точность и своевременность срабатывание этих систем безопасности, слаженность их взаимодействия, эффективность каждой системы в отдельности и управляемость автомобиля в целом, будут эти системы помогать водителю или создавать помехи и, в конечном итоге, скажется на безопасности и долговечности автомобиля.

Таким образом, нарушение макрогеометрии тормозных дисков ведет к снижению безопасности управления автомобилем, преждевременному износу элементов тормозной системы, отрицательно сказывается на работе остальных штатных систем активной безопасности современного автомобиля. Соответственно работы по предотвращению появления и устранению появившихся дефектов макрогеометрии тормозных дисков автомобилей является актуальной задачей.

Устранение дефектов макрогеометрии тормозных дисков автомобилей возможно при небольших значениях отклонений от нормы. При достижении критических значений износа рабочих поверхностей, а также при  сильном короблении диска, восстановление технически исправного состояния невозможно или не рационально (не рентабельно). В авторемонтном производстве для восстановления макрогеометрии тормозных дисков автомобилей применяются, в основном,  технологии и оборудование, позволяющее устранить дефекты при помощи механической обработки (снятия слоя материала).

Несмотря на то, что при снятии слоя материала с рабочих поверхностей тормозного диска происходит снижение общей прочности ресурс тормозного диска (и тормозных колодок) при этом увеличивается ввиду устранения отрицательного воздействия дефектов макрогеометрии диска на все системы активной безопасности и восстановления эффективности их работы.

Механическая обработка осуществляется, как правило, на металлорежущем оборудовании с применением специализированных приспособлений или на специальных станках, предназначенных только для таких операций. Основной проблемой такого оборудования и приспособлений является обеспечение требуемой геометрической точности механической обработки тормозных дисков. Для этого прибегают к позиционированию обрабатываемых дисков относительно базовых поверхностей. Точного позиционирования и механической обработки тормозных дисков добиваются применением разнообразных средств и систем измерения, начиная от механических (индикаторные головки) до электронных, световых и их комбинации. Существуют даже устройства позволяющие проводить механическую обработку тормозных дисков непосредственно на автомобиле, без демонтажа дисков со ступицы.

Основными направлениями совершенствования оборудования для восстановления макрогеометрии тормозных дисков автомобилей является повышение точности обработки, снижение отрицательного воздействия такой обработки на ресурс дисков, повышение производительности технологического процесса обработки, снижение трудоёмкости и себестоимости восстановления макрогеометрии тормозных дисков.

Исходя из выше изложенного, заключаем – восстановление макрогеометрии тормозных дисков и совершенствование оборудования для его реализации является актуальной задачей авторемонтного производства на сегодняшний день.