Układ hamulcowy w motocyklu

Hamulce motocykla ścigającego się w MotoGP mają dużo trudniejsze zadanie niż silnik” – twierdzi Eugenio Gandolfi , były szef działu wyścigowego Brembo. I niewątpliwie wie, co mówi. Najciekawsze w technice hamulców jest to, że nie sport doprowadził w tej dziedzinie do rewolucji, jaką było zastosowanie tarcz. Jako pierwsi na dużą skalę to rozwiązanie zastosowali Japończycy z Hondy, przedstawiając w 1968 roku model CB 750. Podobny system Brytyjczyk Frederick Lanchester opatentował już w 1905 roku! Wtedy do produkcji okładzin użyto szybko ścierającej się miedzi, a skuteczność była (delikatnie mówiąc) taka sobie.

Z powodu braku odpowiedniego rozwiązania technicznego i odpowiednich materiałów na tarcze czekaliśmy jeszcze kilkadziesiąt lat. Dopiero na początku lat 70. niektórzy zawodnicy Grand Prix zastąpili olbrzymie hamulce bębnowe dwiema angielskimi tarczami Lockheed, z zaciskami zintegrowanymi z lagami widelca. Od tamtej pory hamulce tarczowe weszły do seryjnej produkcji. A to był ogromny postęp.

Przeżyję czy nie?
Bębny typu duplex o średnicy 200 mm każdy dynamiczniejszy zjazd z przełęczy zamieniały w mrożącą krew w żyłach walkę o życie. Pod wpływem tarcia temperatura bębnów rosła, wraz z nią ich średnica (nie pomagały nawet duże wloty powietrza czy otwory wentylacyjne), do tego organiczne okładziny traciły siłę tarcia, więc skuteczność hamowania szła w diabły.

Później nastała era hamulców tarczowych. W celu poprawy skuteczności dodano drugą tarczę hamulcową. Początkowo obsługa takiego układu wymagała siły dłoni kowala. Częstym problemem wczesnych tarcz był fading, czyli drastyczne pogorszenie skuteczności pod wpływem wysokiej temperatury. Między tarczami i klockami, nieprzystosowanymi do pracy w takich warunkach, tworzy się warstwa gazu i skuteczność hamowania szlag trafia.

ZACISK STAŁY (A) Hamulce z zaciskami stałymi stały się bardzo popularne. W takim zacisku w sztywnej obudowie z każdej strony pracuje jeden (zacisk dwutłoczkowy), dwa (zacisk czterotłoczkowy), a nawet trzy tłoczki (zacisk sześciotłoczkowy). ZACISK PŁYWAJĄCY (B) Hamulce z zaciskami pływającymi są stosowane najczęściej w tanich motocyklach. Zacisk jest mocowany na dwóch trwale smarowanych bolcach (1) i przesuwa się osiowo, kiedy tylko naciśniesz na dźwignię. W tym przypadku stosuje się jeden, dwa lub trzy tłoczki.

Dopiero półpływające tarcze o średnicy 320 mm i czterotłoczkowe zaciski, po raz pierwszy zamontowane w Yamasze FZR 1000 (1987 r.), sprawiły, że zapanowanie nad ponad 100-konnym motocyklem na zwykłej drodze stało się dużo łatwiejsze. Co ciekawe, tarcze hamulcowe o średnicy 320 mm zdobyły największą popularność i stosuje się je do dzisiaj nawet w najmocniejszych (seryjnie produkowanych) ścigaczach.

Monoblock daje radę
Historia zacisków zaczęła się od pływających jednotłoczkowych (o takiej sobie skuteczności), potem były dwu- i cztero tłoczkowe. Sześciotłoczkowe (np. Tokico) z połowy lat 90. to ostatnie osiągnięcie w tej dziedzinie. Jednak rzeczywistość dość szybko sprowadziła inżynierów na ziemię. Oczywiście nie wszystkich: Erik Buell uznał, że większą skuteczność, precyzję działania i rozkład mas zapewni tarcza przymocowana do obręczy koła. Jednak to rozwiązanie nie przyjęło się na szerszą skalę.

Zacisk hamulcowy typu monoblock powstaje z jednego kawałka metalu. Dzięki wysokiemu ciśnieniu, stosowanemu podczas jego produkcji, jest stabilniejszy i odporniejszy na zginanie niż zaciski skręcane. Zastosowany w sporcie zacisk Brembo GP4 RR ma tytanowe tłoczki o dwóch średnicach – 32 i 36 mm. Strzałka pod napisem pokazuje kierunek obrotu tarczy.

Innym rozwiązaniem z wyścigów są zaciski typu monoblock, czyli wykonane z jednego kawałka materiału, radialnie przykręcane do goleni widelca. W obu tych zabiegach chodzi o uzyskanie maksymalnej sztywności, co poprawia dozowanie i zapewnia stabilne warunki pracy nawet przy bardzo dużych obciążeniach (np. tor wyścigowy). W czasie produkcji monoblocka najpierw wykonuje się odkuwkę, która następnie jest frezowana i nawiercana (robią to obrabiarki CNC). Natomiast w mniej wysilonych maszynach popularniejsze i tańsze są zaciski skręcone z połówek.

Najtańszą i najprostszą wersją są jednotłoczkowe lub dwutłoczkowe zaciski pływające (patrz rysunek B na poprzedniej stronie), montowane najczęściej tylko przy tylnym kole. Tłoczki są w nich umieszczone od zewnętrznej strony koła. Kiedy hamujesz, ciśnienie je przesuwa, a wtedy cały mocowany pływająco na dwóch bolcach zacisk idzie w bok. Wówczas do tarczy hamulcowej dociska również okładzinę zamocowaną na stałe od wewnętrznej strony. Wadą takiego rozwiązania jest mniejsza sztywność zacisku, przez co pogarsza się dozowanie przy większych obciążeniach.

Okładziny pełne tajemnic
W ciągu ostatnich niemal 50 lat mocno rozwinięto również okładziny hamulcowe. Na pierwszy rzut oka budowa klocków hamulcowych jest prosta jak konstrukcja cepa: materiał cierny + stalowa płytka nośna. Jednak gdy przyjrzysz się im uważniej, stwierdzisz, że sprawa wcale nie jest błaha. Niektórzy producenci używają nawet 50 składników! Ich proporcje są bardziej tajne niż receptura Coca-Coli. Ogólnie biorąc, te składniki mają postać proszku, który pod ciśnieniem i w wysokiej temperaturze spieka się za pomocą metalowych bądź ceramicznych dodatków w całość. Ten sam cel można uzyskać za pomocą wytrzymałych żywic polimerowych (klocki organiczne). Przy czym spiek metaliczny wytrzymuje pracę w bardzo wysokich temperaturach, takich, które powstają np. w czasie ostrej jazdy po torze.

Pompuj radialnie
Sercem systemu jest pompa hamulcowa. W ciągu ostatnich 10 lat świat podbiła jej radialna wersja. Podstawową sprawą, która o tym zadecydowała, jest zmieniony udział przełożeń mechanicznego i hydraulicznego. Dzięki dłuższej dźwigni, tworzonej przez klamkę hamulca, możliwe było użycie tłoczka o większej średnicy niż w tradycyjnej pompie. W tej ostatniej siła nacisku dłoni działa na tłoczek przez 90-stopniowe przełożenie, a tłoczek (o mniejszej średnicy niż w pompie radialnej) potrzebuje większego hydraulicznego przełożenia. W efekcie oba systemy teoretycznie wytwarzają takie samo ciśnienie w układzie. Dwie najważniejsze zalety stosowania radialnej pompy to lepsze dozowanie siły hamowania oraz wyraźny punkt zadziałania.

Hamulce tarczowe nie są idealne. Najczęstsza przyczyna spadku ich wydajności jest banalna – zużyty płyn hamulcowy. Dlatego nie wolno ci zapominać o wymianie co najmniej raz na dwa lata. Jak zużywa się płyn hamulcowy? Otóż jest on higroskopijny, to znaczy wchłania wilgoć (wodę). To powoduje, że na łeb na szyję spada temperatura jego wrzenia. Efekt – utrata właściwości powodująca spadek sprawności hamowania. Raz na dwa lata wyskocz więc z około 30 zł i wymień płyn sam lub odwiedź serwis. Informację, jakiego płynu hamulcowego należy użyć, producenci umieszczają najczęściej na pokrywce zbiorniczka wyrównawczego. W razie wątpliwości spytaj w serwisie. Typy DOT 3, 4 i 5.1, bazujące na glikolu, można ze sobą mieszać. Z kolei DOT 5 zawiera silikon i ma zupełnie inny skład chemiczny, dlatego nie wolno go mieszać z pozostałymi. Gumowe przewody również się starzeją, więc co kilka lat trzeba je wymienić lub zastąpić przewodami w stalowym oplocie.

Podczas wymiany klocków hamulcowych wyczyść tłoczki z warstwy brudu (zdjęcia nr 2 i 3). Skorzystaj ze szczoteczki do zębów i chemii, np. z Motul Brake Cleanera. W żadnym wypadku nie używaj do tego śrubokręta czy szczotki drucianej! Jeśli zostawisz warstwę brudu, wtedy podczas cofania tłoczka może się on przedostać do cylinderka. W konsekwencji tłoczek będzie się ciężko przesuwał i nie do końca odbijał, więc okładziny będą ciągle tarły o tarcze. Podczas wymiany płynu hamulcowego jak najmocniej wciśnij wszystkie tłoczki, żeby jak najmniej starego płynu pozostało w zacisku. Jeśli stary płyn będzie wyglądał jak czarna zupa, trzeba rozebrać cały układ i dokładnie go wyczyścić. Z powodu mocnego przełożenia dźwigni, na bolcu klamki powstaje bardzo duże tarcie. Warto oczyścić i przesmarować to miejsce. Dzięki temu łatwiej ci będzie dozować siłę hamowania (zdjęcie nr 1). To samo dotyczy powierzchni ślizgowej między tłoczkiem pompy a klamką. Piszczące klocki na szczęście nie pogarszają skuteczności hamowania, ale zapewniają obciach. Na szczęście jest dość prosty sposób rozwiązania tego problemu – podkładki antywibracyjne. To właśnie wibracje o wysokiej częstotliwości dają efekt w postaci żenującego piszczenia. Podkładki TRW Lucas możesz kupić w firmach: Olek Motocykle (www.olekmotocykle.pl) oraz Inter Motors (www.intermotors.pl).

MotoGP: Hamulce na granicy

W MotoGP chodzi tylko o jedno i aż o jedno – o czas. Metodą na niego jest wykatapultowanie motocykla (160 kg) razem z zawodnikiem (dodatkowe plus minus 60 kg) w jak najkrótszym czasie z zakrętu i jak najszybsze pokonanie prostej. „Najpierw szokiem jest olbrzymia moc – wpisał do protokołu debiutujący w tym sezonie w MotoGP Jack Miller po kilku pierwszych okrążeniach na niefabrycznej Hondzie. – Jednak po 2-3 okrążeniach przyzwyczajasz się do niej. Nie ma natomiast niczego, co by cię przygotowywało do tego, co się dzieje w czasie hamowania!”.

„Hamulce to najważniejszy element" – twierdzi Lorenzo Bortolozzo, człowiek odpowiedzialny za hamulce Brembo w MotoGP. – Gdy zepsuje się silnik albo podwozie nie działa tak jak powinno, wtedy zawodnik jest wolniejszy, a w najgorszym razie nie ukończy wyścigu. Ale jego życie raczej nie będzie zagrożone. Natomiast gdy na końcu prostej posłuszeństwa odmówią hamulce, wtedy jest poważny problem. Moje zadanie polega na wyeliminowaniu takich sytuacji”.

250 km/h – tyle wynosi różnica prędkości między początkiem i końcem hamowania przed pierwszym zakrętem na torze Losail w Doha. 1,8 G– takie przeciążenie działa na zawodników podczas rundy na torze Austin w Teksasie. To najwięcej w całym sezonie MotoGP. 900 gramów – tyle waży tarcza hamulcowa maszyny z MotoGP. Cały układ hamulcowy jest aż o 2 kg lżejszy od stosowanych w WSBK. 11 kg – tyle wynosi największa siła, z jaką zawodnicy wciskają klamkę hamulca. Dzieje się to podczas rundy na torze Austin w Teksasie.

W MotoGP zawodnicy mogą skonfigurować układ hamulcowy pod własne potrzeby. Do wyboru mają różne pompy, trzy tarcze karbonowe (różnią się składem) oraz dwa rodzaje klocków hamulcowych. Jedynie zaciski występują w jednej wersji. Z tych elementów można zestawić 20 wersji układu hamulcowego.

Indywidualne ustawienia zaczynają się już od klamki. Średnica cylinderka pompy Brembo wynosi tu 19 mm, ale zawodnicy mogą wybrać, czy klamka będzie naciskała na tłoczysko w odległości 18, czy 20 mm od punktu obrotu. Wbrew pozorom, te 2 mm mają kolosalne znaczenie. „18 mm off setu to idealne ustawienie dla zawodników hamujących z dużym wyczuciem i oczekujących dobrego feedbacku, np. dla Andrei Dovizioso z fabrycznego teamu Ducati – mówi Bortolozzo. – Zupełnie po drugiej stronie stoi hamujący brutalnie Cal Crutchlow. Mocno wciska on klamkę hamulca, więc ciśnienie w układzie wytwarza się bardzo szybko, a w czasie wyścigu tarcze hamulcowe w jego maszynie rozgrzewają się nawet do 900° C. Tu lepiej się sprawdzi 20-milimetrowy off set”.

Crutchlow jest najtwardszym jeźdźcem testowym Brembo. „Jeśli nasze elementy przeżyją wyścig z udziałem Crutchlowa, wtedy mogę odetchnąć, bo wiem, że sprawdzą się dla reszty stawki – dodał Bortolozzo. – W hamulcach maszyn sportowych chodzi nie tylko o skuteczność działania, ale także o kontrolowanie tej skuteczności. Mocną stroną układów hamulcowych Brembo jest druga faza manewru hamowania, czyli moment, gdy zawodnik już odpuszcza klamkę. Również tutaj potrzeba płynności – nie może się bowiem zdarzyć, że gdy hamulec nagle odpuszcza, motocykl odlatuje jak rakieta”.

Zaciski wykonane z jednego kawałka frezowanego stopu aluminiowo-litowego dociskają klocki hamulcowe do tarcz za pomocą czterech tytanowych tłoczków, po dwa z każdej strony. Są trzy rodzaje tarcz karbonowych: 1. o średnicy 320 mm w wersji standardowej, 2. w wersji o większej masie, 3. o średnicy 340 mm i większej masie. Hamulce z włókien węglowych nie działają ani gdy są za zimne, ani gdy mają za wysoką temperaturę. Standardowe tarcze o średnicy 320 mm są stosowane na takich torach, jak Assen, którego szybkie winkle i długie proste nie stawiają szczególnych wymagań układowi hamulcowemu. Z kolei największe tarcze, tzn. o średnicy 340 mm, sprawdzą się np. na Motegi, gdzie hamuje się dużo i mocno.