Jak to działa: Hamulce tarczowe. W żelaznym uścisku (cz. 3)

Przeczytaj też dwie poprzednie części serii artykułów o hamulcach tarczowych:

• Jak to działa: Hamulce tarczowe. Od żeliwa po karbon (cz. 1)
• Jak to działa: Hamulce tarczowe. Serce hamulców (cz. 2)

Pierwsze zaciski hamulcowe znane z motocykla MV Agusta 750 były uruchamiane za pomocą linek. Dzisiaj jest to praktycznie niespotykane rozwiązanie, nie licząc dodatkowych zacisków wykorzystywanych w niektórych motocyklach i skuterach jako hamulec postojowy. Pierwszym produkcyjnym sprzętem, w którym zastosowano układ hydrauliczny była Honda CB 750 Four, produkowana od 1969 roku. Zastosowano w niej prostą konstrukcję — zacisk umieszczony na wahliwym ramieniu miał tylko jeden tłoczek, a jego skuteczność była wedle dzisiejszych standardów naprawdę mierna. Dzisiaj mamy wiele wariacji na temat tej konstrukcji, które możemy podzielić ze względu na zasadę działania, rodzaj mocowania, ilość tłoczków czy technologię produkcji.

W najnowszych, najszybszych motocyklach hamulce są tak dobre, że robią na Pawle większe wrażenie niż mocny silnik.

Zaciski pływające

Pierwsze rozróżnienie zacisków to ich podział na pływające i stałe. W zacisku pływającym tłoczek lub tłoczki znajdują się tylko po jednej stronie zacisku, który umieszczony jest na specjalnych prowadnicach. Umożliwiają one równomierne dociśnięcie klocków. Rozwiązanie to jest bardzo popularne w wielu mniejszych motocyklach, skuterach, tudzież w off-roadzie, gdzie nie jest wymagana bardzo duża siła hamowania, ani sztywność całej konstrukcji.

Niestety mamy tutaj również wady, które uwydatniają się w przypadku zaniedbań związanych z obsługą i serwisem. Mianowicie, zatarte bądź po prostu brudne prowadnice mogą blokować zacisk. To z kolei powoduje nierównomierne zużycie klocków lub wręcz kantowanie całego zacisku.

W konstrukcjach tego typu standardem są dwa tłoczki, chociaż spotkamy również zaciski z jednym tłoczkiem albo bardzo popularne w wielu modelach Hondy zaciski trójtłoczkowe. To ostatnie rozwiązanie sprawdza się nawet w szybkich motocyklach, czego doskonałym przykładem jest Honda CBR 1100 XX osiągająca prawie 300 km/h. Jest to jednak wyjątek potwierdzający regułę, gdyż w dzisiejszych mocnych motocyklach dominują zaciski z tłoczkami umieszczonymi po dwóch stronach.

Zaciski stałe

Zacisk stały jest połączony na sztywno z golenią zawieszenia. Jego tłoczki umieszczone są po obu stronach tarczy, a siła wywierana przez nie na klocki jest identyczna po obu stronach. Rozwiązanie to gwarantuje dużo lepszą sztywność całej konstrukcji. To tyle, jeśli chodzi o teorię.

W praktyce nie zawsze jest tak różowo, gdyż podobnie jak w przypadku zacisku pływającego, tutaj również może dojść do problemów spowodowanych zaniedbaniami w zakresie serwisu. Jeśli jeden z tłoczków zablokuje się lub klocek nie będzie mógł swobodnie poruszać się w zacisku, dojdzie do nierównomiernego zużycia klocków, czy nawet uszkodzenia tarczy hamulcowej.

Popularne motocykle najczęściej mają zaciski pływające. To prosta i całkiem dobrze działająca konstrukcja.

Trójtłoczkowy zacisk pływający był z powodzeniem stosowany w szybkich motocyklach Hondy, np. w CBR 1100XX.

Klasyczny, czterotłoczkowy zacisk stały. Ma prostopadłe mocowanie i składa się z dwóch skręcanych połówek.

Im więcej, tym lepiej?

Wraz z rozwojem hamulców tarczowych inżynierowie zdali sobie sprawę, że zwiększanie średnicy pojedynczych tłoczków nie ma większego sensu. Tak samo, jak doszliśmy do ściany budując single i popularne stały się silniki wielocylindrowe. Musimy teraz sobie zadać pytanie, ile tłoczków jest rozwiązaniem optymalnym. Podobnie jak w kwestii konstrukcji silnika, tutaj również nie ma sensu rozbudowywać tego układu w nieskończoność.

W przypadku samochodów można spotkać potężne zaciski z dziesięcioma czy nawet dwunastoma tłoczkami, ale we współczesnych motocyklach górną granicą jest sześć — trzy po lewej stronie trzy po prawej stronie. Sztandarowym przykładem tego rozwiązania są zaciski japońskeji firmy Tokico stosowane niegdyś w wielu motocyklach, między innymi w Suzuki GSX 1300R Hayabusa pierwszej generacji.

Na owe czasy był to dobry układ, ale dzisiaj praktycznie nie jest spotykany. Jednym z wyjątków może być najnowsza Honda Gold Wing, w której z przodu mamy potężne sześciotłoczkowe zaciski. Dzisiaj standardem w mocnych motocyklach stały się cztery tłoczki, łączące w sobie kompaktowy rozmiar zacisku, optymalną powierzchnię okładzin, a także gwarantujące równomierny docisk klocków do tarczy.

Niektórzy producenci stosują tłoczki o różnych średnicach. Najczęściej większy tłoczek jest umieszczony w górnej części zacisku, a mniejszy na dole. Rozwiązanie to ma niwelować powstałe naprężenia wynikające z pracy klocków na zacisku. W innych konstrukcjach, szczególnie w zaciskach montowanych radialnie, zazwyczaj stosuje się klocki o tej samej średnicy.

Klasyczne, czy radialne?

Tutaj dochodzimy do podziału zacisków pod względem ich mocowania do goleni. W klasycznych rozwiązaniach są one montowane na dwóch śrubach umieszczonych bliżej górnej ich części. Mocowanie to pracuje równolegle do osi obrotu tarczy, co powoduje powstawanie dużych naprężeń.

Drugim rozwiązaniem są zaciski montowane promieniowo / radialnie (obie nazwy są prawidłowe). Są one przykręcone do uchwytów, które pokrywają się z promieniami koła. Dzięki temu całość konstrukcji ma dużo większą sztywność, a naprężenia nie przekładają się na minimalny nawet ruch zacisków w zakresie góra-dół. Ta zwiększona sztywność pozwala także stosować tłoczki o jednakowej średnicy. W większości mocnych współczesnych motocykli zaciski promieniowe stają się standardem.

Zacisk pierwszej Yamahy YZF-R1. Jest tak dobry, że z powodzeniem stosowany jest do dzisiaj w innych modelach.

Zaciski sześciotłoczkowe były popularne w okolicach dwutysięcznego roku. Dzisiaj standardem są cztery tłoczki.

Zaciski typu monoblock mają korpus wykonany z jednego kawałka aluminium. To najlepsza konstrukcja.

Im mniej śrub, tym lepiej

Bardzo ciekawy jest również podział budowy zacisków hamulcowych ze względu na sposób ich wytworzenia. Pierwsze zaciski wielotłoczkowe z tłoczkami umieszczonymi po obu stronach były obrabiane w formie połówek. Aluminiowe odlewy trafiały później do obróbki, a na koniec skręcane za pomocą śrub.

Później pojawiły się zaciski, które nie były łączone z dwóch połówek, ale technologia ich produkcji nadal wymagała użycia połączeń gwintowanych. Doskonałym przykładem mogą być tutaj zaciski znane z pierwszej YZF-R1, które okazały się tak dobre, że stosowane są w wielu modelach Yamahy do dzisiaj. Mowa o czterotłoczkowych zaciskach z charakterystycznymi kolorowymi korkami, umieszczonymi po zewnętrznej stronie korpusu. Obróbka wyglądała następująco — aluminiowy korpus był frezowany z jednej strony, po czym wkręcano w niego specjalne zaślepki, które zamykały cylinder.

Prawdziwe zaciski monoblock wykonane są z jednego kawałka aluminium i odpowiednio obrabiane od wewnętrznej strony. Taka konstrukcja jest idealna pod względem odporności na wysokie obciążenia, jak również bardzo lekka. Prekursorem w dziedzinie takich zacisków jest włoskie Brembo, które dzisiaj dostarcza swoje produkty do większości najszybszych motocykli znajdujących się na naszym rynku. Kilka lat temu były to zaciski M4x32 (co oznaczało cztery tłoczki o średnicy 32 mm). Później najwyższym modelem był zacisk M50, a w chwili obecnej odniesieniem dla całej branży hamulcowej jest zacisk Brembo Stylema R.

Od stali po kompozyty

Ewolucja dokładała się również w zakresie tłoczków hamulcowych. W pierwszych motocyklach były to tłoczki stalowe, które w obliczu zaniedbań w zakresie serwisu, wody i brudu z czasem zaczynały korodować. Ich gładka warstwa z czasem może pokrywać się wykwitami rdzy, co zmusza właściciela motocykla do wymiany tłoczków na nowe. Z czasem konstruktorzy zaczęli szukać materiałów, które będą nie tylko bardziej odporne na korozję, ale również lżejsze i pracujące z obniżonym tarciem.

We wspomnianych przed chwilą najnowszych zaciskach Brembo, jak również konstrukcjach japońskich producentów, z powodzeniem stosowane są tłoczki z materiałów kompozytowych. Jako praktykujący mechanik mogę tylko potwierdzić, że jest to bardzo dobre rozwiązanie. Tłoczki tego typu nie korodują, nie zacierają się tak jak stalowe, a także bardzo lekko pracują w kontakcie z uszczelnieniami.

Przewody w stalowym oplocie powinny być obowiązkowym elementem każdego dobrego układu hamulcowego.

Gumiak do lamusa

Nawet najlepszy zacisk hamulcowy nie będzie dobrze funkcjonował, jeśli nie zadbamy o przewody. Dzisiaj coraz częściej w motocyklach europejskich, a także wielu konstrukcjach pochodzących z Chin stosowane są przewody hamulcowe w stalowym oplocie. Rozwiązanie to uniemożliwia przewodom zwiększanie swojej objętości wraz ze wzrostem ciśnienia. Co ciekawe, większość japońskich producentów broni się przed wprowadzaniem tego rozwiązania. W wielu przypadkach oznacza to kiepską dozowalność. Na niekorzyść tego rozwiązania przemawia jeszcze konieczność wymiany gumowych przewodów co cztery lata. W przypadku nowoczesnych motocykli wyposażonych w ABS jest to bardzo kosztowna sprawa. Na szczęście mamy wiele firm produkujących akcesoryjne przewody w stalowym oplocie, warto więc w przypadku wymiany przewodów, stare gumiaki zastąpić właśnie tym lepszym rozwiązaniem.

Zaciski hamulcowe łączą w sobie kilka specyficznych cech. Tutaj mamy stałe zaciski czterotłoczkowe, montowane radialnie, skręcane z dwóch połówek.

100 pytań o klocki

Na temat klocków hamulcowych można by napisać kilka artykułów. Bardzo spłycając temat, mogę tylko powiedzieć, by stosować klocki adekwatne do zastosowanego układu i parametrów motocykla. Najtańsze, organiczne klocki hamulcowe są tak naprawdę dobre do najsłabszych motocykli, skuterów i zabytków. Nie niszczą one mocno tarczy, dają dobrą modulację, ale są podatne na przegrzanie, chłoną wilgoć i oferują bardzo przeciętne hamowanie.

Z kolei klocki sintermetalowe (z okładzinami ze spieków metalicznych) są bardzo wydajne, nie chłoną wody i szybko docierają się do tarczy. W przypadku szybkich motocykli powinniśmy przede wszystkim sprawdzać, co na pierwszy montaż daje producent. W wielu przypadkach jest to najlepsza mieszanka do użycia ulicznego.

Oddzielną kwestią są klocki torowe. Tu mamy dwa najbardziej popularne technologie – spieki metaliczne albo okładziny karbonowe. Klocki tego typu nie nadają się na ulicę, gdyż są wydajne tylko po odpowiednim rozgrzaniu.