בלם תוף ''מוטב לבלום סוסים אצילים מאשר לדרבן שוורים עצלים'' – אימרה אלמותית זו של משה דיין בהיותו רמטכ''ל, בגרסה כזו או אחרת, אף אם לא כוונה לסוסי המנוע, נכונה גם נכונה למכוניתנו. כבר אז הבין דיין כי הבלימה חשובה לא פחות מהתאוצה. אך כמה מאיתנו באמת מקדישים תשומת לב לטיפול ובדיקת מערכת הבלמים בתקופה שבין מבחני הרישוי השנתיים (הטסט)? וכמה מאתנו באמת מקפידים על רכישת מכוניות בטיחותית? כאשר השיקול המיידי הוא הכסף היוצא מהכיס, שיקולי הבטיחות נדחקים בדרך כלל הצידה, מגובים בתחושה האנושית של ''לי זה לא יקרה''.
אך הבטיחות אינה מסתכמת רק בבלמים: בעשורים האחרונים השקיעה תעשיית הרכב מיליארדי דולרים, אירו ויינים (וגם לירטות, מארקים ופרנקים בזמנם) בשיפור הבטיחות של תוצרתה. בארסנל הבטיחות היום נמצא רשימה ארוכה של אביזרים, הכוללת (רשימה חלקית) חגורות בטיחות פירוטכניות עם קדם מותחנים, כלוב הגנה, כריות אוויר מכל עבר, מוטות פלדה, אזורים סופגי אנרגיה, מערכות למניעת התהפכות, הצמיגים. והיד עוד נטויה. על כל אלה ועוד בסדרת הכתבות הבאה, כשמערכת הבלמים נבחרה להיות פורצת הדרך בסדרה. הסיבה לכך היא חשיבותה הרבה: כל מערכות הבטיחות האחרות הן משניות לה. תקלה בבלמים, ויעילות המערכות האחרות יורדת פלאים, עד כדי הפיכתן לחסרות משמעות. בלמים טובים עשויים למנוע הצורך במערכות המשלימות, ועל-פי סדר חשיבות זה נסקרן.
חזרה ליסודות, א': פיסיקהכמו כל מדור טכנולוגי, הפיסיקה משחקת תפקיד ראשי במערכות המתוארות בו. ולא בכדי – הבנת חוקי הטבע ואופן יישומם לצרכי תנועתנו חיונית לתפעול נכון של מערכות, בפרט בטיחותיות. והבסיס להבנת פעולת הבלמים הוא הבנת תופעת החיכוך ותוצאותיו.
צילום: מנהלבלם תוף
כאשר גוף נע, הוא נושא עמו אנרגית תנועה, המכונה ''אנרגיה קינטית'', התלויה במסתו ובמהירותו. הואיל ובטבע מתקיים חוק שימור האנרגיה, הקובע כי אנרגיה לא נוצרת יש מאין ולא אובדת, כאשר אנו מאטים את הרכב, האנרגיה הקינטית הפוחתת מומרת לאנרגיה אחרת, כך שסך כל האנרגיה נשמר. האנרגיה האחרת היא חום, הנוצר כתוצאה מהחיכוך.
בין כל שני גופים הנעים האחד ביחס לשני, מתקיים חיכוך. החיכוך הוא הכוח המתנגד לתנועת הגופים ופועל בכיוון מנוגד לתנועתם. קיימים מספר סוגי חיכוך, כאשר לענייננו חשובים החיכוך הסטטי, החיכוך הדינמי, חיכוך הגלגול וחיכוך ההחלקה.
חיכוך סטטי נוצר בין שני גופים שאינם נעים ונובע ממשקלם ואופי משטח המגע ביניהם. ככל ששטח המגע בין גופים מחוספס יותר, החיכוך יהיה גדול יותר. מאידך גיסא, ככל ששטח המגע בין הגופים יהיה גדול יותר, כך יגדל גם החיכוך. לכאורה, סתירה – במגע בין שני גופים מחוספסים, שטח המגע ביניהם אינו גדול, שכן רק החלקים הבולטים יותר נוגעים זה בזה. לעומת זאת, כאשר הגופים חלקים, שטח המגע ביניהם גדול, אך מהחיים אנו יודעים שגופים חלקים מחליקים (ולא מתחלקים...) טוב יותר. בהמשך הסדרה נפתור סתירה זו.
חיכוך דינמי הוא חיכוך המתקיים בין שני גופים הנעים האחד ביחס לשני. באופן עקרוני ניתן להגיד כי החיכוך הדינמי קטן יותר מהחיכוך הסטטי. זו הסיבה שלהזיז ארגז המונח על הרצפה קשה יותר מאשר לשמר את התקדמותו, לאחר שהתגברנו על החיכוך הסטטי. כאשר הגופים נעים זה ביחס לזה, הכוח הלוחץ ביניהם גורם ליצירת חום. ככל שהכוח גדול יותר, כמות החום תגדל. בעת תנועת הצמיג על הכביש, הוא מתחכך בו, והחיכוך הנוצר הוא חיכוך גלגול. זו הסיבה שלאחר נסיעה טמפרטורת הצמיג גבוהה מטמפרטורת הסביבה. כאשר אנו בולמים והגלגלים ננעלים, תנועת הרכב קדימה נמשכת, והרכב מחליק. החיכוך במצב זה הינו חיכוך החלקה. חיכוך ההחלקה גדול יותר מחיכוך הגלגול, ובכך התנסה כל מי שדחף רכב תקוע שגלגליו נעולים לעומת כאלה המשוחררים. חום ייווצר בעת בלימה ממהירות גבוהה ובעת בלימה רצופה ומתמשכת. עד כאן מובן, אבל בוודאי תישאל השאלה, מה הבעיה בחום? ראשית, אנרגיה שצברנו בעמל רב בהאצת הרכב, תוך השקעת דלק, מבוזבזת לאוויר העולם ללא שימוש (למעט במכוניות בעלי אוגרי אנרגיית בלימה, בעיקר מכוניות היברידיות וחשמליות). שנית, תופעת החיכוך מקבלת מפנה מעניין בהשפעת טמפרטורה גבוהה: מקדם החיכוך, אותו מספר המתאר את השפעת החיכוך על כוח התנועה, יורד פלאים בעלות הטמפרטורה, פוגם באופן משמעותי ביכולת הבלימה. ואם לבלום את הרכב חפצים אנו, הרי טמפרטורה גבוהה היא הרת אסון לבלמים. אשר על כן, שתי התכונות החשובות ביותר לבלמים הינן כושר ההאטה וכושר פינוי החום, על מנת להתכונן לבלימה הבאה.
צילום: מנהלבלם תוף
חזרה ליסודות, ב': היסטוריה ופרקי מכונותמרגע שהומצא הגלגל, עמדו בני האדם בפני בעיית בלימתו. החיים לימדו את הקדמונים כי האטת הגלגל היא הדרך הנכונה, ולא עצירת הגוף שעל הגלגל, על-ידי חסימת דרכו. כלומר – עדיפה האטה על פני עצירה פתאומית. בשלב הראשון נוספו למרכבות ולכרכרות מעצורי יד, המופעלים על-ידי הרכָּב. מעצורים אלה נבנו כידיות על ציר אמצעי, שבקצהו השני משטח ברוחב הגלגל, הנלחץ אל הגלגל. כמובן, עוצמת הבלימה הייתה תלויה בכוח זרועותיו של הרכב, אך תפקיד הבלם היה לסייע לסוסים להאט, בתקווה כי הם נשמעים לרכב.
משהומצאה המרכבה ללא סוסים, הסתבר כי העברת המנוע לסרק לא עוצרת את הרכב, שכן ההתמדה פועלת, ונדרש להפעיל כוח נוסף לעצירת המכונית. בתחילת הדרך ועד סביבות 1920, הותקנו הבלמים בגלגלים האחוריים בלבד. היצרנים טענו כי התקנת הבלמים בגלגלים הקדמיים תגרום להתהפכות הרכב קדימה בעת בלימת חירום. ברם-אולם, שתי תופעות שהיו כרוכות בכך שינו את דעתם: האחת הייתה תופעה של סבסוב והחלקה עקב בלימה לא שווה והשנייה אובדן כושר בלימה, שכן עקב תנועת מרכז הכובד קדימה בבלימה, הלחץ על הגלגלים האחוריים פחת ועמו יעילות הבלימה. מתחילת שנות ה-20, היו מצוידות כל המכוניות, כמעט, בבלמים מלפנים ומאחור.
למרות שחלק לא קטן מהמכוניות הראשונות נעזר בבלמים בסגנון הכרכרה, המופעלים ידנית על היקפו החיצוני של הגלגל, הומצא פתרון יעיל יותר: תופי בלימה שהותקנו על טבורי הגלגלים האחוריים. תופי הבלימה הותקנו מתופי מתכת בעלי דופן פנימית חלקה, המסתובבים עם הגלגל. בתוך התוף הותקנו נעלי בילום סטטיות, שאינן מסתובבות עם הגלגל. בעת הבלימה, נעלי הבילום נעות כלפי חוץ, ולוחצות על הדופן הפנימית של התוף. החיכוך הנוצר מאט את תנועת התוף והגלגל המחובר אליו. כאשר דוושת הבלם משוחררת, דואגים קפיצים להחזיר את נעלי הבילום למקומן ההתחלתי.
הפעלת הבלם בוצעה על-ידי דוושה וכבלי מתכת גמישים שחוברו לסנדלי הבילום. הפעלה מכנית כזו סבלה מהבעיות האופייניות להפעלות מכניות: חוסר דיוק, על אף אמינות גבוהה. חוסר הדיוק נבע מהצורך לכוון במדוייק את הכבלים לכל גלגל וגלגל. כיוון שווה של עוצמת הבלימה לכל הגלגלים היה כמעט בלתי אפשרי, ושינויי טמפרטורה קיצוניים, שגרמו להתפשטות הכבלים והתכווצותם, שינו את מאפייני הבלימה. בנוסף, שינויים במשקל הרכב ובמהירותו חייבו עוצמות בלימה שונות. במשקל ובמהירות גבוהים נדרש הנהג למלוא כוח רגליו על מנת לעצור את המכונית. ברור היה כי נדרש פתרון אחר להפעלה.
צילום: מנהל
חזרה ליסודות, ג': הידראוליקהדי מהר הובן כי כל מה שהרגל יכולה לעשות, יכול מנגנון הידראולי לעשות טוב יותר, ובפחות מאמץ. הבלמים ההידראוליים הוצגו כבר ב-1918 על-ידי מלקולם לופהד, ממקימי החברה הנודעת היום בשם ''לוקהיד-מרטין''. כבר ב-1921 הותקנו במכוניות דוזנברג ושלוש שנים מאוחר יותר גם בדגמי קרייזלר. משנות ה-30 כבר שימש המנגנון בכל כלי הרכב. עיקרון הפעולה פשוט: זוכרים את תכונת אי-הדחיסות של נוזלים? ובכן, גם מערכת הבלמים מסתמכת עליה. המערכת מופעלת על-ידי דוושת הבלם, שעם לחיצתה היא דוחפת בוכנה בעלת שטח גדול, הנתונה בתוך תוף, המכונה ''בוסטר'' – מאיץ. התא מצדה השני של הבוכנה, זה שאינו מחובר לדוושה, מלא בשמן ממיכל שמן קטן המותקן מעליו. תנועת הבוכנה קדימה דוחפת את השמן לצינורות מתכת. הצינורות, שממילא מלאים כבר בשמן, מעבירים את לחץ השמן הלאה, לאורכם, עד לבוכנה קטנה המותקנת בכל תוף. לקצות הבוכנה מחובר החלק העליון של נעלי הבילום. עם כניסת השמן לתוך הבוכנה, במרכזה, הוא דוחף שתי דיסקיות כלפי חוץ, על-מנת לפנות לו מקום, שהרי אינו דחיס. לדיסקיות אלה מחוברים מוטות הדוחפים את נעלי הבילום לעבר דופן התוף, ובאה לציון בלימה. עם הרפיית הלחץ מהדוושה, הלחץ בצנרת השמן גדול מהלחץ שבצד הדוושה של הבוסטר, ובתוספת לחץ הקפיצים של נעלי הבילום, השמן חוזר למיכלו והלחץ מנעלי הבילום יורד ומאפשר המשך התנועה.
כאשר הבוסטר בעל קוטר גדול דיו, מספיקה תנועה קטנה של הבוכנה בו, כלומר – לחיצה קטנה על הדוושה, להפעיל כוח מספיק גדול, שכן לחץ כפול שטח הוא כוח. באופן זה, המאמץ הנדרש מהנהג להפעלת הבלמים קטֵן משמעותית ביחס להפעלה מכנית. משיקולי בטיחות וגיבוי, מחולקת המערכת לשני מעגלים,המופעלים בנפרד על-ידי הבוסטר, אחד לכל ציר. דליפה באחד מהם עדיין מאפשרת בלימת הרכב. צינורות השמן המובילים לגלגלים הם בעלי אורך שווה, על מנת שלחץ הבלימה יהיה שווה בכל הגלגלים. זו הסיבה שניתן לראות את אלה המשרתים את הגלגלים הקדמיים מפותלים בצורה לוליינית, על מנת לשמור על אורך שווה לצינורות הבלמים האחוריים, תוך חיסכון במקום.
צילום: מנהלבלם דיסק
מה היה לנו? שמן ברקס...השמן המשמש להפעלת מנגנונים הידראוליים, שונה בתכלית השינוי משמן מנוע או שמן סיכה. התכונות הנדרשות ממנו שונות, ולכן אסור, פשוט אסור להשתמש בשמן רגיל במערכת הבלמים. בשמני הבלמים מוכרים שלושה סוגים, המסווגים כ-DOT3,DOT4 ו-DOT5. שני הסוגים הראשונים מבוססים על חומר כימי מאכֵּל (קורוזיבי) ורעיל הקרוי אתילן-גליקול. הסוג המתקדם יותר, DOT5, מבוסס על סיליקון. ובמה ההבדלים? התכונה החשובה ביותר של שמן ברקס הוא טמפרטורת רתיחה גבוהה, שכן תנועת השמן בצנרת, תחת לחץ, יוצרת חיכוך גדול שתוצאתו עליה בטמפרטורה באופן משמעותי. הואיל והעיקרון של נוזל בלתי דחיס הוא תנאי הכרחי לתפקוד מערכת הבלמים, הרי רתיחת השמן והפיכתו לאדים תגרום לאובדן הבלמים ותחושה של דוושה ''שהולכת על ריק''. אתילן-גליקול, המשמש גם כחומר מונע קיפאון במערכת קירור המנוע, הוא חומר בעל נקודת רתיחה גבוהה, המגיעה ל-1,350 מעלות. חסרונותיו העיקריים הם היותו קורוזיבי – כלומר, תוקף צבעים וחומרים שאינם מוגנים, וכן יכולת ספיחת המים שלו. ספיחת מים היא תכונה שלילית לשמן ברקס, שכן מים במערכת רותחים מוקדם מדי ויוצרים אדים, הפוגמים קשות, כאמור, ביכולת הבלימה. לכן יש להימנע ככל האפשר מפתיחת מיכל שמן הבלמים לבדיקה, ומסיבה זו מייצרים את המיכלים מפלסטיק שקוף. השמן מבוסס הסיליקון שומר על טמפרטורת רתיחה גבוהה ויציבה, אך חוסר יכולתו לספוח מים עלול לגרום להיווצרות כיסי מים במערכת ולהעלות את סכנת הקורוזיה בה.
על חסרונות השיטה, שיפורים, בלמי אויר, ובלמי דיסק בכתבה הבאה.
הכתבה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 205
