Формула 1 — вид спорта, в котором нет мелочей. И если речь идет о возможности побороться за первое место на трассе, команды прикладывают неимоверные усилия и вкладывают умопомрачительные деньги, чтобы добиться максимальной производительности.

В этом году впервые за последние 18 лет во время гонок не будет производиться дозаправка гоночных машин топливом. То есть с самого начала в бак заливают топливо с таким расчетом, чтобы машина доехала до финиша. А на дистанции в 300 км гоночная машина сжирает более 150 литров топлива.

Теперь единственный повод прервать гонку и заехать к механикам — это замена шин, которые в Формуле 1 обеспечивают очень сильное сцепление с трассой при разгонах и торможениях, однако именно из-за этого очень быстро изнашиваются. Заехал к механикам — потерял время, ведь соперники тебя не ждут, а несутся к финишу «на всех парах». Поэтому чем быстрее механики выполнят свою работу — тем лучше.

Лет 15 назад замена шин и заправка машины занимала 10-12 секунд. Когда машина останавливалась только на замену колес, остановка длилась 7-9 секунд и результат в 6 секунд считался выдающимся. Для тех случаев, когда машина останавливалась на заправку, длительность остановки определялась скоростью перекачивания топлива, поэтому механики могли не торопиться с заменой колес. Когда машина останавливалась только для того, чтобы сменить колеса, именно эта операция занимала самое длительное время (кроме этого на остановках обычно проводится еще ряд операций по обслуживанию машины, но все они делаются гораздо быстрее).

В этом году болельщики смогут увидеть действительно молниеносные остановки: например, одна из команд провела тренировки персонала, в ходе которых удалось достичь скорости замены шин в менее чем 2 секунды!

Такое увеличение скорости не дается легко. Что же нужно сделать, чтобы успевать заменить колесо за 2 секунды?

Во-первых, изменить технологию крепления колеса. На обычных автомобилях колесо крепится к оси с помощью 4-6 гаек. Чтобы затянуть их, каждую гайку нужно повернуть несколько раз (если не несколько десятков раз). На это нужно время.

В Формуле 1 крепление колеса происходит с помощью одной (!) гайки. Кстати, если вы внедряете быструю переналадку у себя на предприятии и пытаетесь сократить количество крепежных деталей, а вам говорят «для этой крышки нам нужны все 16 болтов, восемь не будут держать!» — расскажите об одной единственной гайке, которая удерживает колесо гоночного автомобиля, который разввивает скорость более 300 км/ч и испытывает ускорения до 5 «g».

Для того, чтобы быстро снять и закрепить эту гайку используется не гаечный ключ, а гайковерт.

Но и это еще не все. Предположим, что техническая часть операции идеальна. А люди?

Если бы все колеса менял один механик, дело заняло бы вчетверо больше времени, чем когда то же самое делают четверо. И даже больше, потому что один человек должен бегать вокруг машины от одного колеса к другому, а это тоже занимает время.

Но если каждое колесо меняет только один человек, дело будет продвигаться быстрее, но все еще дольше двух секунд:

• Отвинтить гайку гайковертом
• Снять колесо
• Положить в сторону
• Взять новое колесо
• Установить на ось
• Затянуть гайку гайковертом

На самом деле, на соревнованиях механики работают по трое: один с гайковертом, второй убирает старое колесо, а третий уже стоит наготове с новым.

Как научить их успевать делать все за 2 секунды?

1. Тренировать командную работу. Первый еще не успел отпрыгнуть с отвинченной гайкой, а второй уже должен тянуть руки к старому колесу, чтобы его снять. Не успел он сделать шаг в сторону, а третий уже должен начать нести новое колесо к машине.
2. Проработать расстановку всех троих около машины. Кто где должен стоять, чтобы было удобно работать и чтобы не мешать остальным
3. Натренировать глазомер и мышцы, участвующие в операциях.

А команда должна отобрать самых лучших и тренированных, которым можно в итоге доверить замену колес.

Сотрудники Red Bull Racing отрабатывали процедуру в олимпийском спортивном центре Bisham Abbey в Беркшире, что на юге Англии. Напряженный цикл тренировок обошелся в полмиллиона фунтов, и в интервью Mirror руководитель команды Кристиан Хорнер не жалел о потраченной сумме…

Кристиан Хорнер: «Учитывая запрет на дозаправки, мы провели некоторые перестановки, выбрали лучших, и эти парни зимой работали по невероятно напряженной программе. Тренировки продолжались с 12 до 16 часов каждый день, начиная с октября. Все они похудели и отлично готовы к работе – в результате пит-стоп занимает меньше двух секунд. Они всегда работали быстро, но на этот раз мы использовали научный подход».

Научный подход? Вы думаете, до этого они пользовались только природной смекалкой? Конечно же нет! Но речь идет о том, что как бы быстро вы не выполняли свою работу, применяя методы анализа операций и меняя то, как люди делают свою работу, можно добиться лучших результатов.

Конечно же, не каждая компания готова потратить полмиллиона фунтов стерлингов на то, чтобы сократить время переналадки станка до 2 секунд. И не всем это надо. Но в обычной жизни, когда говорят о внедрении быстрой переналадки, чаще всего имеют в виду, что нужно сократить переналадку хотя бы до часа, или получаса, а для этого нужно гораздо меньше денег и тренировок.

Кому это может быть интересно

Картинка кликабельна

Гоночный автомобиль "Формулы-1" получил свое название по особому рецепту топлива, которое в нем используется. У такого автомобиля двигатель намного мощнее, чем у обычной легковушки. Рост мощности достигается за счет увеличения объема двигателя, то есть полного объема камер сгорания в его цилиндрах.

Двигатель средней мощности для легкового автомобиля имеет объем не более 61 кубического дюйма. "Формула-1" может иметь в три раза больший объем двигателя и развивать мощность в 500 лошадиных сил (л.с), что вчетверо и даже впятеро превосходит мощность обычного легкового автомобиля.

Чтобы полнее использовать огромную мощность двигателя, корпуса гоночных автомобилей имеют специальную аэродинамическую форму, призванную обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шины их колес делаются сверхширокими - для лучшего сцепления с дорогой и, следовательно, более безопасного движения. Особая подвеска обеспечивает устойчивость и противодействует заносу автомобиля даже тогда, когда он совершает крутые виражи на большой скорости.

Гоночный автомобиль "Формула-1"

Автогонщику достаточно одного взгляда на приборный щиток в кабине, чтобы знать, какой в автомобиле запас топлива, температура воды, давление масла и другие параметры.

Сверхмощные дисковые тормоза из углеродного волокна (ниже) должны выдерживать огромную тепловую нагрузку при работе на гоночных скоростях.

Кузов для быстрой езды

Низкие, широкие корпуса гоночных автомобилей отлиты из легкого, но прочного углеродного волокна. Форма их кузова такова, что помогает автомобилю использовать воздушный поток, который образуется при высоких скоростях. Скошенный передний край (ниже, слева) и задние обтекатели - спойлеры заставляют воздух давить на автомобиль вниз и не дают ему оторваться от земли.

Шины гоночного болида

Шины должны соответствовать дорожным условиям. Шины гоночных автомобилей шире обычных и могут быть почти гладкими - для сухих треков. Или иметь специальный протектор на случай дождя.

Двигатель гоночного болида

Чтобы двигатель был одновременно мощным и экономичным, в гоночных машинах на него устанавливают (рисунок ниже) компьютерную систему впрыска топлива и электронные регуляторы частоты вращения двигателя, температуры воды и масла и других важных параметров.

Десять цилиндров придают мощность этому специальному двигателю, предназначенному для гоночных автомобилей.

Гоночный автомобиль "Формулы-1" (на верхнем рисунке) мчится намного живее легкового автомобиля и выделяет куда больше тепла. Чтобы снять избыточное тепло, радиатор автомобиля охлаждается воздушным потоком (рисунок ниже), когда гоночная машина с ревом мчится по треку со скоростью, близкой к 180 миль в час.

Особая подвеска гоночной машины

Подвеска гоночных автомобилей должна обеспечивать надежное сцепление колес с дорожным полотном на поворотах при большой скорости.

Почему в Формуле 1 до сих пор используются колеса небольшого диаметра? Какие преимущества сулил бы переход на низкопрофильные шины? Из каких деталей состоит колесная втулка, и как удается закрепить колесо одной-единственной гайкой? На эти и другие вопросы в очередном номере британского F1 Racing ответил технический консультант Marussia F1 Пэт Симондс...

Пэт Симондс: "Тринадцатидюймовые колеса и шины с высоким профилем сегодня выглядят несколько старомодно, однако такой дизайн был закреплен еще в восьмидесятых годах прошлого века, когда команды начали экспериментировать с колесами большего диаметра, и в FIA решили ввести ограничения, сочтя подобные изыскания лишней тратой денег. Позже уже сами команды отказывались идти на какие-либо корректировки, поскольку это потребовало бы пересмотра едва ли не всей конструкции машины.

Небольшой диаметр колес с одной стороны осложняет работу над машиной, с другой - в ряде аспектов делает ее проще. При такой высокой боковине почти 50% эффекта амортизации приходится непосредственно на шины, что делает геометрию подвески не настолько важной, как было бы в случае с низкопрофильной резиной, для которой запредельная жесткость боковин требует четкой постановки шин на поверхность трассы и, следовательно, более изощренной конструкции рычагов подвески. Опять же, больший диаметр колес упростил бы задачу размещения тормозных механизмов, а у команд появилась бы возможность использовать тормоза увеличенного размера и с большим ресурсом – правда, в таком случае FIA пришлось бы сперва зафиксировать эту возможность в техническом регламенте.

Вы спросите, в чем преимущества перехода на колеса большего диаметра с низкопрофильными шинами? Колеса большего диаметра не только придали бы машинам более современный вид: с ними инженерам было бы намного проще разместить там колесные ступицы. Кроме того, это серьезным образом повлияло бы на принцип работы шин и эффективность их прогрева.

Гонщики часто говорят о необходимости вывести шины на необходимый температурный режим. Вы можете подумать, что речь идет о тепловой энергии, выделяемой в процессе трения шины о поверхность трассы. Отчасти это правда, однако в данном случае нагревается лишь внешняя поверхность шины. Впрочем, резина – достаточно хороший проводник тепла, и оно постепенно распространяется на каркас шины, который также должен быть прогрет до требуемой температуры.

Но прогрев самого каркаса в большей степени достигается за счет деформации шины. Игроки в сквош знают: чтобы сделать мячик более податливым, необходимо стукнуть по нему несколько раз, тем самым повысив его температуру. Аналогичным образом это работает с шинами: деформация возникает, во-первых, вследствие качения колеса по трассе, когда нижняя часть шины образует так называемое пятно контакта; а во-вторых, вследствие изгиба боковин шины при прохождении поворотов. Если бы шины были низкопрофильными, они деформировались бы намного меньше и меньше бы нагревались, что потребовало бы совершенно иной линейки составов смеси – впрочем, добиться этого не так уж и сложно.

Низкопрофильные шины менее требовательны к давлению. Это объясняется двумя факторами: во-первых, более жесткий каркас в меньшей степени нуждается в поддержке воздухом, а во-вторых, сам объем воздуха меньше, и с изменением температуры давление изменяется не столь значительно. Таким образом, низкопрофильные шины было бы проще использовать без какого-либо прогрева, нежели нынешние шины с высоким профилем.

От шин перейдем к колесным ступицам. Ступица состоит из оси и подшипников, вставленных в специальный корпус. Правилами предписано, чтобы корпус был выполнен из относительно распространенных сплавов алюминия, способных сохранять прочность и жесткость в условиях высоких температур.

В предыдущие годы в конструкции корпусов ступиц использовались сперва магниевые сплавы, которые, впрочем, обладали не лучшей жесткостью, затем сталь, а еще позднее – обработанный титан и более дорогие литиево-алюминиевые и другие изощренные сплавы. Нынешние ограничения на использование подобных материалов – одна из мер, направленных на предотвращение роста расходов в Формуле 1.

В связке "подшипники – ось" вращается сама ось, выполненная из титана или высокопрочной легированной стали. На оси закреплен шлицевый конус, к которому крепится карбоновый тормозной диск - через этот конус тормозное усилие передается на ось. На конце оси есть специальная резьба, на которую накручивается колесная гайка. Привод колес осуществляется через специальные штифты, которые могут быть либо прикреплены к оси и входить в специальные отверстия в колесе, либо наоборот – быть прикреплены к самому колесу и входить в отверстия в оси.

Система крепления колеса очень изощренная. Когда на пит-стоп отводится немногим более двух секунд, все должно работать безупречно, а конструкция - не позволять совершать даже малейших ошибок. Это означает, что колесо должно сразу садиться на ось, а колесная гайка должна закручиваться с первого раза. В числе последних тенденций – крепить гайку сразу к колесу, поскольку в таком случае больше вероятность правильной установки и меньше риск срыва резьбы.

Сама резьба имеет диаметр 75 мм и тщательно обработана для лучшего закрепления. Современные колесные гайки имеют не шестиугольную, а зубчатую форму: при закреплении эти зубцы вставляются в специальные пазы гайковерта.

Наконец, в системе крепления колеса предусмотрены специальные устройства, препятствующие соскальзыванию колеса с оси в случае потери гайки. Как мы уже убедились, они не всегда работают так, как требуется.

Можно ли сказать, что колесо - это единственная область машины, дизайн которой не определяется требованиями аэродинамики? Не совсем. Наряду с жесткостью, которая остается ключевым параметром конструкции, крайне важным остается вопрос управления воздушным потоком в этой области. Поперечные рычаги, тяги и толкатели расположены таким образом, чтобы у специалистов по аэродинамике была возможность разместить все те многочисленные открылки, которые мы часто видим на воздуховодах тормозов.

Поток внутри колеса тоже важен, поскольку от него зависит не только охлаждение механизмов, но и перераспределение тепла. Иногда требуется использовать горячий воздух, идущий от тормозов, для нагрева колесных дисков и, как следствие, шин. Ну а если резина, наоборот, перегревается, к дискам может быть подан поток холодного воздуха. В целом то, по какому пути движется поток через колесо, способно оказать значительный эффект на аэродинамическую эффективность всей этой зоны.

Несколько лет назад, до вступления в силу соответствующего запрета, все машины оснащались фиксированными колпаками на ступицы, что позволяло воздуху выходить из колеса в оптимальном месте. В наше время подобные технологии снова актуальны – в частности, Red Bull Racing и Williams потратили немало сил на оптимизацию потока в этой области.

Часто спрашивают, использует ли Формула 1 те же колесные подшипники, что дорожные машины. Отвечаю - нет. В дорожных машинах подшипники должны соответствовать параметрам массовых моделей осей и втулок. Также от них требуется без ремонта проходить до 160 тысяч километров, и притом их стоимость должна быть умеренной. Машины Формулы 1 используют подшипники большего диаметра с целью придания всей конструкции максимальной жесткости.

Трение при этом должно быть минимальным: для этих целей вместо стальных шариков в подшипнике используются керамические. Шарики разделены специальными проставками, установленными таким образом, чтобы подшипники имели достаточную предварительную нагрузку, но не демонстрировали люфт при высоких температурах. Каждый подшипник стоит 1300 фунтов стерлингов, притом на машине их восемь!

Наконец, из каких материалов делают колеса? Из магниевого сплава, обеспечивающего достаточную жесткость при высоких температурах. Команды предпочли бы использовать карбоновое волокно с целью снизить неподрессоренную массу, повысить жесткость и уменьшить инерцию, однако правила не позволяют им сделать это".

Формула-1 - спорт передовых технологий, многие из которых впервые появляются именно здесь, оттачиваются и доводятся до совершенства, чтобы потом найти свое применение в массовом автопроме.
Одним из очень важных моментов любой гонки в Формуле-1 являются питстопы - обязательная процедура для любого гонщика по замене шин во время гонки. Таковы правила - хотя бы один раз гонщик должен заехать в боксы для замены шин. Эта процедура занимает дополнительное время, т.к. нужно тратить время для заезда на питлейн, движение по нему (скорость ограничена до 100, 80, а на некоторых треках и 60 км/час) и на саму замену колес.
Естественно, когда на трассе ты борешься за доли секунды, потеря времени во время пит-стопа может оказаться катастрофической в плане результатов гонки, особенно когда ты борешься за лидерство. Поэтому пит-стопы в Формуле-1 научились проводить за считанные секунды в буквальном смысле слова.
Не знаю, дойдет ли технология замены колес за три секунды до обычных шиномонтажей, но как это делается в Формуле-1, предлагаю посмотреть ниже

2. Сначала о колесах.
Используются 3 вида шин: слики для сухой трассы, микст («промежуточная резина») для слегка влажной и дождевая для мокрой. Дождь является скорее исключением для Формулы-1, поэтому чаще всего используются шины для сухой трассы.
Резину в Формуле-1 поставляет поставщик, с которым FOM подписала контракт.
Последние несколько лет это известная компания Pirelli.
На каждый этап для каждого гонщика привозится ограниченное количество комплектов резины дух составов (всего существует четыре состава сликов - жестки, средние, мягкие и супермягкие).
Шины непосредственно перед тем, как ставить на машины, хранятся в специальных чехлах, где их прогревают для нужной температуры.
Из-за очень высоких скоростей на трассе, быстрый прогрев шин имеет решающее знаычение, т.к. на холодных шинах значительно ухудшается сцепление с трассой, а следовательно, возрастает уровень опасности для гонщика и падает время прохождения круга погтрассе

3. Каждай команда сама маркирует свои шины, исходя из того, где и как она планирует использовать каждый комплект

4. Это формульные гайковерты.
Именно этим инструментом можно снять колесо за 0,8 секунд и прикрутить за те же 0,8 секунды

5. А вот так, собственно, происходит сам пит-стоп.
Для того, чтобы поменять в гонке четыре колеса примерно за три секунды, задействует 20 человек.

6. Машина в прямом смысле залетает на точку замены колес.
Здесь важно мастерство гонщика, чтобы точно остановиться в нужной точке, где механики уже наготове и ждут, чтобы вчепиться гайковертами в его колеса, а также четкие дейтвия механиков с домкратами, которые должны моментально поднять машину

7. Доля секунды - все бросаются к колесам.
В унисон звучат четыре кайковерта. Колесо убирает специальный человек, тут. же другой приставляет новое колесо.
Снова гайковерты

8. Осталось вытащить домкраты и отправить машину в гонку.
На все про все 2,5-3 секунды
Рекордом является время 1,923 секунды, устновленное командой Rad Bull при замене колес на машине Марка Веббера на Гран-При США в 2013 году

9. Но для того, чтобы так быстро и слажено заменить колеса во время гонки, команды чуть ли не ежедневно проводят рутинные тренировки

10. Иногда по часу, иногда по два..
Они просто снимают и ставят колеса, снимают и ставят.

11. Во время формульного уикенда в Сочи я наблюдал за одной из тренировок, которые проводила команда Lotus

12. Сбоку процесс выглядит несколько иначе, чем сверху.
Кажется, что много суеты и механики мешают друг другу.
Снимаем старое колесо

13. На самом деле, это не так. Все четко
Механик убирает снятое колесо

14. Ставим новое колесо

15. Все!

16. Во как это выглядит на видео

И вид сзади

17. Главный механик ведет тайминг.
Он не очень доволен. Придется снова повторять тренировку

18. Машину снова на домкраты, и снова вой гайковертов....
И так еще очнь много попыток.
А все ради выигрыша доли секунды в гонке...

За возможность побывать на первом в России этапе Формулы огромное спасибо спонсору команды Scuderia Ferrari компании

Yep 26-02-2010 20:27

Команда "Формулы-1" Ferrari спроектировала новую гайку крепления колеса для своего болида, которая позволит сократить длительность пит-стопов, сообщает испанская газета El Pais. После отмены дозаправок значимость скорости замены колес серьезно возросла.

В предыдущие годы время, которое механики тратили на смену резины, не имело большого значения, так как дозаправка машины продолжалась заметно дольше. Однако в сезоне 2010 года дозаправки будут запрещены, и продолжительность пит-стопа будет зависеть только от скорости замены колес.

До появления дозаправок длительность пит-стопов у разных команд колебалась от четырех до шести секунд, и нередко решали исход гонки. Одной из самых быстрых бригад по смене резины обладала команда McLaren, тогда как гонщики Williams не раз проигрывали из-за слишком медленных действий механиков.

Однако недавно Френк Вилльямс заявил, что во время зимних тренировок его механики сумели поменять колеса на болиде всего за три секунды. В команде Ferrari ответили на это новой разработкой - конусообразной гайкой крепления колеса, благодаря которой в Скудерии рассчитывают серьезно сократить длительность пит-стопа.

Форма гайки позволяет быстрее устанавливать на нее гайковерт. Кроме того, после закручивания она фиксируется автоматически, тогда как раньше это должен был делать механик. "Мы работали зимой над ускорением процесса смены шин, - сказал конструктор Ferrari Николас Томбазис. - До сих пор важность этого элемента была относительной, однако в этом году произошли изменения, и мы постарались сократить время пит-стопа".
http://news.infocar.com.ua/v_ferrari_razrabotali_novuyu_gayku_39236.html

Maksim V 26-02-2010 21:48

quote: Почему не делают как на формуле, одну?

Ключ получится минимум на 100 , и как таким гайку крутить?
А сервисы, должны будут закупать гайковёрты с чудовищными насадками.
А конструкция ступицы? А на ведущих колёсах? А на ступицу с регулируемыми подшипниками?
Короче - овчинка не стоит выделки.

теоретег 26-02-2010 22:13

В старые времена была такая штуковина на серийных машинах, называлась вроде бы "ступица Витворта".

Doktor77 26-02-2010 22:26

Незачем на обычной машине. Технологически - сложнее, а сокращение времени на замену - не принципиально.

mr.Anderson 27-02-2010 12:07

А что, на обычной машине пит стоп на время? Были и есть машины с таким креплением, корветы,шелби вроде тока зачем? 4-5 болтов надежней для долгой езды, а болид гонку откатал 50 кругов 2-3 комплекта резины и ступицу на свалку, оно надо?

Дмитрий Анатольевич 27-02-2010 01:11

quote: Originally posted by Yep:

Почему не делают как на формуле, одну?

на днях глядел передачку про F1, так эта гайка стоит около 10 килобаксов, "слесарь дядя Вова" за бутыль две такие из титана выточит , ни у кого нет выхода на отдел закупок F1?))))))

теоретег 27-02-2010 01:17

За бутылку точить дураков уже не осталось, но мысль интересная. Проскакивала информация, что некие эффективные менеджеры закупили на Ф1 китайские подшипники. С предсказуемым результатом.

Зануда 27-02-2010 04:05

Ситроен -Богиня ДС имел крепление 1 гайкой.

Yep 27-02-2010 05:12

и вообще колесо можно было бы крепить на какой-нибудь байонет

Безмен 27-02-2010 16:03

quote: Originally posted by Дмитрий Анатольевич:

на днях глядел передачку про F1, так эта гайка стоит около 10 килобаксов, "слесарь дядя Вова" за бутыль две такие из титана выточит, ни у кого нет выхода на отдел закупок F1?))))))

Гайку-не гайку, а ступицу для зубила титановую в руках держал как-то раз; цена хоть и не бутыль, но и не 10 килобаксов, ну и НТЦ Камаза - не "дядя Вова", да и заказчик - не F1. В общем, при желании - мечты сбываются.

Metanol 27-02-2010 23:19

ненадежно, гайки были или просто фрикционным фиксированием или стопором, недозатянешь первую, или стопор слетит и может открутится, там конические шлицы на ведущих, или гладких конус на рулевых