Пневматический тормоз (автомобиль)

Тип фрикционного тормоза для транспортных средств

Пневматический дисковый тормоз для грузовых автомобилей

Пневматический тормоз или, более формально, пневматическая тормозная система — это тип фрикционного тормоза для транспортных средств, в котором давление сжатого воздуха на поршень используется как для отпускания стояночного/аварийного тормоза для перемещения транспортного средства, так и для отпускания стояночного/аварийного тормоза для перемещения транспортного средства. также оказывать давление на тормозные колодки или тормозные колодки , чтобы замедлить и остановить автомобиль. Пневматические тормоза используются в больших тяжелых транспортных средствах, особенно в тех, которые имеют несколько прицепов, которые должны быть связаны с тормозной системой, таких как грузовики , автобусы , прицепы и полуприцепы , а также в железнодорожных поездах . Джордж Вестингауз первым разработал пневматические тормоза для использования на железнодорожном транспорте. ^[1] Он запатентовал более безопасный пневматический тормоз 5 марта 1872 года. ^{[2] [3]} Вестингауз внес многочисленные изменения, чтобы улучшить свое изобретение пневматического тормоза, что привело к созданию различных форм автоматического тормоза. В начале 20 века, после того как его преимущества были доказаны при использовании на железных дорогах, он был принят на вооружение производителями грузовых автомобилей и тяжелой дорожной техники .

Дизайн и функциональность

Пневматические тормоза обычно используются на тяжелых грузовиках и автобусах. Типичное рабочее давление составляет примерно 100–120 фунтов на квадратный дюйм, или 690–830 кПа, или 6,9–8,3 бар. Пневматическая тормозная система разделена на систему питания и систему управления .

Система подачи сжимает, накапливает и подает воздух под высоким давлением в систему управления, а также в дополнительные пневматические вспомогательные системы грузовика (управление переключением передач, пневмоусилитель педали сцепления и т. д.). Воздушный компрессор забирает отфильтрованный воздух из атмосферы и сжимает его, сохраняя сжатый воздух в резервуарах высокого давления. ^[4] Большинство тяжелых транспортных средств имеют в поле зрения водителя датчик, показывающий наличие давления воздуха для безопасной эксплуатации автомобиля, часто включая предупреждающие звуковые сигналы или световые сигналы. Также распространен механический «парик», который автоматически попадает в поле зрения водителя, когда давление падает ниже определенной точки.

Система управления состоит из рабочих тормозов, стояночного тормоза, педали управления и баллона для хранения воздуха. Если автомобиль буксирует прицеп, он часто имеет отдельную тормозную систему прицепа, получающую сжатый воздух из системы подачи.

В стояночных тормозах используются дисковые или барабанные тормоза, которые удерживаются в задействованном положении под действием давления пружины. Чтобы освободить стояночные тормоза с пружинным тормозом, необходимо создать давление воздуха. При включении стояночного/аварийного тормоза воздух под давлением в магистралях между резервуаром для хранения сжатого воздуха и тормозами высвобождается, что позволяет включить стояночный тормоз с пружинным приводом. Внезапная потеря давления воздуха приведет к немедленному полному давлению пружинного тормоза.

Рабочие тормоза используются во время движения для замедления или остановки автомобиля. Когда педаль тормоза нажимается для включения рабочих тормозов, воздух под давлением подается из питающего резервуара в камеру рабочего тормоза, вызывая включение тормоза. При отпускании педали возвратная пружина в тормозной камере отключает тормоз, и сжатый воздух выбрасывается в атмосферу. ^[4] Большинство типов пневматических тормозов грузовых автомобилей являются барабанными, хотя наблюдается растущая тенденция к использованию дисковых тормозов.

Система снабжения

Воздушный компрессор (1) приводится в движение двигателем либо от шкива коленчатого вала через ремень , либо непосредственно от распределительных шестерен двигателя. Обычно он смазывается и охлаждается системами смазки и охлаждения двигателя, но в некоторых системах используются самосмазывающиеся компрессоры и/или компрессоры с воздушным охлаждением. Давление в системе регулируется регулятором между минимальным и максимальным значением; ^[5] регулятор разгружает компрессор при достижении максимального давления в системе и нагружает компрессор, когда оно падает ниже минимального заданного значения. ^{[4] [6]}

Когда компрессор нагружен, сжатый воздух сначала направляется через охлаждающий змеевик в осушитель воздуха (3), который удаляет влагу и примеси масла, а также может включать регулятор давления (2), предохранительный клапан и меньший продувочный резервуар (4). В качестве альтернативы осушителю воздуха система подачи может быть оснащена устройством защиты от замерзания и маслоотделителем.

Затем сжатый воздух хранится в резервном резервуаре (6); Резервуар подачи, который физически находится ближе всего к компрессору, также называется мокрым резервуаром, поскольку здесь собирается большая часть масла и воды из компрессора. Второй резервуар, расположенный ниже по потоку, называется сервисным резервуаром и образует основной источник работы тормозов. ^[7] Размеры подающего и сервисного резервуаров позволяют несколько раз использовать рабочий тормоз в случае отказа компрессора или остановки двигателя. ^[4] Из сервисного резервуара сжатый воздух затем распределяется через четырехходовой защитный клапан (5) в основной резервуар (бачок заднего тормоза) и вторичный резервуар (бак переднего тормоза/бачок тормоза прицепа), бачок стояночного тормоза. и точку распределения вспомогательного воздуха.

В систему подачи также входят различные обратные , ^[8] ограничительные , сливные и предохранительные клапаны . ^[9]

Система контроля

Система управления разделена на два контура рабочего тормоза : контур стояночного тормоза и контур тормоза прицепа .

Тормозные контуры двойного назначения дополнительно разделены на контуры передних и задних колес, которые получают сжатый воздух из отдельных ресиверов для дополнительной безопасности в случае утечки воздуха. Рабочие тормоза приводятся в действие с помощью воздушного клапана педали тормоза (9), который регулирует оба контура. Нажатие педали тормоза позволяет сжатому воздуху, хранящемуся в соответствующих питающих резервуарах, попасть в каждую камеру рабочего тормоза (10) и (12), вызывая срабатывание рабочих тормозов. При отпускании педали тормоза отключаются питающие бачки; возвратная пружина тормоза заставляет рабочие тормоза отпускаться, и сжатый воздух, который использовался для приведения в действие рабочих тормозов, выбрасывается в атмосферу. Повторное применение рабочих тормозов приведет к истощению давления воздуха в резервуаре, что побудит регулятор снова загрузить компрессор. ^{[4] [6]}

Релейные клапаны используются для улучшения реакции тормоза на длинных магистралях. Прокладка магистралей рабочих тормозов задней части автомобиля и прицепа через воздушный клапан педали тормоза может привести к неприемлемо медленному срабатыванию, поэтому эти тормоза подключаются непосредственно к рабочему бачку через местный релейный клапан (11) и линию от воздушного клапана педали тормоза. используется для приведения в действие релейного клапана вместо рабочих тормозов. ^[10] Аналогичным образом, быстроразъемные клапаны расположены рядом с соответствующими тормозами и позволяют воздуху выпускаться быстрее при отпускании тормозов. ^[11]

Стояночный тормоз представляет собой пружинный тормоз с пневматическим приводом, в котором тормоз приводится в действие силой пружины в цилиндре пружинного тормоза (12) и отпускается сжатым воздухом через клапан ручного управления (7).

Тормоз прицепа состоит из прямой двухпроводной системы: питающей и отдельной управляющей или сервисной линии. В линию подачи поступает воздух из воздушного бака стояночного тормоза тягача через релейный клапан стояночного тормоза , а линия управления регулируется через релейный клапан тормоза прицепа. Рабочие сигналы для реле подаются от воздушного клапана педали тормоза тягача, ручного управления рабочим тормозом прицепа (в соответствии с местным законодательством для тяжелых транспортных средств) и ручного управления стояночным тормозом тягача.

Парик виляет

Пневматические тормозные системы могут включать в себя виляющее устройство, которое срабатывает, чтобы предупредить водителя, если давление воздуха в системе падает слишком низко.

Ручное виляние париком в предупредительном положении

Это устройство опускает механический рычаг в поле зрения, когда давление в системе падает ниже порога, достаточного для надежного срабатывания тормозов. ^[12]

Автоматическое виляние париком исчезнет из поля зрения, когда давление в системе поднимется выше порогового значения. Тип с ручным сбросом должен быть помещен в положение вне поля зрения вручную. Ни один из них не останется на месте, пока давление в системе не превысит пороговое значение. На фотографии слева показан ручной виляющий парик, который оператор поворачивает вправо вне поля зрения, когда давление воздуха превышает пороговое значение, где оно будет оставаться до тех пор, пока давление достаточно.

Этот термин описан в большинстве руководств по выдаче коммерческих водительских прав штатов США , опубликованных Департаментами транспортных средств штата или аналогичными организациями. ^[13]

• Релейные клапаны пневматического тормоза
• 
  Релейный клапан тормоза прицепа
• 
  Релейный клапан пневматического тормоза

Преимущества

Пневматические тормоза используются в качестве альтернативы гидравлическим тормозам , которые используются на более легких транспортных средствах, таких как автомобили. В гидравлических тормозах используется жидкость ( гидравлическая жидкость ) для передачи давления от педали тормоза на тормозную колодку для остановки автомобиля. Пневматические тормоза используются в тяжелых коммерческих автомобилях из-за их надежности. Они имеют ряд преимуществ для больших транспортных средств с несколькими прицепами: ^[14]

• Подача воздуха не ограничена, поэтому в тормозной системе никогда не закончится рабочая жидкость, как в гидравлических тормозах. Незначительные утечки не приводят к поломке тормозов.
• Соединения пневмолиний легче прикреплять и отсоединять, чем гидравлические линии; исключается риск попадания воздуха в гидравлическую жидкость, а также необходимость прокачивать тормоза при их обслуживании. Цепи пневматического тормоза на прицепах можно легко прикрепить и снять.
• Воздух не только служит жидкостью для передачи силы, но и сохраняет потенциальную энергию при сжатии, поэтому может служить для контроля приложенной силы; гидравлическая жидкость практически несжимаема. Пневматические тормозные системы включают в себя воздушный бак, в котором хранится достаточно энергии, чтобы остановить транспортное средство в случае отказа компрессора.
• Пневматические тормоза эффективны даже при значительной утечке, поэтому пневматическая тормозная система может быть спроектирована с достаточной «отказоустойчивой» способностью, чтобы безопасно остановить транспортное средство даже при утечке.
• Сжатый воздух, содержащийся в системе, можно использовать для вспомогательных устройств, для которых гидравлика не подходит, например, для пневмосигналов и регуляторов сидений, дверей в автобусах и троллейбусах.

Недостатки

Хотя пневматические тормоза считаются лучшей тормозной системой для тяжелых транспортных средств (полная масса ~12–15 тонн), которые могут перегружать гидравлические тормоза, они также имеют следующие недостатки по сравнению с гидравлическими тормозными системами:

• Пневматические тормоза обычно стоят дороже. ^[15]
• Пневматические тормозные системы сжимают воздух, в результате чего образуется влага, которую необходимо удалить с помощью осушителей воздуха, что также увеличивает стоимость пневматических тормозных систем и может привести к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт, особенно в первые пять лет. ^[15] Неисправные осушители воздуха приводят к образованию льда в пневматической тормозной системе в холодных местах.
• В США водители коммерческих автомобилей должны пройти дополнительную подготовку, чтобы легально управлять любым транспортным средством, использующим пневматическую тормозную систему. Федеральное управление безопасности автотранспортных средств (FMCSA), которое регулирует сферу грузоперевозок в США, требует, чтобы водители, управляющие транспортными средствами, оснащенными пневматическими тормозами, сдавали экзамен по вождению за один раз. ^[16] Это происходит потому, что:
  • Обучение плавному управлению пневматическими тормозами требует некоторого обучения , поскольку ими трудно управлять плавно. ^[15]
  • Кроме того, поскольку пневматические тормоза должны управляться иначе, чем гидравлические системы, вождение автомобиля с пневматическими тормозами требует знаний о правильном обслуживании. Водитель обязан перед поездкой осмотреть систему наддува воздуха и убедиться, что все баки находятся в рабочем состоянии.
  • Как отмечает Страховая корпорация Британской Колумбии (ICBC), «Управление коммерческими транспортными средствами или транспортными средствами, оснащенными пневматическими тормозами, требует специальных знаний и навыков, а цена ошибки может быть очень высокой. Когда в аварию попадают большие транспортные средства, ущерб — для транспортных средств, грузов и человеческих жизней — может иметь катастрофические последствия». ^{[17] [18]}
• Шумовое загрязнение: в диапазоне 95–115 дБ для типичного диапазона уровня шума; уровни ближе к 115–120 дБ могут вызвать немедленное повреждение слуха. ^{[19] [20]}

Смотрите также

• Пневматический тормоз (самолет)
• АрвинМеритор
• Компрессионный моторный тормоз
• Разъем Gladhand
• Кнорр-Бремзе
• Озоновое растрескивание
• Деградация полимера
• Железнодорожный воздушный тормоз
• Системы управления транспортными средствами WABCO

Рекомендации

1. Патент США 88929.
2. Патент США 124 404.
3. Патент США 124 405.
4. «Основные компоненты системы». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
5. "Воздушный губернатор". Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
6. «Базовая пневматическая тормозная система». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
7. «Водохранилище». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
8. «Одноходовой обратный клапан» . Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
9. «Предохранительный клапан». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
10. «Релейный клапан». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
11. «Быстровыпускной клапан». Государственное страхование Саскачевана . Проверено 16 ноября 2021 г.
12. "Виляние париком" . Проверено 4 декабря 2014 г.
13. "Виляние париком" (PDF) . Проверено 4 декабря 2014 г.
14. Беннетт, Шон (2010). Системы тяжелых грузовиков, 5-е изд. США: Cengage Learning. п. 907. ИСБН 978-1435483828.
15. Лайден, Шон. «Пневматические тормоза или гидравлические тормоза?». www.worktruckonline.com .
16. https://www.fmcsa.dot.gov/content/38395 ^{[ неработающая ссылка ]}
17. Вождение коммерческого транспорта: Руководство для профессиональных водителей; Страница 1; ICBC; 2016 г.; по состоянию на 27 марта 2019 г.
18. «Тормозная жидкость DOT 3 против DOT 4» . Проверено 16 апреля 2023 г.
19. Стивен С. Урман (1987). «Обследование источников профессионального шума на железной дороге» (PDF) . Совет транспортных исследований (1143): 22–25.
20. «Какие шумы вызывают потерю слуха?». НЦЭЗ ЦКЗ. 7 октября 2019 г.

Внешние ссылки

• Короткометражный фильм « Пневматические тормоза. Принципы работы» (1994) доступен для бесплатного просмотра и скачивания в Интернет-архиве .
• Системы защиты тракторов. Североамериканская программа стандартных проверок, Альянс по безопасности коммерческих автомобилей (19 мая 2010 г.).