Какое давление в тормозной системе грузового автомобиля
Какое давление в тормозной системе автомобиля?
Пока тормозная система исправно функционирует, редкий водитель задумывается, какие процессы происходят в ней, и какими параметрами обусловлена её работа. Давайте разберёмся, какое давление в тормозной системе автомобиля, и насколько эта величина различается у гидравлического и пневматического исполнения.
Какое давление в гидравлических тормозах легковых авто?
Изначально есть смысл разобраться в таких понятиях, как давление в гидравлической системе и давление, оказываемое суппортами или штоками цилиндров непосредственно на тормозные колодки.
Давление в самой гидравлической системе авто во всех её участках примерно одинаковое и составляет на своём пике у наиболее современных авто около 180 бар (если считать в атмосферах, то это приблизительно 177 атм). В спортивных или гражданских заряженных авто это давление может доходить до 200 бар.
Разумеется, что только усилием мускульной силы человека напрямую создать подобное давление невозможно. Поэтому в тормозной системе авто есть два усиливающих фактора.
Фактически рабочее давление в тормозной системе при штатном режиме эксплуатации авто редко превышает 100 атмосфер. И только при экстренном торможении хорошо физически развитый человек способен давлением ноги на педаль создать давление в системе выше 100 атмосфер, но происходит это только в исключительных случаях.
Давление поршня суппорта или рабочих цилиндров на колодки отличается от гидравлического давления в тормозной системе. Здесь работает принцип, сходный с принципом действия ручного гидравлического пресса, где насосный цилиндр маленького сечения перекачивает жидкость в цилиндр значительно большего сечения. Повышение усилия рассчитывается как отношение диаметров цилиндров. Если обратить внимание на поршень тормозного суппорта легкового авто, то он будет в несколько раз больше по диаметру, чем поршень главного тормозного цилиндра. Поэтому и давление на сами колодки будет увеличиваться за счёт разницы диаметров цилиндров.
Давление пневматических тормозов
Принцип работы пневматической системы несколько отличается от гидравлической. Во-первых, давящее на колодки усилие создаётся напором воздуха, а не давлением жидкости. Во-вторых, водитель не создаёт давление мускульной силой ноги. Воздух в ресивер накачивается компрессором, который получает энергию от двигателя. А водитель нажатием на педаль тормоза только открывает кран, который распределяет воздушные потоки по магистралям.
Распределительный кран в пневматической системе контролирует давление, которое посылается в тормозные камеры. За счёт этого регулируется усилие прижатия колодок к барабанам.
Максимальное давление в магистралях пневматической системы обычно не превышает 10-12 атмосфер. Это то давление, на которое рассчитан ресивер. Однако сила прижатия колодок к барабанам значительно выше. Усиление происходит в мембранных (реже – поршневых) пневматических камерах, которые и давят на колодки.
Пневматическая тормозная система на легковом автомобиле встречается редко. Пневматика начинает массово появляться на грузопассажирских авто или небольших грузовиках. Иногда пневматические тормоза дублируют гидравлические, то есть система имеет два отдельных контура, что усложняет конструкцию, но увеличивает надёжность работы тормозов.
Тормозная система автомобиля (физика, формулы и теория)
Очень Вас всех прошу, если кто будет где-то выкладывать. Обязательно указывать авторство:
Александр aka dll (madtuning.ru; live4race.ru)
Не оживленная дискуссия в предыдущем посте навела меня на мысли что мало кто понял что я написал на примере своей авто. Постараюсь тут растолковать все и привести абстрактные примеры. Интересно кто все сможет осилить? =))))
Это поможет Вам
1) Понимать как работает тормозная система
2) С точностью определять что Вам не нравится в ваших тормозах
3) Грамотно изъясняться при обсуждениях тормозной системы
4) Решать какие доработки работают на вас для достижения целей
5) Подбирать правильные компоненты и понимать как они будут работать вместе
6) Соблюсти баланс осей
Из чего же состоит тормозная система
1) Педальный узел, это рычаг который увеличивает усилие создаваемое ногой (Соотношение педали).
2) Главный тормозной цилиндр (ГТЦ)
3) Тормозные линии
4) Клапана, для соблюдения баланса. Тормозная система может иметь следующие клапана между ГТЦ и суппортами: Клапан остаточного давления, дозирующий, комбинированный, пропорциональный или ограничительный.
5) Тормозные суппорта
6) Тормозные колодки
7) Тормозные диски
Для расчетов можно использовать Excel файл
-=Итак начнем с азов (физики)=-
Тормозная сила
Это крутящий момент, создаваемый эффективным радиусом тормозного диска, силой сжатия тормозных колодок и коэффициентом трения между колодкой и диском. Это сила с которой замедляется колесо вместе с шиной. Основные компоненты которые влияют на силу торможения — это насколько сильно сжимаются колодки, и как далеко от центра ступицы прикладывается эта сила. Отсюда чем больше размер тормозного диска, тем дальше сила сжатия прикладывается от центра колеса и тем самым мы увеличиваем тормозную силу (эффект рычага). Это также как когда вам надо открутить закисший болт, чем длиннее ключ (рычаг) тем проще.
Рекомендуемая сила расcсчитывается следующей формулой:
ТСр = ССП х (радиус качения шины)
коэффициент сцепления покрышки с дорогой достаточно сложно рассчитать, он может быть от 0,1 на льду до 1,4 на сухом гоночном треке со сликом. Если он вам неизвестен, то используйте его равным 1.
Помните, необходимо принять во внимание перенос веса, поскольку при торможении задняя часть разгружается, а передняя нагружается.
Перед:
ССПп = μ*ВСп / 2
ВСп = Вм*((1-Хцг/КБ)+(μ*Yцг/КБ))
Зад:
ССПз = μ*ВСз / 2
ВСз = Вм — ВСп
Где
ТСр — рекомендуемая тормозная сила (кг)
ССП — Сила сцепления покрышки (кг)
ССПп — Сила сцепления передней покрышки (кг)
ССПз — Сила сцепления задней покрышки (кг)
μ — коэффициент сцепления покрышки с дорогой (использовать 1)
ВСп — вертикальная сила действующая на обе передних покрышки (кг)
ВСз — вертикальная сила действующая на обе задних покрышки (кг)
Вм — Вес машины (кг)
Хцг — расстояние от передней оси до центра тяжести машины (см)
КБ — колесная база (см)
Yцг — расстояние от земли до центра тяжести машины (см)
После аккуратных расчетов мы сможем понять насколько нам крутые нужны тормоза и от чего зависит эта сила:
— Никак не зависит от скорости
— Может изменяться в зависимости от качества покрышки, качества покрытия, погодных условий
— Зависит от размера колеса ( как вы думаете, все те кто ставит огромные колеса, или огромные тормоза хоть как нибудь их рассчитывал и связывал вместе? =)
— Зависит от веса машины, клиренса и колесной базы, ведь правда, чем машина легче и ниже тем меньше перенос веса влияет на торможение.
Сила сжатия
Сила с которой суппорт прижимает колодки к диску измеряется в килограммах, это сила создается давлением в тормозной системе умноженным на площадь поршней (суппорт без скобы), или 2*на площадь поршней (суппорт со скобой), измеряется в кг\см^2. Чтобы увеличить силу сжатия, надо либо изменить давление в системе, либо увеличить площадь поршня. Изменение состава колодки (коэф трения) не влияет на силу сжатия.
Рассчитывается следующей формулой:
Где
СЗ — Сила сжатия (кг)
Дг — Давление создаваемое ГТЦ (кг\см^2)
Пп — эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)
Итак теперь мы можем рассчитать какую же силу производят наши тормоза:
Где
СТп — производимая сила торможения (кг)
СЗ — Сила сжатия (кг)
µL — Коэффициент трения колодки и диска
Re — Эффективный радиус тормозного диска (от центра ступицы до центр колодки)
Коэффициент трения
Это индикатор силы трения между тормозным диском и колодкой. Чем выше коэффициент, тем выше сила трения. Для стоковых колодок это коэффициент варьируется от 0,3 до 0,4. Для гоночных от 0,5 до 0,6. «Жесткие» колодки имеют слабый коэффициент трения, при этом изнашиваются меньше. «Мягкие колодки наоборот, имею высокий коэффициент трения и быстрее изнашиваются. Большинство колодок имеет зависимость коэфф трения от температуры, поэтому гоночные колодки необходимо греть, в то время как гражданские при такой температуре уже потеряют свои свойства.
Теплоемкость
Я надеюсь что ни для кого не секрет что тормоза останавливают машину за счет преобразования кинетической энергии в тепло. А значит чем тяжелее машина, чем быстрее вы валите, тем больше тепла она должна рассеивать чтобы не перегреть жидкость, диски и не сжечь колодки. Способность дисков к рассеиванию тепла зависит от их веса и от того как они хорошо охлаждаются.
Формула кинетической энергии движущегося авто:
Где
К — кинетическая энергия (дж)
Вм — Вес машины (кг)
См — скорость машины (м\c)
Тут ничего нового, мы прекрасно понимаем, выбор тормозов зависит от того сколько весит ваш авто и/или как быстро вы ездите. И вы должны помнить еще с автомобильных курсов (для тех кто не покупал права=), что увеличивая скорость в 2 раза вы увеличиваете тормозной путь в 4 раза. Это и есть действие кинетической энергии.
Формула роста температуры при торможении:
Тп = ((Кд-Кп) / (417*Вд)) + Тв
Где
Тп — температура после торможения (С)
Кд — Кинетическая энергия до торможения (дж)
Кп — Кинетическая энергия после торможения (дж)
Вд — Вес тормозных дисков (общий) (кг)
Тв — Температура тормозных дисков до торможения (С)
Возьмем к примеру мой авто, торможение перед Т2 в мячково =)
Вес авто — 1220кг
Вес дисков — 33,5кг (перед 12кг, зад 4,75кг)
Скорость на прямой — 177км/ч (49,17м/с)
Скорость перед Т2 — 70км/ч (19,44м/с)
Температура тормозных дисков до торможения — 25С
Кд = (1220*49,17^2) / 2 = 1474826 дж
Кп = (1220*19,44^2) / 2 = 230669 дж
Тп = ((1474826-230669) / (417*33,5)) + 25 = 114 С
И так после такого торможения температура дисков составит около 114 градусов. Давайте сравним с вашими результатами? =) Для простоты можете сказать только вес машины, вес всех тормозных дисков)
И так, с физикой пока притормозим, переидем к более теоретической части.
Есть три вещи которые тормоза должны сделать чтобы остановить авто:
1) Достаточно сильно прижимать колодки к диску
2) Производить достаточную тормозную силу для блокировки колес на любом покрытии
3) Иметь достаточную массу и охлаждение дисков для рассеивания тепла создаваемого кинетической энергией.
Все они в совокупности должны давать отличную информативность.
Педальный узел
Как мы уже обсуждали, чтобы затормозить водитель должен одновременно переместить жидкость и создать давление. ГТЦ перемещает жидкость чтобы создать достаточную прижимную силу колодок к диску.
Педалью вы активируете тормоза, также педаль служит своеобразным рычагом, который увеличивает силу нажатия. Эффект называется «соотношение педали»
Обычно мы давим на педаль тормоза с силой от 22 до 45 кг чтобы активно замедлиться.
Как пример на гоночных авто без усилителя это усилие около 35кг, для машин с усилителем это около 22кг. 45кг это уже перебор, педаль будет очень жесткой.
Соотношение педали можно рассчитать разделив расстояние от точки крепления педали до места приложения силы на расстояние от точки крепления педали до тяги идущей к ГТЦ.
как мы видим, чем больше это отношение тем больше силы передается на ГТЦ. Но нужно помнить один момент, увеличивая соотношение мы увеличиваем и ход педали.
Для машин с усилителем это соотношение обычно около 4-4,5. Для машин без усилителя от 6 до 7.
Поэтому снятие усилителя со стоковой педалью это не верный вариант =)
Рассчитать силу приложенную к поршню можно зная силу приложенную к самой педали, соотношение педали (рычаг) и при наличии усилителя тормозов, коэфициент усиления им.
Где
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Дп — Давление на педали (кг)
Кп — Коэффициент(соотноешние) педали
Ку — Коэффициент усилителя тормозов (если его нет использовать 1)
Гидравлика
Как я уже писал, чтобы прижать колодки к диску необходимо перемещение жидкости и создание давления в контуре. Этим всем заведую законы гидравлики (Паскаля).
В идеале надо стремиться к достаточной силе прижатия колодок при минимальном ходе педали.
Сила приложенная к ГТЦ создает давление в контуре. Давление это сила приложенная к поршню ГТЦ деленная на площадь его цилиндра. А значит чем меньше площадь цилиндра, тем больше давление.
Давление в системе = Сп / Пп
Где
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Пп — Площадь поршня ГТЦ (см^2)
Приведу пример моего стокового ГТЦ (цилиндр 0,875″) при силе 500кг
Давление в системе = 500 / 3,87 = 129 кг/см^2
И с ГТЦ (цилиндр 1″)
Давление в системе = 500 / 4,91 = 101 кг/см^2
Из этого следует что чем выше давление тем сильнее колодки прижимаются к диску, а значит больше тормозная сила. Но это еще не значит что если мы хотим мощные тормоза мы должны ставить маленький ГТЦ. Тут вступает другая составляющая — движение. Поскольку жидкость несжимаемая, то любое движение ГТЦ приводит в движение поршни в суппортах. Это движение в гидравлике называют вытеснение. Рассчитывается оно как произведение перемещения поршня на его площадь. Измеряется в см^3
Вытеснение = Пп * Дп
Где
Пп — Площадь поршня (см^2)
Дп — движение поршня ГТЦ (см)
Опять рассчитаем его для стокового ГТЦ моей авто (0.875), и ходом в 3 см
Вытеснение = 3,87 * 3 = 11,61 см^3
И для ГТЦ (цилиндр 1″) и ходом 3 см
Вытеснение = 4,91 * 3 = 14,73 см^3
Тут мы видим обратную ситуацию, чем меньше площадь цилиндра, тем меньше вытесняемый объем при том же ходе педали (а значит больше ход педали).
Теперь переходим к разбору полетов о системе в целом, нам известно что тормозная система замкнута а значит давление передается по всей системе в равных значениях. А также в ней кроме ГТЦ есть суппорты с поршнями (для расчетов используется общая площадь всех поршней)
Это значит создаваемое ГТЦ давление приводит в движение все поршни в системе. Поскольку площадь поршней в суппорте больше площади ГТЦ, то по законам гидравлики сила выдаваемая суппортом увеличивается в разы.
Чем большее значение усилия в этом соотношении, тем меньше силы надо прикладывать к педали (и больше ход педали) для достижения того же результата.
Рассчитать усиливающий фактор можно по формуле
Где
Сз — Сила сжатия суппортом (кг)
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Пс — Эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)
Пг — Площадь поршня ГТЦ (см^2)
К примеру опять беру свой авто (цилиндр 0,875″) =)
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 3,87 = 5255,8 кг
И с ГТЦ (цилиндр 1″)
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 4,91 = 4142,6 кг
Из этого следует, что при неизменной силе на ГТЦ мы можем увеличить силу сжатия за счет либо увеличения площади поршней суппорта либо уменьшив площадь поршня ГТЦ.
Но не все так просто. Не забывайте о другом факторе — движении. К сожалению играя с площадями цилиндров мы изменяем ход педали. Так, например уменьшая ГТЦ, мы уменьшаем кол-во вытесняемой жидкости — приходится педалью работать больше чтобы компенсировать этот момент (давление не начнет расти пока колодка не прижмется к диску). Это же справедливо и при увеличении площади поршней суппорта (при одном ГТЦ).
Рассчитаем ход поршня:
Где
Хп — Ход поршня суппорта (см)
Дп — Движение поршня ГТЦ (см)
Пг — Площадь поршня ГТЦ (см^2)
Пс — Эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней) (см^2)
Ну как же без примера? =) Мой стоковый авто (цилиндр 0,875″), ход ГТЦ 3см:
Хп = (3 * 3,87) / 40,68 = 0,29 см
И цилиндр (1″)
Хп = (3 * 4,91) / 40,68 = 0,36 см
Из этого мы видим, что если вы не хотите менять ход педали, то изменяя площадь суппорта (ставя огромные тормоза) вы должны не забыть и о ГТЦ. И наоборот.
ГТЦ
Это сердце всей тормозной системы. Активируется нажатием на педаль, вначале поршень передвигает жидкость по системе до тех пор пока колодки не вступят в контакт с диском, затем поскольку система становится замкнутой, начинает расти давление создавая тормозную силу. Отсюда чем сильнее вы давите на педаль тем выше тормозная сила.
Основные параметры ГТЦ это диаметр поршня и его ход. Обычно встречаются ГТЦ с диаметрами от 0,625″ до 1,5″ и с ходом от 2,5 см до 3,81 см. Соответствие обоих этих параметров к рекомендованным параметрам для вашего авто — залог хорошей производительности. Стоит запомнить при одном усилии на педали, маленький ГТЦ даст большее давление, но при этом сможет меньше вытеснить жидкости. Также чем больше ход ГТЦ, тем больше он жидкости может вытеснить, но при этом бОльший ход педали потребуется. Лучшего результата можно достичь рассчитав компромисс между ходом педали и давлением для вашего авто.
Регуляторы давления
— Клапан остаточного давления (RPV)
Необходим для поддержания заданного давления в системе (для дисковых тормозов 0.14 кг\см^2, для барабанных 0,70 кг\см^2)
Есть пара причин для использования таких клапанов
1) Только для барабанных тормозов чтобы возвратная пружина не отводила слишком далеко колодки от барабана, создавая лишний ход педали при последующих торможениях.
2) Только для дисковых тормозных систем в которых ГТЦ находится ниже уровня суппортов (некоторые гоночные авто и хот-роды). Без такого клапана жидкость от суппортов будет отекать обратно в ГТЦ делая педаль ватной и опять же увеличивая ее ход.
Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны
— Дозировочный клапан (Hold-off)
Поскольку на задних барабанных тормозах присутствует возвратная пружина, то как выше описывалось барабанам требуется больший ход чтобы колодка достигла барабана, нежели в саморегулирующихся дисковых тормозах, где колодка всегда впритык к диску. Дозирующий клапан (ставится в передний контур) предотвращает создание давления в переднем тормозном контуре, пока оно не достигнет заданного значения в заднем (обычно до 5-10 кг\см^2) чтобы дать барабанным колодкам приблизиться к барабану.
Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны
— Распределительный клапан (PBV)
Как мы уже писали выше, при торможении вес машины смещается вперед. Поскольку тормозная сила должна распределиться пропорционально весовой нагрузке (там где больше веса — больше тормозной силы), нужно соблюсти тормозной баланс перед-зад. Например при жестком торможении до 85% веса приходится на перед автомобиля. На правильно отрегулируемой системе передние тормоза и задние блокируются практически одновременно. Устанавливается обычно между ГТЦ и задним контуром чтобы снизить давление на задний контур в первые моменты торможения. Стоит учесть, что давление в заднем контуре не всегда будет ниже чем в переднем, за счет этого клапана вы меняете скорость роста давления. На передних тормозах при нажатии на тормоз оно лишь быстрее создастся чем в заднем.
Стоковые клапана нерегулируемые, но есть и гоночные варианты, с помощью которых можно отрегулировать тормозной баланс на измененной тормозной системе.
В прошлом посте мы разобрали принцип работы пневматических тормозов грузового автомобиля. И перед тем, как перейти ко всяким ретардерам, энергачам и прочим АБС, считаю логичным рассказать о том, как подружить тормоза тягача и прицепа. Тем более, что тут явно прослеживается аналогия с тормозами поездов. И многие в комментариях отметили, что эти системы похожи. Ведь так? Так, да не совсем. Впрочем, обо всём по порядку.
В стародавние времена тормозная система на прицепах была простая до безобразия. По сути это было просто параллельное ответвление от тормозного контура задней оси тягача.
Казалось бы – ну что такого плохого в этой схеме? Ведь воздух точно так же идёт к колёсам прицепа, под точно таким же давлением, с той же силой прижимает тормозные колодки к колёсам. Да, всё верно. Верно было для небольших скоростей и масс. Посмотрите, какой большой путь нужно преодолеть воздуху от тормозного крана (который обычно прям под педалью тормоза в кабине расположен) до передней и, тем более, до задней оси прицепа. А ведь эта тормозная магистраль имеет кроме большой длины ещё какую-то толщину. В итоге мы получаем довольно большой объём воздуха. А воздух, в отличие от жидкости, довольно инертный в плане сжатия. Т.е. нужно значительно время, чтобы давление от тормозного крана дошло до самой дальней тормозной камеры. А самое хреновое, что это время срабатывания тормозов будет разным для тягача и для прицепа. Т.е. получилась ситуация, что тягач уже тормозит, а прицеп ещё нет. А на скользкой дороге, с большой массой и значительной скоростью такая разница может наделать много бед – прицеп начнёт обгонять тягача, и весь автопоезд сложится. Кроме того, неоправданно увеличивался необходимый запас воздуха в ресивере тягача.
Поэтому инженеры решили дать прицепу свой ресивер и свой воздухораспределитель. В итоге получилась т.н. ОДНОПРОВОДНАЯ система, когда прицеп соединяется с тягачом только одним воздушным шлангом. Она очень похожа на тормозную систему поездов. Принцип работы её такой.
1) Компрессор тягача постоянно подпитывает ресивер прицепа рабочим давлением (условно, 10 атмосфер), которое больше некоторого порогового (7 атм). При этом колёса прицепа расторможены, и автопоезд свободно движется. Такой режим называется ПИТАЮЩИМ.
2) Когда возникает необходимость притормозить, водитель нажимает на педаль тормоза, а тормозной кран переходит в УПРАВЛЯЮЩИЙ режим, и делает вот такой финт ушами: в тормоза тягача он ПОДАЁТ воздух под давлением. А в шланге, который идёт к прицепу (в который до этого момента постоянно подавалось 10 атм) он давление СБРАСЫВАЕТ ниже порогового. Воздухораспределитель прицепа тут же реагирует на сброс давления, и это является для него командой к торможению – он подаёт воздух из своего ресивера к своим тормозным камерам. Причём, чем сильнее тормозной кран тягача сбросит давление, тем сильнее прицеп будет давить на свои колодки. А воздух он берёт из своего ресивера, где, как мы помним, воздух хранится под рабочим давлением 10 атмосфер.
3) Но запас воздуха в ресивере прицепа не бесконечен. И если снова не накачать воздух в ресивер прицепа, он со временем закончится. Или же во время стоянки через неплотности системы из него постепенно выйдет весь воздух. Когда такое происходит, то прицеп растормаживается. Если он не зафиксирован ручным стояночным тормозом (классический тросик) или башмаками, то он может самопроизвольно покатиться.
Вкратце всё это можно сформулировать так: воздуха много – запасаем его в ресивере. Воздуха меньше порогового давления – начинаем тормозить. Воздух вообще не подаётся – тормозим из своих запасов по максимуму. Воздух совсем-совсем вышел из системы – колёса растормаживаются. И всё это с помощью одного тормозного шланга. Казалось бы, проблема прошлого решена, и такая схема куда более эффективна. Но всё равно она была не без изъянов – слишком быстро расходовался и слишком медленно пополнялся запас воздуха в ресивере прицепа. И если автопоезд долго стоял на ручнике, или постоянно притормаживал на затяжном спуске, то запас воздуха в прицепе не пополнялся, а только расходовался. В какой-то момент прицеп оставался вообще без воздуха, т.е. без тормозов. Поэтому логично было подпитку воздухом производить непрерывно, как на тягаче. Так была придумана ДВУХПРОВОДНАЯ система.
Зеленым обозначена питающая магистраль. Она постоянно пополняет запас воздуха как в тягаче, так и на прицепе. Красным цветом обозначена управляющая магистраль прицепа. В такой системе всё логично, безо всяких «наоборот», в отличие от однопроводной системы. Подали больше давления – прицеп сильнее тормозит. Меньше давления – меньше тормозит. За этим следит воздухораспределитель – синий квадратик, который подаёт воздух из ресивера к тормозным камерам в зависимости от давления в управляющей (красной) магистрали.
Но точно так же, как и в однопроводной схеме, реализовано аварийное торможение. Т.е. если отсоединить питающую (зеленую) магистраль, то прицеп воспримет это как аварийную расцепку, и подаст максимальное давление из своих запасов на тормозные камеры колёс.
В настоящее время используется именно двухпроводная система. Причём, независимо от того, прицеп это, полуприцеп, или же австралийский автопоезд с пятью прицепами.
Думаю, с прицепами разобрались. В следующем посте узнаем, что же это за такие «энергачи», и почему дёргать ручник при экстренном торможении неэффективно.
Расскажите, пожалуйста, про отказавшие во время спуска тормоза у грузовиков. Почему это происходит, почему нельзя стравить давление, чтобы активировать аварийную тормозную систему, затормозить двигателем и т.п.?
Про пневмо-гидравлическую систему расскажешь?
Я надеюсь,что Вы осветите проблемы динамического торможения, карьерных самосвалов.
Прицеп, который ехал сам. Уникальный грузовик, созданный в единственном экземпляре
Если смотреть на этот удивительный грузовик сзади, или даже сбоку, то может показаться, что это самый обычный прицеп. Три оси с двускатной ошиновкой, рифлёные боковые панели из нержавейки, бак под низом намекает, что это, наверное, рефрижератор.
И лишь взглянув на него спереди, невольно сам себе задаешь вопрос – что ты вообще такое?
Грузовик Fageol CargoLiner настолько специфичный и малоизвестный, что даже эксперты, глубоко копавшие тему коммерческого транспорта, о нем едва ли знают. Появился он в 1950-м году, построен в единственном экземпляре и даже породил несколько мифов. Типа создали его для перевозки ядерных материалов и тому подобного. К реальности эти сказки не имеют никакого отношения. Всё было гораздо проще.
С самого своего основания в 1916 году компания Fageol выпускала грузовики и автобусы. Дела шли неплохо, но к концу 1940-х её, и других производителей всевозможных «барбухаек» стала теснить General Motors. Конкурировать с её шедеврами было сложно и Луи Дж. Фагеол, сын основателя компании, к тому времени управлявший делами, решил сосредоточиться на создании и производстве новых специализированных грузовиков.
Еще в тридцатые годы в американских портах возникла серьёзная проблема – отсутствие свободного места для маневрирования тягачей с полуприцепами. Цельнометаллические фургоны вагонной компоновки тогда уже существовали, но большой грузоподъемностью не отличались. Более четырёх тонн на борт взять они не могли. Появившиеся первые безкапотники проблему не решили. Объемы грузоперевозок росли, ситуация усугублялась и Фагеол обратил на неё пристальное внимание.
Что если взять и убрать сам тягач, так что бы прицеп ездил сам, но по грузоподъемности не уступал обычной фуре?
30 ноября 1950 года Луи Фагеол подает заявку на патент уникального грузовика, ходовой выставочный образец которого к тому времени был полностью готов. Машину делали в секрете от конкурентов, её появление обнадежило многих перевозчиков. Казалось, что проблема маневренности фур в портах почти решилась…
Конструкция представляла собой прочную раму, на которую сверху одет цельнометаллический кузов из нержавейки. В передней части находится кабина водителя. Она была просторной, потому как в ней подразумевались еще и спальные места. Дизельный двигатель мощностью 150 л.с. находится по центру рамы. Механическая коробка передач управляется тягами, средний и задний ведущие мосты взяли от грузовика International Harvester.
Передняя рулевая ось, так же с двускатной ошиновкой сделана в виде поворотной балки, как у прицепа. Поворачивалась она с помощью гидроцилиндра гидрообъемного рулевого управления, то есть гидравликой. Механически руль с осью никак не связан.
Любой опытный водитель уже догадался о недостатках такой системы. На малом ходу и во время маневрирования проблем не возникает, но уже на скорости в 50 км/час грузовик становился неуправляемым. Инженеры как-то не учли этот момент.
В итоге этот самоходный прицеп идеально подходил для работы в порту, но уже на выезде грузы требовалось перегружать в обычную фуру для дальнейшей перевозки. Поэтому новинка не заинтересовала перевозчиков, а сама компания удачно получила военный контракт на производство обычных грузовиков, и дальнейшего развития их самоходный прицеп не получил.
У каждого свой путь
Прицеп отделился от своего Грузовика, когда автомобиль двигался через туннель в восточном Китае.
Видео с камер видеонаблюдения, снятое 2 декабря в городе Нинбо в провинции Чжэцзян, показывает, как прицеп грузовика отделяется, прежде чем врезаться в стену туннеля.
По имеющимся данным, заглушка, соединяющая багажник с кабиной, была сломана, что привело к инциденту.
После часа спасательных работ движение на дороге нормализовалось. Водитель грузовика был обвинен в происшествии и был оштрафован.
Спец полоса на дороге, у кого отказали тормоза
Чик! И крутить рулём не надо
Машинка виляет хвостиком :3
Секретный груз
Как тормозят большие машины – 4
Прошу простыню перед моими подписчиками – занят был. Теперь вот часик выдался свободный, продолжаю пилить ликбезы о том, как ездят и тормозят всякие камазы и прочие фуры. Надеюсь, вы разобрались с тем, как работает основная и стояночная тормозная система. Кто не понял, тот поймёт то вот вам в двух словах главная идея современных грузовиков: автомобиль должен быть по умолчанию заторможен. По умолчанию – это значит на стоянке, когда у него вышел воздух, или же в аварийной ситуации, когда воздух по каким-то причинам резко кончился. В этом случае срабатывают пружины, и затормаживают колёса грузовика. А чтобы поехать, нужно накачать запас этого воздуха. Во-первых, чтобы пружинные энергоаккумуляторы отпустили тормоза, во-вторых, чтобы было, собственно, чем тормозить.
Понятно, что экстренно тормозить приходится очень редко. Чаще всего используется обычное штатное притормаживание. Да вот беда – огромную массу затормозить довольно сложно в том плане, что это всегда большой износ тормозных колодок. В некоторых случаях, например, на затяжных спусках и в горах можно дотормозиться до того, что колодки попросту сотрутся полностью. Чтобы не допустить такой ситуации, инженеры и придумали «горный тормоз». Классический горный тормоз представляет собой заслонку в выхлопной трубе, которая по команде водителя перекрывается. В этом случае двигателю попросту некуда эти выхлопные газы сбрасывать, и он начинает работать как компрессор. Представьте, что вы сделали вдох, а потом попытались сделать выдох, закрыв рот и нос – выдохнуть будет тяжело. Точно также и двигатель будет создавать большое сопротивление вращению коленвала.
Очень важный момент: для работы горного тормоза автомобиль должен ехать на какой-нибудь передаче, т.е. коленвал обязательно должен быть соединён с ведущими колёсами. Кроме того, в момент включения горного тормоза прекращается подача топлива в двигатель. Т.е. он в этот момент работает именно как компрессор, а энергию для сжатия воздуха он берёт с ведущих колёс. По сути, кинетическая энергия движения грузовика переводится в энергию тепла сжимаемого в двигателе воздуха. Следует различать просто торможение двигателем и торможение с помощью горного тормоза. Просто отпустив педаль газа, и двигаясь на включенной передаче, тормозной момент в двигателе создаётся только для такта сжатия. А в случае применения заслонки горного тормоза, с ведущих колёс также снимается энергия ещё и на сжатие воздуха в момент такта выпуска.
Но, надо честно признаться, горный тормоз очень слабенький по сравнению с рабочей тормозной системой. Он служит только для помощи при торможении и на не очень крутых спусках. Кстати, а какова же его реальная мощность? Оказывается, она пропорциональна оборотам двигателя. Ну это и логично – чем больше раз за минуту ты сжимаешь воздух, тем больше в единицу времени отнимаешь кинетической энергии у автомобиля, тем эффективнее торможение. Как правило, на тахометре автомобиля жёлтым сектором выделен диапазон максимальной эффективности горного тормоза (примерно от 1500 до 2200 оборотов в минуту). Именно в этом диапазоне надо держать обороты двигателя, переключая передачи в зависимости от скорости. Активируется горный тормоз чаще всего подрулевым рычажком. При этом можно выбрать степень тормозного усилия. У современных грузовиков помимо заслонки в выхлопной системе стоит ещё и специальный клапан в цилиндре двигателя, который ещё сильнее увеличивает эффективность торможения в такте сжатия.
Следующим этапом в развитии стал трансмиссионный тормоз или ретардер. По сути он представляет собой герметичную коробочку, сквозь которую проходит карданный вал (да да, дорогие умники, я знаю, что это не так, но для понимания принципа работы это не столь важно).На этом карданном валу сидит по сути гребной винт. И напротив этого винта на противоположной стороне корпуса ретардера установлены обратные лопасти. Когда автомобиль движется, то пространство внутри ретардера заполнено воздухом, и гребной винт не встречает, по сути, никакого сопротивления.
Когда требуется притормозить, то всё пространство тут же заполняется маслом. Будучи густой жидкостью, масло создаёт большое сопротивление для вращения этого гребного винта. Этому же способствуют и лопасти на корпусе. Винту тяжело вращаться в такой густой среде, поэтому он будет через карданный вал притормаживать и ведущие колёса. Куда же девается кинетическая энергия, отобранная в процессе торможения? А она идёт на нагрев того самого масла, поэтому это тепло отводится к штатному радиатору через теплообменник, или же в свой масляный радиатор. В целом такая конструкция сильно похожа на гидротрансформатор автоматической коробки передач. Только если там свойство вязкости масла использовалось для передачи крутящего момента на ведущие колёса от двигателя, то в ретардере такое свойство используется наоборот, для снятия крутящего момента с ведущих колёс и преобразования его в тепло.
В отличие от горного тормоза, где торможение достигалось сжатием воздуха, в ретардере по сути «сжимается» масло, поэтому его эффективность гораздо выше.
Но в любом случае, сами автопроизводители советуют как можно чаще пользоваться именно вспомогательными системами, потому что это очень сильно повышает ресурс рабочей тормозной системы, а именно тормозных колодок. О том, что будет, если стереть колодки в ноль, и как остаться без тормозов, поговорим в следующем посте.
В предыдущих постах мы разобрали общее устройство тормозной системы тягача и прицепа. В двух словах самый общий принцип можно сформулировать так: чтобы затормозить, нужно подать на тормозные камеры воздух под давлением. Но у такой схемы есть два очень существенных недостатка. Во-первых, если по каким-то причинам в процессе движения заканчивался воздух (сдох компрессор, лопнула трубка или шланг, истощился запас воздуха в ресиверах от слишком частого торможения и т.д.), то автомобиль оставался фактически без тормозов. Во-вторых, при длительной стоянке рано или поздно воздух тоже выходил через неплотности системы, тормоза «заканчивались», и автомобиль мог самопроизвольно покатиться с места стоянки.
Перед инженерами встала задача придумать аварийную и стояночную тормозную систему. Причём так, чтобы обойтись без существенных переделок действующей схемы. На помощь пришла старая добрая пружина. Идея заключается в следующем: когда в системе есть воздух, то он своим давлением сжимает пружину, и она растормаживает колёса, при этом, никак не мешая рабочей тормозной камере. Но если воздух вдруг заканчивается, то он перестает давить на пружину. Пружина, соответственно, разжимается и принудительно затормаживает колёса. Т.е. этот механизм накапливает, аккумулирует в себе энергию сжатой пружины. Соответственно, назвали его ПРУЖИННЫМ ЭНЕРГОАККУМУЛЯТОРОМ. Ну, или просто «энергач».
Вот таким макаром и реализована в современных грузовых автомобилях и автобусах стояночная тормозная система. Она же является и аварийной. Водитель, дёргая рычаг «ручника», просто выпускает воздух из энергоаккумуляторов. А большая и мощная пружина, больше не сжимаемая воздухом, затормаживает колёса. То же самое происходит и в случае, когда воздух в системе заканчивается по не зависящим от водителя причинам.
Энергоаккумулятор представляет собой дополнение к обычной рабочей тормозной камере, только чуть большего размера. Устроен он как-то так:
Картинка очень похожа на устройство обычной тормозной камеры, только справа добавился тот самый энергоаккумулятор. На картинке показана ситуация, когда автомобиль стоит на стоянке – на педаль тормоза никто не давит, давление в полости рабочей тормозной камеры равно нулю. Рычаг стояночного тормоза соединил полость энергоаккумулятора с атмосферой, поэтому давление там тоже равно нулю. Жёлтая пружина при этом, не испытывая давления воздуха, давит на красную диафрагму со штоком. Этот шток давит на шток рабочей тормозной камеры, и колесо заторможено.
Теперь представим, что водитель запустил двигатель, и выключил стояночный тормоз. Но сразу он тронуться не может – пружина энергоаккумулятора сжимается только при определенном давлении. Оно составляет 5-7 атм. на разных автомобилях. То есть, пока в ресиверах не наберётся достаточно воздуха под этим минимальным давлением, автомобиль будет заторможен стояночным тормозом. Поэтому для старта автомобилю с энергоаккумуляторами нужно «накачать воздух». Именно в этом состоит отличие современных автомобилей от старых или же от машин с пневмогидравлической системой (например, УРАЛ) – в них отсутствие воздуха не является препятствием для движения. Правда, и тормозить будет нечем. Поэтому такие системы менее надёжны.
Итак, система заполнилась воздухом до минимального давления. Рычаг стояночного тормоза уже находится в положении, когда полость энергоаккумулятора соединена с ресивером (машина «снята с ручника»). И по достижению минимального давления (5-7 атм), пружина энергоаккумулятора сжимается, растормаживая колёса:
Такое состояние энергоаккумулятора будет рабочим. Т.е. пока водитель принудительно не выпустит воздух из камеры энергоаккумулятора, дёрнув за «ручник», или же пока в системе будет минимальное давление (5-7 атм), пружина энергоаккумулятор будет находится «во взведённом» состоянии. Кончился воздух в системе, или автомобиль поставили на стояночный тормоз – пружина разжимается, и колёса затормаживаются.
Пока энергоаккумулятор находится в «заряженном» состоянии, он никоим образом не мешает тормозной камере выполнять свою функцию рабочей тормозной системы:
А теперь, когда более-менее стал ясен принцип работы стояночной/аварийной тормозной системы, я попробую объяснить, почему же дёрнуть ручник в ситуации экстренного торможения будет плохой идеей. Дело в том, что энергоаккумуляторы устанавливаются не на все колёса автомобиля и прицепа. передняя ось автомобиля практически всегда оборудована простыми тормозными камерами. Также практически никогда не оборудуют энергоаккумуляторами оси передней тележки прицепа. Короче говоря, дёрнув ручник, вы затормаживаете далеко не все колёса, в отличие от нажатия на педаль тормоза.
Далее. Как многие заметили, усилие пружины (если выражать его в единицах давления) не превышает 5-7 атм. А рабочее давление априори больше, и составляет 8-11 атм. Соответственно, эффективность рабочей тормозной системы гораздо выше, нежели у стояночной.
Ну и третий момент. Особенно он актуален для старых автомобилей без АБС или с АБС первых поколений. Дело в том, что резко выпуская воздух из «энергачей», вы запросто можете заблокировать колёса. А на скользкой или мокрой дороге это путь к беде. Короче говоря, на современном автомобиле с АБС в экстренной ситуации самым лучшим вариантом будет тупо утопить педаль тормоза в пол. Максимальное давление пойдёт на все колёса автопоезда, а система АБС и прочие электронные системы не дадут заблокироваться колёсам и не допустят заноса/складывания прицепа.
Постарался разжевать как смог. Но если остались вопросы – задавайте.
Как тормозят большие машины
Как и обещал для @coderidNDN, @404error404, @Andreyca и @Tub1k, провожу ликбез по устройству и принципу работы тормозной системы грузовых машин. Знающие люди тут для себя ничего нового не найдут. А вот для остальных инфа может быть интересной. Тема достаточно обширная, поэтому логичнее и правильнее её будет разбить на несколько постов, чтоб всё в одну кучу не мешать.
Сразу оговорюсь, что речь пойдёт о грузовиках полной массой от 8 тонн, то есть о всяких КамАЗах, фурах, самосвалах и т.д. Более лёгкие грузовики имеют тормозную систему точно такую же, как и на легковых автомобилях – гидравлическую с вакуумным усилителем. Понятно, что усилия ноги водителя для остановки 8 тонн маловато. Разница давлений в вакуумном усилителе, очевидно, не может превышать одну атмосферу. А на практике разница давлений всего 0,1-0,2 атм. Умножаем это давление на площадь вакуумника, и получаем силу, которая и помогает водителю остановить автомобиль. Для не очень тяжёлых машин такой способ работает. А вот для более массивных, силы разряжения вакуумника не хватает. Поэтому абсолютно все современные грузовые автомобили (да и автобусы) имеют пневматический усилитель тормозов.
Эти пневматические тормоза являются рабочими. Помимо рабочей тормозной системы, есть ещё вспомогательная, стояночная и аварийная. О них расскажу чуть позже. А пока что вот вам на обозрение общая принципиальная схема тормозной системы одиночного двухосного автомобиля (без прицепа):
Когда автомобиль долго стоял, то воздух из ресиверов через неплотности системы всё равно выходит. Поэтому перед тем, как начать поездку, водитель должен дождаться, пока компрессор накачает воздух до рабочего давления. Чтобы, собственно говоря, было чем тормозить. Как правило, рабочее давление лежит в диапазоне от 6 до 11 атмосфер.
Итак, воздух набрали, тронулись, поехали. И вот возникла необходимость притормозить. Водитель нажимает на педаль тормоза, которая соединена с тормозным краном 4. И уже от тормозного крана расходятся воздушные магистрали непосредственно к колёсным тормозным камерам 5. Задача тормозного крана – пустить из ресивера к тормозным камерам ровно такое давление (не количество, а давление!), которое задал водитель нажатием на педаль. Т.е. он по своему принципу больше похож на газовый редуктор, нежели на простой вентиль. Нажал легонько – воздух к камерам подаётся под маленьким давлением, колёса притормаживают слабо. Нажал сильно – сильнее выросло давление, подаваемое в тормозные камеры, увеличилась сила торможения. Как только водитель убирает ногу с педали тормоза, воздух из тормозных камер под действием возвратных пружин уходит обратно в тормозной кран, где благополучно выбрасывается в атмосферу. Именно поэтому тот самый «пшшшш» от грузовика слышен не в момент торможения, а наоборот – когда колёса растормаживаются.
Сама тормозная камера устроена просто. Это герметичный металлический стакан, с одной стороны он закрыт эластичной резиновой манжетой. С другой стороны к нему подведён воздушный шланг, идущий от тормозного крана. Когда происходит торможение, то воздух под давлением нагнетается в полость камеры, давит на манжету, сама манжета толкает шток, шток поворачивает рычаг с тормозным кулаком, тормозной кулак прижимает колодки к барабану в доме, который построил Джек. Надеюсь, на картинке всё куда более наглядно, нежели я тут понаписал.
Кстати, большинство самих тормозных механизмов на грузовых автомобилях барабанные. Сейчас всё чаще встречаются и дисковые, но они меньше защищены от воды, грязи, пыли т.д. Принцип работы у дисковых и барабанных механизмов точно такие же, как и на легковых машинах. Различие только в размерах.