Принцип работы тормозной системы грузового автомобиля

Необходимость системы торможения в автомобиле сомнению не подлежит. Устройство тормозной системы грузового авто принципиально отличается от легковых, поскольку сам автомобиль включает значительно большее число элементов управления, не говоря уже о многократно превышающих размерах и массе.

Тормозная система является одним из основных элементов управления крупногабаритной машиной. Именно благодаря согласованной работе многочисленных механизмов сложного устройства водитель имеет возможность контролировать поведение машины во время езды, остановки, при различных скоростных режимах.

Принцип работы тормозной системы грузового автомобиля

Современные грузовые автомобили оснащены пневматическим приводом. Главная особенность, принцип тормозной системы основан на работе силы сжатого воздуха, которым заполняются специальные емкости с помощью компрессора, создавая определенное давление в системе.

Во время движения автомобиля происходит забор воздуха в специальные баллоны при отпущенной тормозной педали. При передаче давления уплотненная масса воздуха передвигается к перекрывающему устройству (тормозной кран). При нажатии педали тормоза происходит перекрывание непрерывного воздушного слоя, срабатывает кран. После этого тормозная камера заполняется воздухом, обеспечивая процесс торможения.

Часто грузовые машины дополняются прицепом, который имеет систему торможения, замкнутую на основную, через верхнюю секцию. Поэтому включение механизмов происходит синхронно, тормозная камера на прицеп срабатывает последовательно.

При этом остановкой тягача руководит нижняя секция подачи воздуха. Система работает таким образом: воздух из камеры оказывает давление на диафрагму и таким образом сжимает внутреннюю пружину, давлением усилием через толкатель приводится в действие разжимной кулачок.

От него валик, вращаясь, приводит в действие тормозные колодки и останавливает автомобиль. Как только водитель снимает ногу с педали тормоза, процессы происходят в обратном направлении и устройство возвращается в первоначальное положение.

К преимуществам пневматической системы следует отнести обеспечение более короткого тормозного пути, чем, например, у дискового, при минимальном усилии, оказываемом на педаль тормоза для включения в работу тормозной системы.

Различают несколько типов пневматических тормозов:

• Мягкие (нежесткие), для которых достаточно любое давление в системе. Торможение происходит за счет скорости сжатия воздуха и передачи давления на размыкающие механизмы;
• Средней жесткости. Работа осуществляется ступенчато — и торможение, и восстановление (режим горных условий);
• Жесткие. Для них требуется поддержание постоянного определенного давления в системе. Скорость сжатия не влияет на работу.

Устройство тормозной пневматики

Пневматическая тормозная система грузовиков включает нескольких взаимосвязанных механизмов, от исправности которых зависит полноценная работа всего оборудования. К основным деталям, которые обеспечивают безотказную работу пневматики, следует отнести:

• Тормозные приводы на задних и передних колесах;
• Компрессор;
• Емкости со сжатым воздухом;
• Тормозные камеры задних и передних колес;
• Размыкающий механизм (тормозной кран);
• Педаль тормоза;
• Манометры;
• Соединительная система, состоящая из трубопроводов, шлангов;
• Основной трубопровод;
• Соединительная головка для обеспечения продвижения воздуха к системе тормозов прицепа.

Все названные элементы распределяются по трем основным устройствам системы:

1. Управление, с помощью которого происходит принудительное или автоматическое регулирование системы подачи воздуха;
2. Энергетическая система обеспечивает сжатие, подачу воздуха.;
3. Тормоз приводится в действие двумя предыдущими системами и зависит от их полной исправности.

Ключевые элементы устройства тормозной системы грузовиков

Тормозная система грузовиков зависят от исправности и слаженности работы не только передающих, но и исполнительных механизмов. Одним из ключевых элементов является тормозная камера. Основное назначение – задействование тормозов задних и передних колес.

Тормозная камера представляет собой сложное устройство из нескольких элементов, которые надежно соединяются между собой специальными крепежными устройствами:

• Штуцер;
• Упругая диафрагма (мембрана);
• Диск, в который давит диафрагма средней частью;
• Пружина возвратного действия;
• Хомут;
• Шток тормозной камеры;
• Корпус камеры;
• Кольцо;
• Контргайка;
• Защитный тканевый кожух;
• Соединительные элементы;
• Крышка корпуса.

Тормозная камера может быть со встроенным энергоаккумулятором, который осуществляет управление тормозных механизмов через давление, возникающее в пневматической системе. Вследствие большой надежности, устанавливаются энергоаккумуляторы с пружинным механизмом. В отличие от обычных, такие камеры состоят из двух конструкций:

• Мембранная тормозная камера, которая является передающим элементом устройства;
• Цилиндр с пружинно-пневматическим механизмом, который может применяться в запасном тормозе и стояночном в качестве исполнительного элемента.

В тот момент, когда тормозная система приводит в действие рабочие механизмы, основным, исполнительным элементом является шток. По сути, он выполняет функцию тормозной камеры на передних колесах.

Работает в режиме включения стояночной системы: воздух под давлением выпускается из емкости под поршнем, который опускается под действием пружинного механизма и сдвигает толкатель, воздействуя на диафрагму и шток через подпятник, обеспечив торможение автомобилю.

Тормозная система со встроенным энергоаккумулятором во время торможения запасным механизмом не выбрасывает весь объем сжатого воздуха, а только ту часть, которая сможет обеспечить безопасную эффективную остановку грузового автомобиля. Рычаг управления в этом случае будет находиться в промежуточном положении. Именно угол поворота рычага обеспечивает степень воздействия силы тормоза на колесах, своевременную остановку в любых условиях.

Различия тормозных камер для разных систем

Важной частью тормозной системы является механизм, который обеспечивает остановку движущегося автомобиля. Их устанавливают в колесах, в стояночной системе – возле коробки передач. Дисковый тормоз, который является частью вращения, состоит из тормозного диска и колодок, которые устанавливаются неподвижно по обе стороны внутри чугунного корпуса.

Барабанные тормозные камеры устанавливаются, в отличие от дисковых, на задних колесах. Преимущество их состоит в относительной дешевизне производства, хотя сложность конструкции делает обслуживание более затруднительным, чем вторые.

Принцип действия и устройство барабанных тормозных камер:

• Поршень;
• Регулятор тормоза;
• Пружины;
• Подача на ручной тормоз;
• Колодки – 2 шт.

При воздействии на педаль тормоза происходит прижатие поршнем обеих колодок к барабану. В основном, тормозные механизмы такого типа срабатывают самостоятельно после заклинивания. Благодаря этому, по окончании процесса торможения колодки возвращаются в исходное положение автоматически.

Как правило, обслуживание тормозных устройств и камер всех модификаций сводится к отрегулированию работы исполнительных систем и замене изношенных, расходных материалов тормозных механизмов (в барабанных – колодок). Практически во всех тормозных системах присутствуют электроусилители и дополнительные устройства активной безопасности.

Основное правило движения на дорогах – безопасность. Только исправность всех механизмов и систем в автомобиле может обеспечить его выполнение. Тормозная система является одним из основных в списке, регулирующих скорость и возможность вовремя остановиться, устройств.

Дисковые тормоза для грузовиков

В предшествующих номерах мы уже познакомили вас с конструкциями подвесок и главных передач грузовых автомобилей и автобусов. Теперь представляем обзор конструкций еще одного механизма, присущего как задним, так и передним мостам, ставшего символом технического прогресса – дисковых тормозных механизмов

Постепенно дисковые механизмы в качестве колесных тормозов получают все большее распространение на грузовых автомобилях самого разного назначения. Как известно, вначале они выполняли функцию лишь трансмиссионного тормоза.

Дисковые тормоза перед барабанными имеют целый ряд преимуществ:

1. пониженную чувствительность к изменению коэффициента трения;
2. возможность уменьшения удельного давления в трущихся парах за счет значительного увеличения поверхности трения;
3. более равномерный износ фрикционных накладок;
4. одинаковую эффективность тормоза при движении автомобиля вперед и назад;
5. пониженную температуру обода колеса и прилегающей к нему бортовой части шины;
6. простоту обеспечения одинакового тормозного момента правых и левых колес;
7. меньшую чувствительность тормоза к изменениям температуры накладок;
8. большую жесткость конструкции, достаточную компактность колесного тормоза, простоту обслуживания и регулировок;
9. возможность установки небольших зазоров, что позволяет увеличить передаточное число в приводе и сократить время срабатывания тормозов;
10. легкость герметизации колесного тормоза (для грузовых автомобилей повышенной проходимости).

Последнее обстоятельство объясняет тот факт, что для армейских автомобилей было создано немало удачных конструкций колесных дисковых тормозов задолго до того, как ими обзавелись магистральные и городские коммерческие грузовики. Именно тяжелые условия эксплуатации таких машин и повышенные требования к их тормозным системам стали причиной разработки дисковых тормозов, первые варианты которых родились в конце 1950-х годов. При их разработке в те годы внимательно изучался опыт применения дисковых тормозов в авиации. Много времени отняло создание специальной тормозной жидкости, выдерживающей продолжительный нагрев до высокой температуры, а также поиск фрикционных пар, обеспечивающих высокий ресурс узла.

В одной из первых конструкций дискового тормоза для грузовика большой грузоподъемности заложено серводействие (самоусиление при работе) и применен пневматический привод. Серводействие обеспечивают стальные шарики, двигающиеся по наклонным поверхностям углублений (лунок) при смещении одного диска относительно другого.

В середине 1960-х компания Chrysler предложила свою конструкцию дискового колесного тормоза для автомобиля повышенной проходимости. Он был герметичным и тоже имел самоусиление при работе. Тормозной механизм находился внутри корпуса, одной из половин которого являлась ступица колеса. Диски с фрикционными накладками располагались между трущимися поверхностями корпуса и крышки корпуса. Тормоз включался при помощи двух рабочих цилиндров. При торможении поршни расходились, и диски поворачивались на некоторый угол в противоположные стороны. При этом шарики, перекатываясь по наклонным поверхностям, раздвигали диски и прижимали их к стенкам тормозного барабана. Такой механизм называют дисковым тормозом с вращающимся корпусом. Различают также дисковые тормоза с полным или частичным охватом, т.е. трение может происходить по всей или по части поверхности диска.

В тепловом отношении лучшей стала конструкция, представляющая собой дальнейшее развитие идеи дискового тормоза с вращающимся корпусом. Этот тормоз не обладал серводействием, но имел полный охват и посеребренный корпус. Благодаря этому поверхность теплоотдачи стала значительно больше, чем у дисковых тормозов с частичным охватом, в которых вращающийся диск обязательно должен был быть гладким. Поскольку конечная температура зависела от величины поверхности трения, при равной мощности, затрачиваемой на торможение, конечная температура была тем меньше, чем была больше поверхность трения.

В середине 1960-х годов около 50% всех тяжелых тягачей, выпускавшихся в США, были снабжены дисковыми тормозами с вращающимися дисками, серводействием и с полным охватом. У дисковых тормозов такого типа поверхность трения была на 40 – 50% больше, чем у колодочных, имевших такой же занимаемый объем и близкую массу. Вследствие этого у дисковых тормозов износ и температура поверхности трения были значительно меньше, чем у колодочных.

Сравнительные испытания дисковых и колодочных тормозов были проведены на грузовике полной массой 14,0 т при торможении со скорости 30 км/ч в течение 12 мин. Они показали, что барабанный тормоз массой 80 кг способен развивать мощность 18,5 л.с., дисковый тормоз с частичным охватом и массой 110 кг развивает 23,8 л.с., а дисковый тормоз с полным охватом и массой 85 кг – 27,5 л.с.

Уменьшение тормозного момента у барабанного тормоза в начальный период объясняется более сильным нагревом барабана по сравнению с колодками. В конце торможения температура колодок повышается, и тормозной момент несколько возрастает. В дисковом тормозе с полным охватом без самоусиления тормозной момент в процессе торможения практически не меняется. Следовательно, в этом случае среднее значение момента будет значительно выше, чем у колодочного тормоза, а время торможения на 20 – 30% меньше.

В Европе дисковые тормоза на грузовиках появились позже, чем в США, примерно через 20 лет после их дебюта на легковых автомобилях. «Первопроходцем» в этом стала французская компания Renault V.I. в 1980-х годах. Сначала дисковые тормоза появились на грузовиках полной массой 6 т, затем полной массой 10 т, а впоследствии – на автобусах и седельных тягачах для автопоездов полной массой 40 т. За Renault V.I. их начали устанавливать IVECO, MAN, Volvo, ERF, Scania, Mercedes-Benz.

Поначалу дисковые тормоза предлагали в качестве опции, в настоящее время на множестве моделей грузовиков с различной допустимой полной массой они стали стандартным оборудованием. Задержка применения дисковых тормозов в Европе объяснялась двумя причинами: их более высокой ценой и действующими нормами ЕЭК ООН, которые можно было выполнить, имея барабанные тормоза. Ситуация изменилась к концу 1980-х, когда допустимая нагрузка на передний мост выросла с 6 – 6,5 до 7 – 7,5 т, а на задний – до 13 – 14 т. При постоянном росте мощности двигателей автомобилей резко возросли динамические нагрузки на передний мост при торможении.

Распространение шин с малым сопротивлением качению и улучшение аэродинамических свойств магистральных автопоездов также ужесточили требования к эффективности тормозов. Снижение центра тяжести транспортных средств и стремление к уменьшению погрузочной высоты привели к замене ставших привычными 22,5-дюймовых шин покрышками с посадочным диаметром 19,5 дюйма. Сокращение (в среднем на 25%) объема внутри колеса, где размещался тормозной механизм, практически свело на нет применение барабанных тормозов на машинах, оснащенных 19,5-дюймовыми колесами.

Перед конструкторами тормозных систем встала сложная задача создания надежного привода дисковых тормозов. Гидравлический привод ввиду возможного «залипания» из-за перегрева скоб грозил лишить грузовик тормозов в сложной дорожной ситуации. В итоге он не применяется на машинах с полной массой свыше 12 т, а также на туристических и междугородных автобусах. Получил распространение механический привод с пневмокамерой, освоенный в производстве компаниями Bendix, Rockwell, Perrot и Lucas Girling. К примеру, Bendix применил в приводе клиновый розжим, отличающийся высоким КПД (94%) и легкостью подбора развиваемого усилия регулировкой угла конуса.

У нас в стране дисковые тормоза для вездеходов были разработаны на ЗИЛе еще в 1972 г. Рабочие тормозные механизмы на трехосном автомобиле с бортовым приводом размещались на внутреннем конце приводного вала, передававшего крутящий момент от раздаточной коробки к колесному редуктору. Эффективность торможения обеспечивалась применением жесткой подвижной скобы, вентилируемого диска, автоматической регулировки зазора между колодками и диском. Рабочий и стояночный тормоза были совмещены в едином агрегате.

Заканчивая статью, стоит отметить, что дисковые тормоза, разработанные по заданию автомобилестроительных компаний специальными фирмами, уже прошли стадию «детских пеленок» – они полностью отработаны и, несмотря на их более высокую стоимость, востребованы транспортниками, заказывающими их во все возрастающих количествах при покупке новых грузовиков.