Тормозное управление

При нажатии  на управляющий шток клапан 10 закрывается, отсоединяя тормозную магистраль от атмосферы, а затем клапан 9 соединяет ее с ресивером, в результате чего в тормозной магистрали установится давление, равное давлению воздуха в ресивере. При выдвигании штока из корпуса сначала закроется клапан 9, а затем через открывшийся клапан 10 воздух выйдет в атмосферу.

Необходимо  отметить, что после открытия клапана 9 на штоке появится выталкивающая  сила, равная давлению воздуха в  полости 5, умноженному на площадь  круга, имеющего диаметр «d». В связи с малостью указанного диаметра эта сила будет невелика, но ее можно увеличить, присоединив к штоку реактивный поршень (рис. 26-б), в качестве которого можно использовать стенку 4 из схемы, показанной на рис. 26-а, выполненную специальным образом. В этом случае мы получим устройство, обладающее отрицательной обратной связью. Как только давление воздуха в полости 5, действующее на реактивный поршень, создаст силу, равную силе Р, приложенной к штоку, клапан 9 закроется, установив в тормозной магистрали давление, пропорциональное силе, приложенной к штоку, например, со стороны педали.

 

 

Рис.26. Конструктивные схемы приборов управления подачей воздуха.

 

Перемещение штока, необходимое для срабатывания клапанов, обусловлено необходимой величиной проходного сечения клапанов и невелико. Следовательно, небольшим будет и ход педали. Но природа создала человека таким образом, что если орган управления (педаль, рукоятка и т.п.) не имеет достаточно большого перемещения, то человек сильно ошибается в дозировании усилия, которое нужно прикладывать к этому органу управления. Для устранения указанного недостатка между штоком и его трубчатым окончанием, как показано на рис. 26-в, устанавливают пружину 13. Пружину устанавливают с натягом, который не позволяет ей сжиматься и тем самым уменьшать проходное сечение клапана 9 в начале впуска воздуха в тормозную магистраль, когда давление в полости 5 еще мало. Такое мероприятие несколько уменьшает одно из отрицательных свойств пневматического привода - медленное срабатывание.

Очевидно, что  отличия между кранами, показанными  на рис. 26-б и рис. 24-в, количественные, но на практике их принято считать отличающимися принципиально. Считается, что кран, показанный на рис. 26-б, обладает «следящим действием по силе», а изображенный на рис. 26-в - «следящим действием по перемещению». Термин «следящее действие» в данном случае подменяет более точный термин «отрицательная обратная силовая связь».

Описанные краны  при небольшом усложнении способны решать весьма разнообразные задачи. Если, как показано на рис. 26-г, и другую стенку корпуса крана выполнить в виде поршня 14, взаимодействующего со вторым управляющим штоком, то получится конструкция, позволяющая управлять давлением воздуха в тормозной магистрали от двух сигналов независимо. Поршень 15 в данном случае применен для уравновешивания силы, действующей на поршень 14 со стороны сжатого воздуха в полости 8.

В некоторых  случаях в тормозной магистрали необходимо устанавливать давление не прямо пропорциональное силе, действующей на орган управления, а обратно пропорциональное этой силе. В таких случаях применяют так называемые краны обратного действия (рис. 26-д), содержащие пружину 16. В этой конструкции для срабатывания крана необходимо не нажимать на шток, а вытягивать его. Управляющая сила на штоке в данном случае вычитается из силы пружины 16, поэтому увеличению управляющей силы соответствует снижение суммарной силы, приложенной к поршню 4, и снижение величины давления в полости 5.

Пружина, аналогичная  пружине 13 на рис. 26-в, позволяющая увеличивать ход органа управления при том же ходе штока, ради упрощения на схеме отсутствует.

Не следует  думать, что при полностью отпущенном штоке или при полностью нажатой педали (рис. 26-в) клапан 9 будет обязательно открыт и на выводе II будет такое же давление воздуха, как и на входе III. Если пружины 13 (рис. 26-в) и 16 (рис. 26-д) не делать слишком сильными, то после того, как в полости 5 установится определенное давление, клапан 9 закрывается независимо от величины силы, приложенной к органу управления, и от положения этого органа.

Описанные схемы  конструкций тормозных кранов основаны на использовании двух соединенных стержнем клапанов. Аналогичных результатов можно достичь, применив, как показано на рис. 26-е один плоский клапан 17, взаимодействующий с двумя кольцевыми седлами.

На рис. 27 показана конструкция тормозного крана, управляющего подачей воздуха в двухконтурном тормозном приводе грузового автомобиля. Основу конструкции составляют два плоских клапана 10 и 15, взаимодействующие периферийной частью с седлом корпуса, а внутренней частью с трубчатыми седлами 9 и 16.

Сжатый воздух подводится к вводам I и II от двух независимых ресиверов. Через выводы III и IV воздух подается к тормозным механизмам двух контуров. Вывод V служит для выпуска воздуха при растормаживании. При нажатии на тормозную педаль рычаг 1 через ролик 3, толкатель 4 и тарелку 6 воздействует на резиновый упругий элемент 7 и поршень 8. Седло 9 отсекает выход воздуха в атмосферу, а открывшийся затем клапан 10 позволяет ему поступать к выводу III. Реактивный поршень 8 устанавливает на выводе III давление, пропорциональное силе, действующей на толкатель 4. Одновременно через отверстие 18 воздух поступает к большому поршню 12, который, передавая усилие через малый поршень 13, приводит в действие нижнюю секцию. При нормальной работе обеих секций реактивным элементом нижней секции является поршень 12, который закрывает клапан 15 при давлении воздуха на выводе IV, равном давлению воздуха на выводе III. При отказе нижней секции верхняя сохраняет работоспособность. При отказе верхней секции поршень 12 не перемещается, но винт 5 через заплечики 14 стержня 11 приведет в действие клапан 15. Реактивным элементом нижней секции в этом случае будет поршень 13, имеющий такой же диаметр, как и поршень 8.

 

 

 

Рис. 27. Тормозной кран для двухконтурного тормозного привода.

 

Применение  резинового элемента вместо традиционной стальной пружины объясняется относительной простотой обеспечения нелинейной характеристики. Обеспеченная за счет этого пониженная чувствительность системы при малых усилиях позволяет водителю более точно дозировать интенсивность торможения с малыми замедлениями, что очень важно для сохранения устойчивости автомобиля при его движении по скользкой дороге.

Тарелка 6 своей периферийной частью ограничивает деформацию упругого элемента 7. Нелинейность зависимости давления воздуха на выводах III и IV от хода педали не нарушает линейности изменения указанных давлений при изменении силы, приложенной к плунжеру 4. Винт 2 служит для устранения зазоров при сборке крана.

Использование крана подобной конструкции возможно в подпедальном варианте, когда на толкатель непосредственно воздействует педаль. Это повышает точность управления процессом торможения путем уменьшения зоны нечувствительности за счет снижения трения в приводе, но может создать трудности при компоновке автомобиля.

Особенностью  конструкции является наличие радиального  канала 17 в поршне 12. Этот поршень при большом диаметре имеет малый осевой размер, что создает предпосылки для его перекоса. Чтобы избежать заклинивания, наружную поверхность поршня выполняют бочкообразной. Указанный канал служит для контроля работоспособности этих уплотнений: в случае их отказа при нажатой педали через вывод V будет вытекать воздух.

Для приведения в действие стояночной системы необходим тормозной кран обратного действия. Основу показанной на рис. 28 конструкции составляет двойной плоский клапан 8. Он взаимодействует с седлом поршня 6 и торцом штока 7. Ввод I соединяется с ресивером, вывод II — с тормозной магистралью, а вывод III — с атмосферой. В расторможенном состоянии шток находится в крайнем нижнем положении (для удобства пользования рукояткой на автомобиле кран устанавливается в наклонном состоянии, поэтому на самом деле это положение не является нижним). При нижнем положении штока клапан 8 не соприкасается с седлом поршня 6, вследствие чего ввод I соединен с выводом II и в тормозной магистрали устанавливается такое же давление воздуха, как и в ресивере.

 

 

 

Рис. 28. Тормозной кран обратного действия (для стояночной тормозной системы).

 

При повороте рукоятки она через торцевой кулачок 3 поднимает колпачок 4 штока 7 и сам шток. Поднятие штока приводит к посадке клапана на седло поршня и открытию канала 9, соединяющего тормозную магистраль с атмосферой. Снижение давления воздуха в полости 5 заставит поршень под действием давления воздуха в полости 1 подняться вверх, вследствие чего клапан 8 сядет на торец штока 7 и снижение давления прекратится.

Момент прекращения  вытекания воздуха в атмосферу  зависит в рассматриваемой конструкции не от силы, приложенной к регулирующему элементу (в данном случае штоку), как было в ранее описанной конструкции, а от его положения. В момент закрытия клапана наблюдается равновесие сил, действующих на поршень. Сила давления воздуха в полости 1 уравновешивается суммой силы давления воздуха в полости 5 и силы пружины 2.

Допустим, что  давление воздуха в полости 1 постоянно. Тогда сумма сил, действующих на поршень сверху, будет также постоянна. Но при нахождении штока в нижней части его хода пружина 2 в значительной степени распрямлена и воздействует на поршень слабо. Следовательно, равновесие сил, сопровождающее закрытие клапана, произойдет при высоком давлении воздуха в полости 5. При верхнем же расположении штока сила воздействия пружины на поршень велика, и закрытие клапана произойдет при низком давлении воздуха в полости 5. В крайнем верхнем положении сила пружины будет такова, что клапан вообще не закроется, и в тормозной магистрали установится атмосферное давление.

Рукоятка  описанного тормозного крана имеет  два фиксированных крайних положения. Отпущенная водителем в любом промежуточном положении, она автоматически займет положение, соответствующее расторможенному состоянию тормозной системы.

Борьба за повышение надежности тормозного управления автопоездов привела к необходимости обеспечивать торможение прицепа как при срабатывании любого из контуров рабочей тормозной системы тягача, так и при включении его стояночной системы. Это потребовало применения специальных кранов. На рис. 29 показана такая конструкция, являющаяся, по существу, развитием схемы, приведенной на рис. 26-а.

 

Рис. 29. Специальный тормозной кран для тормозного привода автопоезда.

 

Основу конструкции  составляет двойной клапан 11, взаимодействующий с седлами поршней 7 и 13. Вводы I, III соединены с выходами секций тормозного крана, управляющих двумя контурами тормозного привода тягача. Ввод II соединен с краном стояночной системы, вывод IV - с управляющей магистралью прицепа, ввод V —с ресивером, установленным на тягаче, и, наконец, вывод VI осуществляет связь управляющей магистрали прицепа с атмосферой.

В расторможенном состоянии в полостях А, Б, Д давление равно атмосферному, а в полостях В и Г оно равняется давлению в ресиверах. Отношение площадей поршня 13 и диафрагмы 1 таково, что поршень находится в нижнем положении, прижимаясь к корпусу 14.

При подаче воздуха на ввод I равновесие поршня 13 нарушается он поднимается вверх, клапан 11, садясь на седло 10, отсекает полость Б от атмосферы и, оторвавшись от седла 3, соединяет ее с полостью В. В результате давление в полости Б и управляющей магистрали прицепа начинает подниматься. Возрастающее давление воздуха, воздействуя сверху на поршень 13, заставляет его немного опуститься и закрыть клапан 11, устанавливая в управляющей магистрали прицепа величину давления, соответствующую давлению в полости Д.

При включении  стояночного тормоза давление в  полости Г начинает снижаться, и поршень 13 под действием давления в полости В начнет подниматься, совершая действия, описанные выше. Только давление в полости Б будет в этом случае обратно пропорционально давлению в полости Г.

При подаче воздуха на ввод III кран срабатывает за счет опускания седла 10 поршня 7 и сжатия пружины 12. Поршень 7 установлен внутри большого поршня 6, который воздействует на поршень 7 через предварительно сжатую пружину 9. В начале подачи воздуха на ввод III поршни 6 и 7 опускаются вместе. Ввиду того что диаметр полости А больше диаметра полости Б, малое давление в полости А уравновешивает большее давление воздуха в полости Б, и на этом этапе давление в полости Б растет быстрее, чем давление в полости А. Это обеспечивает опережающее торможение прицепа, предотвращая его «набегание» на тягач и «складывание» автопоезда. После установления в полости Б определенного давления созданная им сила воздействия на поршень 7 становится равной силе пружины 9, и поршень 6 перестает участвовать в регулировании давления в полости Б. Изменившееся соотношение площадей поршней изменяет закон регулирования давления. Винтом 8 устанавливают величину предварительного натяга пружины 9, регулируя величину опережения торможения прицепа.

Привод крана  от ввода I не снабжен системой опережения торможения прицепа, поэтому при одновременной подаче воздуха на вводы I, III из-за большей площади поршня 6 давление в полости Б растет быстрее, чем этого требует давление на вводе I, и поршень 13 остается на месте. При отказе контура тягача, связанного с вводом III, прицеп затормаживается без опережения, в связи с чем при неодинаковой эффективности контуров тягача к вводу III присоединяют более «сильный» контур.

При растормаживании  воздух из управляющей магистрали выходит через вывод VI, а из полости А, Г, Д — через свои тормозные краны (секции).

Каналы 2, 4 и 5 соединяют замкнутые полости с атмосферой для того, чтобы находящийся в этих полостях воздух не препятствовал бы перемещению поршней.

В случае использования  прицепа с однопроводным приводом тормозной системы необходимо иметь  на тягаче соответствующее устройство для управления тормозами такого прицепа. Очевидно, что кран управления однопроводной тормозной системой прицепа должен быть выполнен по схеме, показанной на рис. 26-д, но на шток должно действовать управляемое давление сжатого воздуха.

На рис. 30 показана конструкция такого крана. Ввод I соединен с ресивером, выводы II и III связаны с соединительной магистралью прицепа и атмосферой соответственно. В расторможенном состоянии пружина 7 опускает шток 6 вниз, закрывает клапан 4 и открывает клапан 2. После установления в соединительной магистрали определенного давления (0,5…0,52 МПа) поршень 3 опустится, закрыв клапан 2. Ограниченное по сравнению с давлением в ресивере давление на выводе II необходимо для того, чтобы избежать срабатывания тормозной системы прицепа при колебаниях давления воздуха в сети тягача. Величина этого давления регулируется винтом 1.