Тормозное управление

Недостатком описанного клапана является то, что поршень перемещается только при отказе одного из контуров, то есть в течение длительного времени  он остается неподвижным. За это время  между поверхностью поршня и поверхностью соприкасающихся с ним деталей (в первую очередь имеются в виду резиновые уплотнения и корпус) могут образоваться прочные связи, в результате чего поршень лишится подвижности. Определить это во время движения автомобиля невозможно, данная неисправность обнаружит себя именно в тот момент, когда клапан должен будет сработать. Поэтому такие устройства в перспективных разработках не применяются.

 

                                                        1                    2          3 4  5       6        7

     

Рис. 37. Двойной защитный клапан.

 

В некоторых  случаях возможно применение упрощенных одинарных защитных клапанов (рис. 38). Величина площади мембраны и сила пружины обуславливают относительно низкое давление открытия клапана. Реальное рабочее давление заметно превышает его.

 

Рис.38. Одинарный защитный клапан.

 

В случае обрыва магистрали, питающей контур, воздух из него должен выходить до тех пор, пока давление в контуре не снизится до давления закрытия клапана, обусловленного силой пружины и сечением центрального отверстия клапана. Чтобы повысить надежность клапана, применяют дополнительный обратный клапан.

Исполнительные механизмы  пневматических тормозных приводов.

Основным  типом исполнительных механизмов пневматических тормозных приводов является показанная на рис. 5 и 10 пневматическая камера. Диафрагма такой камеры защемлена между крышкой и корпусом при помощи конических поверхностей хомута. При подаче воздуха через впускной штуцер диафрагма надавливает на тарелку, которая через шток передает усилие и движение рычажно-кулачковому или клиновому устройству, связывающему шток камеры с тормозными колодками. В рабочей полости диафрагменного механизма предусмотрены отверстия для выпуска и впуска воздуха из корпуса и в корпус при перемещении диафрагмы. Камеры просты, надежны, не требуют обслуживания, не изнашиваются, но имеют весьма существенный недостаток. По мере перемещения штока под действием давления воздуха диафрагма занимает положения, вызывающие растяжение периферийной части диафрагмы, которая не участвует в создании полезной силы на штоке.

Поэтому рабочее усилие пневматической камеры с учетом активного (реально работающего) диаметра диафрагмы является переменным и меньшим расчетного. Заметное падение силы на штоке камеры, начинающееся примерно с середины хода штока, уменьшает реальный полезный его ход.

В тех случаях, когда от исполнительного механизма  требуется большой ход, применяют  пневматические цилиндры (рис. 39).

 

 

Рис. 39. Пневматический цилиндр.

 

Пневматические  цилиндры имеют усилие на штоке, не зависящее от его перемещения, и  меньший конструктивный диаметр, но они сложнее, КПД их ниже, они чувствительны  к загрязнению и замерзанию конденсата, поэтому применение их ограничено.

Современные конструкции тормозного управления часто используют в качестве тормозных механизмов стояночной системы колесные тормозные механизмы рабочей системы. Использовать для приведения их в действие непосредственно пневматический привод нельзя, так как из-за всегда имеющихся утечек воздуха он не может поддерживать приводное усилие достаточно долго. В результате на автомобилях с пневматическим тормозным приводом часто используется техническое решение, при котором тормозной механизм включается пружиной, а выключается силой давления рабочего тела (воздуха).

На рис. 40 показано такое устройство, применяемое на автомобилях семейства КамАЗ, совмещенное с обычной пневматической камерой.

 

 

Рис. 40. Пневматическая камера с пружинным аккумулятором.

 

В правой части  рисунка расположена камера 6 с диафрагмой 7 (подвод воздуха к ней на рисунке не показан) и штоком 5, в левой — цилиндр 8 с поршнем 9, пружиной 10 и полым штоком 3.

Для включения  стояночной тормозной системы нужно снизить давление под поршнем (прекратить подачу воздуха из системы), что делается при помощи крана управления с ручным приводом (рис. 28). При выпуске воздуха из полости А полый шток 3 перемещается в направлении сплошной стрелки, и усилие пружины 10 передается на шток 5 тормозной камеры. При этом торец b приближается к упорному подшипнику 4, установленному на конце болта 2. Болт 2 ввернут в гайку 1, приваренную к корпусу камеры (установка подшипника 4 производится после вворачивания болта через свободный конец полого штока). Тормозной механизм удерживается в рабочем состоянии усилием пружины. Поэтому пружину в данной конструкции часто называют аккумулирующей.

Для обеспечения  возможности растормаживания автомобиля при отсутствии в тормозном приводе сжатого воздуха (например, при отказе двигателя), а также для сжатия пружины при ремонте, предусмотрен болт 2. При выворачивании болта 2 упорный подшипник 4 сначала упирается в торец b, а затем начинается перемещение полого штока 3 в направлении штриховой стрелки. Таким образом, с помощью болта 2 производится растормаживание автомобиля при отсутствии в системе сжатого воздуха.

Однако операция растормаживания автомобиля при  помощи подобных болтов весьма трудоемка, особенно если таких механизмов на автомобиле несколько. Поэтому все  чаще применяют устройства, содержащие специальную деталь, расположенную между поршнем и толкателем и при определенном угловом положении связывающую их. Поворотом этой детали можно разомкнуть поршень и толкатель и прекратить воздействие пружины на шток. После появления сжатого воздуха при сжатой пружине обратным вращением указанной детали поршень и толкатель снова соединяют.

Выше отмечалось, что поршневые устройства чувствительны к загрязнению. С другой стороны, зона задних мостов автомобилей, где устанавливаются пневматические камеры с пружинными аккумуляторами, весьма грязная.

Поэтому верхняя  полость цилиндра соединена не с  атмосферой, а при помощи трубопровода — с полостью под диафрагмой, в результате чего при срабатывании поршня воздух в верхнюю полость  цилиндра не засасывается из атмосферы, а нагнетается из полости под  диафрагмой. Так как пружина должна иметь большую длину, ее крайние витки почти всегда делают уменьшенного диаметра.

Типовая схема пневматического  привода тормозного управления.

Типовая схема  пневматического привода тормозного управления показана на рис. 41. Тормозной привод состоит из компрессора 1, регулятора давления воздуха 2, влагоотделителя 3, защитных клапанов 4 и 5, ресиверов 6, 7, 8 и 16, крана стояночной системы 9, двухсекционного тормозного крана 10, тормозных камер 11, задних пружинных энергоаккумуляторов 12, клапана управления тормозными механизмами прицепа 13, соединительных головок 14, позволяющих подключить к тягачу (/ и //) прицеп (///), комбинированного воздухораспределителя 15 прицепа.

Компрессор 1 позволяет осуществить зарядку ресиверов сжатым воздухом при давлении до 1,0 МПа. Объем ресивера выбирают с большим запасом для того, чтобы с полной нагрузкой он работал не более 10—30 % времени движения автомобиля. Ресиверы изготовлены из листовой стали, покрытой противокоррозионной краской.

В настоящее время применяются однопроводной, двухпроводный и комбинированный приводы автопоездов. При однопроводном приводе тягач и прицеп соединены одной пневматической магистралью, В расторможенном состоянии, проходя по этой магистрали сжатый воздух наполняет ресиверы прицепа. При торможении, а также при отрыве прицепа воздух из магистрали выпускается, что вызывает срабатывание установленного на прицепе воздухораспределителя. Последний подает сжатый воздух из ресивера прицепа в его тормозные камеры. Происходит затормаживание прицепа.

В двухпроводном тормозном приводе (рис.39) тягач и прицеп соединены двумя магистралями. По одной из них (питающей или аварийной) сжатый воздух постоянно поступает в ресиверы прицепа. Вторая (управляющая или тормозная) магистраль в расторможенном состоянии связана с атмосферой.

Рис.41. Схема двухпроводного пневматического привода.

 

При торможении тягача сжатый воздух поступает  в управляющую магистраль прицепа. Установленный на прицепе воздухораспределитель срабатывает, и воздух из ресивера прицепа поступает в его тормозные камеры, обеспечивая торможение. Затормаживается прицеп и при отрыве от тягача, так как воздухораспределитель срабатывает и при падении давления в питающей магистрали.

Комбинированный пневматический привод позволяет составлять автопоезд, как по однопроводной, так и по двухпроводной схеме. Такой привод имеет три соединительные магистрали между тягачом и прицепом. Стоимость двухпроводной системы по сравнению с однопроводной несколько выше. Кроме того, двухпроводная система сложнее и менее удобна в обслуживании. Однако повышенное быстродействие и постоянное пополнение запасов сжатого воздуха на прицепах обеспечивают более надежную и эффективную работу системы.

 

6. Регулирование тормозных сил.

При торможении автомобиля происходит перераспределения нагрузки с задней оси на переднюю. Автомобиль как бы клюет вперед. Интенсивность это процесса при отсутствии блокировки колес зависит от массы автомобиля, положения центра массы и величины замедления (отрицательного ускорения) при торможении (рис.1). Тормозная сила, которая развивается в зоне контакта шины с дорогой, определяется нормальной силой (реакцией) колеса на опорной поверхности дороги и коэффициентом сцепления φ. Для обеспечения наиболее эффективного торможения (на пределе блокировки колес) необходимо распределять тормозные силы (тормозные моменты) между передними и задними тормозными механизмами в соответствии с нормальными реакциями колес R_z.

Известно  из теории автомобиля, что реализуемое  в процессе торможения сцепление шин с дорогой определяется отношением тормозной силы F_Т к нормальной реакции дороги R_Z, соответственно, для передних и задних колес. Оптимальным является торможение:

                                              .

Если это  условие не выполняется, например, левая  часть равенства больше его правой части, то первыми блокируются колеса переднего моста и наоборот. Отметим, что упреждающая блокировка передних колес при торможении по соображениям устойчивости автомобиля является предпочтительной.

Для решения  этих задач применяются регуляторы тормозных сил. По условию устойчивости управления автомобилем, как отмечалось выше, они должны обеспечить упреждающую блокировку передних колес в заданном диапазоне значений коэффициента φ, а также достижение независимости режима очередности блокировки от состояния нагруженности автомобиля. Эти регуляторы устанавливают в тормозном приводе задних колес. Регулирующим параметром является прогиб задней подвески. Работа регулятора тормозных сил автомобиля обеспечивается применением упругого привода, соединяющего регулятор с балкой моста и нагружающего его силой, пропорциональной деформации  подвески. Широкое распространение получили два вида привода — с торсионным упругим элементом и пружиной кручения.

Существует  несколько вариантов таких регуляторов, некоторые из которых рассматриваются ниже.

Регуляторы тормозных сил с дифференциальным поршнем.

Одна из наиболее популярных конструкций регулятора тормозных сил, используемая в гидравлическом приводе тормозов, показана на рис.42-а, а ее схема — на рис. 42-б.

Корпус регулятора 4 жестко закреплен на кузове автомобиля и при помощи трубопровода 8 соединен с ГТЦ. Давление в этом трубопроводе равняется давлению в переднем контуре тормозного привода – р₁.

Другой трубопровод 7 соединяет регулятор с тормозными механизмами задних колес. Внутри регулятора находится так называемый дифференциальный поршень 6, имеющий два рабочих диаметра: D и d. Наружный конец стебля поршня 6 через упругий элемент 2, рычаг 1 и серьгу взаимодействует с задней подвеской автомобиля, например с ее балкой 9.

 

Рис. 42. Регулятор давления с дифференциальным поршнем (а) и его конструктивная схема (б).

 

В реальных конструкциях вместо рычага 1 и упругого элемента 2 обычно применяют торсион. Один его конец через серьгу соединен с балкой подвески, а другой воздействует на стебель поршня 2 (рис. 42-а). Помимо поршня 6 регулятор содержит уплотнение 5, поджимаемое к заплечикам корпуса или к втулке пружиной 3.

Регулятор имеет  два режима работы. На первом режиме, когда давление P₁ относительно невелико, поршень 6 силой F_np пружины 2 поднимается вверх и прижимается к корпусу с силой F_коp. Известно, что на тела, находящиеся в замкнутом объеме, внутреннее давление действует со всех сторон равномерно и равнодействующая элементарных сил давления равняется нулю. Из рис. 42 видно, что не подвергается действию внутреннего давления только та часть стебля поршня, которая выходит из корпуса наружу, Поэтому давление Р₁, действуя на площадь S₁ с диаметром d, будет создавать силу, стремящуюся вытолкнуть поршень из корпуса. Составим баланс сил, приложенных к поршню: