Устройство автомобилей




Пневматический привод тормозов



Торможение сжатым воздухом

Пневматический привод широко используется в тормозной системе тягачей, грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе с пневматическим приводом тормозные механизмы включаются за счет использования энергии сжатого воздуха.

Первая пневматическая тормозная система была запатентована американцем Д. Вестингаузом в 1872 году и предназначалась для использования в железнодорожном транспорте. Изобретение пневматического привода стало поистине революционным для железных дорог, обеспечивая надёжное торможение поездов в автоматическом режиме, что позволило существенно увеличить массу и скорость железнодорожных составов.

Для автомобилей пневмопривод тормозов впервые был предложен американским инженером Д. Стартевентом в 1904 г., но в серийном автомобильном производстве стал применяться лишь в сороковых годах прошлого столетия. Причиной, по которой инженеры-конструкторы обратили на пневмопривод более пристальных взор - стремительный рост мощности, производительности и грузоподъемности автотранспортных средств, передвигавшихся, к тому же, все более стремительно. Применявшиеся в те годы гидравлические и механические приводы не могли обеспечить надежное и эффективное торможение тяжелых автомобилей, и уж тем более - автопоездов.

В гидравлическом приводе без специальных усилителей величина тормозных усилий на исполнительных элементах тормозных механизмов лимитируется физическими возможностями человека, а с использованием гидровакуумных и вакуумных усилителей – размерами вакуумной диафрагмы, которая, при необходимости создания значительных усилий, разрасталась до огромных габаритов, негативно влияя на компоновку автомобиля. Кроме того, увеличение усилия, передаваемого гидроприводом, влечет за собой существенное повышение давления жидкости в нем, что создает дополнительную опасность разгерметизации системы, т. е. снижает ее надежность. И если незначительные утечки воздуха в пневмоприводе не влияют на его работоспособность, то для гидропривода они губительны, приводя к отказу системы.

пневмопривод тормозных механизмов

Увеличение интенсивности дорожного движения и возросшие скорости ужесточают требования к тормозным системам автомобилей и автопоездов. Они регламентируются международными требованиями, государственными стандартами и отраслевыми нормативными документами.

По этим причинам на автомобилях полной массой более 9 тонн применяют пневматический привод тормозных механизмов, который может создавать практически неограниченное приводное усилие со стороны тормозных механизмов, обеспечивая эффективное торможение автотранспортных средств любой массы и на любой скорости.

Следует отметить, что пневматические тормозные системы отечественных автомобилей не уступают, а по некоторым показателям даже превосходят аналоги ведущих зарубежных фирм.

***

Преимущества и недостатки пневматического привода

Широкое распространение пневматического привода транспортных средств объясняется целым рядом преимуществ:

  • возможность создания больших разжимных сил на тормозных колодках при малом усилии на педали управления;
  • доступность, дешевизна и безопасность рабочего тела для работы пневмопривода (обычный атмосферный воздух);
  • возможность накопления большого количества потенциальной энергии сжатого воздуха в специальных баллонах-аккумуляторах (ресиверах), позволяющей долго и эффективно тормозить даже при отказе основного источника энергии (компрессора);
  • допустимость незначительных естественных утечек сжатого воздуха из-за негерметичности (незначительные утечки компенсируются запасом сжатого воздуха и компрессором);
  • простота и удобство соединения магистралей при составлении автопоезда;
  • достаточно высокий КПД (0,8...0,85);
  • возможность использования энергии сжатого воздуха для привода различных вспомогательных устройств и оборудования автомобиля (пневматический звуковой сигнал, стеклоочистители, привод дверей автобуса, привод переключения КПП, усилитель сцепления, подкачка шин и т. п.).

Недостатками пневматического привода являются:

  • большое время срабатывания вследствие медленного поступления сжатого воздуха к удаленным воздухонаполняемым объемам через трубопроводы с малым диаметром, а также из-за свойства сжимаемости воздуха (как и любого газа);
  • сложность конструкции и высокая стоимость (особенно многоконтурного привода);
  • большие масса и габариты приборов пневмопривода по сравнению с гидроприводом;
  • существенные затраты мощности на привод компрессора;
  • возможность выхода пневмопривода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и аппаратах при отрицательных температурах.

Обеспечивая высокое усилие, пневматический привод имеет массу, значительно превышающую массу эквивалентного по эффективности гидравлического привода, а также заметно дороже его. Так, например, на одиночном автомобиле марки «КамАЗ» пневмопривод содержит до 25 приборов и аппаратов, до шести ресиверов и примерно 70 м трубопроводов. Очевидно, что стоимость такого привода достаточно высокая.

Время срабатывания пневматического привода весьма продолжительное – у одиночных автомобилей оно составляет 0,4…0,7 сек, а у автопоездов может достигать 1,5 сек. Время растормаживания достигает 1,2 сек.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что по быстродействию пневматический привод в 5…10 раз медленнее гидравлического привода.

***

Общее устройство пневматического привода тормозов

На рис. 1 изображена схема пневматического привода тормозов автомобиля ЗИЛ-433100. Для детального ознакомления со схемой необходимо щелкнуть мышкой по рисунку 1. Увеличенное изображение схемы с пояснениями к номерам позиций откроется в отдельном окне браузера.

Основными элементами пневматического привода являются компрессор 1, ресиверы (воздушные баллоны) 9, 10, 11, 22, 23, хранящие запас сжатого воздуха, кран управления 18, магистрали и исполнительные элементы, воздействующие на разжимные устройства тормозных механизмов. В качестве таких исполнительных устройств обычно используют тормозные камеры 2, 29 диафрагменного типа.

пневматический тормозной привод

Кроме основных элементов, пневматический привод современного автотранспортного средства включает различные дополнительные приборы и устройства, обеспечивающие его надежное функционирование, как в одиночном автомобиле, так и в составе автопоезда.




Все приборы пневматического тормозного привода делятся на следующие группы: питающие, приборы управления, регулирующие, исполнительные.

Питающие приборы подготавливают энергоноситель (сжатый воздух) к работе и распределяют его по контурам. Сюда относятся компрессор с регулятором давления воздуха, устройство, предохраняющее конденсат от замерзания, трубопроводы и различные соединительные элементы, в том числе и для присоединения пневмопривода тягача к пневмоприводу прицепа (полуприцепа).

К приборам управления относятся тормозные краны всех систем (рабочей, стояночной, запасной, вспомогательной), а также краны и клапаны управления тормозными системами прицепа или полуприцепа.

К регулирующим приборам относятся регуляторы тормозных сил, ускорительные клапаны, клапаны быстрого растормаживания.

К исполнительным приборам относятся тормозные камеры и пружинные энергоаккумуляторы.

Принцип действия пневматического привода тормозных механизмов достаточно прост – при торможении автомобиля (нажатие на тормозную педаль) кран соединяет ресиверы с магистралями, устанавливая в них давление воздуха, пропорционально силе, приложенной водителем к тормозной педали. При снятии усилия с тормозной педали кран отсоединяет магистрали от ресиверов и соединяет их с окружающей средой, выпуская сжатый воздух из системы.
Подобно гидравлическому, пневматический привод разделяется на контуры, причем каждый отдельный контур оснащается своим ресивером с запасом сжатого воздуха и управляется отдельной секцией крана. Это необходимо для повышения надежности привода и сохранения управляемости автомобилем в случае разгерметизации или отказа одного из контуров.

Одноконтурный пневматический привод прост по конструкции, но современные требования к безопасности движения исключают его использование на автомобилях из-за низкой надежности. Поэтому на современных автомобилях применяются многоконтурные приводы, и помимо двух обязательных контуров рабочей тормозной системы применяют несколько независимых контуров других тормозных систем.
Так, пневматический тормозной привод автомобиля КамАЗ-4310 имеет шесть независимых контуров:

  • контур питания потребителей сжатым воздухом;
  • контур привода тормозных механизмов передних колес;
  • контур привода тормозных механизмов задних колес;
  • контур привода стояночной тормозной системы;
  • контур привода вспомогательной тормозной системы;
  • контур аварийного растормаживания стояночной тормозной системы.

Кроме того, имеется целый ряд приборов, обеспечивающих работу привода тормозных механизмов прицепа и осуществляющих контроль над состоянием элементов тормозного привода.
Аналогичной тормозной системой осуществляются современные модели автомобилей ЗиЛ, МАЗ, КрАЗ и др.

***

Особенно удобен пневматический привод для использования на автопоездах. Исполнительные механизмы привода тормозной системы прицепа (или полуприцепа) питаются от установленных на них отдельных ресиверов посредством дополнительного крана, который называется воздухораспределителем.

пневматический привод тормозов

Соединение тормозных систем тягача и прицепа может быть однопроводным или двухпроводным.
При однопроводном приводе прицеп соединен с тягачом с помощью одной магистрали, через которую осуществляется как наполнение ресиверов прицепа сжатым воздухом, так и передача на прицеп команд на торможение с заданной водителем интенсивностью.
Преимуществом однопроводного тормозного привода прицепных автотранспортных средств является его простота, а также то, что при отрыве прицепа от тягача он автоматически, без применения дополнительных устройств, затормаживает прицеп вследствие того, что давление в разорвавшейся соединительной магистрали падает до нуля.

В двухпроводном приводе посредством одной магистрали, связывающей тягач с прицепом (полуприцепом), постоянно пополняется запас сжатого воздуха в ресиверах прицепа. Эта магистраль называется питающей. Другая магистраль (управляющая) управляет воздухораспределителем прицепа. Давление воздуха в управляющей магистрали изменяется пропорционально изменению давления в тормозных магистралях тягача.

Двухпроводный привод обладает рядом преимуществ по сравнению с однопроводным:

  • обеспечение лучшего согласования торможения тягача и прицепа благодаря одинаковому давлению сжатого воздуха в ресиверах тягача и прицепа:
  • повышение эффективности работы тормозов прицепа и уменьшение времени их срабатывания;
  • при частых торможениях тормозная система прицепа с двухпроводным приводом эффективно пополняет запас сжатого воздуха в ресивере, поддерживая постоянство рабочего давления.

Автомобильные фирмы США, а также большинства европейских стран применяют на прицепах двухпроводный привод тормозных систем. В Германии получил распространение комбинированный привод (одно- и двухпроводный), а отдельные фирмы Великобритании и Франции используют трехпроводной привод управления тормозами прицепа. При этом третий контур используется в качестве запасного контура тормозной системы прицепа.

Клапаны управления тормозными системами прицепов с двухпроводным приводом и с однопроводным приводом являются аппаратами управления тормозными системами прицепов. Они устанавливаются на автомобилях-тягачах.

***

Комбинации тормозных приводов

На длиннобазовых автомобилях и тягачах большегрузных автопоездов часто используются комбинированный гидропневматический привод тормозных механизмов. В таком приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия сжатого воздуха, а передача их к тормозному механизму осуществляется жидкостью.
Использование гидропневматического привода позволяет увеличить скорость его срабатывания, но приводит к усложнению конструкции тормозной системы.

Некоторые прицепы могут снабжаться электромагнитным клапаном, который служит для управления подачей сжатого воздуха к тормозным камерам, выполняя функцию крана-распределителя, а также для включения тормозной системы прицепа при торможении автомобиля вспомогательной тормозной системой (моторным или специальным тормозом-замедлителем). При подаче электрического сигнала электромагнитному клапану от тягача он обеспечивает поступление сжатого воздуха из ресивера к тормозным камерам, а при прекращении управляющего сигнала открывает доступ магистрали к внешней среде, сбрасывая давление в ней.
Такая конструкция относится к электропневматическим комбинированным тормозным приводам.

***

Комбинированный тормозной привод
Многоконтурный пневматический тормозной привод