Как работают пневматические тормоза

Разновидности

Тормоза на авто применяться начали сразу с момента появления машин. Первые системы были примитивными и простыми, но со своей задачей справлялись, поскольку и скорость движения автотранспорта была невысокой. По мере усовершенствования авто дорабатывались и тормоза. Также были разработаны различные виды тормозных систем со своими конструктивными отличиями и особенностями.

В целом, все виды тормозных систем, используемых на транспорте можно разделить по категориям:

1. Назначение
2. Тип привода
3. Устройство рабочих механизмов

Поскольку эта система должна осуществлять ряд функций, то в конструкции авто применяется несколько видов тормозов, и у каждого из них свое назначение.

Виды по назначению

На легковых машинах применяется два вида тормозов – рабочий и стояночный. Дополнительно же на автотранспорте могут применяться еще резервный и горный тормоза.

Рабочим осуществляется замедление машины вплоть до полного прекращения движения. Особенность их работы заключается в том, что скорость замедления зависит от силы нажатия на тормозную педаль.

Стояночный тормоз, как понятно из названия, предназначен для обездвиживания авто на стоянке. Благодаря ему колеса блокируются, и машина не сможет самовольно откатиться.

Резервный тормоз, еще называют аварийным. Нужен он для обеспечения остановки авто при поломке рабочей системы. На легковых моделях обычно резервного тормоза как отдельно стоящей системы нет, а его функцию выполняет стояночный тормоз.

Горный тормоз применяется на грузовиках. Суть его заключается в принудительном сбросе оборотов двигателя при движении с горы, что позволяет замедлить авто без использования рабочего тормоза, чтобы исключить перегрев и отказ рабочих механизмов.

Типы привода

Существующие виды тормозных систем различаются и по типу привода. В задачу привода входит передача усилия рабочие механизмы или выполнение определенных действий с их составными частями.

Их можно разделить на:

1. Механический
2. Гидравлический
3. Пневматический
4. Комбинированный

В механическом типе водитель воздействует на рабочие узлы посредством систем тяг, тросов и рычагов. Для рабочих тормозов этот тип привода обычно не используется, зато он нередко применяется на стояночном тормозе.

Гидравлический – самый распространенный на легковушках привод. Построен он на физическом свойстве жидкости — несжимаемости. Это позволяет использовать жидкость для передачи усилия на рабочие механизмы.

Устройство простейшей системы тормозов

Пневматический привод применяется на грузовиках. Здесь основным рабочим телом выступает сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Водитель же нажимая на педаль, открывает каналы, по которым воздух подается в специальные камеры связанные с рабочими механизмами.

Комбинированные приводы обычно используются на спецтехнике. Такой привод может включать в себя конструктивные элементы перечисленных типов приводов. К примеру, он может быть гидромеханическим, электромеханическим и т. д.

Разновидности рабочих механизмов

Рабочие механизмы воздействуют на колеса, обеспечивая замедление их вращения. То есть, это основные элементы тормозной системы. Они могут быть ленточными, дисковыми и барабанными. Первый тип практически не используется и его можно встретить только на спецтехнике. Суть работы его сводится к тому, что на оси, которая передает вращение на колесо, сделан барабан, с одетой на нем лентой. При торможении водитель воздействует на ленту, натягивая ее, и за счет трения скорость вращения барабана замедляется.

Дисковые механизмы – одни из самых распространенных на легковых машинах. Здесь основным рабочим элементом выступает диск, жестко посаженный на колесную ступицу. Привод системы связан с суппортом, установленном на тормозном диске. В нем установлены фрикционные колодки. При торможении посредством суппорта осуществляется прижим колодок к диску, и трение между ними замедляет вращение ступицы.

В барабанных тормозах вместо диска используется барабан, посаженный на ступицу. Внутри него на неподвижной части ступицы размещены две колодки в виде полумесяцев. При торможении привод обеспечивает разжатие колодок, в результате они прижимаются к барабану и замедляют его вращение.

ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ КОЛЕС

Колесный тормозной механизм, как мы уже отмечали ранее, имеется на каждом колесе. Он предназначен для снижения скорости вращения колеса вплоть до полной его остановки за счет силы трения, возникающей между тормозными колодками и тормозным диском либо тормозным барабаном. В настоящее время автомобили оснащаются тормозными системами двух видов: дисковыми или барабанными, причем на одной машине могут использоваться тормоза как одного, так и одновременно двух видов. Например, на многих моделях ВАЗ, АЗЛК, «Форд», «Опель» и др. спереди стоят дисковые тормоза, а сзади — барабанные.

Барабанный тормозной механизм включает в себя тормозной барабан (рис. 3.12), тормозной цилиндр, тормозной щит, тормозные колодки (2 штуки) и стяжные пружины.

На колесной балке крепится тормозной щит, на котором установлен рабочий тормозной цилиндр. При нажатии на педаль тормоза поршни в тормозном цилиндре расходятся в стороны и оказывают давление на тормозные колодки, изготовленные в виде полуколец. Под воздействием такого давления тормозные колодки прижимаются к внутренней поверхности тормозного барабана (на который сверху надето колесо), замедляя его вращение вплоть до полной остановки.

Когда торможение нужно прекратить, водитель перестает нажимать на педаль тормоза. Соответственно, усилие на тормозные колодки больше не передается и стяжные пружины возвращают их в первоначальное положение. Колодки больше не касаются тормозного барабана, трение между ними и барабаном отсутствует и колесо получает возможность свободно вращаться.

Что касается дискового тормозного механизма (рис. 3.13), то он устроен несколько иначе и содержит следующие элементы: тормозной диск, тормозной суппорт, тормозной цилиндр (один или два) и тормозные колодки (2 штуки).

В данном случае на поворотном кулаке колеса устанавливается суппорт, внутри которого располагается тормозной цилиндр (один или два — это зависит от модели автомобиля), а также две тормозные колодки. Колодки расположены одна напротив другой так, что они находятся по разные стороны тормозного диска. Другими словами, диск располагается между тормозными колодками, при этом он вращается вместе с колесом, с которым жестко связан.

При нажатии тормозной педали из рабочих тормозных цилиндров выходят поршни и оказывают давление на тормозные колодки, которые с двух сторон прижимаются к тормозному диску. Под воздействием возникшей силы трения диск (а вместе с ним и колесо) замедляет вращение, и автомобиль останавливается. Для прекращения торможения нужно отпустить педаль тормоза. В результате поршни тормозного цилиндра вернутся в первоначальное положение, и больше не будут давить на тормозные колодки, которые, в свою очередь, «разжимаются» и «отпускают» тормозной диск. Следовательно, колесо вновь получает возможность свободного вращения.

Отметим, что тормозные колодки являются расходным материалом: из-за постоянного трения они изнашиваются, и тогда их следует заменить. Дисковые колодки нужно менять в среднем через 15 000-25 000 километров пробега, а барабанные — примерно через 50 000-60 000 километров (но они могут прослужить и больше).

Стояночная тормозная система легковых автомобилей

Предназначение ручного, или стояночного тормоза — это удержание авто на стоянке, даже под определённым уклоном. По-простому, чтобы он не уехал самостоятельно после парковки. Также его называют парковочным тормозом, опытные водители часто называют просто ручником. В экстренной ситуации, при поломке основной системы торможения ручник допустимо использовать для уменьшения скорости и остановки транспорта. Стояночный тормоз приводится в действие посредством рукоятки усилием руки водителя, иногда ногой с помощью специальной педали (ножной стояночный тормоз). Чтобы обеспечить эффективную работу парковочного тормоза оптимально располагать его тормозные элементы на наиболее нагруженной оси либо нескольких осях при необходимости. В основном это задняя ось транспортного средства. Тип привода — механический, рукояткой водитель натягивает тросик, он притягивает колодки к барабану либо диску посредством тягового механизма. Также встречается электропривод, от водителя требуется только нажать на соответствующую кнопку.

Основные составляющие пневматической тормозной системы

Обсуждаемая тормозная система делится на несколько основных составляющих, благодаря которым весь узел может функционировать должным образом. Естественно, приведенный ниже список механизмов является неполным, но в нем, как уже говорилось, будет самое главное:

• Привод управления — данная тормозная система подразумевает под приводом управления наличие элементов пневмопривода. При помощи этих частей, осуществляется автоматическое или намеренное регулирование некоторых частей энергетического привода, о котором поговорим в следующем пункте.
• Энергетический привод — этот механизм пневматической тормозной системы представляет из себя набор элементов (деталей) благодаря которым происходит обогащение воздухом, находящимся под давлением, привода управления. Таким образом, механизмы представленные в первых двух пунктах (этом и предыдущем), так сказать дополняют один другого.
• Тормоз — самое «центровое» устройство! Именно здесь, в этом механизме сосредоточены все силы, сопротивляющиеся дальнейшему движению машины в какую-либо сторону. Тормоз бывает нескольких разных типов:

1. Фрикционный — останавливающая величина появляется во время соприкосновения двух частей транспортного средства, которые движутся, друг другу навстречу.
2. Электрический — те же самые силы трения возникают под воздействием электромагнитного поля, но при этом объекты не соприкасаются.
3. Гидравлический — тут опять-таки присутствуют два объекта, идущие навстречу один другому, но взаимодействие происходит при возрастании давления в жидкости между ними.
4. Моторный — тормозящая величина возрастает в результате того, что двигатель искусственным образом повышает тормозящее действия, при этом кинетика передается прямиком на колеса машины.

• Компрессор — с подобным устройством многие встречались в бытовых ситуациях, не относящихся к машинам. По сути, это воздушный насос, отвечающий за то, чтобы тормозная система получала необходимые количества воздуха, а также регулирующий давление внутри системы. В составе этого механизма присутствует регулятор давления, на который и возлагается миссия слежения и управления подачей сжатого кислорода компрессором, для того чтобы значения колебались в строго заданных разработчиками пределах. Если показания датчика нарушаются, система может не выдержать и дать сбой, вследствие чего, есть шанс появления неисправности в тормозной системе грузовика.
• В компрессоре также присутствует подсушиватель воздуха, основной задачей которого является подготавливать воздух непосредственно для пневмосистемы, убирая из него излишние молекулы влаги, испарения от воды, а также других вредоносных примесей, таких как масляные отложения и прочее.

Стоит также сказать, что подавляющее большинство современных осушителей объединяют в себе помимо основных функций, еще и регенерирующую, а это значит, что в их комплектующие также входит и ресивер.

Тормозная система может быть снабжена еще одним интересным агрегатом, однако он задействуется далеко не везде, и имеет место быть в основном в серьезных комплектациях, называется он предохранителем от замерзаний. Принцип его работы и назначение очень просты, в холодное время года, данный девайс помешивает в баллоны со сжатым воздухом специальный химический состав. Таким образом, конденсат, который в любом случае будет присутствовать на деталях системы, не будет замерзать и создавать дополнительные проблемы.

Влияние температурных параметров на работу мотора

За один рабочий цикл температура в цилиндрах ДВС изменяется от 80…120 градусов Цельсия во время впуска горючей смеси до 2000…2200 градусов Цельсия в процессе ее сгорания. При этом силовой агрегат достаточно сильно нагревается.

Если мотор во время работы охлаждается недостаточно интенсивно, то его детали сильно нагреваются и изменяются в размерах. Значительно уменьшается (из-за выгорания) и объем моторного масла, залитого в картер. В итоге увеличивается трение между взаимодействующими деталями, что приводит к их быстрому износу или даже заклиниванию.

Однако и переохлаждение ДВС отрицательно сказывается на его работе. На стенках цилиндров холодного двигателя происходит конденсация паров топлива, которые, смывая слой смазки, разжижают моторное масло, находящееся в картере.

Для исключения негативных последствий, связанных с нарушением теплового режима, системы охлаждения проектируются так, чтобы исключить перегрев и переохлаждение мотора в процессе эксплуатации.

В результате химические свойства последнего ухудшаются, что способствует:

• увеличенному расходу моторного масла;
• интенсивному износу трущихся поверхностей;
• падению мощности силового агрегата;
• увеличению расхода горючего.

Об использовании пневмосистем

С развитием технологий пневматические системы были значительно усовершенствованы, стали менее громоздкими, более быстрыми и точными. Теперь элементы пневматической системы отличаются быстротой реакции, повышенной точностью работы и управляются сложной электроникой, контролирующей практически все параметры – от клиренса до давления в пневматических баллонах, что обеспечивает плавный ход и отличную управляемость транспортного средства.

Подвеске автомобиля зачастую уделяется недостаточно внимания. Необходимо понимать, что подвеска напрямую влияет на комфорт, безопасность и управляемость Вашего автомобиля. Амортизаторы и пружины смягчают неровности на дороге, поглощая все колебания, толчки и удары колес автомобиля.

При использовании пневматической подвески стандартные пружинные амортизаторы заменяются пневматическими. Пневматические баллоны представляют собой жесткие подушки из резины и пластика, в которые нагнетается определенное давление для обеспечения заданного клиренса.

Назначение пневматической подвески аналогично назначению обычной подвески, однако это их единственное сходство. Современная пневматическая подвеска представляет собой усовершенствованную систему с воздушным компрессором, датчиками и электронным управлением, которая имеет целый ряд преимуществ перед стандартной подвеской. Например, возможность быстрой регулировки клиренса и адаптации к различным дорожным условиям и различной загруженности транспортного средства.

Любая пневматическая система как с ручным, так и с электронным управлением, установленная любителем или специалистом, позволяет уменьшить клиренс автомобиля, придав тем самым ему отличный внешний вид, а также помогает выровнять авто при перевозке тяжелых грузов или просто улучшить комфорт при езде на «Детроитском уличном монстре».

Схема дисковых тормозов

Дисковый тормозной механизм состоит из тормозного диска, который закреплен на колесе и вращается вместе с ним, двух неподвижных колодок, которые установлены внутри суппорта по обе стороны от тормозного диска.

Суппорт крепится на кронштейне. На суппорте, в его пазах также крепятся рабочие цилиндры, которые во время торможения прижимают тормозные колодки к диску.

Тормозные колодки после отпускания педали тормоза возвращаются в исходное положение пружинными элементами.

Тормозной диск в процессе торможения, под воздействием сил трения сильно нагревается. Охлаждение тормозных дисков происходит за счет конвективного омовения потоком воздуха. Для улучшения отвода накапливаемого диском тепла в нем делаются специальные отверстия и в этом случае диск является вентилируемым. Для еще большего повышения эффективности процесса торможения и нивелирования последствий перегрева диска на спортивных и скоростных автомобилях устанавливают тормозные диски, изготовленные с применением специальных керамических материалов.

Тормозной привод служит для обеспечения управления всеми составляющими тормозного механизма. В современных тормозных системах применяются такие типы тормозных приводов: механический, пневматический, гидравлический, электрический и комбинированный.

Механический привод применяется в стояночной тормозной системе (ручник). Механический привод — это система тяг, тросов и рычагов, которые служат для соединения рычага стояночного тормоза с тормозным механизмом задних колес автомобиля.

Существует также система механического привода стояночного тормоза, приводимая в действие с помощью ножной педали.

Гидравлический привод является наиболее распространенным типом привода в рабочей системе тормозов. Конструкция гидравлического привода включает: педаль тормоза, главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов, рабочие цилиндры, шланги и трубопроводы.

Принцип работы гидравлического привода тормозов описан чуть выше.

Для обеспечения надежности тормозной системы работа гидравлического привода организуется по двум (как правило) независимым контурам. При поломке одного контура, его функции берет на себя другой контур. Рабочие контуры могут дублировать функции друг-друга либо выполнять часть какую-то часть функций второго контура. Возможно также и выполнение каждым контуром строго своих функций. Наиболее распространенной является диагональная схема работы контуров.

Пневматический привод используется преимущественно в тормозной системе грузовых автомобилей.

Комбинированный тормозной привод, как следует из названия, представляет собой сочетание (комбинацию) двух видов привода (электропневматический, например).

Далее скажем пару слов о дополнительных системах, которые делают автомобиль более безопасным…

Анти-блокировочная система ABS, предназначается для предотвращения блокирования колес автомобиля во время очень сильного нажатия на педаль тормоза, что позволяет избежать движения юзом, и сохранить контроль над автомобилем. В состав системы ABS (Antilock Brake System) входят три элемента – это датчик измерения скорости, который устанавливается на каждом колесе, модулятор давления тормозной жидкости и блок управления системой ABS.

Система TCS создана на основе системы ABS и предназначена для предотвращения пробуксовывания колес во время слишком резкого старта или на скользкой дороге. Система (Traction Control System) существует и под названиями: ASR, ASC, ETS. Она отличается от системы ABS только наличием модифицированного блока управления.

ESP. Еще одной полезной системой, которая может устанавливаться на автомобиле, является система электронной стабилизации колес ESP. Эта система работает в повороте, причем его угол и скорость не имеют значения, при возникновении заноса задней оси автомобиля, ESP (Electronic Stability Program) обеспечивает подтормаживание переднего наружного колеса. В такой ситуации образуется стабилизирующий момент, возникающий между колесами автомобиля, который возвращает движущийся автомобиль на безопасную траекторию.

Смазка и охлаждение

Пневматический тормозной привод имеет комбинированную систему смазки. Масло подается из главной магистрали по трубе во внутреннюю часть коленчатого вала. Шатунные подшипники помещены в антифрикционный раствор и смазываются принудительно. Остальные элементы получают масло способом разбрызгивания. Отработка из картера отправляется в емкость двигателя через специальный отвод.

Система охлаждения компрессора пневматического привода – жидкостного типа. Она связана с аналогичным узлом силового агрегата. Когда один из поршней опускается в нижнее положение, создается разряжение и воздух поступает в него путем очистителя и впускного клапана. После подъема поршня происходит сжатие воздушной смеси, далее она поступает через клапан в баллоны и основную систему. Затем весь процесс повторяется.

Показатель давления воздуха ограничивается специальным регулятором, который снижает затраты мощности мотора на привод компрессора, что увеличивает рабочий ресурс узла. Конструкция с регулятором размещена под клапанами, содержит пару плунжеров и уплотнителей с толкателями. Плунжерное коромысло соединяется пружиной, полость под впускными клапанами агрегирует с трубопроводом очистителя, а плунжерный канал с контроллером давления.

Основной тормоз, устройство

Данная система работает при движении грузовика. Это пневматические тормоза. Они имеют два рабочих контура. Тележки тормозов работают отдельно для передней пары колес и для задней. Водитель управляет действием тормозной системе посредством педали.

Главный тормоз состоит из барабана, опорного диска, колодок со специальными фрикционными насадками, эксцентриковых осей, пружин, разжимного кулака и регулировочного рычага.

Барабан изготовлен из чугунного сплава. Он расположен на шпильках, которые крепят колеса. Чтобы он был прочно зафиксирован на оси, его крепят тремя винтами. Суппорт изготовлен методом штамповки. Он установлен на фланце тележки. На переднем мосту диск прикручен к корпусу кулака и оснащен кронштейном осей, к которым монтируются колодки, изготовленные методом сварки. Они усилены при помощи ребер. К колодкам приклепаны специальные серповидной формы фрикционные накладки. Колодка сделана таким образом, чтобы одним концом монтироваться на ось эксцентрика, а со второго ее конца есть специальный ролик. Колодки установлены на осях, которые имеются в кронштейне суппорта. Для фиксации используются гайки.

Стяжная пружина помогает колодкам вернуться после использования в базовое положение. Также для этих целей тормозная система КамАЗа оснащена разжимным кулаком. Вал его смонтирован в кронштейнах на специальных втулках.

Тормоза работают в самых разных условиях. Для того чтобы уберечь систему от дорожной грязи, механизм защищен специальным щитком.

Вакуумный усилитель тормозов

Чем большей становилась масса автомобиля, тем большее усилие требовалось приложить к педали тормоза, чтобы достаточно эффективно снизить скорость или остановить автомобиль. Было бы непростительной ошибкой не использовать те физические процессы, которые происходят во время работы двигателя. Ошибки не совершили — установили вакуумный усилитель. Почему вакуумный? Он использует разрежение, создаваемое во впускном коллекторе двигателя. Устройство такого усилителя несложное (рисунок 7.7): есть корпус, разделенный диафрагмой на две камеры – вакуумную и атмосферную. На штоке педали тормоза, внутри усилителя, установлен следящий клапан (Для простоты восприятия на рисунке 7.7 следящий клапан не показан), открывающий или перекрывающий доступ атмосферного давления в атмосферную камеру. Кроме того, установлена возвратная пружина диафрагмы усилителя. После усилителя последовательно установлен главный тормозной цилиндр.

Рисунок 7.7 Вакуумный усилитель тормозов в сборе с педалью и главным тормозным цилиндром.

Примечание
В силу различных конструктивных особенностей двигателей разрежение может подводиться не только от впускного коллектора, но и от специального вакуумного насоса. Например, для всех дизельных двигателей используется вакуумный насос, поскольку у них разрежение во впускном коллекторе небольшое.

Как это работает? Довольно просто: в исходном положении (когда тормозить никто не собирается) давление в обеих камерах одинаковое и равно давлению, создаваемому во впускном коллекторе. Как только возникнет необходимость затормозить, необходимо будет нажать на педаль тормоза — перемещение педали передастся через толкатель к следящему клапану. Клапан перекроет канал, который соединяет атмосферную камеру с вакуумной. Дальнейшее перемещение соединит атмосферную камеру с атмосферой. Возникнет перепад давления, который начнет воздействовать на диафрагму и перемещать ее, преодолевая усилие возвратной пружины, а диафрагма, в свою очередь, будет перемещать шток поршня главного тормозного цилиндра.

Примечание
Такая конструкция вакуумного усилителя обеспечивает значительное дополнение усилия (усилие может достигать пятикратного увеличения) на штоке поршня главного тормозного цилиндра, которое пропорционально усилию на педали тормоза. Если проще — чем сильнее вы будете давить на педаль, тем сильнее и эффективнее будет работать вакуумный усилитель.

Как только водитель отпустит педаль тормоза, атмосферный клапан перекроется, давление в обеих камерах усилителя выровняется, а диафрагма вернется в исходное положение под действием возвратной пружины.

Проверки вакуумного усилителя

Важно знать, что, садясь за рабочее место водителя, следует всегда проверять техническое состояние вакуумного усилителя. Как это сделать? Элементарно…

Для проверки работы вакуумного усилителя тормозов необходимо выполнить следующие процедуры:

Для проверки работы вакуумного усилителя тормозов необходимо выполнить следующие процедуры:

1. Запустить двигатель на 1-2 минуты, а потом заглушить его. Если при первом нажатии на педаль тормоза педаль нажата полностью, но при последующих нажатиях ход педали становится больше с каждым нажатием, значит усилитель работает правильно. Если высота хода педали остается неизменной, значит усилитель работает нормально.

Рисунок 7.8 Иллюстрация к п. 1.

2. При неработающем двигателе нажать на педаль тормоза несколько раз. Потом нажать на педаль тормоза и запустить двигатель. Если педаль движется вниз незначительно, это является нормальной работой усилителя. Если движение педали не изменяется, усилитель неисправен.

Рисунок 7.9 Иллюстрация к п. 2.

3. При работающем двигателе, нажать на педаль тормоза и потом остановить двигатель. Удерживать педаль нажатой около 30 секунд. Если высота педали не изменяется, усилитель работает нормально, если педаль поднимается — усилитель неисправен.

Рисунок 7.10 Иллюстрация к п. 3.

Выполнить три теста, описанных выше. Если хотя бы один тест из трех не соответствует нормальной работе, проверить обратный клапан, вакуумный шланг и усилитель на наличие повреждений.