MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2010
LUKÁŠ STAŇA
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Konstrukce brzdových soustav Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Vypracoval: Lukáš Staňa Brno 2010
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma KONSTRUKCE BRZDOVÝCH SOUSTAV vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně
dne…………………………………… podpis bakaláře………………………
PODĚKOVÁNÍ Tímto chci poděkovat panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za ochotu, čas strávený při konzultacích, za připomínky a odborné vedení při zpracovávání bakalářské práce.
ANOTACE Ve své bakalářské práci popisuji konstrukci brzdových soustav a částí, ze kterých se skládají. Objasňuji princip funkce bubnových a kotoučových brzd. Důležitým úsekem práce je uvedení zákonných předpisů a požadavků na brzdy vozidel. Dále se podrobněji věnuji charakteristice konstrukce a funkci soustav nákladních automobilů, autobusů a traktorů, přičemž se zaměřuji na vysvětlení dynamiky brzdění traktoru. Na závěr vysvětluji význam nejpoužívanějších brzdových elektronických systémů, které se v dnešní době aplikují. Klíčová slova: brzda, brzdová soustava, retardér, kotoučová brzda, bubnová brzda, ABS, ASR, EDS, RBS, EBD, BAS, ESP.
ANNOTATION In my thesis I describe the constructions of brake systems and parts which they are composed. I explain the principles of function of drum brakes and disc brakes. Important part of this work was the introduction of legislation and requirements for vehicles braking system. Then I focus on more detailed description of construction and function of trucks, buses and tractor systems. I explain the dynamics of braking traktor. At the conclusion I describ the most widely used of electronic braking systems which we use at this time. Keywords: brake, brake system, retarder, disc brake, drum brake, ABS, ASR, EDS, RBS, EBD, BAS, ESP.
ZADÁNÍ
OBSAH 1
ÚVOD ................................................................................................................... 11
2
CÍL PRÁCE ......................................................................................................... 12
3
ZÁKLADNÍ PRVKY BRZOVÉ SOUSTAVY.................................................. 13
4
3.1
Dynamika brzdění............................................................................................. 13
3.2
Ústrojí pro dodávku energie ............................................................................. 14
3.3
Zdroj energie..................................................................................................... 15
3.4
Ovládací ústrojí................................................................................................. 15
3.5
Převod brzdy ..................................................................................................... 15
3.6
Brzda ................................................................................................................. 15
ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV ........................................................ 15 4.1
4.1.1
Provozní brzda ........................................................................................ 15
4.1.2
Parkovací brzda ....................................................................................... 16
4.1.3
Nouzová brzda ........................................................................................ 16
4.1.4
Samočinná brzda ..................................................................................... 16
4.1.5
Zpomalovací brzda .................................................................................. 16
4.2
5
Podle účelu použití ........................................................................................... 15
4.1.5.1
Motorová výfuková brzda ................................................................ 17
4.1.5.2
Elektromagnetická brzda.................................................................. 17
4.1.5.3
Hydrodynamická brzda .................................................................... 18
4.1.5.4
Elektromotor jako brzda................................................................... 19
4.1.5.5
Aerodynamický retardér................................................................... 19
Podle způsobu přenosu ovládací síly ................................................................ 20
4.2.1
Přímočinná brzdová soustava .................................................................. 20
4.2.2
Brzdová soustava s posilovačem ............................................................. 20
4.2.3
Strojní brzdová soustava ......................................................................... 20
ZÁKONNÉ POŽADAVKY ................................................................................ 20
5.1 6
Předpis EHK ..................................................................................................... 20
TŘECÍ BRZDY ................................................................................................... 22 6.1
Bubnové brzdy .................................................................................................. 22
6.1.1
6.1.1.1
Brzda jednonáběžná (SIMPLEX) .................................................... 24
6.1.1.2
Brzda dvounáběžná (DUPLEX) ....................................................... 25
6.1.1.3
Brzda dvounáběžná obousměrná (DUO-DUPLEX) ........................ 25
6.1.1.4
Brzda se spřaženými čelistmi (SERVO) .......................................... 26
6.1.1.5
Brzda dvounáběžná se spřaženými čelistmi (DUO-SERVO) .......... 26
6.1.2
6.2
Konstrukce bubnových brzd ................................................................... 27
6.1.2.1
Brzdový buben ................................................................................. 27
6.1.2.2
Brzdové čelisti.................................................................................. 27
6.1.2.3
Rozpěrné zařízení ............................................................................. 28
6.1.2.4
Zařízení pro seřízení brzdových čelistí ............................................ 28
6.1.2.5
Brzdové hadice ................................................................................. 29
6.1.2.6
Brzdová kapalina.............................................................................. 29
Kotoučové brzdy............................................................................................... 29
6.2.1
Druhy kotoučových brzd ......................................................................... 30
6.2.1.1
Kotoučová brzda s pevným třmenem ............................................... 30
6.2.1.2
Kotoučová brzda s volným třmenem ............................................... 31
6.2.2
7
Druhy bubnových brzd ............................................................................ 24
Konstrukce kotoučových brzd................................................................. 32
6.2.2.1
Brzdové kotouče............................................................................... 32
6.2.2.2
Brzdové obložení ............................................................................. 32
6.2.2.3
Brzdový třmen s pístky .................................................................... 33
6.2.2.4
Seřízení vůle kotoučové brzdy ......................................................... 34
BRZDOVÉ SOUSTAVY .................................................................................... 34 7.1
Brzdová soustava nákladních vozidel............................................................... 34
7.1.1
7.1.1.1
Regulátor tlaku ................................................................................. 35
7.1.1.2
Kompresor ........................................................................................ 36
7.1.1.3
Vysoušeč vzduchu ............................................................................ 36
7.1.1.4
Čtyřokruhový pojistný ventil ........................................................... 37
7.1.1.5
Odkalovací ventil ............................................................................. 37
7.1.1.6
Brzdiče ............................................................................................. 37
7.1.1.7
Brzdové válce ................................................................................... 37
7.1.1.8
Automatický zátěžový regulátor ...................................................... 38
7.1.2
Vzduchokapalinová brzdová soustava .................................................... 39
7.1.3
Hydraulická strojní brzdová soustava ..................................................... 39
7.2
7.1.3.1
Open centre ...................................................................................... 39
7.1.3.2
Closed centre .................................................................................... 39
Brzdová soustava traktorů ................................................................................ 40
7.2.1
Konstrukce brzd traktoru ......................................................................... 40
7.2.1.1
Kotoučová brzda s jedním třecím kotoučem .................................... 42
7.2.1.2
Kotoučová brzda se dvěma třecími kotouči ..................................... 42
7.2.1.3
Vymezování vůle brzdového obložení ............................................. 43
7.2.2 8
Vzduchová brzdová soustava .................................................................. 34
Brzdy traktorových přípojných vozidel .................................................. 44
ELEKTRONICKÉ SYSTÉMY BRZDOVÝCH SOUSTAV ........................... 45 8.1
Protiblokovací brzdový systém ABS ................................................................ 45
8.2
Protiprokluzová regulace ASR ......................................................................... 46
8.2.1
Motorová regulace ASR .......................................................................... 46
8.2.2
Brzdová regulace ASR ............................................................................ 47
8.2.3
Elektronické řízení výkonu ASR ............................................................ 47
8.3
Elektronická uzávěrka diferenciálu EDS .......................................................... 48
8.4
Suché brzdění RBS ........................................................................................... 48
9
8.5
Elektronické rozdělení brzdné síly EBD .......................................................... 48
8.6
Brzdový asistenční systém BAS ....................................................................... 48
8.7
Elektronická stabilizace jízdy ESP ................................................................... 49
ZÁVĚR ................................................................................................................. 51
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY......................................................................... 52 SEZNAM OBRÁZKŮ .................................................................................................. 52
1
ÚVOD Účelem brzdových soustav je zajištění bezpečnosti při provozu, snížení rychlosti
jízdy vozidla, jeho zastavení při všech rychlostech a za všech provozních podmínek. Slouží také jako ochrana proti samovolnému rozjetí stojícího vozidla, ať už na prudkém svahu nebo rovině. Při brzdění nesmí docházet k ovlivnění směru jízdy vozidla. Brzdová ústrojí jsou povinnou výbavou všech vozidel, která se pohybují po dopravních komunikacích i mimo ně. Brzdný účinek je dosažen vlivem tření pevných a rotujících částí brzd, kde dojde k přeměně kinetické energie pohybujícího se vozidla na tepelnou energii. Tato energie je následně odváděna do ovzduší, aby nedošlo k poškození brzd a k ovlivňování brzdného účinku, který se vlivem teploty snižuje. Brzdy musí být snadno ovladatelné, nenáročné na údržbu a musí mít vysokou spolehlivost a životnost.
11
2
CÍL PRÁCE Cílem mojí práce je charakterizovat konstrukce brzdových soustav automobilů,
autobusů a traktorů. Následně chci věnovat pozornost elektronickým řízeným systémům brzd, principu jak tyto systémy pracují a jak ovlivňují jízdní vlastnosti vozidla při brzdění.
12
3
ZÁKLADNÍ PRVKY BRZOVÉ SOUSTAVY
3.1 Dynamika brzdění Kinetická energie pohybujícího se vozidla závisí na jeho hmotnosti a rychlosti. Brzděním se pohybová energie vozidla přeměňuje na tepelnou energii. Pohybovou energii vozidla můžeme vyjádřit pomoci vztahu: E
·
; J
(1)
Ek – kinetická energie vozidla [J], m – hmotnost vozidla [kg], v – rychlost vozidla [m·s-1]. [1] Kinetická energie vozidla roste úměrně s hmotností a se čtvercem rychlosti. Při brzdění vzniká setrvačná síla Fa, která je rovna brzdné síle Fb na obvodu kola. [1] F F m · a; N
(2)
a – zpoždění brzdného vozidla [m·s-2] Brzdná síla Fb je závislá na tíze vozidla G a součiniteli záběru µ, který má pro každý povrch jinou hodnotu. [1] F G · µ m · g · µ; N
(3)
G – tíha vozidla [N], µ – součinitel záběru [-], g – tíhové zrychlení [9,81 m·s-2]. [1] Pro zastavení vozidla je nezbytné, aby kinetická energie vozidla Ek byla rovna práci vykonané brzdnou silou Fb na dráze sb. [1] E F · s ; J
(4)
Pro brzdnou dráhu vozidla sb platí vztah:
s
·
· · µ
· · µ ; m
(5)
Z toho vztahu je patrné, že brzdná dráha je přímo závislá na čtverci rychlosti a nepřímo závislá na součiniteli tření. To platí jen tehdy, jsou-li všechna kola brzděna stejně velkým brzdným účinkem. Je-li brzděna jen jedna náprava, závisí síla Fb na hmotnosti připadající právě na tuto nápravu. [1] 13
F m · g · µ; N
(6)
m1 – hmotnost připadající brzděnou nápravu [kg] V tomto případě se vzorec pro brzdnou dráhu upraví do tvaru:
s · ·µ ·
; m
(7)
Poměr hmotností m a m1 je větší >1, proto je brzdná dráha delší, než v případě brzděných obou náprav vozidla. [1] Celková brzdná dráha vozidla je však složena z dráhy, kterou projede vozidlo v reakční době řidiče (0,5 – 1 s) s1, dráhy ujeté v reakční době brzd (0,2 – 0,3 s) s2 a vlastní dráhy brzdění sb. [1] s s
s
s v · t
v · t
· ·µ
; m
(8)
s1 – dráha ujetá v reakční době řidiče t1 [m], s2 – dráha ujetá v reakční době brzd t2 [m] Protože platí #$ #% , což lze zapsat jako & · ' & · ( · µ, pak tedy maximální brzdné
zpomalení
vozidla
při
brzdění
závisí
na
tíhovém
zrychlení
a součiniteli záběru. [1] a) g · µ * 9,81 · µ; m · s /
(9)
Tab. 1: Součinitele záběru µ pro vybrané povrchy [1] Druh povrchu Beton Asfalt Makadam Hlinitá cesta Písčitá cesta
Součinitel záběru µ suchý povrch mokrý povrch 0,8 – 1,0 0,5 – 0,8 0,7 – 0,9 0,5 – 0,7 0,8 0,5 0,5 – 0,6 0,3 – 0,4 0,5 – 0,6 0,4 – 0,5
3.2 Ústrojí pro dodávku energie Část brzdového zařízení, která reguluje, dodává a upravuje energii potřebnou pro brzdění. Zařízení končí tak, kde začíná převod brzdy.
14
3.3 Zdroj energie Zdrojem energie brzdové soustavy je ústrojí pro dodávku energie. Může být umístěna mimo vozidlo (např. vzduchová soustava přípojného vozidla). Svalová síla řidiče může být také zdrojem energie. [3]
3.4 Ovládací ústrojí Část brzdové soustavy, která ovládá její účinek a uvádí do činnosti. Uvnitř ovládacího ústrojí může být povel přiváděn mechanicky, elektricky, hydraulicky nebo pneumaticky, včetně použití pomocné nebo jiné než svalové energie. Toto ústrojí začíná tam, kde řidič nebo jiná osoba přímo působí, nebo tam, kde se ovládací signál přivádí do brzdové soustavy, je-li ovládána řidičem nepřímo nebo bez jeho zásahu.
3.5 Převod brzdy Část brzdové soustavy přenášející energii předávanou ovládacímu ústrojí. Začíná tam, kde končí ovládací ústrojí, nebo tam, kde končí ústrojí pro dodávku energie. Končí tam, kde se v brzdové soustavě tvoří síly působící proti pohybu nebo proti tendenci k pohybu vozidla. Převod brzdy může být realizován mechanicky, pneumaticky přetlakem nebo podtlakem, elektricky a kombinovaně (hydropneumaticky nebo hydromechanicky).
3.6 Brzda Část brzdové soustavy, ve které vzniká třecí síla působící proti pohybu nebo proti tendenci k pohybu vozidla.
4
ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV
4.1 Podle účelu použití 4.1.1
Provozní brzda Umožňuje řidiči zpomalit nebo zastavit vozidlo při jakékoli rychlosti, při každé
okamžité hmotnosti a na všech svazích (stoupání i klesání), které při pohybu vozidla připadají v úvahu. V průběhu jejího použití vozidlo nesmí měnit směr jízdy. Její účinek 15
musí být regulovatelný a musí působit na všechna kola. Řidič jí musí ovládat bez změny polohy trupu ze svého sedadla, aniž by sejmul obě ruce z řízení vozidla.
4.1.2
Parkovací brzda Slouží k zajištění vozidla proti samovolnému rozjetí na svahu či rovině, bez
přítomnosti řidiče. Konstrukční části jsou spojené mechanicky, lankem nebo táhlem z důvodu bezpečnosti. Brzdění musí působit nejméně na jedno kolo z každé strany vozidla. Řidič musí mít možnost ovládat tuto brzdu ze svého sedadla, bez změny polohy trupu. U přípojných vozidel musí být ovládání umožněno z pravé strany nebo ze zádi vozidla osobou stojící na zemi.
4.1.3
Nouzová brzda Dojde-li k poruše provozní brzdy, zajišťuje zastavení vozidla. Brzda musí
působit alespoň na jedno kolo z každé strany vozidla. Soustava nemusí být samostatná, může jí být neporušený okruh provozních dvouokruhových brzd.
4.1.4
Samočinná brzda Samočinně brzdí přípojné vozidlo při úmyslném nebo náhodném odpojení od
tažného vozidla.
4.1.5
Zpomalovací brzda Nazývána též odlehčovací (retardér). Je používána u nákladních vozidel
a autobusů. V činnosti je jen tehdy, je-li vozidlo v pohybu. Snižuje a udržuje rychlost vozidla při sjíždění ze svahů podle potřeby. Nezajišťuje však zastavení vozidla. Během jejího používání snižuje namáhání a zahřívání provozních brzd, čímž prodlužuje jejich životnost. Při jejím používání nedochází k opotřebení, protože na rozdíl od brzd třecích přeměňuje energii kinetickou na energii tepelnou bez tření. Retardéry mají různá konstrukční provedení.
16
4.1.5.1 Motorová výfuková brzda U této brzdy je využíván spalovací vznětový motor jako retardér, je spojen s hnacími koly a vyvolává brzdný účinek na vozidlo. Toho se dá dosáhnout hned několika způsoby. Snížením dávky paliva nebo změnou časování ventilových rozvodů. Nejčastější způsob je utěsnění (škrcení) výfukového potrubí pomocí plochého šoupátka nebo klapky umístěné v blízkosti spalovacího motoru. To je ovládáno pneumatickým válcem. Tím dojde k nárůstu tlaku ve výfukovém potrubí, a k následnému pootevření výfukového ventilu. Dochází k ovlivnění rychlosti pístu tlakem ve výfukovém potrubí, což se projeví na zpomalení vozidla. Motorová brzda je funkční jen tehdy, je-li zařazený některý rychlostní stupeň. Tento typ brzdy je znatelně hlučný.
Obr. 1: Motorová výfuková brzda [5],[6] 4.1.5.2 Elektromagnetická brzda Brzda se skládá z dvou kotoučů z magneticky měkkého matriálu a několika rovnoměrně rozmístěných cívek ve statoru. Tato brzda pracuje na principu otáčejícího se kotouče v magnetickém poli, ve kterém se indukují vířivé proudy. Stejného výsledku dosáhneme tehdy, jestliže se kotouč neotáčí mezi póly, ale před nimi. Tyto proudy nám brzdí kotouč (síla působí proti pohybu), tím se vytváří teplo, které je radiálním žebrováním z kotoučů odváděno. Brzdný účinek je závislý na otáčkách kotouče a intenzitě magnetického pole, která se reguluje přiváděním elektrického proudu do cívek z elektrické soustavy vozidla. Brzdy jsou na vozidle umístěny na hřídeli mezi převodovkou a poháněnou nápravou a jejich ovládání se nachází na přístrojové desce. 17
Největší výhodou těchto brzd je snadná regulovatelnost a velký brzdný účinek. Naopak silné zahřívání při dlouhotrvajícím brzdění, velká hmotnost a vysoká cena jsou nevýhodami.
Obr. 2: Elektromagnetická brzda TELMA [7] 4.1.5.3 Hydrodynamická brzda Brzdná energie se přeměňuje v teplo třením v kapalině v uzavřeném prostoru. Brzda je konstruována dvěma lopatkovými koly. Statorem, který je pevně spojen se skříní brzdy a rotorem, který je obvykle poháněn od spojovacího kloubového hřídele. Náplň mezi oběma kotouči tvoří hydraulický olej, který je rotorem uváděn do pohybu (urychlován) a vrhán na lopatkové kolo statoru, kde je brzděn. Lopatky kol jsou nakloněny o 45° proti rovině procházející hřídelem a stojí proti sobě. Změnou tlaku kapaliny v prostoru rotoru čerpadla a regulačními ventily, lze brzdný účinek regulovat (různý stupeň plnění retardéru olejem). Velikost brzdného účinku si řidič může pákou na přístrojové desce nastavit, je bez rázů a plynulý. Kapalinu je důležité ochlazovat, a proto musí být chladící okruh vhodně dimenzován. Konstrukce těchto retardérů je nákladná, ale je vyvážená nízkou hmotností. Brzdný moment není závislý na teplotě kapaliny.
18
Obr. 3: Hydrodynamická brzda [2]
Obr. 4: Hydrodynamická brzda a její charakteristika (BOSCH) [3] 4.1.5.4 Elektromotor jako brzda Elektrický trakční motor spojený s hnacími koly vozidla vyvolává zpomalovací účinek, který vzniká tím, že motor pracuje jako generátor proudu.
4.1.5.5 Aerodynamický retardér U tohoto mechanismu dochází k vyvolání zpomalovacího účinku vlivem zvyšování odporu vzduchu (např. rozvinutí pohybových ploch).
19
4.2 Podle způsobu přenosu ovládací síly 4.2.1
Přímočinná brzdová soustava Brzdová soustava, u které je potřebná energie k brzdění vozidla dodávána pouze
vlastní silou řidiče. Tato síla se přenáší na kola vozidla pomocí mechanického nebo hydraulického převodu.
4.2.2
Brzdová soustava s posilovačem Energie potřebná k brzdění je dodávaná vlastní silou řidiče. Je-li síla řidiče
nedostačující, může být posílena pomocí podtlakového nebo hydraulického posilovače. Posilovač musí být konstruován tak, aby při jeho poruše zůstala brzdová soustava v činnosti a přitom ovládací síla na pedál nebyla větší než 800 N. [3]
4.2.3
Strojní brzdová soustava Brzdný účinek této brzdové soustavy je tvořen jiným zdrojem energie (obvykle
tlakovým vzduchem), který je dodáván jedním nebo několika ústrojími pro dodávku energie. Řidič vozidla tuto energii pouze ovládá.
5
ZÁKONNÉ POŽADAVKY
5.1 Předpis EHK Každé vozidlo musí být schopné rychlé akcelerace a rychlého zpomalení (brzdění). Nejdůležitější je zmenšování jeho rychlosti a aby byl brzdný účinek odstupňovatelný. Brzdění se považuje za odstupňovatelné tehdy, když řidič může v každém okamžiku měnit brzdnou sílu působením na ovládací orgán a lze ji jemně a snadno regulovat. Požadavky na brzdová zařízení jsou stanoveny zákonem a vyhláškami, v ČR platí vyhláška Ministerstva dopravy. Tyto požadavky musí být ve shodě s homologačními předpisy EHK č. 13, 78, 90. [3] Každé vozidlo musí být vybaveno nejméně dvěma na sobě nezávislými brzdovými zařízeními, z nichž jedno umožňuje dostatečně jemné odstupňované ovládání pohybu vozidla a jeho účinné a spolehlivé zastavení (provozní brzdění), druhé 20
zajišťuje udržení stojícího vozidla (parkovací brzdění). Brzdová zařízení na vozidlech kategorie M a N musí být taková, aby v případě poruchy soustavy pro provozní brzdění umožňovala zastavení vozidla nouzovým brzděním. [3] Tab. 2: Požadavky na brzdný účinek podle EHK [3]
Brzdy musí být schopny zastavit vozidlo nejméně na předepsanou vzdálenost S uvedenou v Tab. 1 a to v rozsahu od pohotovostní do celkové hmotnosti vozidla. Hodnoty t1, a jsou vypočteny. Zbylé hodnoty jsou dle EHK č. 13, případně podle vyhlášky Ministerstva dopravy ČR. Předepsaného brzdného účinku musí být dosaženo bez zablokování kol a vozidlo nesmí vybočit ze směru jízdy. Účinek provozních brzd musí působit na kola totožné nápravy a musí být souměrný vzhledem k podélné střední rovině vozidla. U vozidel, která nejsou vybavena protiblokovacím zařízením, stanovuje předpis EHK č. 13 požadavky na rozdělení brzdné síly na nápravy různých kategorií vozidel. [2],[3] U vozidel kategorie M (osobní automobily a autobusy), N (nákladní automobily) a O3, O4 (přívěsy a návěsy s hmotností 3,5 až 10 t; pro O4 větší než 10 t) musí být účinek provozního brzdění rozdělen na jednotlivé nápravy v mezích předepsaných z hlediska bezpečnosti při jakékoliv okamžité hmotnosti vozidla a za různých adhezních podmínek. [3]
21
U vozidel, která nejsou vybavena protiblokovacím zařízením, stanovuje předpis EHK č. 13 požadavky na rozdělení brzdné síly na nápravy různých kategorií vozidel. [3]
6
TŘECÍ BRZDY V dnešní době se u silničních motorových vozidel používají třecí brzdy, ve
kterých vzniká brzdný moment způsobený třením mezi pevnou a rotující částí brzd. Vlivem tohoto děje dochází k přeměně pohybové energie vozidla na teplo. Brzdy jsou většinou umístěny přímo v kole vozidla a rotující část je spojena s nábojem kola (tzv. kolová brzda). Někdy může být brzda umístěna na skříni rozvodovky (u hnacích náprav) a rotující část je na hnací hřídeli. Toto provedení slouží ke snížení hmotnosti neodpružených částí. K brzdění vozidla se nejčastěji používají dva typy třecích brzd: bubnové a kotoučové. Bubnové brzdy nejsou tak výkonné, hůře se ochlazují a nemají samočisticí schopnost. Kotoučové brzdy se staly jejich nástupci. Mají vysoký brzdný účinek, dobře se chladí a mají nižší hmotnost. Převodová brzda se používá u nákladních automobilů, kde je umístěna v převodovém ústrojí a slouží jako parkovací brzda. Pásová brzda se nejčastěji používá u pásových vozidel k brzdění pásu při zatáčení nebo v automatických převodovkách.
6.1 Bubnové brzdy Pracovní částí bubnových brzd je otáčející se buben. Ve vnitřním prostoru bubnu je válcová plocha, ke které jsou přitlačovány brzdové čelisti s brzdovým obložením (třecí obložení). Často se tyto brzdy nazývají brzdami s vnitřními čelistmi. Čelisti jsou na třecí plochu radiálně přitlačeny, což způsobuje ovládací zařízení, které působí na jednom konci každé čelisti.
22
Obr. 5: Konstrukce bubnové brzdy [2] Uložení čelistí se od sebe navzájem konstrukčně liší. Podle způsobu uložení čelistí rozeznáváme: a) otočné, jsou uloženy na čepu, mají pevný otočný bod a 1° volnosti pohybu b) volné, jsou opřeny o opěrnou plochu (kolmou nebo šikmou), tehdy se jedná o plovoucí čelisti c) uložené pomocí výkyvné vzpěry na čepu, nemají otočný bod a mají 2° volnosti pohybu, jedná se o nakotvené čelisti [3]
Obr. 6: Uložení brzdových čelistí [3]
Brzdové čelisti lze rozlišovat z hlediska smyslu momentu obvodové třecí síly vzhledem k uložení na náběžnou a úběžnou čelist. U náběžné čelisti moment třecí síly zvyšuje přítlak na třecí plochu bubnu a tím posiluje účinek náběžné čelisti. Naopak je tomu u úběžné čelisti, kde tento moment přítlak na třecí plochu zmenšuje. Zpětné 23
pružiny nám čelisti po odbrzdění vrací zpět do výchozí polohy. Brzdové čelisti jsou umístěny na štítu brzdy.
Obr. 7: Popis částí bubnové brzdy [3] Při dlouhém nebo opakovaném intenzivním brzdění klesá u bubnových brzd brzdný účinek (slábnutí brzd „fading“) a to následkem poklesu součinitele tření mezi brzdovým obložením a bubnem při vysokých teplotách, příp. následkem tepelných deformací čelistí a bubnu. Podobný úkaz někdy může nastat při brzdění při vysoké rychlosti následkem poklesu součinitele tření při vyšších hodnotách třecí rychlosti. [3]
6.1.1
Druhy bubnových brzd Bubnové brzdy rozdělujeme podle ovládání a uložení brzdových čelistí. Brzdy
rozlišujeme: •
jednonáběžná (SIMPLEX),
•
dvounáběžná (DUPLEX),
•
dvounáběžná obousměrná (DUO-DUPLEX),
•
se spřaženými čelistmi (SERVO),
•
obousměrně dvounáběžná se spřaženými čelistmi (DUO-SERVO).
6.1.1.1 Brzda jednonáběžná (SIMPLEX) Brzda je tvořena jednou náběžnou a jednou úběžnou čelistí. Je to nejjednodušší typ bubnové brzdy. Čelisti jsou přitláčeny společným rozpěrným zařízením, které může být realizováno rozpěrným klínem, brzdovou vačkou, pákou (klíčem) nebo dvoupístkovým brzdovým válečkem. Brzda má stejný brzdný účinek jak při jízdě vpřed, 24
tak při jízdě vzad. Nevýhodou této brzdy je malý samoposilovací účinek a nerovnoměrné opotřebení brzdových čelistí. Brda bývá často doplněna o části tak, aby mohla sloužit i jako parkovací brzda.
Obr. 8: SIMPLEX [2] 6.1.1.2 Brzda dvounáběžná (DUPLEX) Brzda má nejčastěji dva jednopístkové brzdové válečky, které slouží jako rozpěrné zařízení a zároveň jako opěrný bod pro druhou čelist. Při jízdě vpřed pracují obě čelisti jako náběžné a brzdný účinek je tedy větší, než při jízdě vzad, kde jsou obě čelisti úběžné. Brzdové opotřebení je rovnoměrné.
Obr. 9: DUPLEX [2] 6.1.1.3 Brzda dvounáběžná obousměrná (DUO-DUPLEX) Rozpěrné zařízení této brzdy je konstruováno dvěma rozpěrnými brzdovými válečky, což způsobuje rovnoměrný brzdný účinek v obou směrech jízdy vozidla.
25
Obr. 10: DUO-DUPLEX [2] 6.1.1.4 Brzda se spřaženými čelistmi (SERVO) K ovládání slouží jeden jednopístkový brzdový váleček. Brzdové čelisti jsou navzájem spojeny a přenáší mezi sebou sílu vyvinutou brzdovým válečkem. Při jízdě vpřed pracují obě čelisti jako náběžné a při jízdě vzad jako úběžné.
Obr. 11: SERVO [2] 6.1.1.5 Brzda dvounáběžná se spřaženými čelistmi (DUO-SERVO) Obě čelisti spojuje pohyblivá opěrka, která umožňuje to, aby obě čelisti pracovaly v obou směrech jízdy jako náběžné. Brzda má tedy stejný brzdný účinek jak při jízdě vpřed, tak při jízdě vzad. Účinnost brzdy ovlivňuje vlhkost a nečistoty. Nejčastěji se používá jako brzda parkovací a v tomto případě tvoří rozpěrné zařízení brzdový klíč ovládaný lankem.
Obr. 12: DUO-SERVO [2] 26
6.1.2
Konstrukce bubnových brzd
6.1.2.1 Brzdový buben Nejpoužívanějším materiálem, ze kterého se brzdový buben vyrábí, je šedá nebo temperovaná litina, ocelolitina nebo slitiny lehkých kovů. Buben musí být obvodově pevný a tvarově stálý, aby nedocházelo k jeho tepelným deformacím. Nesmí docházet k jeho axiálnímu ani radiálnímu házení a nesmějí na něm vznikat vibrace. Materiál musí dostatečně dobře vést teplo, aby nedocházelo k vadnutí brzd nebo jejich poškození. Vnitřní třecí plocha bývá jemně osoustružena nebo vybroušena. Na vnějším obvodu bubnu bývá umístěn obvodový hřbet, který zabraňuje deformaci válcové plochy a zároveň usnadňuje ochlazování. Těchto hřbetů a příčných žeber na bubnu může být více, záleží na konstrukci brzdového bubnu. Buben je přírubou uchycen na náboji kola šroubem, někdy kolovými šrouby.
Obr. 13: Provedení brzdových bubnů [3] a) buben s jedním obvodovým žebrem b) buben s více obvodovými žebry c) buben s příčnými žebry d) dvoumateriálový buben s obvodovými žebry e) dvoumateriálový buben s příčnými žebry
6.1.2.2 Brzdové čelisti Čelisti jsou vyrobeny z ocelového plechu, slitiny lehkých kovů nebo litiny. V případě nákladních vozidel jsou ocelolitinové. Obvykle mají tvar písmene „T“, čímž dosahují potřebné tuhosti. Čelisti mají na jednom svém konci opěrnou plochu, na kterou tlačí rozpěrné zařízení. Druhý konec je uchycen otočným čepem nebo se opírá oválnou 27
plochou o pevnou opěrku (plovoucí čelist). Toto uložení plovoucí čelisti je lepší, protože se samy vystřeďují a dochází k jejich rovnoměrnému opotřebování. Třecí obložení je na čelisti lepené či nýtované.
Obr. 14: Brzdové čelisti s obložením [8] 6.1.2.3 Rozpěrné zařízení Toto zařízení se konstrukčně velice liší, avšak jeho úloha je stále stejná. Zařízení přitlačuje brzdové čelisti na vnitřní plochu bubnu, kde dochází ke tření a tedy i ke vzniku brzdného účinku. Může být realizováno brzdovou vačkou, rozpěrným klínem, pákou (klíčem), nejčastěji však jednopístkovým nebo dvoupístkovým brzdovým válečkem. Na pístky v brzdovém válečku působí tlak, který vzniká v hlavním brzdovém válci a je přenášen brzdovou kapalinou. Dochází k vytlačování pístků, které tlačí na brzdové čelisti a rozpínají je. Rozpěrná páka je zabudována jako doplněk brzdového válečku u kapalinových bubnových brzd a slouží jako ruční ovládání parkovací brzdy.
Obr. 15: Dvojčinný hydraulický váleček [3] 6.1.2.4 Zařízení pro seřízení brzdových čelistí Při používání brzd dochází k opotřebení brzdového obložení, což vede k zvětšování vůle mezi brzdovým bubnem a čelistmi. To způsobuje zvětšování volného chodu pedálu, tím se prodlužuje doba náběhu brzdy a brzdná dráha vozidla se zvětšuje. Proto je nutné tuto vůli ručně nebo samočinně seřizovat. Ruční seřízení se provádí 28
většinou čepem s výstředníkem, umístěným na štítu brzdy. Natáčením vnějšího šestihranu na čepu nebo šroubu se výstředníkem brzdové čelisti seřídí. Samočinného (automatického) seřízení existuje několik typů, které se liší konstrukčním provedením, např. mezerovou trubkou, třecími podložkami, rohatkou a západkou a rozpěrným klínem. [2]
6.1.2.5 Brzdové hadice Jsou to pružné hadice, které umožňují přenášení tlakové energie z hlavního brzdového válce do brzd. Jsou používány jak u bubnových brzd, tak u kotoučových brzd. Brzdové hadice se skládají ze tří vrstev. Vnitřní hadice je uzpůsobena pro vedení brzdové kapaliny, střední vrstva je z dvojnásobného pláště (ocelového opletení), jehož jedna část je pružně spojena s vnitřním a druhá s vnějším pláštěm. Vnější opláštění je odolné proti stárnutí, povětrnostním vlivům a mechanickému poškození. Je na něm také udáno normované označení. Někdy může být střední vrstva z ocelového opletení nahrazena textilní tkaninou (rayonem).
6.1.2.6 Brzdová kapalina Brzdová kapalina slouží k přenosu brzdné síly od hlavního brzdového válce spojného s brzdovým potrubím a hadicemi s rozpěrným brzdovým válečkem (bubnová brzda), či pístky v brzdovém třmenu (kotoučová brzda). Kapalina musí být chemicky neutrální, nesmí působit korozivně na kovové části brzdového systému a chemicky na pryžová těsnění. Obvykle je vyrobena na bázi glykolu a glykoléterové směsi se speciálními přísadami. Kapalina musí mít co nejmenší stlačitelnost, vysoký bod varu (např. 260°C), musí mít nízkou a stálou viskozitu, odolnost proti stárnutí a musí být mísitelná s ostatními brzdovými kapalinami. Brzdová kapalina je vysoce toxická. [2]
6.2 Kotoučové brzdy U kotoučových brzd je pracovní část tvořena otáčejícím se brzdovým kotoučem. Na ten jsou pomocí pístků axiálně přitlačovány brzdové desky s třecím obložením. Ovládacím zařízením jsou brzdové pístky, které jsou umístěny uvnitř třmene. Počet pístků může být různý. Brzda má velmi dobrou stabilitu brzdného účinku, protože je 29
málo citlivá na změnu součinitele tření při dlouhodobém brzdění. Velikost brzdného účinku nezávisí na smyslu otáčení kola a vlivem odstředivé síly dochází k samočinnému čistění brzd. Nevýhodou je rychlejší opotřebení brzdových desek, avšak jsou rychle a snadno vyměnitelné. Brzdy nemají samoposilující účinek, tak jako bubnové, a proto musí být průměry pístků větší. Jelikož jsou pístky přímo ve styku s brzdovým obložením, hrozí nebezpečí vytváření parních bublin v brzdové kapalině. Uspořádání pro současnou funkci jako parkovací brzdy je konstrukčně složité a nákladné. Proto se na zadní nápravě používají brzdy bubnové. V případě použití brzdy kotoučové může být kotouč kombinován s bubnem, ve kterém je umístěna parkovací brzda.[2]
Obr. 16: Kotouč kombinovaný s bubnovou parkovací brzdou [3] 6.2.1
Druhy kotoučových brzd Podle způsobu ovládání rozlišujeme dva druhy kotoučových brzd: •
kotoučová brzda s pevným třmenem,
•
kotoučová brzda s volným (plovoucím) třmenem, nebo s výkyvným třmenem.
6.2.1.1 Kotoučová brzda s pevným třmenem U kotoučové brzdy s pevným třmenem jsou hydraulické válce uspořádány proti sobě po obou stranách kotouče a těleso třemene je nepohyblivé, počet válců bývá 2 (stejného průměru se společnou osou), 4 (stejného průměru, každá dvojice má
30
společnou osu) nebo 3 (jeden válec je většího průměru na jedné straně a dva válce menšího průměru na druhé straně, přičemž součet ploch pístu na každé straně kotouče je stejný).[2]
Obr. 17: Kotoučová brzda s pevným třmenem [2] 6.2.1.2 Kotoučová brzda s volným třmenem Kotoučová brzda s volným (plovoucím) třmenem má hydraulický válec jen na jedné straně kotouče a těleso třmene je pohyblivé ve směru jeho osy; ovládací síla třecí desky na druhé straně kotouče je v tomto případě reakce shodná co do velikosti s ovládací silou hydraulického válce. Pohyblivé uložení třmene brzdy na neotáčející se části nápravy nebo zavěšení kola může být posuvné (v rámu s posuvným vedením, tzv. výkyvným třmenem). [3]
Obr. 18: Kotoučová brzda s volným třmenem [2]
31
6.2.2
Konstrukce kotoučových brzd
6.2.2.1 Brzdové kotouče Nejčastěji použitým materiálem na výrobu brzdových kotoučů je legovaná šedá litina nebo ocelolitina. Konstrukčně se od sebe navzájem liší. Ploché brzdové kotouče mají řadu nedostatků. Lehčeji se bortí a ložiska kol jsou více tepelně namáhána, protože cesta průchodu tepla je k ložisku kratší, než u kotoučů hrncovitého tvaru. Pro účinnější ochlazování kotouče jsou v jeho dutém prostoru umístěny radiálně uspořádané kanálky (tzv. kotouče s vnitřním chlazením). Drsnost třecí plochy kotouče velmi ovlivňuje životnost brzdového obložení, proto bývá tato plocha broušena. Kotouč je šrouby přichycen k náboji kola, někdy také přímo kolovými šrouby. Na Obr. 19 vidíme několik druhů brzdových kotoučů: a) plochý kotouč; b) hrncový kotouč; c) odvětraný kotouč. [3]
Obr. 19: Provedení brzdových kotoučů [3] 6.2.2.2 Brzdové obložení Pro výrobu brzdového obložení se používá nejčastěji organických materiálů, pro velmi vysoké namáhání se obložení vyrábí ze spékaných práškových kovů. Obložení je nalepeno na ocelových deskách, které se umísťují do brzdového třmene. Obložení musí být velmi tepelně a mechanicky pevné. Musí mít vysokou životnost, stalý součinitel tření i při vysoké teplotě a být odolné vůči vodě a nečistotám.
32
U organických brzdových obložení se používají práškové nebo vláknité třecí materiály z minerálních, kovových nebo organických látek, které jsou vázány syntetickou pryskyřicí nebo kaučukem. Dříve se používal azbest, ten je zdraví škodlivý (karcinogenní) a dnes je nahrazován jinými materiály, např. uhlíkovými nebo skleněnými vlákny. [2]
Obr. 20: Brzdové desky [9] V dnešní době je většina brzdových desek vybavena automatickou kontrolou tloušťky brzdového obložení. Tento mechanismus pracuje tak, že v třecím segmentu je umístěna kontaktní smyčka, která je při nadměrném opotřebení obložení přerušena, což vyvolá rozsvícení kontrolky na přístrojové desce a vydá akustický signál. V tomto případě je nutné brzdové obložení vyměnit.
6.2.2.3 Brzdový třmen s pístky Používá se k ovládání kotoučové brzdy. Ochrana proti vnikání nečistot do hydraulického okruhu brzd a jeho utěsnění se provádí stejně jako u bubnových brzd, a to pomocí těsnících kroužků a protiprachové manžety. Ocelové desky s třecím obložením jsou umístěny radiálně do brzdového třmenu. Proti samovolnému uvolnění z brzdového třmenu jsou zajištěny průběžným čepem. Pro zvýšení brzdného účinku může být ve třmenu umístěno několik pístků.
33
6.2.2.4 Seřízení vůle kotoučové brzdy Vůle mezi kotoučem a brzdovými deskami se po odbrzdění vymezuje automaticky: a) třecím kroužkem b) těsnícím kroužkem a) kroužek z plastu je s určitým předpětím posuvně uložen na čepu v ose hydraulického válce; vůle s mezi kroužkem a pístem umožňuje normální posouvání pístu a určuje jeho základní polohu v odbrzděném stavu. Po vyčerpání této vůle se při zabrzdění třecí kroužek posune do nové polohy, čímž určí novou základní polohu pístu v odbrzděném stavu. [3] b) pryžový těsnící kroužek se při normálním posouvání pístu částečně deformuje; při určitém opotřebení obložení je potřebné posunutí pístu větší než umožňuje deformace kroužku a píst se přesune do nové polohy, čímž je určena jeho nová základní poloha v odbrzděném stavu. [3]
7
BRZDOVÉ SOUSTAVY
7.1 Brzdová soustava nákladních vozidel U autobusů, nákladních vozidel a přípojných vozidel se používá k provoznímu brzdění vzduchové nebo vzduchokapalinové brzdové soustavy, dříve označované jako strojní brzdová soustava. Používá se z důvodu potřeby větší ovládací síly. U menších nákladních automobilů se používá hydraulická strojní brzdová soustava. Dvouokruhové brzdové soustavy mohou být uspořádány:
7.1.1
•
diagonálně,
•
přední náprava/zadní náprava,
•
trojúhelníkově. [3]
Vzduchová brzdová soustava Vzduchová brzdová soustava se nejčastěji používá u těžkých vozidel kategorie
N2 a u většiny vozidel patřící do kategorie N3 (viz. Tab. 1). Spodní hranicí použití je 34
celková hmotnost vozidla 7 t, a to v případě, jedná-li se o nejlehčí vozidlo z vyráběné řady. U vozidel lehkých se tato soustava nepoužívá. Její části a přístroje, zejména brzdové válce a jejich převody, jsou při běžném používání jmenovitého tlaku vzduchu 0,8 MPa velice rozměrné a jejich umístění by bylo nemožné. [3] Kompresor, vyrovnávač tlaku a plnič pneumatik tvoří plnící část brzdové soustavy. Přístroje zapojené za kompresorem mohou být sloučeny v jeden přístroj, kterému se říká sdružený. Stlačený vzduch přivádíme do tzv. mokrého vzduchojemu, kde se tlak akumuluje. Vzduchojem má automatickým odvodňovací ventil. Čtyřokruhový zajišťovací ventil slouží k rozvodu tlakového vzduchu do jednotlivých okruhů. Při poruše některého z okruhů zajišťuje zásobu vzduchu ve vzduchotlakové soustavě. Brzdovým pedálem nebo páčkovým ovladačem ovládáme dvouokruhový brzdič, kterým je ovládána dvouokruhová soustava. Brzdový tlak z brzdiče je přiváděn k brzdovým válcům přední nápravy (1. okruh), k brzdovým válcům zadní nápravy (2. okruh), příp. do brzdiče přívěsu. Do brzdové větve je zapojen automatický zátěžový regulátor a ovládací ventil přední nápravy. K ovládání parkovacího nebo nouzového brzdění slouží ruční brzda, pomocí které se vpouští nebo odpouští vzduch z pružinových válců. Zpětný ventil jistí soustavu pro parkovací brzdění proti poklesu tlaku. Ochranný ventil zabraňuje sčítání brzdných sil při současném ovládání provozního a parkovacího brzdění. Třícestný ventil plní a odvětrává pracovní válce, které ovládají odlehčovací výfukovou brzdu. [3] Dvouhadicové soustavy je využíváno při brzdění návěsů a přívěsů. Plnící větev zabezpečuje stálý přívod stlačeného vzduchu od kompresoru do vzduchojemu přípojného vozidla. Ovládací větev umožňuje ovládání brzdové soustavy přípojného vozidla pomocí ovládacího orgánu tažného vozidla. Tažné vozidlo je propojeno s přípojným pomocí ohebných tlakových hadic a spojovacích ventilů. Koncovky ventilů jsou konstrukčně řešeny tak, aby nešly zaměnit. Při oddělení přípojného vozidla dojde k přerušení plnícího a ovládacího okruhu, klesne tlak v plnícím okruhu, což způsobí jeho zastavení.
7.1.1.1 Regulátor tlaku Regulátor tlaku vzduchu nám reguluje pracovní tlak brzdové soustavy. Přebytečný stlačený vzduch je vypuštěn do vzduchojemu nebo do ovzduší. Regulátor je 35
kombinací regulační jednotky, zpětného ventilu, pojistného ventilu a plnícího zařízení, které slouží jako plnič pneumatik a pro vnější plnění soustavy stlačeným vzduchem. Většina regulátorů má také přípojku na odebírání stlačeného vzduchu pro řídící impulsy protimrazového zařízení.
7.1.1.2 Kompresor Kompresor je pístové čerpadlo, které je zdrojem energie (tlakového vzduchu) pro vzduchotlakou soustavu. Je poháněn spalovacím motorem vozidla pomocí klínového řemene nebo zubového soukolí. Mazání kompresoru zabezpečuje mazací systém motoru. Kompresor nasává vzduch ze sacího potrubí motoru, ale může mít i svůj vlastní přívod s čistícím filtrem.
Obr. 21: Kompresor [2] 7.1.1.3
Vysoušeč vzduchu Stlačený vzduch je optimálním zdrojem energie a ideální látkou pro přenášení
brzdné síly. Nevýhodou je, že obsahuje vlhkost ve formě vodní páry. Ta kondenzuje na kapky vody, které se usazují v brzdové soustavě a způsobují její korozi, zamrzání při nízkých teplotách a odstranění mazacího filmu v zařízeních brzdové soustavy. Vysoušeče vzduchu pracují na principu absorbce (pohlcování). Stlačený vzduch prochází přes vysoušecí látku. Látka je ve formě granulí a tvoří tzv. molekulární filtr, v jehož krystalické mřížce se zachycují molekuly vody. Při pracovním tlaku v brzdové soustavě látka pojme mnohem více vody než při atmosférickém tlaku.
36
7.1.1.4 Čtyřokruhový pojistný ventil Čtyřokruhový pojistný ventil u dvouokruhového brzdové soustavy slouží k zásobení vzduchem a k ochraně před nadměrným tlakem obou brzdových okruhů, okruhu parkovací brzdy, okruhu brzdy přívěsu a přídavných vzduchových okruhů. Ve společné skříni se nachází čtyři přepouštěcí ventily s omezeným zpětným prouděním. Ventily jsou řazeny buď po dvou za sebou nebo centrálně (pracují současně). [2]
7.1.1.5 Odkalovací ventil Pomocí odkalovacích ventilů je vypouštěna voda zkondenzovaná v tlakových nádržích (vzduchojemu) tlakové soustavy, aby nedocházelo ke zmenšování objemu stlačeného vzduchu z důvodu zaplnění vzduchojemu vodou. U soustav s vysoušečem vzduchu je odkalovacím ventilem kontrolována jeho funkce.
7.1.1.6 Brzdiče Ve
vzduchové
soustavě
jsou
zapojeny
dva
brzdiče.
Hlavní
brzdič
odstupňovatelně plní dvouokruhové vzduchové brzdové soustavy pro provozní brzdění tlakovým vzduchem a opět je vypouští. Brzdič přívěsu ovládá brzdovou soustavu přívěsu, resp. návěsu a dále snižuje tlak ve spojkové hlavici plnící větve spojovacího potrubí při porušení ovládací větve tohoto potrubí v zákonně předepsaném časovém limitu. [3]
7.1.1.7 Brzdové válce U motorových vozidel se vzduchovými brzdami se používá k rozevírání brzdových čelistí brzdového válce. Válce jsou namontovány na pevnou část nápravy nebo na štítu brzdy. Pístnice působí bezprostředně na páku ovládající brzdový klíč čelistí. Válce jsou propojeny pomocí opletených vysokotlakých hadic. Brzdové válce se používají ve více provedeních. Mohou být pístové nebo membránové.
37
Obr. 22: Montážní schéma membránového brzdového válce [3] a) klidová poloha, b) pracovní poloha.
7.1.1.8 Automatický zátěžový regulátor Samočinně reguluje brzdný tlak u vzduchotlaké brzdové soustavy v závislosti na zatížení vozidla. Čím větší je zatížení vozidla, tím větší je přiváděný tlak do brzdových válců z hlavního brzdiče. Je-li vozidlo nezatížené nebo je zatížené jen částečně, do brzdových válců je přiváděna jen část tlaku nastaveného hlavním brzdičem. Tímto způsobem je zabráněno přebrzdění a zablokování kol vozidla.
Obr. 23: Zátěžový regulátor brzdné síly [2]
38
7.1.2
Vzduchokapalinová brzdová soustava Na vozidle je zdroj tlakového vzduchu, který má vždy širokou možnost použití.
Plnící část a hlavní brzdič jsou shodné se vzduchovou brzdovou soustavou. Ovládací část soustavy je hydraulická, přičemž přechod mezi těmito systémy tvoří vzduchokapalinový válec. Brzdové válečky na kolech jsou hydraulické, rovněž zátěžový regulátor je hydraulický. Parkovací brzdění je realizováno vzduchovým válcem, který je ovládán ručním brzdovým ventilem. U vozidel se sklopnou kabinou je výhodné pneumatické spojení hlavního brzdiče se vzduchokapalinovým převodníkem. [3]
7.1.3
Hydraulická strojní brzdová soustava Brzdová soustava s hydraulickou centrálou a akumulátory na tlakovou kapalinu.
Čerpadlo je poháněno od spalovacího motoru vozidla. Brzdný tlak kapaliny proudící do brzd je ovládán řidičem, ten ale tento tlak nevyvíjí svou vlastní svalovou silou. K řízení toku tlakové kapaliny se používají dva možné způsoby (open centre, closed centre).
7.1.3.1 Open centre Tento způsob využívá dynamických účinků kapaliny. Dochází ke škrcení volného průtoku kapaliny škrtícím ventilem a tím je stanoven brzdný tlak. V systému může být umístěn škrtící ventil nebo dva škrtící členy, z nichž jeden je pevný (clona) a druhý je regulovatelný podle síly působící na brzdový pedál. Nevýhodou je namáhání čerpadla a brzdové kapaliny, která se škrcením zahřívá.
7.1.3.2 Closed centre Tento způsob řízení toku tlakové kapaliny je nejpoužívanější. K řízení se využívá paralelně uspořádaných šoupátek, která jsou ovládána vahadlem přes zpětnovazební člen, čímž je docíleno toho, že brzdový tlak kapaliny je přímo úměrný síle působící na brzdový pedál. Tento způsob brzdění je nazýván statickým brzděním.
39
7.2 Brzdová soustava traktorů Brzdové ústrojí je povinnou součástí výbavy traktorů. Funkcí je zabezpečit jejich provoz, ať už při práci na poli nebo při dopravě po pozemní komunikaci. [1]
7.2.1
Konstrukce brzd traktoru U traktorů se v dnešní době používá mnoho konstrukcí brzdového ústrojí.
Nejčastějším provedením provozních brzd jsou brzdy třecí, hydraulické, dvouokruhové, mokré a kotoučové s kotouči s třecím obložením. U traktorů nižších výkonových tříd je vybavena brzdami pouze zadní náprava. Vyšší výkonové třídy mají vybaveny brzdami obě nápravy. Brzdy jsou vybaveny hydraulickým posilovačem. Parkovací brzda je většinou realizována mechanicky ovládanými provozními kotouči nebo lamelovou brzdou. Traktory využívané pro přepravu po silničních komunikacích jsou vybaveny odlehčovací motorovou brzdou.
Obr. 24: Dvouokruhové kapalinové brzdy traktoru s hydraulickým posilovačem [1] 1 – akumulátor tlaku, 2 – hlavní brzdový válec s hydraulickým posilovačem, 3 – hlavní brzdič pneumatických brzd přívěsu, 4 – ventil hydraulických brzd přívěsu, 5 – provozní
40
mokré kotoučové brzdy zadní nápravy, 6 – ruční převodová mokrá lamelová parkovací brzda, 7 – provozní mokré kotoučové brzdy pření nápravy; [1] Dvouokruhové kapalinové brzdy s hydraulickým posilovačem zajišťují brzdění všech kol a umožňují připojení hydraulických i pneumatických brzd přívěsu. Lamelová brzda umístěna na výstupní hřídeli z převodovky slouží jako parkovací brzda. Nízkotlaký hydraulický okruh traktoru je zdrojem tlakového oleje pro posilovač. Každý okruh brzd je opatřen hlavní brzdovým válcem s hydraulickým posilovačem. Hlavní brzdový válec vytvoří po sešlápnutí pedálu brzdy v příslušném plnícím okruhu tlak, který je potrubím převeden k hydraulickým válcům brzd. Hydraulické válce vytvoří sílu, která je využita k vyvolání brzdného účinku. Pro snížení ovládací síly na brzdovém pedálu je hlavní brzdový válec opatřen posilovačem. Brzdový válec s posilovačem musí zajistit zabrzdění traktoru i v případě, kdy motor nepracuje nebo dojde k poruše a do posilovače není přiváděn tlak oleje. V takovém případě musí řidič na brzdový pedál působit daleko větší silou. [1]
Obr. 25: Hlavní brzdový válec s hydraulickým posilovačem (zabrzděno) [1] A – vstup oleje z nízkotlakého okruhu traktoru, B, C, D – kanály otevírané hranou pístu, E – výstupní kanál do olejové nádrže (odpad), F – přívod kapaliny k brzdovým válcům kol, 1 – řídící píst, 2 – píst posilovače, 3 – hlavní brzdový válec; [1] U traktorů se používají různá konstrukční provedení kotoučových brzd. Mohou to být klasické kotoučové brdy s třmenem (Fastrac) nebo brzdy s jedním nebo dvěma třecími kotouči (Zetor), na kterých je nalepeno brzdové obložení. [1]
41
7.2.1.1 Kotoučová brzda s jedním třecím kotoučem Kotouč se třecím obložením je uložen na drážkách hřídele polonápravy a může se při jízdě volně otáčet mezi přítlačnými kotouči. Prostor pod pístem je potrubím spojen s hlavním brzdovým válcem. Při stlačení pedálu brzdy je pod pístem přivedena tlaková kapalina z hlavního brzdového válce, píst přes přítlačné kotouče sevře brzdový kotouč, čímž zabrzdí pojezdové kolo. Přítlačná síla je dána tlakem brzdové kapaliny a plochou pístu brzdy. Třecí síla na brzdovém kotouči závisí na přítlačné síle, na součiniteli tření mezi obložením kotouče a přítlačným kotoučem a na počtu třecích ploch. [1] Fk Fp · f · np pb · Sb · f · np ; N
(10)
Fp – přítlačná síla [N], f – součinitel tření [-], np – počet třecích ploch [-], pb – tlak v brzdové soustavě [Pa], Sb – plocha průřezu brzdového válce [m2]; [1]
7.2.1.2 Kotoučová brzda se dvěma třecími kotouči Oba třecí kotouče jsou uloženy na drážkách hřídele polonápravy před koncovým převodem. Mezi třecími kotouči jsou dva přítlačné kotouče, které jsou k sobě přitahovány pružinami. Tyto kotouče mají na vnitřních stranách vybrání, ve kterých jsou kuličky. Při sešlápnutí pedálu brzdy dojde přes brzdový válec a pákový mechanismus ke vzájemnému pootočení přítlačných kotoučů. Kuličky od sebe kotouče oddálí, čímž je přitlačí na obložení třecích kotoučů a zabrzdí pojezdové kolo. [1]
42
Obr. 26: Dvoukotočová brzda traktoru Zetor [1] 1- třecí kotouče, 2 – přítlačné kotouče, 3 – kuličky, 4 - vybrání Tato brzda je využívána jako parkovací. Přítlačné kotouče jsou vzájemně pootáčeny mechanickým ústrojím spojeným s pákou v kabině. U některých typů traktorů je parkovací brzda realizována západkovou brzdou. Je tvořena ozubeným kolem, které je umístěno na výstupní hřídeli z převodovky a západkovým mechanismem. Brzda se aktivuje až po zastavení vozidla, vše je chráněno elektronicky.
Obr. 27: Západková parkovací brzda [1] 7.2.1.3 Vymezování vůle brzdového obložení Při opotřebení brzdového obložení nesmí docházet ke zvětšování vůle brzdového pedálu. Brzda je proto vybavena mechanismem, který automaticky vůli vymezuje. Jedná se o pružný ocelový kroužek zalisovaný do otvoru v pístu. Kroužek je nasunut na čepu s axiální vůlí. Při sešlápnutí brzdového pedálu se kroužek posune s pístem na čepu 43
až k vymezovací podložce, o kterou se zastaví a vlivem tlaku brzdové kapaliny se pístek přesune do nové výchozí polohy. Po uvolnění pedálu dojde k poklesu tlaku pod pístkem, ten se spolu s pružným kroužkem na čepu posune zpět. Zdvih pedálu je tímto způsobem udržován konstantní.
Obr. 28: Kotoučová brzda s jedním třecím kotoučem [1] 1 – brzdový kotouč, 2 – přítlačné kotouče, 3 – píst, 4 – skříň rozvodovky, 5 – vymezovací kroužek. [1]
7.2.2
Brzdy traktorových přípojných vozidel Traktor zajišťuje ovládání brzdy přípojného vozidla. Zajišťuje dodávku energie
potřebnou k brzdění přípojného vozidla. Brzdění je zajišťováno hydraulickými nebo pneumatickými brzdami. Nejčastěji se však používají brzdy pneumatické. Využívá se především jednohadicového, dvouhadicového a trojhadicového brzdového systému. Přípojné vozidlo je spojeno s traktorem příslušným počtem spojovacích vedení (hadic). Jednohadicový a dvouhadicový systém je využíván u jednookruhových brzd přívěsu, tříhadicový je použit u dvouokruhových brzd. Jednohadicový brzdový systém pracuje tak, že spojovacím potrubím dodává vzduch do vzduchojemu přívěsu a zároveň jím ovládá brzdy. Vícehadicové brzdové systémy využívají jedno spojovací potrubí k neustálé dodávce tlakového vzduchu pro přípojné vozidlo a ostatní potrubí slouží pro ovládání brzd.
44
8
ELEKTRONICKÉ SYSTÉMY BRZDOVÝCH SOUSTAV
8.1 Protiblokovací brzdový systém ABS Při jízdě po mokré a kluzké vozovce může během brzdění dojít k nežádoucímu zablokování kol, které znemožní řiditelnost vozidla. Brzdový systém ABS zabraňuje blokování kol a tím zajišťuje řiditelnost vozidla a snižuje nebezpečí vzniku smyku. Tento systém se využívá u hydraulických i pneumatických brzdových soustav.
Obr. 29: Protiblokovací regulační systém ABS [3] 1 – hydraulický agregát s magnetickými ventily, 2 – hlavní brzdový válec, 3 – brzdový kolový válec, 4 – elektronická řídící jednotka, 5 – snímač otáček (čidlo, impulzní kroužek). [3] Systém snímání otáček se skládá z indukčního snímače a impulzního kroužku. Impulzní kolo je umístěno na náboji kola a otáčí se tedy stejnými otáčkami. Při otáčení kola dochází ve snímači k vytvoření střídavého napětí, jehož frekvence je úměrná otáčkám kola. Pomocí změny otáček kol při brzdění zjišťuje elektronická řídící jednotka obvodové zrychlení nebo zpomalení kola, brzdný skluz kola, referenční rychlost a
zpomalení
vozidla.
Elektronická
řídící
jednotka
posílá
impulzy
do
elektromagnetických ventilů. Dochází zde k regulaci maximálního brzdného tlaku tak, aby nedošlo k zablokování kol.
45
Obr. 30: Porovnání brzdění bez ABS a s ABS [3] U vozidel se vzduchotlakovou brzdovou soustavou je k brzdovému ventilu připojen zdroj tlakové energie (vzduchojem).
8.2 Protiprokluzová regulace ASR Obdobný problém, jako při zablokování kola při překročení meze adheze, vzniká také při prudké akceleraci vozidla. Kolo začne prokluzovat a nepřenáší žádnou boční sílu, takže při sebemenším vnějším popudu (boční vítr, jízda zatáčkou, příčný sklon vozovky) se vozidlo dostane do smyku. Protiprokluzový systém ASR omezuje hnací moment na kolo podle okamžitých adhezních podmínek, tím zabraňuje prokluzu kola a zajišťuje stabilitu a řiditelnost vozidla při akceleraci. [4] Regulace prokluzu je využita především pří jízdě na vozovce s náledím, při jízdě do kopce a po rozbahněném povrchu. Prokluzování kol vede k nadměrnému opotřebení pneumatik a hnacího ústrojí (diferenciálu). Z rozdílu prokluzu hnacích kol systém ASR umí rozlišit mezi průjezdem zatáčkou a prokluzem kola. Tento systém je rozšířením protiblokovacího systému ABS a úzce s ním spolupracuje.
8.2.1
Motorová regulace ASR U zážehových motorů bývá regulováno vstřikování paliva, poloha škrticí klapky
a zapalování. Zásah do plnění palivem přes škrticí klapku má nejvíce výhod. Složení výfukových plynů i zatížení motoru je menší. Nevýhodou je však relativně pomalá reakční doba. Při zásahu do zapalování je posunut okamžik zážehu, aby docházelo ke zmenšování točivého momentu motoru. Není-li toto opatření dostačující, jsou vynechávány zapalovací impulsy a je zastaveno vstřikování paliva.
46
8.2.2
Brzdová regulace ASR Brzděním hnacích kol vozidla je dosažena nejkratší možná reakční doba,
protože při nárůstu brzdného tlaku je bezprostředně ovlivňován skluz hnacího kola. U vozidel, u kterých se přizpůsobování točivého momentu motoru provádí jen škrticí klapkou, může být brzdění kol rychlým doplňkem pro stabilitu a řiditelnost. [4]
8.2.3
Elektronické řízení výkonu ASR Aby mohl systém ASR zasáhnout nezávisle na tom, jak silně má řidič vozidla
stlačený akcelerační pedál, musí mezi mechanické spojení pedálu akcelerátoru a škrticí klapky (zážehové motory) nebo pedálu akcelerátoru a vstřikovací čerpadlo (vznětové motory) vstupovat elektronický akcelerační pedál (EGAS). Ten zpracovává regulační pokyny ze systému ASR s předností vzhledem k ovládání řidičem.
Obr. 31: Elektronické řízení výkonu motoru EGAS pro ASR [4] Pomocí snímače pedálu se poloha akceleračního pedálu převede na elektrický signál, který se v řídicí jednotce EGAS převede pomocí jiných signálů ze snímačů (teplota, otáčky motoru) na řídicí elektrické napětí pro motor, který přestavuje škrticí klapku zážehového motoru nebo regulační tyč vstřikovacího čerpadla vznětového motoru, čímž ovlivňuje hnací moment.
47
8.3 Elektronická uzávěrka diferenciálu EDS Použití této elektronické uzávěrky diferenciálu je možné jen ve spojení se systémem ABS. Začnou-li hnací kola prokluzovat, systém EDS rozdělí hnací moment motoru rovnoměrně na poháněná kola. Dochází k vzájemnému porovnávání rychlosti otáčení hnacích kol a to, které má větší prokluz je automaticky přibrzděno.
8.4 Suché brzdění RBS Funkce RBS (Rain Brake Support) zlepšuje brzdný účinek za deštivého počasí. Na brzdové kotouče je rozstřikována voda, která tvoří vodní film. Tento film způsobuje zpomalení procesu brzdné odezvy. Jestliže za jízdy v dešti řidič po dlouhou dobu nepoužije brzdy, brzdové segmenty se v naprogramovaných intervalech samy lehce přitlačí ke kotoučům, čímž je vysuš („stěrače brzd - BMW“). Tlak v brzdách je při tomto procesu sušení brzdových disků tak nízký, že řidič ve voze nepocítí žádné zpomalení.
8.5 Elektronické rozdělení brzdné síly EBD Systém ABS s elektronickým rozdělováním brzdné síly EBD zahrnuje vliv změny zatížení náprav při brzdění a reguluje brzdný tlak na nápravách. Systém EBD tedy nahrazuje omezovací ventily brzdného tlaku a tzv. automatickou zátěžovou regulaci (AZR). Funkce EBD je dodatečný software k programu ABS, který umožňuje jemnější regulaci brzdného tlaku na zadní nápravě. Může působit i u normálního brzdění (nejen při prudkém brzdění), a to v závislosti na stavu zatížení vozidla přilnavosti vozovky. V závislosti na skluzu kol umožňuje elektronické rozdělování brzdných sil EBD snížení brzdného tlaku na zadních brzdách, což vede ke zvýšení stability vozidla. [3]
8.6 Brzdový asistenční systém BAS Při nouzovém brzdění (v kritické situaci) často dochází k tomu, že řidiči brzdový pedál sešlápnou rychle, ale zato malou silou, která je potřebná k bezpečnému zastavení vozidla a dojde k havárii. Elektronický systém BAS rozpozná, kdy řidič nouzově brzdí a nárazově zvýší brzdný tlak. Tento systém spolupracuje s řadou elektronických
48
brzdových systémů (ABS, ASR, ESP) a bylo prokázáno, že brzdná dráha s použitím BAS je o 15-20 procent kratší. V dnešní době se používá elektronický, hydraulický nebo mechanický brzdový asistent. Funkce těchto zařízení je totožná, liší se jen ve způsobu snímání pro činnost potřebných veličin a způsobem řízení vlastní činnosti zařízení. Činnost systému je založena na snímání odporu potenciometru, který se mění vlivem pohybu membrány nebo brzdového pedálu. Řídicí jednotka systému tento signál vyhodnotí. Pomocí stálého vyhodnocování s přednastavenými údaji dokáže okamžitě rozpoznat, jedná-li se o nouzové brzdění. Tehdy sepne obvod elektromagnetu, který ovládá zavzdušňovací ventil pracovní komory posilovače brzd, čímž se vytvoří zesílená brzdná síla a dojde k plnému brzdění. Spolupráce systému ABS zabrání blokaci kol. Zesílení brzdné síly se zruší
až
po
uvolnění
brzdového
pedálu,
kdy
dojde
k rozpojení
obvodu
elektromagnetického ventilu. [3]
Obr. 32: Brzdná dráha s podporou BAS a bez BAS (BOSCH) [10]
8.7 Elektronická stabilizace jízdy ESP ESP (Elektronic Stability Program) je regulační systém ke zlepšení jízdních vlastností vozidla a jeho chování, který spolupracuje s brzdovou soustavou a hnacím ústrojím. Je kombinován s řadou jiných elektronických systémů ABS a ASR. Dobré vedení vozidla je odvozeno od toho, jak přesně vozidlo sleduje jízdní stopu, která je dána průběhem úhlu natočení volantu a zda vozidlo zůstává stabilní. Pro zaručení stability vozidla v kritické situaci systém ESP reguluje jak rychlost stáčení (úhlová
49
rychlost otáčení vozidla kolem jeho vlastní osy), tak i odchylky směru jízdy od podélné osy vozidla. Stability jízdy vozidla je dosaženo samočinnými zásahy do brzd jednotlivých kol a hnacího momentu motoru bez zásahu řidiče. Zjistí-li systém prostřednictvím snímačů příčně dynamický kritický stav vozidla, dochází k přibrzdění příslušných kol, tím se vytvoří točivý moment kolem svislé osy vozidla, který kompenzuje nežádoucí neotáčivý, popř. přetáčivý pohyb vozidla. [4]
Obr. 33: Zásah ESP při nedotáčivém či přetáčivém chování vozidla [4] Vlevo: 1 - s ESP, 2 - bez ESP, 3 – brzdná síla, 4 – vyrovnání nedotáčivosti Vpravo: 1 – bez ESP, 2 – s ESP, 3 – brzdná síla, 4 – vyrovnání přetáčivosti
50
9
ZÁVĚR V dnešní době dochází k neustálému zdokonalování brzdových soustav, což je
způsobeno kladením stále větších požadavků na bezpečnost provozu všech druhů vozidel. Brzdy jsou bezesporu jednou z nejdůležitějších částí vozidla, které se na tomto zvyšování bezpečnosti podílejí. Bubnové brzdy jsou nahrazovány za výkonnější kotoučové brzdy, protože rychlost vozidel a jejich hmotnost se stále zvyšuje. Dochází k vzájemnému kombinování podpůrných elektronických brzdových asistentů a ke zdokonalování jejich funkce. Každý řidič by měl mít stále na paměti, že žádné brzdy nejsou schopny zastavit vozidlo okamžitě. Předvídáním a opatrnou jízdou se často vyhneme nepříjemným dopravním nehodám a zraněním. Vždy proto musíme uzpůsobit rychlost vozidla stavu vozovky a dopravní situaci.
51
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] BAUER, František; SEDLÁK, Pavel; ŠMERDA, Tomáš . Traktory. Vyd. 1. Praha : Profi Press, 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0. [2] JAN, Zdeněk; ŽDÁNSKÝ, Bronislav. Automobily 1 : Podvozky. Vyd. 2. Brno : Avid, 2001. vi, 211 s. [3] VLK, František. Podvozky motorových vozidel. Vyd. 3. Brno : Prof. Ing. František Vlk, DrSc., 2006. vii, 464 s. ISBN 80-239-6464-X. [4] VLK, František. Elektronické systémy motorových vozidel 2 : Díl 2. Vyd. 1. Brno : Prof. Ing. František Vlk, DrSc., 2002. vii, 592 s. ISBN 80-238-7282-6. [5]
URL: http://www.pacbrake.com
[6]
URL: http://dwperformance.wordpress.com
[7]
URL: http://www.hagemann.cz
[8]
URL: http://www.regarden.cz/prislusenstvi-a-nahradni-dily
[9]
URL: http://www.nd-skoda-volkswagen.cz/cz/autodily-skoda
[10]
URL: http://www.cs.autolexicon.net/articles/brzdovy-asistent
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1: Motorová výfuková brzda ................................................................................... 17 Obr. 2: Elektromagnetická brzda TELMA ...................................................................... 18 Obr. 3: Hydrodynamická brzda [2] ................................................................................. 19 Obr. 4: Hydrodynamická brzda a její charakteristika (BOSCH) [3] .............................. 19 Obr. 5: Konstrukce bubnové brzdy [2] ............................................................................ 23 Obr. 6: Uložení brzdových čelistí [3] .............................................................................. 23 Obr. 7: Popis částí bubnové brzdy [3] ............................................................................ 24 Obr. 8: SIMPLEX [2] ...................................................................................................... 25 Obr. 9: DUPLEX [2] ....................................................................................................... 25 Obr. 10: DUO-DUPLEX [2] ........................................................................................... 26 Obr. 11: SERVO [2] ........................................................................................................ 26 52
Obr. 12: DUO-SERVO [2] .............................................................................................. 26 Obr. 13: Provedení brzdových bubnů [3]........................................................................ 27 Obr. 14: Brzdové čelisti s obložením .............................................................................. 28 Obr. 15: Dvojčinný hydraulický váleček [3] ................................................................... 28 Obr. 16: Kotouč kombinovaný s bubnovou parkovací brzdou [3] .................................. 30 Obr. 17: Kotoučová brzda s pevným třmenem [2] .......................................................... 31 Obr. 18: Kotoučová brzda s volným třmenem [2] ........................................................... 31 Obr. 19: Provedení brzdových kotoučů [3] ..................................................................... 32 Obr. 20: Brzdové desky ................................................................................................... 33 Obr. 21: Kompresor [2] .................................................................................................. 36 Obr. 22: Montážní schéma membránového brzdového válce [3].................................... 38 Obr. 23: Zátěžový regulátor brzdné síly [2] .................................................................... 38 Obr. 24: Dvouokruhové kapalinové brzdy traktoru s hydraulickým posilovačem [1] .... 40 Obr. 25: Hlavní brzdový válec s hydraulickým posilovačem (zabrzděno) [1] ................ 41 Obr. 26: Dvoukotočová brzda traktoru Zetor [1] ........................................................... 43 Obr. 27: Západková parkovací brzda [1]........................................................................ 43 Obr. 28: Kotoučová brzda s jedním třecím kotoučem [1] ............................................... 44 Obr. 29: Protiblokovací regulační systém ABS [3] ......................................................... 45 Obr. 30: Porovnání brzdění bez ABS a s ABS [3] ........................................................... 46 Obr. 31: Elektronické řízení výkonu motoru EGAS pro ASR [4] .................................... 47 Obr. 32: Brzdná dráha s podporou BAS a bez BAS (BOSCH) ....................................... 49 Obr. 33: Zásah ESP při nedotáčivém či přetáčivém chování vozidla [4] ....................... 50
53
