Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Podvozky nákladních vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Vypracoval: Michal Jukl Brno 2010
Namísto této strany vložte prosím zadání práce.
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Podvozky nákladních vozidel 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 AF Mendelovy univerzity v Brně.
dne………………………………………..... podpis diplomanta.…………………………
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu práce panu Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D za odborné vedení a za poskytnuté materiály. Děkuji i všem ostatním, kteří mi s bakalářskou prací pomáhali odbornou, technickou nebo jinou formou.
ABSTRAKT Tato bakalářská práce popisuje hlavní části podvozků nákladních automobilů. Práce je rozdělena do několika skupin – rámy, zavěšení kol, odpružení, brzdové systémy automobilů a brzdy a odpružení přívěsů a návěsů. Cílem je vytvořit přehled o konstrukci a vývoji jednotlivých částí podvozku. V práci budu také popisovat fungování těchto částí.
Klíčová slova: podvozek, nákladní vozidla, brzdy
ABSTRACT This bachelor work describes the main components of a chassis of lorries or trucks. The document is divided into several groups. The groups are: frames, suspension, spring suspension, brake systems. There are also parts describing brakes and spring suspension systems of trailers and semitrailers. It was a purpose to create a summary about construction and development of individual part of chassis. There will be also a description of function of mentioned components. Keywords:chassis, lorries, brakes
OBSAH 1
ÚVOD ................................................................................................................ 8
2
CÍL PRÁCE ....................................................................................................... 9
3
RÁMY NÁKLADNÍCH VOZIDEL................................................................ 10
3.1
Obdélníkový rám.............................................................................................. 10
3.2
Obdélníkový rám s křížovou výztuhou ............................................................ 12
3.3
Páteřový rám .................................................................................................... 12
4
ZAVĚŠENÍ KOL ............................................................................................. 13
4.1
Závislé zavěšení kol ......................................................................................... 14
4.1.1 Mostové nápravy.............................................................................................. 14 4.1.1.1
Mostová náprava odpružená listovými pružinami.................................... 15
4.1.1.2
Mostová náprava odpružená vinutými pružinami .................................... 16
4.1.2 Vlastnosti tuhých náprav.................................................................................. 17 4.1.3 Vícenápravové systémy tuhých náprav............................................................ 18 4.1.4 Použití tuhých náprav....................................................................................... 19 4.2
Nezávislé zavěšení kol ..................................................................................... 20
4.2.1 Vlastnosti nezávislého zavěšení kol................................................................. 21 5
ODPRUŽENÍ NÁKLADNÍCH VOZIDEL ..................................................... 21
5.1
Listové pružiny................................................................................................. 22
5.2
Zkrutné tyče ..................................................................................................... 24
5.3
Pneumatické pružiny........................................................................................ 26
5.4
Hydropneumatické pružiny.............................................................................. 27
5.5
Speciální konstrukce odpružení ....................................................................... 28
5.5.1 Tatra King Frame ............................................................................................. 29 5.5.2 Zvedací nápravy ............................................................................................... 30 5.6
Odpružení přívěsů a návěsů ............................................................................. 31
6
BRZDOVÉ SOUSTAVY NÁKLADNÍCH VOZIDEL................................... 32
6.1
Vzduchotlaká brzdová soustava tažného vozidla............................................. 33
6.1.1 Plnící část vzduchotlaké brzdové soustavy ...................................................... 33 6.1.1.1
Kompresor ................................................................................................ 33
6.1.1.2
Regulátor tlaku vzduchu ........................................................................... 34
6.1.1.3
Vysoušeče vzduchu................................................................................... 36
6.1.1.4
Čtyřokruhový jistící ventil ........................................................................ 37
6.1.1.5
Vzduchojem .............................................................................................. 39
6.1.1.6
Odkalovací ventil ...................................................................................... 39
6.1.1.7
Tlakoměry a tlakové spínače .................................................................... 39
6.1.2 Ovládací část vzduchotlaké brzdové soustavy................................................. 40 6.1.2.1
Pedálový dvouokruhový brzdič ................................................................ 40
6.1.2.2
Zátěžový regulátor brzdného tlaku ........................................................... 43
6.1.2.3
Membránový brzdový válec ..................................................................... 43
6.1.2.4
Jednoduchý brzdový válec........................................................................ 44
6.1.2.5
Kombinovaný pružinový brzdový válec................................................... 44
6.1.2.6
Ventil parkovací brzdy a její okruh .......................................................... 45
6.1.3 Schéma plnící a ovládací části vzduchotlaké soustavy .................................... 46 6.1.4 Třecí brzdy ....................................................................................................... 46 6.1.4.1
Bubnové brzdy.......................................................................................... 46
6.1.4.2
Kotoučové brzdy....................................................................................... 47
6.2
Vzduchotlaká brzdová soustava přípojného vozidla........................................ 48
7
ZÁVĚR ............................................................................................................ 49
SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................... 50 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY........................................................................ 52
1 ÚVOD Nákladní vozidla procházejí svým nezadržitelným vývojem již od prvopočátku jejich vzniku.
Časem
vzrůstající
požadavky
na
užitkovost
nákladního
automobilu
se z dnešního pohledu postupně promítaly do každé jeho funkční skupiny. Těžší automobily potřebovaly výkonnější brzdovou soustavu, také lepší odpružení, nebo podvozkový rám dimenzovaný na větší zátěž. Ruku v ruce s větší výkonností nákladních vozidel šlo i zvyšování požadavků na jednodušší ovládání vozidla. Ovládací ústrojí spojky nebo řízení se vybavovala posilovači jejich účinku. Tyto postupné inovace zmenšovaly únavu řidiče a nepřímo ovlivňovaly bezpečnost provozu takového vozidla. Pracovní zařazení vozidla předem určuje požadavky, které budou kladeny na jeho podvozek. Nároky na automobil pohybující se v terénu budou jistě větší, než např. u tahače návěsů, jezdícího po zpevněných komunikacích. Rozdíly jsou patrné na první pohled v konstrukci podvozku – světlá výška, nájezdové úhly, tvar dezénu pneumatik, prvky pro ochranu podvozkových částí, apod. U terénního automobilu se s největší pravděpodobností objeví i přídavný náhon přední nápravy nebo uzávěrky diferenciálů, které bychom zřídka našli u vozidel používaných ryze na silnicích.
8
2 CÍL PRÁCE Úkolem této práce je popsat konstrukci podvozků nákladních automobilů a shrnout jejich vývoj. Pozornost bude věnována všem podvozkovým částem, především systémům odpružení a brzdným soustavám automobilů, ale i přívěsů a návěsů. V kapitole o brzdových soustavách se budu snažit popsat princip funkce jednotlivých částí soustavy. V celé práci budu pokud možno poukazovat na výhody a nevýhody popisovaných součástí podvozků.
9
3 RÁMY NÁKLADNÍCH VOZIDEL Rám je nosná část vozidla. Existuje více konstrukcí rámů, které jsou užity u nákladních automobilů. Konstrukce se liší podle druhu automobilu a výrobce.
Účel podvozkového rámu: •
spojovat mezi sebou nápravy,
•
nést karosérii a náklad a přenášet jejich tíhu na nápravy,
•
nést hnací skupinu vozidla (motor, převody a příslušenství),
•
přenášet hnací, brzdné a suvné síly mezi nápravami a karosérií. [2]
Požadavky kladené na rám: •
pružnost,
•
tuhost,
•
pevnost,
•
nízká hmotnost.[2]
Pružnost, tuhost a pevnost rámu musí být dostatečná, aby rám dokázal odolávat namáhání v krutu a ohybu při pohybu vozidla. V zásadě lze rámy rozdělit na tyto základní typy: obdélníkový, obdélníkový s křížovou výztuhou a páteřový.
3.1 Obdélníkový rám Obdélníkový rám tvoří dva podélníky a určitý počet příček, podle konstrukce vozidla. Spojení příček s podélníky se zajišťuje buď svařováním, nebo nýtováním. Nýtování se používá u ocelí s větší pevností, které mají horší svařitelnost. Rám této konstrukce má dostatečnou pružnost, což je výhodné pro jízdu v terénu, avšak nevýhodné pro nástavby uložené na rámu. Schematické znázornění obdélníkového rámu je na obr. 1. Vodorovné části jsou podélníky, svislé pak příčky.
10
Obr. 1:Obdélníkový rám [4] Obdélníkový rám je použit např. u vozů Praga V3S, Škoda 706, Liaz, IFA W 50, Scania, DAF, Iveco, aj.
Obr. 2:Rám a podvozek Praga V3S [3] 11
3.2 Obdélníkový rám s křížovou výztuhou Konstrukce se liší od obyčejného obdélníkového rámu pouze použitou výztuhou tvaru kříže nebo písmene X. Způsoby spojování podélníků, příček a výztuh jsou opět svařování a nýtování. Výhodou oproti předcházejícímu typu je větší tuhost.
Obr. 3:Obdélníkový rám s křížovou výztuhou [4]
3.3 Páteřový rám Páteřový rám se skládá ze střední nosné roury a dalších skupin, které na ni navazují. V přední části vozidla se napojuje rozvodovka přední nápravy, v zadní části vozidla rozvodovka zadní nápravy. Uvnitř nosné roury se nachází spojovací hřídel. Páteřový rám vyniká vysokou pevností a tuhostí, proto se používá u terénních vozidel. Nevýhody spočívají v problematičtějším upevnění nástavby.
Obr. 4:Páteřový rám [4]
Koncepci páteřového rámu používá výrobce automobilů značky Tatra. Centrální nosná roura zabezpečuje ochranu spojovacího hřídele proti vnějším vlivům a poškození, 12
nezávislé zavěšení kol všech náprav. Příčníky, spojené pevně s nosnou rourou, nesou průběžný rám svařený z U-profilů. Na průběžném rámu je uložena kabina řidiče, motor, převodovka řízení, přední a zadní nárazník a nástavba vozidla.
Obr. 5: Páteřový rám automobilu Tatra[9]
4 ZAVĚŠENÍ KOL Pod pojmem „zavěšení kol“ rozumíme způsob připojení kola k rámu nebo karoserii vozidla.[11] S tímto termínem také úzce souvisí termín náprava. Nápravou se rozumí seskupení prvků tvořících zavěšení kola: uložení kola, odpružení kola, brzdové ústrojí kola, řídící a hnací ústrojí kola. Obecně rozeznáváme dva druhy zavěšení kol - závislé a nezávislé. Do skupiny závislých zavěšení patří tuhá náprava, do skupiny nezávislých zavěšení pak ostatní typy náprav.
13
Obr. 6:Závislé (a) a nezávislé (b) zavěšení kol [11]
Zavěšení kola: •
umožňuje jeho odpružení, tzn. svislý pohyb vůči karosérii nebo rámu vozidla,
•
eliminuje nežádoucí pohyby kola (boční posuv a naklánění kola), jedná se o tzv. vedení kola,
•
přenáší síly a momenty mezi kolem a karoserií. [11]
Silami a momenty se rozumí svislé síly (zatížení vozidla), podélné síly (hnací a brzdné síly), příčné síly (odstředivá síla) a momenty podélných sil (hnací a brzdné momenty).
4.1 Závislé zavěšení kol U tohoto druhu zavěšení jsou kola automobilu uložena na společném nosníku, tzv. tuhé nápravě. Nosník a kola tvoří jednu kinematickou soustavu. Tuhé nápravy se dělí na nápravnice a mostové nápravy. Nápravnice se používají pro menší konstrukční rychlosti, takže se u nákladních vozidel neuplatňují.
4.1.1 Mostové nápravy Mostové nápravy jsou nejvíce používaným typem zavěšení kol u nákladních automobilů. Jde o nejstarší vývojovou koncepci nápravy. Jejich výroba je rychlá 14
a konstrukčně jednoduchá. Obvykle se vyrábějí z ocelolitiny. Mostové nápravy mají široké využití od terénních automobilů přes nákladní vozidla až po autobusy. Uplatňují se jako zadní hnací i jako přední řídící a hnací (především u těžších nákladních vozidel). Z konstrukčního hlediska hnací mostovou nápravu tvoří podle obr. 7 dvě mostové roury, které se svými konci spojují v nápravovém diferenciálu. Provedení může být jednodílné - tzv. banjo, nebo vícedílné, jak ukazuje obr. 8.
Obr. 7: Jednodílná mostová náprava (banjo) [2]
Obr. 8:Vícedílná mostová náprava [2]
Protože most nápravy spojuje obě kola na jedné nápravě, poloha obou kol vůči sobě zůstává nezměněna za všech situací. Odpružení mostové nápravy se uskutečňuje buď listovými, nebo vinutými pružinami. Obě z těchto možností vyžadují jiné řešení převodu sil z nápravy na rám nebo karoserii vozu.
4.1.1.1 Mostová náprava odpružená listovými pružinami Zavěšení nápravy tvoří dvojice listových pružin (obr.9). Listové pružiny plní následující funkce: vedení tuhé nápravy, odpružení a tlumení (třením) mezi nástavbou 15
a nápravou.[11] Zavěšení nápravy tohoto typu patří k nejstarším způsobům zavěšení. Mostovou náprava odpruženou listovými pružinami můžeme nalézt např. na automobilu Škoda 706 nebo Praga V3S (obr. 9), v obou případech je mostová náprava s listovými pružinami použita jak na zadních, tak na předních nápravách.
Obr. 9:Zadní nápravy vozu Praga V3S [3] 4.1.1.2 Mostová náprava odpružená vinutými pružinami Listová pružina v předchozím případě zajišťovala mj. vedení nápravy v podélném a příčném směru. Toto vinutá pružina neumožňuje, protože nepřenese téměř žádné boční síly. Stejný problém se řeší u odpružení pneumatickými pružinami. Vedení nápravy se proto musí zajistit jiným způsobem.
Způsoby „vedení“ tuhých náprav s pružinami: a) čtyři podélná a jedno příčné rameno - podélná ramena přenášejí síly v podélném směru, příčné rameno (Panhardská tyč) vede nápravu v příčném směru, b) Wattův přímovod - je dokonalejší forma Panhardské tyče, přenáší síly v příčném směru, c) ojnicové vedení - přenos sil v podélném směru, d) čtyři jednotlivá ramena - nápravu vedou dvě dvojice šikmých ramen, tímto způsobem je zajištěno jak podélné, tak příčné vedení.
Někteří výrobci užitkových automobilů, např. Mercedes-Benz, používají k vedení nápravy, která je pneumaticky odpružena, příčný stabilizátor. To znamená, že na jedné 16
nápravě se sníží počet prvků, tím pádem se snižuje hmotnost nápravy a zjednodušuje se celý systém vedení. Příčný stabilizátor je mechanismus, který omezuje naklánění karosérie v zatáčkách. Další zvláštní případ je použití tzv. suvných tyčí. Suvné tyče se používají jako doplněk k dvojici listových pružin (obr. 10) nebo k jednolistovým pružinám doplněných pneumatickým odpružením (obr. 11). Účel suvných tyčí je zmenšit ohybové namáhání listových pružin v podélném směru.
Obr. 10:Suvné tyče [11]
Obr. 11:Suvné tyče u pneumatického odpružení [11] 4.1.2 Vlastnosti tuhých náprav Tuhé nápravy jsou ve srovnání s nápravami nezávisle zavěšenými konstrukčně jednodušší a také mají menší požadavky na údržbu. Nevýhodou může být to, že zvyšují neodpruženou hmotu vozidla, což může snižovat komfort jízdy. Jako zadní hnací nebo jako řídící jsou vhodné zejména pro těžší nákladní vozidla.[2]
17
4.1.3 Vícenápravové systémy tuhých náprav U těžkých nákladních vozidel se pro zvýšení nosnosti zdvojuje zadní náprava nebo se přidává i další přední náprava. Pro převážení různých nákladů na různých površích se tuhé tandemové nápravy vybavují zařízením vyrovnávající jejich zatížení. Listová pružina působí jako vahadlo a vyrovnává statické zatížení mezi nápravami (obr. 12).
Obr. 12:Zadní dvojnáprava MAN [11] Firma Mercedes-Benz instaluje tento mechanismus do svých čtyřnápravových těžkých automobilů Actros (obr. 13). Při jízdě přes překážku se přenáší část hmotnosti z více zatížené nápravy na nápravu méně zatíženou.
Obr. 13: Mercedes-Benz Actros [7]
18
Vyrovnávání zatížení náprav má své neopomenutelné výhody: snížení bočního náklonu, nižší opotřebení zavěšení náprav a řízení a snížené opotřebení pneumatik.
4.1.4 Použití tuhých náprav Nelze přesně vyjmenovat všechny varianty tuhých náprav od všech výrobců vozidel, a proto bych se chtěl zaměřit na jeden určitý podvozek nákladního automobilu a ten popsat. Výrobce velkotonážních autojeřábů Liebherr vyrábí nápravy pro své automobilové podvozky podle svého know-how. Podle druhu zavěšení se jedná o nápravy tuhé. Podle výrobní technologie jde o nápravy svařované. Odpruženy jsou hydro-pneumaticky a podvozek je výškově stavitelný (obr. 14). Boční a podélné vedení náprav se uskutečňuje pomocí 4 ramen na každé nápravě, přičemž jejich uchycení se různí. Sortiment svých podvozků má tato firma od dvounápravových, přes tří-, čtyř-, pěti-, šesti-, sedmi-, osminápravové až po maximum devíti náprav. Všechny podvozky jsou vybaveny natáčením všech nebo převážné většiny kol (obr. 15). Provozní kotoučové brzdy jeřábu se ovládají vzduchem.
Obr. 14:Podvozek autojeřábu Liebherr LTM 1050-3.1 [5]
Obr. 15:Natáčení kol podvozku Liebherr LTM 1400-7.1 [6] 19
4.2 Nezávislé zavěšení kol Nezávislé zavěšení se vyznačuje tím, že kola jsou zavěšeny na karoserii nezávisle jedno na druhém. U osobních automobilů se nezávislé zavěšení poměrně rozšířilo, nicméně u nákladních automobilů se používá omezeně. Příkladem mohou být nákladní vozidla Tatra, určená do těžkého terénu. Jak bylo uvedeno v kapitole o rámech, Tatra používá pouze páteřový rám, tzv. centrální nosnou rouru, která tvoří základ celého podvozku. V páteřovém rámu probíhá po celé délce spojovací hřídel, od něhož se pohání kola. Na centrální rouru jsou připojeny výkyvné polonápravy, které se svou konstrukcí od sebe příliš neliší. Nezávislé zavěšení polonáprav zajišťuje: •
vysoký útlum vibrací,
•
vysokou průchodnost v těžkém terénu,
•
vyšší přepravní rychlost v terénu a na špatných vozovkách,
•
možnost použití v širokém spektru provozních podmínek. [9]
Vedení polonáprav v bočním a podélném směru se řeší pomocí jejich uložení ve skříni rozvodovky nápravy (obr. 16)
Obr. 16:Uložení vidlic polonáprav v spodním dílu skříně rozvodovky [9]
20
4.2.1 Vlastnosti nezávislého zavěšení kol V porovnání s tuhou nápravou se pohyby pravého a levého kola na sebe přenášejí jen nepřímo přes karosérii, proto nevzniká žádné třepetání jako u náprav tuhých. Třepetáním se označuje příčné kmitání tuhé nápravy. U výkyvných polonáprav je menší zastoupení neodpružené hmoty, než u náprav tuhých, proto kvalita odpružení vozidla bude vyšší. Polonápravy se skládají z více součástí, proto musí být zajištěna odpovídající údržba, především mazání pohyblivých uložení, utěsnění všech citlivých částí manžetami, apod.
5
ODPRUŽENÍ NÁKLADNÍCH VOZIDEL Obecně lze říci, že odpružení mírní rázy od kol vzniklé při najetí na nerovnost, které
by jinak přešly od náprav v plné míře na karoserii vozidla. To tvoří ochranu osob a přepravovaného nákladu. Odpružením se snižuje i namáhání dalších podvozkových částí a tím se prodlužuje jejich životnost. Dalšími funkcemi odpružení je mírnit namáhání rámu a zajišťovat dostatečný styk kola s vozovkou i po přejetí výmolu, což zvyšuje bezpečnost provozu. Styk kola s vozovkou zaručuje přenos sil, zejména hnacích a brzdných. Kvalita odpružení také příznivě ovlivňuje únavu posádky vozidla, především řidiče. Prakticky se mechanismus odpružení umisťuje mezi nápravy a rám nákladního vozidla. Pružících elementů existuje celá řada. Podle druhu se dělí na ocelové, pneumatické, pryžové, vzduchokapalinové a pryžokapalinové. Ocelové pružiny se dělí na listové pružiny, vinuté pružiny a zkrutné tyče. U nákladních automobilů se v největší míře používají listová pera a pneumatické odpružení. Vinuté pružiny se u nákladních vozů nepoužívají. Některé typy odpružení se musejí doplit tlumiči pružení. Je to proto, že např. pneumatické pružiny mají malý samotlumicí účinek. K charakteristickým vlastnostem každé pružiny patří: •
frekvence vlastních kmitů pružiny - Je to počet kmitů, kterým po rozkmitání pružina kmitá.[2]
•
tuhost pružiny - Je to veličina závislá na konstrukci pružiny. V závislosti na tuhosti pružiny kmitání po určité době samo odeznívá. Na zatížení je tuhost pružiny závislá nepřímo, čím větší je zatížení, tím je tuhost pružiny menší a obráceně. Tuhost pružiny má vliv rovněž na frekvenci vlastních kmitů, čím má pružina větší tuhost, tím je frekvence kmitů vyšší. [2] 21
Kvalitu odpružení určuje podíl hmotností odpružených a neodpružených částí vozidla. Odpruženými částmi se míní ty části, které se nacházejí až za vlastním odpružením, tzn. za pružinou - karoserie. Neodpružené části se pak nacházejí před pružinou a jsou to nápravy a jejich příslušenství. Čím více se zvětšuje hmotnost odpružených částí, tím více bude odpružení kvalitnější. Velký vliv na kvalitu odpružení má také progresivita pérování. Jde o to, že při naloženém vozidle má pružina jinou tuhost, než při prázdném vozidle. Protože mezi zatížením a tuhostí pružiny platí nepřímá úměra, bude tuhost pružiny při plně naloženém vozidle menší. Menší tuhost znamená menší frekvenci kmitů, tím pádem by odpružení na prázdném vozidle bylo příliš tvrdé a jízda nepohodlná.
5.1 Listové pružiny Listové pružiny se používají u nákladních vozidel s vysokou užitečnou hmotností. Co se materiálu týče, vyrábějí se z pružinových ocelí. Tuhost pružiny ovlivňuje její délka, rozměry ostatních listů a počet listů. Plně funkční skupinou je pak svazek na sebe naskládaných listů (plátů), spojených třmeny (sponami). Konstrukci názorně ukazuje obr. 17.
Obr. 17:Konstrukce listového pera [2] Z obr. 17 vyplývá, že listová pružina musí mít tzv. hlavní list (1), který umožňuje vlastní uchycení pružiny. Na hlavní list se ostatní listy (2) přichytí sponami (3). Středový šroub (4) se sponami slouží k zajištění polohy ostatních listů. Jeden konec hlavního listu musí být uložen tak, aby byla možná změna délky pera - propružení. Progresivita pérovaní se u listových pružin provádí několika způsoby. Častým případem je změna počtu pružicích listů - tím může vzniknout dvoustupňové nebo třístupňové pero. Ukázka dvoustupňového pera je na obr. 18. Příkladem použití může být např. Škoda 706. 22
Obr. 18:Progresivní pružení přídavným perem [4] Další možností progresivního pérování je stupňovité pero se spodním opěrným listem. Spodní list se dostává do činnosti až po dosažení určitého průhybu listové pružiny umístěné nad ním. Příklad tohoto typu zobrazuje obr. 19.
Obr. 19:Progresivní pružení přídavným listem [11] Listové pružiny nepotřebují tlumič pružení, protože suché tření mezi listy tlumič nahrazuje. Tlumení ovšem závisí na fyzickém stavu per. Vlivem nečistot nebo koroze může odpor mezi listy výrazně vzrůst, což má za následek větší odpor proti deformaci pružiny. U starších typů automobilů se vyžadovalo mazání listů. Existuje však modernější řešení a to vložením plastové vložky mezi listy. Řešením by také bylo, aby pružina měla co nejméně listů. Tohoto lze dosáhnout použitím parabolických pružin, které pro stejné zatížení vyžadují méně listů, než běžné pružiny. Méně listů znamená menší hmotnost celé pružiny. Některé ale vyžadují tlumiče kmitů. Velkou výhodou je, že listové pružiny mohou vést nápravu v příčném i podélném směru, to znamená, že při splnění určitých podmínek uchycení pružiny odpadá mnohdy složité vedení nápravy a celek nápravy se výrazně zjednodušuje. U tandemových náprav odpružených listovými pružinami nelze zajistit takové vedení náprav, jako u nápravy jednoduché. V tomto případě se listová pera opírají pouze o jejich patky. Nápravy pak musí být vybaveny mechanismem pro vedení nápravy např. suvnými tyčemi nebo rameny. Záleží ale na celkové konstrukci - některé konstrukce totiž mohou zabezpečovat boční vedení, jako ta na obr. 12. Konstrukce
23
na obrázku pochází od výrobce MAN a je určena pro těžký provoz. Uchycení listového pera u zadní dvounápravy pomocí třmenu od výrobce Tatra uvádí obr. 20.
Obr. 20:Třmen uchycení listového pera na polonápravě Tatra 148 [8] K vlastnostem listových pružin lze ještě dodat, že jejich konstrukce je složitá, mají zvýšené nároky na údržbu a že pero je poměrně rozměrné a hmotné.
5.2 Zkrutné tyče Zkrutné, někdy nazývané torzní, tyče mají zastoupení poněkud menší, než tomu bylo u pružin listových. U nákladních vozidel se používají spíše výjimečně. Princip odpružení spočívá ve zkrucování tyče v podélném směru. Vyrábějí se z vysoce legovaných ocelí. Průřez po délce se brousí na stejný průměr. Na koncích zkrutné tyče se nacházejí hlavice o větším průměru pro její uchycení. Hlavice se vyrábějí s kruhovým
průřezem
s drážkováním,
jako
čtvercové
a obdélníkové,
nebo jako šestiúhelníkové. U těchto tyčí se musí povrch mezi hlavicemi jemně brousit, popř. i leštit, kvůli zvětšení únavové pevnosti. Ze stejného důvodu musí být přechod z tyče v hlavici s co největším poloměrem. Pro ochranu tyčí proti vnějšímu poškození se ukládají do plastového obalu nebo do ocelové trubky, která zároveň tyč chrání proti nežádoucímu ohybu. Torzní tyč se umisťuje rovnoběžně s podélnou osou vozidla, Jeden konec se upevní do rámu, druhý přes rameno na nápravu. Zdvih kola se přenáší na rameno, které zkrutnou tyč natáčí v mezích její pružné deformace. Natočení zkrutné tyče
24
na zatěžovaném konci je přímo úměrné zatěžovacímu momentu a délce tyče a nepřímo úměrné čtvrté mocnině průměru. Průměr je tedy její nejcitlivějším parametrem.[11] Montáž tyče se provádí tak, aby tyč byla upevněna s předpětím. Pro větší zatížení se mohou torzní tyče montovat i skupinově ve dvojicích nebo čtveřicích. Progresivity pérování se dosahuje přídavnou trubkou, do které se tyč usazuje. Trubka se začíná zkrucovat až po dosažení určitého zatížení. Tuhost zkrutných tyčí závisí na jejich průměru a délce, jak bylo naznačeno už dříve. Konstrukce tyče není příliš složitá a není vyžadována náročná údržba (kromě jednoduchého promazání pohyblivých uložení). Samotlumicí účinky torzní tyče nemají, musí se proto doplnit vhodnými tlumiči pružení. Vedení nápravy zkrutnými tyčemi nelze realizovat kvůli tomu, že tyč smí být namáhána pouze na krut, nikoli na ohyb. Zkrutné tyče mohou do jisté míry zastupovat funkci příčného stabilizátoru. Zkrutné tyče používá automobilka Tatra k odpružení předních náprav u většiny provedení podvozků 6x6 nebo 4x4 (obr. 21). Na obr. 21 je zřejmé uchycení torzních tyčí do páteřového rámu (vpravo) a uchycení na polonápravy přes ramena, která jsou usazena na levém konci tyče.
Obr. 21: Odpružení přední nápravy torzními tyčemi Tatra [9]
25
5.3 Pneumatické pružiny Pneumatické odpružení má jako pružící jednotku pružný pryžový měch, ve kterém pruží stlačený vzduch. Vyrábějí se dva druhy měchů - vlnovce nebo vaky. Vlnovcové pružiny mívají dva až čtyři vlnovce. Pryžový vlnovec se zpevňuje kordovými vložkami a je velmi pevný a odolný proti proražení; velmi vysoká životnost (až 500 000 km) je dána hlavně tím, že při pružení se stěna vlnovce v podstatě jen ohýbá. Vakové pružiny mají píst, po kterém se při pružení odvaluje vak, tak že dochází ke značným deformacím a pro dosažení vysoké životnosti musí být materiál vaku velmi odolný a píst vhodně tvarován.[11] Znázornění obou typů pružin je na obr. 22 - (a) vlnovcová pružina, (b) vaková pružina.
Obr. 22:Vlnovcová (a) a vaková pružina [11] Pneumatické odpružení se používá převážně u nákladních automobilů a autobusů, u osobních automobilů se až na výjimky nepoužívá. Odpružení tohoto druhu funguje tak, že samočinně udržuje stálou výšku mezi karoserií (podlahou) vozidla a nápravami. Při zvětšení zatížení vozidla dojde k poklesu karoserie, tím se zmenší vzdálenost mezi karoserií a nápravami. Tato změna se převádí mechanicky (přes pákový mechanismus) nebo elektricky (potenciometrem) k regulačnímu ventilu, který doplní stlačený vzduch do původního objemu. Dosažením původního objemu se zvýší tuhost pružiny, docílí se progresivity odpružení a obnoví se původní výška karoserie nad nápravou. Takovýto mechanismus je popsán na obr. 23. K fungování pneumatického odpružení je tedy nutné, aby vozidlo bylo vybaveno vzduchovým okruhem. Vzduchový okruh pro odpružení se skládá z čističe vzduchu, kompresoru, odlučovače vody, regulátoru tlaku a zásobníků (vzduchojemů). Kompresor stlačuje vzduch do zásobníků přes odlučovač vody a regulátor tlaku. Odtud se tlakový vzduch rozvádí k regulačním ventilům na jednotlivých nápravách. Jestliže nastane
26
situace popsaná výše, proudí stačený vzduch ze vzduchojemů přes otevřené regulační ventily a pneumatické pružiny se dohustí.
Obr. 23:Vzduchové odpružení [11] Pneumatické pružiny nemají schopnost vést nápravu, náprava proto musí být vybavena mechanismem pro boční a podélné vedení. Samotlumicí účinek u pneumatických pružin také chybí. Rozměry pružin jsou závislé na tlaku ve vzduchové soustavě. Mezi použitým tlakem a rozměry pružiny je nepřímá úměra.
5.4 Hydropneumatické pružiny Oproti pneumatickým pružinám se liší v tom, že hmotnost plynu, se kterým hydropneumatická pružina pracuje, je konstantní. Hydropneumatické pružiny mají obecně dvě části - válec pružiny a zásobník plynu. Válec pružiny je umístěn mezi nápravu a rám vozidla. Při propružení nápravy se přenáší síly z nápravy přes válec na stlačený plyn v zásobníku. Plyn, nejčastěji dusík, který je v zásobníku pod tlakem 10 - 20 MPa tvoří pružící jednotku. Zásobník se skládá ze dvou polokoulí oddělených mezi sebou membránou. Nad membránou se nachází plyn (dusík) a pod membránou je kapalina (olej) přenášející síly od pístu válce. Tyto pružiny mají v sobě integrovány i funkci tlumiče pružení a to pomocí ventilů zabudovaných v hydraulickém okruhu. Konstrukce hydropneumatické pružiny je v zásadě dvojího typu: •
zásobník plynu je umístěn samostatně a s válcem propojen tlakovým potrubím,
•
zásobník plynu a válec tvoří jeden celek. 27
Na obr. 24 je zobrazena pneumatická pružina, kde zásobník plynu není součástí válce a je s ním spojen tlakovým potrubím. Ve spodní části zásobníku se nachází ventily, které zajišťují tlumící funkci pružiny.
Obr. 24:Hydropneumatická pružina s odděleným zásobníkem plynu [2] Stejně jako u pneumatického odpružení lze i s hydropneumatickým odpružením udržovat vzdálenost mezi nápravami a rámem vozidla. Toho se docílí tím, že při zvětšení zatížení, kdy se plyn v zásobníku stlačuje, se připustí olej do hydraulické části pružiny. Typ tohoto odpružení se u nákladních vozidel příliš nevyskytuje, výjimku tvoří speciální podvozky, např. již dříve zmiňovaný Liebherr, který hydropneumatické pružiny používá. Detail podvozku Liebherr je na obr. 14, kde je vidět jak válec, tak i zásobník plynu. Hydropneumatické pružiny mají složitou konstrukci. Pružiny opět nemají schopnost vést
nápravu.
Progresivita
pružení
je
zajištěna
samotnou
konstrukcí
hydropneumatického odpružení. Tlumiče pružina nepotřebuje. Ztráty plynu ze zásobníku jsou možné, protože vzhledem k vysokému tlaku plyn difunduje přes membránu do kapaliny.
5.5 Speciální konstrukce odpružení U užitkových vozidel často nalézáme kombinace předešlých případů odpružení. Na některé z nich se teď zaměřím. 28
5.5.1 Tatra King Frame Je to systém odpružení, který kombinuje pneumatické odpružení a pomocí listových per. Systém se používá na zadních nápravách nákladních automobilů Tatra. Výhodou je, že tento mechanismus odstraňuje nežádoucí odklon kol při pohotovostní hmotnosti vozidla. Odklon kol o 6° 40’ zapříčiňovalo použití samotných listových pružin. King Frame se vyrábí v lehké a těžké verzi. Lehká verze se od těžké liší tím, že nepoužívá listové pružiny a vzduchový vak má v sobě uloženu vinutou ocelovou pružinu. Lehká verze se používá do zatížení 11,5 t na nápravu. Na obr. 25 je lehká verze King Frame. Obr. 26 pak zobrazuje těžkou variantu.
Obr. 25: Lehká verze King Frame [9]
Obr. 26: Těžká varianta King Frame [9] 29
5.5.2 Zvedací nápravy Třínápravová nákladní auta vybavená vzduchovým odpružením mívají pro snížení valivého odporu možnost zvednutí jedné nápravy. Ovládání zvedání se realizuje ručně nebo automaticky. Některé systémy mohou automaticky zvedat nápravu při prokluzu hnacích kol, tím pádem dojde k jejich většímu zatížení a prokluz se sníží. Jízda se zvednutou nápravou je možná při prázdném nebo částečně naloženém vozidle. Jak již bylo naznačeno, ovládání je pneumatické a zdvihnutí nápravy umožňuje zdvihací měch. Na obr. 27 je zvedací náprava firmy Tuthill Corporation.
Obr. 27: Zvedací náprava T200 od Tuthill Corporation [10]
Zvedací nápravy mohou být vlečené nebo tlačené, neřiditelné i řiditelné. Na obr. 28 jsou zobrazeny nápravy vlečené (vlevo) a tlačené (vpravo).
Obr. 28: Vlečené a tlačené zvedací nápravy [11]
30
5.6 Odpružení přívěsů a návěsů Typy odpružení u přípojných vozidel jsou ve své podstatě stejné jako u tažných vozidel. U přívěsů i návěsů se můžeme potkávat s listovými pružinami nebo se vzduchovým odpružením pomocí měchů. Soudobé návěsy jsou většinou odpruženy pomocí vzduchu. Výhody pneumatického odpružení byly popsány už dříve. Vzduchové odpružení na návěsu nebo přívěsu je výhodné použít také kvůli funkci vyrovnání ložné plochy s nakládací rampou. Tato funkce se ovládá ručně na návěsu nebo přívěsu a má většinou několik poloh pro lepší přizpůsobení. Vzduchové měchy umožňují i zdvihání náprav nezatíženého návěsu pro zmenšení valivého odporu a také pro menší opotřebení pneumatik. Podobně jako u tažných vozidel se musejí vzduchem odpružené nápravy vybavit tyčemi pro příčné a podélné vedení nebo se musí zvolit vhodná konstrukce. Příklad vzduchového odpružení návěsu je na obr. 29.
Obr. 29:Pneumatické odpružení návěsu [11]
31
6
BRZDOVÉ SOUSTAVY NÁKLADNÍCH VOZIDEL Účelem brzdových soustav na vozidle je jeho zpomalení za jízdy, úplné zastavení
a zajištění proti samovolnému pohybu. Brzdění vozidla se dosahuje zpravidla záměrně vyvolaným třením mezi rotujícími a pevnými částmi motorového vozidla, např. mezi brzdovým kotoučem a brzdovými čelistmi.[11] Energie pohybová se při brzdění mění na energii tepelnou odváděnou do okolí. Základními druhy brzdových soustav nákladních vozidel jsou: •
provozní brzda,
•
nouzová brzda,
•
parkovací brzda,
•
odlehčovací brzda.
Výše uvedené druhy brzd se liší především způsobem jejich používání nebo také tím, na které nápravy určitý druh brzdy působí. Provozní brzda je systém, který musí umožnit zastavení vozidla bez ohledu na jeho rychlost, zatížení, stoupání nebo klesání vozovky. Ovládání se realizuje pouze nohou řidiče a účinek provozní brzdy musí být odstupňován. Provozní brzda působí na všechny kola automobilu nebo soupravy. Nouzová brzda zastupuje funkci brzdy provozní a používá se při její poruše. Působení nouzové brzdy musí být alespoň na jedno kolo z každé strany podél podélné střední roviny vozidla. Požadavkem je i to, že při brzdění nouzovou brzdou řidič musí alespoň jednou rukou ovládat řízení vozidla, a že řidič musí mít možnost používat systém nouzového brzdění ze svého sedadla a to bez změny polohy trupu. Parkovací brzda se používá k zajištění stojícího vozidla proti rozjetí. Funkce parkovací brzdy není podmíněna přítomností řidiče. Musí působit alespoň na jedno kolo z každé strany vozidla podél jeho podélné střední roviny. Odlehčovací brzdou se míní mechanismy, které svojí funkcí zmenšují zatěžování provozních brzd. Slouží k podpoře účinku provozní brzdy, tj. snižují rychlost vozidla. Zajištění vozidla odlehčovací brzdou není možné. Mechanismus odlehčovací brzdy má jiné umístění než na podvozku, s výjimkou hydrodynamických retardérů, u kterých se jejich část může umístit na rám vozu. Elektromagnetické retardéry zasahují do podvozkové části okrajově, mohou totiž být namontovány na hnacím hřídeli, který patří do hnacího traktu. Jinými slovy, odlehčovací brzda působí na kola automobilu
32
zpomalovací silou, která vzniká jinde než brzdou v kole automobilu, tj. v brzdovém bubnu nebo na brzdovém kotouči. Těžká nákladní vozidla používají vzduchové brzdy, které spadají do skupiny strojních brzd. Strojní brzdy se také často nazývají nepřímočinné brzdové soustavy. Energie k brzdění se u strojních brzd získává jinak než svalovou silou řidiče, např. kompresorem, resp. tlakem vzduchu. Řidič svou silou pouze uvolňuje tlakovou energii vzduchu, která je využita pro brzdění vozidla. Principem vzduchotlaké brzdové soustavy je působení tlakového vzduchu v brzdovém válci kola. Lehčí nákladní vozidla mohou využívat i vzduchokapalinové brzdy. Princip vzduchokapalinové brzdy spočívá v použití tlakového vzduchu, který ovládá hlavní brzdový válec ovládající kapalinové brzdy.
6.1 Vzduchotlaká brzdová soustava tažného vozidla Důvodem pro použití vzduchotlaké soustavy je potřeba zvláště velkých ovládacích sil. U nákladních vozů jsou vzduchové brzdové soustavy hojně rozšířeny. U lehčích vozidel se tato soustava nepoužívá, protože veškeré přístroje a zejména brzdové válce spolu s jejich převodem jsou při běžně používaném jmenovitém tlaku vzduchu 0,8 MPa tak rozměrné, že jejich umístění na vozidle není možné.[11] Dnes se z důvodů bezpečnosti používají soustavy dvouokruhové, tzn. že brzdový okruh vozidla je rozdělen na dva na sobě nezávislé, což umožňuje fungování jednoho při poruše druhého. Vzduchotlaká soustava má následující části: •
plnící část,
•
ovládací část,
•
třecí brzdy.
6.1.1 Plnící část vzduchotlaké brzdové soustavy Má za cíl vytvořit zásobu stlačeného vzduchu. Plnící část má několik částí: kompresor, regulátor tlaku, vysoušeč vzduchu, čtyřokruhový jistící ventil, vzduchojemy s odkalovacími ventily a tlakoměry.
6.1.1.1 Kompresor Je prvek, který vzduchu dodává tlakovou energii a vytváří požadovaný tlak. Kompresor se obvykle umisťuje do motorového prostoru, protože jeho pohon je 33
odvozen od motoru. Je poháněn buď pomocí klínových řemenů, nebo ozubenými koly od rozvodů motoru. Konstrukce kompresoru a jeho činnost jsou zřejmé z obr. 29. Kliková skříň (6) slouží k uložení klikového hřídele (7), na kterém je uložena ojnice (5) pohánějící píst (4). Píst koná přímočarý vratný pohyb ve válci (3). Válec kompresoru z horní strany uzavírá hlava kompresoru (1). Ve hlavě kompresoru nebo na zvláštní desce (2) pod hlavou kompresoru jsou umístěny samočinné sací a výtlačné ventily. Práce kompresoru probíhá ve dvou dobách a to sání (a) a stlačení (b).
Obr. 30: Hlavní části a činnost kompresoru [2] Vzduch, který kompresor nasává, pochází ze sání motoru nebo z vlastního čističe vzduchu. Protože se kompresor při práci zahřívá, musí být chlazen. Chlazení je vzduchem nebo vodou. Kompresor na obr. 30 je chlazen vzduchem a má k tomuto účelu chladící žebra na válci i hlavě. Pro urychlení natlakování soustavy mohou být montovány i kompresory dvouválcové.
6.1.1.2 Regulátor tlaku vzduchu Regulátor tlaku vzduchu se zařazuje za kompresor. Jeho účelem je odvést stlačený vzduch od kompresoru do vzduchojemu. Zároveň ale reguluje nejvyšší možný tlak vzduchu v soustavě. Při dovršení maximálního tlaku regulátor vypouští přebytečný vzduch do ovzduší. V těle regulátoru bývá zabudovaný ventil plniče pneumatik, který se otevře při našroubování plnící hadice. Z konstrukčního hlediska se v regulátoru nachází přepouštěcí, pojistný a zpětný ventil a plnící zařízení pneumatik. Princip práce regulátoru je vyobrazen na obr. 31. Fázi plnění vzduchojemu ukončuje stoupnutí tlaku za regulátorem na předepsanou provozní hodnotu. Při dovršení 34
této hodnoty tlakový vzduch překoná sílu tlačné pružiny (1) a řídící ventil se otevře. Kolem řídícího ventilu pak prochází vzduch, který tlačí na pístek (6) a pootevírá vypouštěcí ventil. Když je vypouštěcí ventil otevřen, tak se všechen stlačený vzduch od kompresoru dostává volně do okolí. Tlaková nerovnováha, která vypouštění vzduchu vyvolala, se zruší, pokud dojde ke snížení tlaku ve vzduchojemu, např. použitím brzdy.
Obr. 31:Popis práce regulátoru tlaku [2] K ochraně proti překročení maximálního dovoleného tlaku při poruše přepouštěcího mechanismu slouží vypouštěcí ventil (7), který je tlačnou pružinou (16) seřízen na maximální tlak. Konstrukce regulátoru tlaku záleží na výrobci zařízení. Na obr. 32 je regulátor od výrobce Jikov, použitý na voze Tatra 148.
Obr. 32: Regulátor tlaku Jikov (Tatra 148) [8] 35
6.1.1.3 Vysoušeče vzduchu Mají za úkol odstraňovat vzdušnou vlhkost, která může ve vzduchotlakém okruhu po zkondenzování působit problémy. Kondenzát působí korozi potrubí, vzduchojemů nebo válců, odstraňuje mazací film z vnitřních částí okruhu a v zimě může znemožnit funkci ventilů nebo také může ucpávat potrubí. Jde o modernější součást vzduchotlaké brzdové soustavy. Dříve, než se začaly používat vysoušeče, se kondenzát odstraňoval v odlučovačích oleje (obr. 33) nebo kondenzačních jímkách pomocí manuálního nebo samočinného odkalovacího ventilu. Preventivním způsobem proti zamrzání vzduchotlaké soustavy je vřazení tzv. protimrazové pumpy do okruhu. Nádržka pumpy se naplní nemrznoucí kapalinou nebo lihem a při plnění soustavy vzduchem (regulátor ve fázi plnění) se nemrznoucí směs vpouští pohybem pístku do okruhu. Vysoušení vzduchu je ale daleko účinnější způsob.
Obr. 33:Odlučovač oleje a plnič pneumatik [1] Vysoušeč vzduchu využívá děje zvaného absorpce. Při průchodu vzduchu přes aktivní látku, např. speciální granulát, se v ní zachycují molekuly vody. Vysoušecí látka pojme při atmosférickém tlaku mnohem méně vody než při pracovním tlaku v brzdové soustavě. Této její vlastnosti se využívá při regeneraci vysoušeče.[2] Regenerace probíhá samočinně při vypouštění vzduchu z regulátoru tlaku.
Obr. 34:Řez patronou vysoušeče vzduchu WABCO [12] 36
6.1.1.4 Čtyřokruhový jistící ventil Čtyřokruhový jistící ventil má za úkol zásobovat vzduchotlaké okruhy a v případě poruchy jednoho z okruhů jistit přetlak ve zbývajících neporušených okruzích. Čtyřokruhový jistící ventil rozvádí vzduch do okruhů provozních brzd, okruhu parkovací brdy, brzdového okruhu přívěsu a okruhu přídavných vzduchových zařízení. V okruhu je podle konstrukce obvodu umístěn za regulátorem tlaku nebo za vysoušečem vzduchu (šipka na obr. 35)
Obr. 35:Umístění čtyřokruhového pojistného ventilu [11] Tělo čtyřokruhového pojistného ventilu v sobě obsahuje čtyři přepouštěcí ventily a podle druhu i několik zpětných ventilů. Výhodou je, že tento přepouštěcí ventil může umí při porušení jednoho z okruhů tento okruh odpojit a tak nedojde k nadměrnému úbytku vzduchu a např. nemožnosti ovládat brzdové okruhy nebo některé posilovače. Konstrukce čtyřokruhového pojistného ventilu, který má přepouštěcí ventily uspořádány párově za sebou, je zobrazena v řezu na obr. 36. Pojistné ventily, resp. jejich membránové písty (3), jsou do svého sedla (4) tlačeny tlačnou pružinou (2). Přívodem 1 se přivádí vzduch od kompresoru, ten pak po dosažení otevíracího tlaku překonává sílu tlačné pružiny (2) a nadzdvihává membránový píst (3) ze sedla (4). Takto fungují všechny čtyři přepouštěcí ventily. Zpětné ventily (5) jistí plnění okruhů 23 a 24 v případě poruchy jednoho z okruhů 21 nebo 22. Škrtící tryska (6) za přepouštěcím ventilem okruhu 23 nebo 24 zabezpečuje, aby pokles tlaku za zpětnými 37
ventily nebyl příliš rychlý. Rychlý pokles tlaku by způsobil rychlé uzavření přepouštěcího ventilu. Díky škrtící trysce může při velké spotřebě vzduchu v jednom okruhu proudit vzduch i do ostatních okruhů. [2]
Obr. 36:Čtyřokruhový jistící ventil [11] Jiné uspořádání čtyřokruhového ventilu je na obr. 37. Ventil vyrábí firma WABCO a pracuje na podobném principu jako ten na obr. 36.
Obr. 37:Čtyřokruhový jistící ventil WABCO [13] 38
6.1.1.5 Vzduchojem Vzduchojem je nádoba k uchování tlakového vzduchu v okruhu. Je to ocelová svařovaná válcová nádoba s vydutými čely. V čelech se nachází hrdla pro připojení potrubí. Ve spodní části se nachází odkalovací ventil k odstranění kondenzátu. Připevnění vzduchojemu je nejčastěji na rámu vozidla.
6.1.1.6 Odkalovací ventil Slouží k vypouštění kondenzátu ze vzduchojemu. Případný kondenzát ve vzduchojemu zmenšuje objem stlačeného vzduchu, z důvodu stoupnutí hladiny vody. U automobilů, které používají vysoušeč vzduchu, odkalovací ventil slouží také pro kontrolu jeho správné funkce. Při případném nálezu kondenzátu je třeba vyměnit aktivní část vysoušeče za novou. Četnost odkalování je uvedena v návodu k automobilu. Ventil se skládá z tlačné pružiny, talířku ventilu, ventilového sedla, čepu ventilu a kroužku. Talířek ventilu vlivem síly pružiny je tlačen do ventilového sedla a uzavírá ventil. Ventil se ovládá zatáhnutím za kroužek na čepu ventilu ve vodorovném směru. Po zatáhnutí se talířek ventilu zvedne ze sedla a kondenzát může vytékat. Řez odkalovacím ventilem je na obr. 38.
Obr. 38:Odkalovací ventil [2] 6.1.1.7 Tlakoměry a tlakové spínače Tlakoměry udávají řidiči vozidla tlak vzduchu ve vzduchojemech. Jsou řízené elektricky nebo starší přímo tlakem vzduchu. Tlakové spínače dávají řidiči varovné akustické nebo optické signály při poklesu tlaku vzduchu v soustavě. Svou funkcí ukazují na závadu v soustavě nebo na ještě nedostatečný tlak v soustavě po nastartování vozidla na stanovišti.
39
6.1.2 Ovládací část vzduchotlaké brzdové soustavy Ovládací část soustavy řídí brzdný její účinek. Do této části soustavy patří pedálový dvouokruhový brzdič, samočinný zátěžový regulátor brzdného tlaku, brzdové válce jednoduché a pružinové a ovládací ventil parkovací brzdy.
6.1.2.1 Pedálový dvouokruhový brzdič Pedálový dvouokruhový brzdič je zapojen v okruhu provozních brzd. Jsou do něj zapojeny okruhy předních a zadních brzd. V případě poruchy jednoho z nich, brzdič musí umožnit ovládání zbylého okruhu. Brzdič ovládá také provozní brzdy přívěsu. Brzdičů existuje několik druhů a konstrukčně si jsou více či méně podobné. Hlavní brzdič s pevným sedlem má ovládací části pro první i druhý brzdový okruh pevně spojené. Části nazývané řídící písty vytlačují oba ventily ze sedel. Tím se dosahuje brzdění. Po uvolnění pedálu brzdy se řídící písty oddálí od ventilů a umožní tak odvzdušnění, tzn. odbrzdění, soustavy. Membránový hlavní brzdič (obr. 39) má tzv. záklopky. Záklopky (9) a (14) uzavírají průchod tlakovému vzduchu od vzduchojemů (cesty 11 a 12). Působením řidiče na pedál brzdy se síla z pedálu přenáší přes tlačný čep (1) na tlačnou pružinu (5) a dále na membránu (4). V membráně je uložené vypouštěcí hrdlo (3), které se pohybem membrány směrem dolů začne dotýkat horní záklopky (9). Tím se otevírá cesta tlakovému vzduchu z přípojky 11, jenž dále pokračuje do výstupu 21 a dále k brzdovým válcům. Prostor před výstupním hrdlem 21 je spojen s dolní částí hlavního brzdiče, tím pádem tlak vzduchu z prvního okruhu se dostává ke spodní membráně (12). Spodní membrána (12) působí, obdobně jako horní, pomocí vypouštěcího hrdla na dolní záklopku (14) a otevírá tak cestu tlakovému vzduchu z přívodu 12 k výstupu 22. Tak začnou působit i válce druhého brzdového okruhu. Ovládání druhého brzdového okruhu je z části pomocí tlaku vzduchu a z části mechanické. Mechanické ovládání druhého okruhu se uskutečňuje svislými kolíky (11) a je v provozu pouze při poruše prvního brzdového okruhu, kdy se do prostoru II nedostává tlakový vzduch, který by tlačil na spodní membránu (12). Brzdění druhého brzdového okruhu tak probíhá dalším sešlápnutím pedálu. Uvolněním pedálu proběhne uvolnění tlakového vzduchu z potrubí za výstupy 21 a 22. Tlakový vzduch uniká přes vypouštěcí hrdla (3) a (13) směrem nahoru, kde jsou nad tlačnou pružinou (5) otvory, kterými vzduch uniká do okolí. Vložka (7) má za úkol tlumit hluk unikajícího vzduchu a zabraňovat vniknutí nečistot.
40
Vniknutí nečistot také brání čistící vložky (8), které jsou instalovány na vstupních přípojkách 11 a 12.
Obr. 39:Dvouokruhový hlavní membránový brzdič [2] Hlavní brzdič s kolébkovým pístem (obr. 40) má tu výhodu, že tlak v obou okruzích lze velmi přesně řídit. Hlavními částmi brzdiče jsou reakční píst a kolébkový. Působením síly na pedál se posouvá reakční píst (3) a dosednutím těsnících manžet (7) a (14) uzavírá odvzdušňování soustavy. Při dalším pohybu reakčního pístu se manžety (7) a (14) začínají opírat o kolébkový píst (10) a průtok tlakového vzduchu 11 a 12 ze vzduchojemů se otevírá v obou okruzích. Tlak v prvním okruhu působí také 41
zespodu na reakční píst (3) a tlačí ho proti vratné pružině (2). Po vyrovnání sil manžety (7) a (14) uzavírají průtok vzduchu a tlak na výstupu 21 a 22 zůstává stejný až do odbrzdění. Tlak vzduchu v obou brzdových okruzích je vždy stejný.
Obr. 40:Dvouokruhový brzdič s kolébkovým pístem [2] Hlavní brzdič s poměrným tlakovým ventilem (obr. 41) má tu výhodu, že dokáže redukovat brzdný tlak přední nápravy v závislosti na zatížení nápravy zadní.
Obr. 41:Dvouokruhový brzdič s poměrným tlakovým ventilem [2] Konstrukce je podobná jako u brzdiče s kolébkovým pístem až na to, že mezi oba okruhy je vložen poměrný tlakový ventil. Po sešlápnutí pedálu se jako u předchozího 42
brzdiče dostane tlak ze vstupu 11 na výstup 21 až na to, že mezi hlavním brzdičem a brzdovým válcem je ještě mechanismus zvaný zátěžový regulátor brzdného tlaku. Ten v závislosti na zatížení zadní nápravy nastaví tlak, který bude působit v přípojce 4 na hlavním brzdiči. Tlak z přípojky 4 se dostává do malého prostoru nad kolébkový píst. Tlak z výstupu 21 se sečte s tlakem z přípojky 4 a vytvoří určitou sílu působící shora na kolébkový píst. Podle této síly se vytvoří brzdný tlak přední nápravy.
6.1.2.2 Zátěžový regulátor brzdného tlaku Jedná se o zařízení (obr. 42) umístěné na rámu vozidla nad zadní nápravou, které samočinně reguluje brzdný tlak v brzdovém okruhu přední nápravy v závislosti na zatížení vozidla. Se zadní nápravou je regulátor spojený přes pákový mechanismus. Zatížení vozidla, tzn. pokles rámu, se přenese přes ovládací páku (1) do regulátoru. Při plně zatíženém vozidle se v regulátoru nastaví plný brzdící tlak. Regulátor při své činnosti spolupracuje buď s brzdičem s poměrným tlakovým pístem, nebo s ventilem přední nápravy, který změnu brzdného tlaku umožňuje. Touto regulací se zabraňuje blokování kol.
Obr. 42: Automatický zátěžový regulátor brzdného tlaku. [2] 6.1.2.3 Membránový brzdový válec Brzdový válec je umístěn na kole vozidla a tam uvádí brzdy v činnost. Brzdový válec převádí tlak vzduchu na mechanickou sílu. Řez membránovým brzdovým válcem ukazuje obr. 43. Na membránu působí tlakový vzduch přivedený od brzdiče. Membrána pak silou působí na píst a dále na pístnici,
43
která tlačí na rozpínací brzdový klíč. Po vytvoření dostatečného tlaku se kolo začíná brzdit.
Obr. 43: Membránový brzdový válec [11] 6.1.2.4 Jednoduchý brzdový válec Jednoduchý brzdový (obr. 44) válec má podobnou stavbu jako membránový brzdový válec, s tím rozdílem, že tlakový vzduch působí přímo na píst v tělese válce. Po odvzdušnění válce se píst vrací do výchozí polohy pomocí vratné pružiny. Používá se na předních nápravách vozidel, u starších vozidel, kde byla parkovací brzda ovládána např. mechanicky, se používal i na zadních nápravách.
Obr. 44:Jednoduchý brzdový válec [11] 6.1.2.5 Kombinovaný pružinový brzdový válec Kombinovaný pružinový (obr. 45) válec ovládá soustava provozní i parkovací brzdy vozidla. Konstrukčně se jedná o membránový a pístový válec v jednom tělese válce uložených za sebou. Oba válce působí na pístnici (2), která ovládá brzdový klíč. 44
Při nulovém tlaku vzduchu v brzdové soustavě nebo při zabrzdění parkovací brzdou je kombinovaný válec v poloze zabrzděno. Je to díky tomu, že na píst pružinového válce (9) působí předepjatá pružina (8) a ten pomocí tlačného čepu (7) působí na pístnici (2). Pro odbrzdění je nutné, aby se do prostoru nad píst pružinového válce (9) napustil vzduch o určitém tlaku, který překoná sílu předepjaté pružiny (8). Pokud se vyskytne netěsnost v okruhu parkovací brzdy, tak je nutné pro manipulaci s vozidlem mechanicky stlačit píst pružinového válce proti síle předpjaté pružiny (8). To se provádí uvolňovacím šroubem (11). Brzdění provozní brzdou je stejné jako u membránového brzdového válce.
Obr. 45: Odbrzděný kombinovaný pružinový válec [2] 6.1.2.6 Ventil parkovací brzdy a její okruh Ventil parkovací brzdy se do okruhu zařazuje podle obr. 46.
Obr. 46: Ventil parkovací brzdy (ROV) v brzdovém okruhu [2] Ventil parkovací brzdy ROV je umístěn za vzduchojemem okruhu parkovací brzdy. Za ventilem ROV je vyfukovací ventil VV a za ním už pružinová část kombinovaného 45
válce. Při otevřeném ventilu parkovací brzdy je vozidlo odbrzděno, při uzavřeném je zabrzděno. Ventil parkovací brzdy také někdy funguje jako ventil nouzové brzdy. Podmínkou však je, že ventil nouzové brzdy musí mít odstupňovaný účinek a také musí ovládat i okruh provozní brzdy přívěsu.
6.1.3 Schéma plnící a ovládací části vzduchotlaké soustavy Na obr. 47 se nacházejí všechny výše popsané části plnící a ovládací části zapojené v brzdovém okruhu.
Obr. 47: Schéma dvouokruhové vzduchotlaké brzdové soustavy [2] 6.1.4 Třecí brzdy Třecí brzdy ve všech bezprostředně navazují na vzduchotlaký okruh, jelikož jsou ovládány jednotlivými brzdovými válci. Brzdy všeobecně vytváří sílu, která působí proti směru pohybu vozidla. Kinetická energie vozidla se třením přeměňuje v teplo. Třecí brzdy se dělí: •
bubnové,
•
kotoučové.
6.1.4.1 Bubnové brzdy Bubnová brzda vytváří třecí sílu na vnitřní části brzdového bubnu. Brzdový buben je rotační část brzdy a je na něj pomocí šroubů upevněno kolo. Brzdové obložení 46
na brzdových čelistích je přitlačováno na třecí plochu bubnu pomocí brzdového klíče, pomocí tzv. S - vačky (obr. 48) nebo pomocí rozpínacího klínu.
Obr. 48: Bubnová brzda s S - vačkou [11] 6.1.4.2 Kotoučové brzdy Při brzdění kotoučovou brzdou je rotující brzdový kotouč svírán brzdovými destičkami z obou vnějších třecích ploch. Provedení kotoučových brzd může být radiální nebo axiální (obr. 49). Kotoučové brzdy mají oproti bubnovým brzdám řadu výhod. Kotoučové brzdy se lépe chladí a vydrží větší teplotu. Do určité míry mají samočistící schopnost. Kotoučové brzdy mají jednoduchou konstrukci a údržbu, jsou citlivější a nemají tak vysokou hmotnost.
Obr. 49: Vzduchová kotoučová brzda axiální [2]
47
6.2 Vzduchotlaká brzdová soustava přípojného vozidla Pro činnost vzduchových brzd na přívěsu nebo návěsu je nutné, aby na tažném vozidle bylo zařízení zvané brzdič přívěsu. Brzdič přívěsu zásobuje okruh přípojného vozidla tlakovým vzduchem a řídí jeho činnost. Konstrukčně se jedná o prvek s několika vzduchovými komorami. Do tělesa brzdiče jsou přivedeny přípojky tlaku vzduchu od obou okruhů provozních brzd, od okruhu parkovací brzdy, tlakové vedení přímo od vzduchojemu. Z brzdiče pak vychází přípojky pro plnící a ovládací vedení přívěsu. Brzdič tedy umožňuje brzdění přívěsu při brzdění tažného vozidla provozními brzdami nebo parkovací brzdou. Brzdová soustava přívěsu s dvouhadicovým brzdovým systémem se k tažnému vozidlu připojuje plnící spojkovou hlavicí (červená barva) a ovládací spojkovou hlavicí (žlutá barva). Barevné označení hadic je normováno (ISO 1728). Schéma dvouhadicové brzdové soustavy přívěsu je na obr. 50.
Obr. 50:Schéma dvouhadicové brzdové soustavy přívěsu [2] Komponenty dvouhadicové brzdové soustavy se příliš neliší od komponent brzdové soustavy tažného vozidla. Tlakový vzduch z tažného vozidla na přívěs se přivádí přes připojovací hlavice (17) a hadice, na které navazují čističe vzduchu (18). Plnící a ovládací větev přívěsu se spojují v rozvaděči přívěsu (19), který řídí činnost brzd přívěsu. Mezi další součásti patří vzduchojem tvořící zásobu tlakového vzduchu, regulační ventil brzdného tlaku přední nápravy (20), zátěžový regulátor brzdného tlaku (21) a jednotlivé brzdové válce (11). 48
7
ZÁVĚR První užitkové automobily se objevily na konci 19. století a od té doby neustále
procházejí vývojem. Od pohonu parním strojem, elektromotorem nebo benzínovým motorem se postupně přecházelo na pohon dieselovým motorem, který se zdál vhodnější pro náročnější nákladní přepravu. Další průlom v silniční přepravě znamenal vynález vzduchové pneumatiky, což znamenalo zvýšení komfortu přepravy lidí i zboží po silnicích. Lze říci, že vývoj užitkových vozidel v obrovské míře závisí na událostech ve společnosti. Hybnou silou pro technologický rozvoj nákladních automobilů na počátku minulého století byla např. druhá světová válka, ve které se řešila především otázka zásobování na frontě. Vozidla bylo nutné přizpůsobit náročným terénům, proto se vyvíjely nové konstrukce podvozků jako např. u tažných polopásových vozidel, kde byly hnací nápravy opásány. S rozmachem silniční dopravy bylo nutné zvyšovat užitečnou hmotnost vozidel nejprve nápravovými dvojmontážemi, později tandemovými nápravami. S houstnoucí dopravou se postupně začaly vytrácet vozy s motorovou částí před kabinou řidiče a na jejich místo nastoupily kabiny čelní. U nákladního vozu s čelní kabinou se přední náprava posunula pod nebo za kabinu řidiče s výsledkem lepší manévrovatelnosti. Výkon motorů vozidel se postupně zvyšoval, avšak brzdové soustavy poněkud zaostávaly. Zlepšení v tomto směru se uskutečnilo až po vážných nehodách, ke kterým docházelo v důsledku selhání brzd. Dnes se na podvozky nákladních automobilů kladou velké nároky. Výkony brzdových soustav se zvyšují díky novým materiálům a konstrukcím. V odpružení se ve velkém rozšířilo odpružení vzduchové, zejména v ryze silniční dopravě.
49
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1:Obdélníkový rám [4] ......................................................................................... 1 Obr. 2:Rám a podvozek Praga V3S [3] ...................................................................... 11 Obr. 3:Obdélníkový rám s křížovou výztuhou [4]......................................................... 1 Obr. 4:Páteřový rám [4]............................................................................................... 1 Obr. 5: Páteřový rám automobilu Tatra[9]................................................................ 13 Obr. 6:Závislé (a) a nezávislé (b) zavěšení kol [11]................................................... 14 Obr. 7: Jednodílná mostová náprava (banjo) [2]....................................................... 15 Obr. 8:Vícedílná mostová náprava [2]....................................................................... 15 Obr. 9:Zadní nápravy vozu Praga V3S [3] ................................................................ 16 Obr. 10:Suvné tyče [11].............................................................................................. 17 Obr. 11:Suvné tyče u pneumatického odpružení [11]................................................. 17 Obr. 12:Zadní dvojnáprava MAN [11]....................................................................... 18 Obr. 13: Mercedes-Benz Actros [7]............................................................................ 18 Obr. 14:Podvozek autojeřábu Liebherr LTM 1050-3.1 [5]........................................ 19 Obr. 15:Natáčení kol podvozku Liebherr LTM 1400-7.1 [6] ..................................... 19 Obr. 16:Uložení vidlic polonáprav v spodním dílu skříně rozvodovky [9] ................ 20 Obr. 17:Konstrukce listového pera [2]....................................................................... 22 Obr. 18:Progresivní pružení přídavným perem [4].................................................... 23 Obr. 19:Progresivní pružení přídavným listem [11] .................................................. 23 Obr. 20:Třmen uchycení listového pera na polonápravě Tatra 148 [8] .................... 24 Obr. 21: Odpružení přední nápravy torzními tyčemi Tatra [9].................................. 25 Obr. 22:Vlnovcová (a) a vaková pružina [11]............................................................ 26 Obr. 23:Vzduchové odpružení [11] ............................................................................ 27 Obr. 24:Hydropneumatická pružina s odděleným zásobníkem plynu [2] .................. 28 Obr. 25: Lehká verze King Frame [9] ........................................................................ 29 Obr. 26: Těžká varianta King Frame [9] ................................................................... 29 Obr. 27: Zvedací náprava T200 od Tuthill Corporation [10].................................... 30 Obr. 28: Vlečené a tlačené zvedací nápravy [11] ...................................................... 30 Obr. 29:Pneumatické odpružení návěsu [11] ............................................................. 31 Obr. 30: Hlavní části a činnost kompresoru [2]......................................................... 34 Obr. 31:Popis práce regulátoru tlaku [2] .................................................................. 35 Obr. 32: Regulátor tlaku Jikov (Tatra 148) [8].......................................................... 35 50
Obr. 33:Odlučovač oleje a plnič pneumatik [1] ......................................................... 36 Obr. 34:Řez patronou vysoušeče vzduchu WABCO [12] ........................................... 36 Obr. 35:Umístění čtyřokruhového pojistného ventilu [11]......................................... 37 Obr. 36:Čtyřokruhový jistící ventil [11] ..................................................................... 38 Obr. 37:Čtyřokruhový jistící ventil WABCO [13] ...................................................... 38 Obr. 38:Odkalovací ventil [2] .................................................................................... 39 Obr. 39:Dvouokruhový hlavní membránový brzdič [2] ............................................. 41 Obr. 40:Dvouokruhový brzdič s kolébkovým pístem [2] ............................................ 42 Obr. 41:Dvouokruhový brzdič s poměrným tlakovým ventilem [2]............................ 42 Obr. 42: Automatický zátěžový regulátor brzdného tlaku. [2] ................................... 43 Obr. 43: Membránový brzdový válec [11].................................................................. 44 Obr. 44:Jednoduchý brzdový válec [11]..................................................................... 44 Obr. 45: Odbrzděný kombinovaný pružinový válec [2].............................................. 45 Obr. 46: Ventil parkovací brzdy (ROV) v brzdovém okruhu [2] ................................ 45 Obr. 47: Schéma dvouokruhové vzduchotlaké brzdové soustavy [2] ......................... 46 Obr. 48: Bubnová brzda s S - vačkou [11] ................................................................. 47 Obr. 49: Vzduchová kotoučová brzda axiální [2]....................................................... 47 Obr. 50:Schéma dvouhadicové brzdové soustavy přívěsu [2].................................... 48
51
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
[1] Dílenská příručka automobilů Škoda 706. první vydání. Praha : Dopravní nakladatelství MD, 1960. 144 s. [2] JAN, Zdeněk; ŽDÁNSKÝ, Bronislav. Automobily 1 : Podvozky. 3. vydání. Brno : Avid s.r.o., 2004. 211 s. [3] JAŠÍČEK, Vladimír. Dílenská příručka pro nákladní a terénní automobil Praga V3S. 2. vydání. Praha : SNTL, 1958. 404 s. [4] LANC, Jan; FISCHER, Miroslav. Příručka pro automechaniky. třetí doplněné a upravené vydání. Praha : SNTL, 1974. Podvozek, s. 395-447. [5] Liebherr Mobile crane LTM 1050-3.1 [online]. 2010 [cit. 2010-02-14]. Dostupné z WWW:
. [6] Liebherr Mobile crane LTM 1400-7.1 [online]. 2010 [cit. 2010-02-14]. Dostupné z WWW: . [7] Mercedes-Benz Česká Republika : Užitkové vozy - Nákladní vozidla [online]. c2008 [cit. 2010-02-20]. Dostupné z WWW: . [8] Návod k obsluze a údržbě nákladních automobilů Tatra 2-148. první vydání. Kopřivnice : Tatra, n.p., Kopřivnice, 1979. 150 s. [9]
TATRA,
a.s.
[online].
c2009
[cit.
2010-02-18].
Dostupné
z
WWW:
. [10] Tuthill Transport Technologies : T200AX Spec Sheet [online]. 2006-08-30 [cit.2010-02-21].
Dostupné
z
WWW:
. [11] VLK, František. Podvozky motorových vozidel. 3. přepracované, rozšířené a aktualizované vydání. Brno : Prof. Ing. František Vlk, DrSc. nakladatelství a vydavatelství, 2006. 464 s. ISBN 80-239-6464-X. [12] WABCO : A global technology leader in commercial vehicles [online]. c2005 [cit.2010-02-10].
Dostupné
z
WWW:
auto.com/uploads/media/Product_Brochure-Air_System_Protector.pdf>. [13] WABCO : A global technology leader in commercial vehicles [online]. c2005 [cit.2010-02-12].
Dostupné
z
WWW:
52
