Mendlova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Provozní brzdy motorových vozidel
Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Prof. Ing. František Bauer, CSc.
Jan Chaloupka
2009
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně podle metodických pokynů vedoucího bakalářské práce a s využitím uvedené literatury.
V Brně, dne
……………………….
Poděkování: Rád bych poděkoval panu Prof. Ing. Františku Bauerovi CSc., vedoucímu bakalářské práce, za odborné vedení, cenné rady a připomínky, které mi v průběhu zpracování práce poskytl.
Abstrakt Cílem bakalářské práce je podat ucelený přehled provozních brzd motorových vozidel. Práce je zaměřena na problematiku osobních vozidel, je rozdělena na pět kapitol. V první kapitole jsou požadavky, stručné rozdělení brzdových soustav a rozdělení podle účelu. Jsou zde vysvětleny základní pojmy nutné k pochopení této problematiky jako doba brzděni, dráha brzdění a brzdné zpomalení. Další kapitola se věnuje systémům brzdových soustav, jejich rozdělení podle zdroje energie, druhu, konstrukce, použití a princip činnosti jednotlivých typů. Předposlední kapitola se věnuje systémům stabilizace podvozku. Jsou zde popsány systémy stabilizace podvozku a to: protiblokovací brzdný systém (ABS), protiprokluzový systém (ASR), systém elektronického dělení brzdné síly (EBV) a systém elektronické stabilizace podvozku (ESP). V poslední části bakalářské práce jsou uvedeny nejčastější závady kotoučových brzd. Kapitola je dále rozdělena na části věnující se poškozením kotouče vlivem špatné montáže, poškození vlivem používání, poškození zapříčiněná nadměrným opotřebením a poškození způsobené jinými komponenty brzdové soustavy. V každé kapitole jsem provedl analýzu závady, projev a doporučenou opravu, finální část shrnuje získané informace s cílem nalezení řešení.
Klíčová slova
Základní pojmy, brzda, ovládání brzd, brzdění, kotoučová brzda, porucha, ABS, ASR, ESP, EBV.
Abstract The main aim of this thesis is to make an integrated survey of service brakes of the engine vehicles. This work focuses on problems of vehicles and is divided into five chapters. The first chapter one deals with requirements, brief division of brake systems and its classification according it purpose. The following terms necessary to undrstand basic principles are described there, e.g. braking time, braking track and braking acceleration. The next chapter describes braking systems, its division according to the source of energy, braking rate, braking ratio, construction, application and principle of operation of its individual types. The following chapter is devoted to various systems of chassis frame and car body construction. These are, above all ABS system, ASR (Acceleration slip regulation) EBV, ESP (Electronic stability program). The last part of my bachelor thesis concentrates mostly on the most frequent defects of disc brake. The chapter is further classified into parts depicting failure of disc brake due to bad montage, failure disc of brake, failure owing to excessive abrasion caused by other components of brake systems. I analysed fault specifications, its solving of defects and recommended repairs. As a result there is a final summary which takes into account obtained information and tries to find a solution.
Keywords Fundamentals terms, brake, brake actuation, disc brake, breakdown, ABS (Anti brake block system), ASR (Acceleration slip regulation), ESP ( Electronic stability program).
-4-
Obsah 1.0
ÚVOD......................................................................................................................................7
2.0
ROZDĚLENÍ BRZD PODLE ÚČELU POUŽITÍ..............................................................8
2.1
Základní pojmy ........................................................................................................................8
2.1.1
Doba brzdění............................................................................................................................8
2.1.2
Dráha brzdění ..........................................................................................................................9
2.1.3
Brzdné zpomalení.....................................................................................................................9
3.0.
SYSTÉMY BRZDOVÝCH SOUSTAV .............................................................................10
3.1
Druhy brzdových soustav podle zdroje energie.....................................................................10
3.1.1
Přímočinné - soustava s mechanickým převodem síly (mechanické brzdy)...........................10
3.1.2
Přímočinné - soustava s kapalinovým převodem síly (kapalinové brzdy) .............................10
3.1.3
Přímočinné s posilovačem .....................................................................................................10
3.1.4
Princip činnosti dvouokruhové brzdové soustavy..................................................................11
3.2
Druhy brzdových soustav podle konstrukce ..........................................................................11
3.2.1
Bubnové..................................................................................................................................11
3.2.2
Princip činnosti, obr. 3.2. ......................................................................................................11
3.2.3
Výhody a nevýhody bubnových brzd ......................................................................................12
3.2.4
Druhy bubnových brzd podle ovládání a uložení brzdových čelistí.......................................12
3.2.5
Kotoučové Brzdy ....................................................................................................................13
3.2.6
Princip činnosti kotoučových brzd .........................................................................................13
3.2.7
Použití kotoučových brzd .......................................................................................................14
3.2.8
Výhody a nevýhody.................................................................................................................15
3.2.9
Kotoučové brzdy s pevným a plovoucím třmenem .................................................................15
4.0.
SYSTÉMY STABILIZACE PODVOZKU........................................................................16
4.1
Protiblokovací brzdový systém (ABS) ..................................................................................16
4.2
Protiprokluzový systém (ASR) ..............................................................................................17
4.3
Systém elektronického dělení brzdné síly (EBV) ..................................................................17
4.4
Systém elektronické stabilizace podvozku (ESP)..................................................................17
5.0.
ZÁVADY KOTOUČOVÝCH BRZD.................................................................................18
5.1
Poškození kotouče vzniklé špatnou montáži .........................................................................18
5.1.1
Částečně poškozený sklovitý brzdný povrch kotouče.............................................................19
5.1.2
Nerovnoměrné poškození brzdného povrchu .........................................................................19
5.1.3
Nesprávné utažení kotouče.....................................................................................................20
-5-
5.1.4
Nedodržení doporučeného utahovacího momentu .................................................................20
5.1.5
Nadměrné utažení zajišťovacích šroubů ................................................................................21
5.1.6
Montáž kotouče neodpovídajícího vozidlu.............................................................................22
5.1.7
Nesprávná montáž tělesa třmenu na nápravě ........................................................................22
5.1.8
Chybné utažení kotouče a ložiska náboje kola.......................................................................23
5.1.9
Znečištěný náboj kola.............................................................................................................24
5.1.10
Nadměrná házivost náboje kola ......................................................................................24
5.2
Poškození vzniklá používáním...............................................................................................25
5.2.1
Nedostatečný záběh................................................................................................................25
5.2.2
Intenzivní použití ....................................................................................................................26
5.2.3
Hluboké drážky a rýhy ...........................................................................................................27
5.2.4
Vznik trhlin.............................................................................................................................27
5.3
Poškození vzniklá nadměrným opotřebením .........................................................................28
5.3.1
Poškození vzniklé nadměrným opotřebením brzdného povrchu kotouče...............................28
5.3.2
Překročení limitu....................................................................................................................29
5.3.3
Nadměrné opotřebení se vznikem trhlin.................................................................................29
5.3.4
Poškození brzdového kotouče a brzdových destiček ..............................................................30
5.3.5
Poškození způsobené silně opotřebenými brzdovými destičkami ..........................................30
5.4
Poškození způsobená jinými komponenty brzdové soustavy ................................................31
5.4.1
Poškození kotouče opotřebovanými brzdovými destičkami ...................................................31
5.4.2
Sklovitý povrch kotouče .........................................................................................................32
5.4.3
Obroušení brzdového kotouče držákem brzdové destičky......................................................32
5.4.4
Brzdný povrch částečně poškozen brzdovým segmentem ......................................................33
5.4.5
Poškození kotouče zdeformovanými brzdovými segmenty .....................................................34
6.0.
ZÁVĚR..................................................................................................................................35
7.0.
POUŽITÁ LITERATURA..................................................................................................36
6
1.0 ÚVOD Brzda je v užším smyslu ústrojí, které obsahuje prvky spojené s neotáčejícími se částmi vozidla. Je-li brzda uvedena v činnost, působí tyto prvky na otáčivé části, které jsou spojeny s kolem a vyvolávají v nich zpomalující účinek. Třecí brzda je tedy ústrojí, u kterého je síla zpomalující pohyb brzděných prvků vytvářena třením. Účelem brzd je rychlé, účinné a spolehlivé zastavení jedoucího vozidla při všech rychlostech a hmotnostech. Vozidlo se přitom nesmí vychýlit ze směru jízdy. Tuto úlohu plní především provozní brzdy. Brzdy musí také zajistit plynulé řízení brzdného účinku (omezovače brzdného účinku), udržet vozidlo, na svahu ve stoupání i klesání za nepřítomnosti řidiče (parkovací brzdy), přehlednost prvků pro usnadnění kontroly, při poruše signalizovat závadu řidiči. Musí mít vysokou životnost, prakticky bezporuchový provoz všech přístrojů včetně spojů a nízké nároky na údržbu a obsluhu. Brzdný účinek se u většiny brzd dosahuje přeměnou kinetické energie pohybujícího se vozidla na energii tepelnou třením rotujících a pevných částí brzd. Pro zvýšení účinku je na jedné z těchto částí obložení z materiálu s vysokým součinitelem tření. Požadavky na brzdové ústrojí vozidel jsou dány vyhláškou MD č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technickým podmínkám provozu vozidel na pozemních komunikacích, zvláštními předpisy pro brzdy traktorů a jejich souprav obsažených ve vyhlášce č. 176/1960 Sb. EHK č. 13 přílohy 6,7, ČSN ISO 3583 a dalšími normami a vyhláškami ministerstva dopravy. (F. BAUER 2006)
7
2.0 ROZDĚLENÍ BRZD PODLE ÚČELU POUŽITÍ a) Provozní (nožní brzda). - působící na všechna kola. Brzdová soustava je ovládána řidičem a používá se při obvyklé jízdě vozidla. b) Parkovací - působící jenom na určitá kola vozidla, popřípadě soupravy (ruční brzda). Soustava je určena k tomu, aby zabránila stojícímu vozidlu, zejména na svahu, dát se do nežádoucího pohybu. c) Podle způsobu přenášení ovládací síly existují brzdy: •
mechanické - ovládání lany a táhly (nouzová a parkovací)
•
kapalinové - ovládané brzdovou kapalinou, převážně pro osobní a lehké nákladní automobily.
Podle předpisu musí mít motorové vozidlo dvě brzdy na sobě nezávislé - provozní a nouzovou.
2.1 Základní pojmy 2.1.1
Doba brzdění
Je doba, která uplyne od okamžiku, kdy řidič začne působit na brzdovou soustavu sešlápnutím brzdového pedálu, až do okamžiku, kdy účinek brzdy pomine, nebo kdy se vozidlo zastaví. Tato doba se uvádí v sekundách (s).
Obr2.1. Doba brzdění a její složky
8
Z uvedeného diagramu vyplývá, že doba brzdění obsahuje tyto složky. 1) Doba technické prodlevy brzdy je doba, která uplyne od okamžiku, kdy řidič začne působit na brzdu vozidla, až do okamžiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat. 2) Doba náběhu brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy se účinek brzd začne projevovat, až do okamžiku, kdy dosáhne plné výše. 3) Účinná doba brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat, až do okamžiku, kdy pomine, nebo se vozidlo zastaví. 4) Doba náběhu brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy řidič přestane působit na brzdu vozidla, až do okamžiku, kdy účinek brzd pomine. 5) Pokud chceme určit celkovou dobu brzdění, musíme k takto zjištěné době brzdění připočítat i reakční dobu řidiče (0,2 – 1,2 s). 6) Dráha brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v době brzdění. 7) Brzdná dráha je brzdná dráha brzdění vozidla až do jeho zastavení. 2.1.2
Dráha brzdění Dráha brzdění je dráha, kterou ujede vozidlo od okamžiku, kdy začalo brzdit a obsahuje tyto složky:
1) Dráha technické prodlevy brzd je dráha, kterou vozidlo ujede v době prodlevy brzdy. 2) Dráha náběhu brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v době náběhu brzdění. 3) Dráha účinného brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v účinné době brzdění. 4) Dráha doběhu brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v době doběhu brzdění. 2.1.3
Brzdné zpomalení
Je zmenšení rychlosti vozidla za 1 s způsobené účinkem brzdy. Brzdné zpomalení je střední nebo okamžité. Okamžité se zjistí z přímého měření, nebo z diagramů získaných zvláštními měřicími přístroji. Střední brzdné zpomalení se vypočítá ze vztahu:
v2 25,9 ⋅ s
a=
[m.s-1 ]
Kde: •
•
[km.h-1]
v je rychlost vozidla s brzdná dráha
[m]
(Z. JAN 2000)
9
3.0. SYSTÉMY BRZDOVÝCH SOUSTAV Systémy brzdových soustav jsou prvky sloužící k zpomalení, či zastavení vozidla, nebo k zabránění samovolnému pohybu vozidel ve svahu. Tyto systémy mám rozděleny na jednotlivé druhy a to na rozdělení dle zdroje energie a konstrukce.
3.1 Druhy brzdových soustav podle zdroje energie 3.1.1
Přímočinné - soustava s mechanickým převodem síly (mechanické brzdy)
Tyto brzdy se používaly např. u motocyklů, nebo u historických automobilů, kde ještě nebyl vyvinut kapalinový brzdový systém. Je to nejstarší řešení brzdové soustavy. V současnosti se používají spíše výjimečně. 3.1.2
Přímočinné - soustava s kapalinovým převodem síly (kapalinové brzdy)
Přímočinné soustava s kapalinovým převodem síly (tzv. kapalinové brzdy), síla se dodává svalovou silou řidiče. Je tvořena brzdovým pedálem, hlavním tandemovým brzdovým válcem, brzdovým potrubím, brzdovými hadičkami, kolovými brzdovými válečky a vlastními kolovými brzdami. 3.1.3
Přímočinné s posilovačem
Přímočinné s posilovačem soustava s kapalinovým převodem síly (tzv. kapalinové brzdy), síla se dodává svalovou silou řidiče a alespoň jedním ústrojím pro dodávku energie. Soustava je složena ze stejných prvků, jako soustava s kapalinovým převodem síly, doplněné o posilovač.
Obr. 3.1. Dvouokruhová brzdová soustava s posilovačem (VOGEL 2002)
10
3.1.4
Princip činnosti dvouokruhové brzdové soustavy
Při sešlápnutí brzdového pedálu je síla přenášena na posilovač brzd, kde je tato síla zvyšována i díky hydraulickému převodu, což umožňuje vytvořit velkou přítlačnou sílu v kolových válečkách při sešlápnutí pedálu. Tato síla je dále přenášena do předních kotoučů popř. zadních bubnů.
3.2 Druhy brzdových soustav podle konstrukce 3.2.1
Bubnové
V této kapitole se budu zabývat konstrukcí, použitím, principu činnosti, výhodami a nevýhodami bubnových brzd, druhy podle ovládání a uložení brzdových čelistí. Bubnové brzdy se používají jako zadní brzdy osobních a užitkových automobilů.
Obr. 3.2. Bubnová brzda s hydraulickým brzdovým válečkem (PNEUSTYLE.SK)
3.2.2
Princip činnosti, obr. 3.2.
Při sešlápnutí brzdového pedálu se zvýší tlak v brzdové soustavě. Kolový brzdový váleček (3) je pevně spojen s nápravou na štítu brzdy (1) spolu s rozpěrným zařízením (2). Rozpěrné zařízení neustále přitlačuje brzdové čelisti (4) na třecí plochu brzdového bubnu. Vyvolaná změna tlaku ve válečku se 11
přenese na brzdové čelisti, na kterých je přilepeno brzdové obložení (5). Vlivem této síly se čelisti začnou přibližovat k brzdovému bubnu spojenému s kolem. Tato síla se projeví jeho zpomalováním. 3.2.3
Výhody a nevýhody bubnových brzd
1) Bubnové brzdy mají samoposilující účinek, který může být poměrně velký a závisí na uspořádání brzdových čelistí. 2) Celé brzdové ústrojí brzdy je umístěno uvnitř bubnu, tím je brzda chráněna proti vnikání nečistot a vlhkosti. 3) Umožňují jednoduché přizpůsobení pro připojení parkovací brzdy. 4) Mají poměrně dlouhou životnost brzdového obložení. 5) Při dlouhodobém brzdění u nich nastává pokles brzdného účinku tzv. slábnutí brzd, neboli fanding. 6) Při silném zahřátí může dojít i k deformaci brzdového bubnu a tím snížení účinku brzd. 7) Mají nižší brzdný účinek, než kotoučové brzdy. 3.2.4
Druhy bubnových brzd podle ovládání a uložení brzdových čelistí
Podle ovládání a uložení bubnových čelistí existují brzdy jednonáběžné, dvounáběžné, dvounáběžné obousměrné, brzdy se spřaženými čelistmi, a obousměrné dvounáběžné se spřaženými čelistmi.
Obr. 3.3. Druhy bubnových brzd (Z. JAN 2000)
12
3.2.5
Kotoučové Brzdy
Tato kapitola je věnována problematice kotoučových brzd, jejich konstrukcí, použitím, výhodami a nevýhodami, provedení brzdového kotouče, rozdíl mezi jednotlivými druhy uložení a princip činnosti daných druhů brzdového uložení.
Obr. 3.4. Přední kotoučová brzda (PNEUSTYLE.SK)
3.2.6
Princip činnosti kotoučových brzd
Při sešlápnutí brzdového pedálu dojde ke zvýšení tlaku v soustavě. To způsobí, že se brzdový váleček (3), umístěný v třmenu brzdy (2) spolu s brzdovými destičkami (4) začne přibližovat směrem k brzdovému kotouči (1) a brzdit ho. Těsnění (5) zabraňuje vnikání vzdušné vlhkosti do prostoru brzdového válečku (3). Tím je zaručena jeho správná funkce a dlouhá životnost. Ochranný kryt proti prachu (6) chrání kotouč proti vnikání nečistot a prachu k brzdovým destičkám. Tlumící plechy (8) zabraňují přenášení vibrací na brzdový třmen. Tato konstrukce přispívá k delší životnosti celého mechanismu. Po uvolnění brzdového pedálu se všechny komponenty vrátí do výchozí polohy a kolo se začne volně otáčet.
13
3.2.7
Použití kotoučových brzd
Kotoučové brzdy se nejčastěji používají jako přední. U výkonnějších vozů se používají, jako přední i zadní. Brzdový kotouč má nejčastěji tvar kruhového talíře, vyrábí se z temperované litiny, nebo ocelolitiny obsahující legující prvky. Sportovní, nebo výkonné vozy mají na přední nápravě umístěny kotouče s vnitřním chlazením. Chlazení kotouče je způsobeno proudícím vzduchem dutinami kotouče. Tyto dutiny mají radiálně uspořádané vzduchové kanály, které jsou provedeny tak, aby při otáčení kotouče vznikl ventilační účinek. Někdy jsou součástí třecí plochy kotouče ještě otvory, pro dosažení nízkého ohřevu při brzdění a rychlého ochlazování po odbrzdění. Pro lepší zjištění intenzity opotřebení kotouče se vytváří na povrchu spirálovité drážky přesně stanovené hloubky, které zároveň zlepšují a zrychlují zaběhnutí nového obložení brzdových destiček. Tato koncepce taktéž umožňuje připojení parkovací brzdy a to zejména na zadní nápravě.
Obr. 3.5. Brzdový kotouč s vnitřním chlazením (STREET-DOGS.ORG)
14
3.2.8
Výhody a nevýhody
Za jejich největší přednosti se považuje stálost brzdného účinku, která je dosažena lepším odvodem tepla z kotouče, dále lepší dostupnosti k samotnému ústrojí během údržby, nebo samotných oprav. Seřízení vůle mezi kotoučem a obložením je samočinné. Dále je výhodou, že velikost brzdného účinku nezáleží na smyslu otáčení kola a díky vlivu odstředivých sil vzniká dobrý samočisticí účinek. Velký přínos zde hraje menší zástavba a tím k lepší úspora prostoru. K nevýhodám patří především větší náchylnost na vnikání nečistot, prachu a vlhkosti a rychlejší opotřebení třecích segmentů.
3.2.9
Kotoučové brzdy s pevným a plovoucím třmenem
Obr. 3.6. Kotoučové brzdy s plovoucím a s pevným třmenem
U kotoučových brzd v provedení s “ pevným třmenem“ jsou na obou stranách třmenu vytvořeny válečky, ve kterých se pohybují pístky. Při sešlápnutí brzdového pedálu přitlačují pístky brzdové obložení z obou stran na brzdový kotouč vyvolané tlakem brzdové kapaliny. U kotoučových brzd v provedení s “ plovoucím třmenem “ je třmen uložen posuvně v pevném držáku. Při sešlápnutí brzdového pedálu pístek ve válečku tlačí obložení proti brzdovému kotouči, to vyvolá reakční sílu, která posouvá třmen, který se přitlačí na brzdový kotouč na opačné straně. (JAN, 2000)
15
4.0. SYSTÉMY STABILIZACE PODVOZKU Jsou to především systémy zajišťující kratší brzdnou dráhu a lepší stabilitu, tím zajišťují větší bezpečnost a ovladatelnost vozidla při extrémních podmínkách. V této kapitole popíšu protiblokovací brzdový systém ABS, protiskluzový systém ASR, systém elektronického dělení brzdné síly EBV a systém elektronické stabilizace podvozku ESP.
4.1 Protiblokovací brzdový systém (ABS) Protiblokovací systém (Antiblock
Brake
system)
je
optimalizován Elektronickým děličem brzdné síly (EBV). Systém zabraňuje zablokování kol při brzdění. Výhodou je, že vůz zůstává i při intenzivním brzdění stále ovladatelný a zachovává si
stabilitu
i
při
extrémních
podmínkách. Je to způsobeno trvalou kontrolou brzdného tlaku a díky tomu nedochází k zablokování kol. Řidič se tak snadněji vyhne překážce, aniž by musel brzdový pedál uvolnit. Je to zásluhou systému ABS, který funguje i při
plně
pedálu.
sešlápnutém
Důkazem
brzdovém
správné
funkce
systému je pulzace brzdového pedálu, způsobená
hydraulickou
jednotkou
ABS. Nevýhodou je, že na určitých druzích povrchu jako např. na štěrku nebo na vysoké vrstvě sněhu ležící na pevném podkladu může
tento systém způsobit, že se brzdná dráha nepatrně prodlouží.
16
4.2 Protiprokluzový systém (ASR) Protiprokluzový systém ASR ( Anti Schlupf Regelung ) zabraňuje protočení hnacích kol při rozjezdu automobilu. Systém se aktivuje, pokud vozidlo stojí na hladkém nebo nerovném povrchu, kdy dochází k protočení hnacích kol vozidla, elektronické senzory situaci vyhodnotí a následně omezí výkon motoru a upraví přenos záběrového momentu mezi koly vozidla. Rozjezd vozidla vybaveného ASR systémem je proto klidný a plynulý.
Obr. 4.2 Vozidlo bez ASR a vozidlo s ASR (AUTOLEXICON.NET)
4.3 Systém elektronického dělení brzdné síly (EBV) Je systém elektronického dělění brzdné síly (Elektronische Bremsverteilssystem) Tento systém upravuje brzdný tlak mezi přední a zadní nápravou spojením jednotky s protiblokovacím systémem brzd ABS. Systém EBV pracuje s podstatně větší přesností než mechanické rozdělování brzdné síly. Protože systém EBV zohledňuje zatížení vozidla, rozdělí tím samočinně optimální brzdný účinek mezi brzdy na přední a zadní nápravě. Toho dosahuje díky optimálnímu brzdnému výkonu zadních kol, způsobené tím, že dochází k menšímu zatížení brzd předních kol. Tyto se pak méně zahřívají a minimalizují tím riziko nebezpečí zeslabení účinku brzd v důsledku jejich přehřátí. Vozidlo vybavené systémem EBV má proto kratší brzdnou dráhu.
4.4 Systém elektronické stabilizace podvozku (ESP) Systém ESP (Elektronic Stability Programme) je jeden z nejrozšířenějších elektronických prvků který pomáhá udržet stabilitu vozidla během jízdy. Vozidlo vybaveno systémem ESP pomáhá 17
běžnému řidiči zvládnout některé kritické situace, jako například jízdu na zledovatělém povrchu v zatáčce. Řada snímačů ve vozidle zaznamenává aktuální údaje o jízdním stavu na silnici. Tyto údaje jsou porovnávány řídicí jednotkou s vypočtenými údaji pro správný jízdní režim. Je-li zjištěn rozdíl v hodnotách, systém ESP se aktivuje a stabilizuje vozidlo. Ke své funkci ESP používá další elektronické systémy podvozku. Jsou to především protiblokovací systém brzd ABS, protiskluzový systém ASR, a další.
Obr. 4.3. Systém ESP (FCE.VUTBR.CZ)
5.0. ZÁVADY KOTOUČOVÝCH BRZD (DIOPAN.CZ) V této kapitole se budu věnovat nejčastějším závadám brzdových kotoučů vzniklým, jak špatnou montáží, tak používáním tím i opotřebením, nebo poškození způsobená jinými komponenty brzdové soustavy.
5.1 Poškození kotouče vzniklé špatnou montáži Mezi nejčastější závady kotoučových brzd patří bezpochyby poškození kotouče vzniklé špatnou montáží. Špatný technologický postup montáže, nebo nedodržení předepsaných hodnot výrobcem, může vést k vážným závadám bezprostředně ovlivňujících bezpečnost posádky, nebo bezpečnost provozu. Z toho důvodu se budu v této kapitole zabývat nejčastějšími závadami vzniklé špatnou montáží, jejich popisem, důsledkem závady a její doporučené odstranění.
18
5.1.1
Částečně poškozený sklovitý brzdný povrch kotouče
Brzdové destičky mají kontakt pouze na střední části brzdného povrchu. Vysoké namáhání vede k přehřívání, vzniku sklovité vrstvy zanášením a ubýváním třecího materiálu. Tím dochází k postupnému snižování účinnosti brzdového systému. Proto se doporučuje překontrolovat umístění a správnou funkci brzdového třmenu, upevnění a stav brzdového obložení. Dále zkontrolovat, zda je typ brzdového obložení vhodný pro příslušné vozidlo popřípadě vyměnit brzdové kotouče a brzdové destičky. Používat pouze kvalitní a originální brzdové destičky.
Obr. 5.1. Poškozený sklovitý povrch kotouče 5.1.2
Nerovnoměrné poškození brzdného povrchu
Dva brzdové segmenty nebyly správně umístěny ve vztahu ke kotouči. Opotřebení není stejné na obou stranách brzdového kotouče. Ve středu brzdného povrchu jsou patrné stopy přehřívání v důsledku velkého teplotního přetíženi. Postupně vznikají vibrace v důsledku teplotního poškození a možnost tvorby trhlin. Doporučuje se zkontrolovat brzdový třmen a v případě potřeby ho vyměnit. Důležité je taky zkontrolovat typ brzdových destiček popř. kvalitu třecího materiálu.
19
Obr. 5.2. Poškození brzdného povrchu 5.1.3
Nesprávné utažení kotouče
Nesprávné utažení během montáže je nebezpečná závada, která vedla až ke vzniku trhlin na povrchu, který má kontakt s nábojem kola. To způsobilo poškození nosných montážních povrchů, i když trhliny někdy nejsou na první pohled vidět. Závada se projeví poškozením nosného montážního povrchu způsobující vibrace, které lze zjistit ihned po montáži sešlápnutím brzdového pedálu. Proto se doporučuje namontovat nový brzdový kotouč a dodržet doporučené pořadí utahování a utahovací momenty.
Obr. 5.3. Nesprávně utažený kotouč během montáže 5.1.4
Nedodržení doporučeného utahovacího momentu
Při nedodržení doporučeného utahovacího momentu se nosný montážní povrch utrhl od zbytku brzdového kotouče. Tato závada se nejčastěji projevuje při nadměrném utažení, zejména v oblasti dvou upevňovacích otvorů. Jedná se tedy o následek nedodržení doporučeného utahovacího momentu a pořadí během utahování. Následkem je velmi intenzivní nepříjemně 20
skřípající zvuk a nedostatečný účinek při brždění. Doporučuje se namontovat nový brzdový kotouč a dodržet doporučené pořadí utahování a utahovací momenty.
Obr. 5.4. Poškození nedodržením utahovacího momentu 5.1.5
Nadměrné utažení zajišťovacích šroubů
Nosný montážní povrch se poškodil nadměrným utažením šroubů pro nastavení do správné polohy. Tato závada může vést až k vylomení montážního povrchu, (Obr. 5.5.). Táto porucha způsobí nadměrnou házivost kotouče, kterou nelze udržet v přijatelných tolerancích. Silné vibrace se projeví již po několika prvních kilometrech od montáže. Doporučuje se neutahovat silně zajišťovací šrouby, které jsou určeny pouze pro správnou polohu kotouče.
Obr. 5.5. Nadměrné utažení zajišťovacích šroubů
21
5.1.6
Montáž kotouče neodpovídajícího vozidlu
Vytvoření a zvětšování trhlin na nosném montážním povrchu je jednoznačný znak nepřizpůsobení průměru kotouče k průměru náboje kola. Takto se vytvoří nesprávný kontakt kotouče s nábojem kola. Chybná montáž okamžitě způsobuje vibrace v důsledku nadměrné házivosti. Doporučuje se z katalogu výrobce najít typ vozidla a jemu odpovídající brzdový kotouč. Při montáži se nesmí nikdy nenasazovat brzdové kotouče násilím, či kladivem.
Obr. 5.6. Volba nesprávného kotouče 5.1.7
Nesprávná montáž tělesa třmenu na nápravě
Nesprávná montáž tělesa třmenu na nápravě způsobila, že se brzdný povrch ulomil od náboje kola. (Obr. 5.7.). Patrné je asymetrické opotřebení brzdného povrchu. Došlo k opotřebení středové oblasti na vnější straně kotouče ve vztahu k vozidlu a na vnější hraně u vnitřního povrchu. Tady byl kotouč vystaven silnému mechanickému namáhání vedoucímu k utržení brzdového povrchu. Projevuje se to především silnými výskyty nárazů během brzdění doprovázené velmi hlasitým brusivým zvukem. Uvedená závada je velmi nebezpečná, protože přímo souvisí s bezpečností posádky vozidla. Před montáži nového kotouče se doporučuje překontrolovat nastavení a montáž tělesa třmenu na nápravě.
22
Obr. 5.7. Nesprávná montáž třmenu 5.1.8
Chybné utažení kotouče a ložiska náboje kola
Chybné utažení kotouče a ložiska náboje kola a nadměrný utahovací moment způsobil vytržení sedla ložiska. Tím je vážně ohrožena funkčnost brzdového systému, protože kotouč je nestabilní vůči ložisku náboje. Závada se projeví hned po prvním brzdění silnými vibracemi. Doporučuje se okamžitá výměna náboje kola, ložiska a kotouče. Při montáži je nutné použít správný utahovací moment.
Obr. 5. 8. Chybné utažení kotouče a ložiska náboje
23
5.1.9
Znečištěný náboj kola
Povrch náboje kola nebyl při montáži kotouče očištěn. Jsou na něm zbytky koroze nebo jiného znečištění. Utažení proti nevhodnému povrchu způsobuje nadměrnou házivost nového kotouče. Tyto chyby během montáže způsobují vibrace po několika stovkách nebo tisících brzděních, které se zvyšují s ujetou vzdáleností. Na druhé straně dochází k nerovnoměrnému opotřebení kotouče kvůli zvýšené házivosti prostřednictvím brzdových destiček. Doporučuje se velmi pečlivě očistit kontaktní povrch. Po montáži opticky zkontrolovat házivost brzdového kotouče.
Obr. 5. 9. Znečištěný náboj kola
5.1.10 Nadměrná házivost náboje kola Nadměrná házivost náboje kola způsobuje poškození brzdného povrchu, který není rovnoběžný s rovinou kotouče. Místní přehřívání lze poznat tmavším zbarvením a skvrnami v dotčené oblasti. Závada je způsobena různě velkým třením mezi kotoučem a destičkami v důsledku nadměrné házivosti náboje kola. Projevuje se to především vibracemi, které jsou patrné ihned po zahájení jízdy a které se dále postupně zintenzivňují. Při jízdě vzniká nadměrný hluk. Doporučuje se překontrolovat házivost náboje kola a zajistit, aby byla v tolerancích specifikovaných v pokynech pro montáž kotouče.
24
Obr. 5.10. Nadměrná házivost kola
5.2 Poškození vzniklá používáním Poškození kotoučů během používání je další nebezpečný typ závady. Tyto závady mohou být důsledkem špatné opravy, nebo montáže kotoučů, nesprávnou technikou jízdy, nebo překročením limitu tloušťky brzdových kotoučů. Je to nejčastěji důsledkem zanedbání kontroly či údržby brzd. 5.2.1
Nedostatečný záběh
Na kotouči vznikne zbarvení s měnící se intenzitou a s různými odstíny především modré, fialové a zlaté viditelnými hlavně v oblasti ochlazování (drážka na vnitřní části povrchu). Závada se projeví nárustem postupně se zvyšujících vibrací. Vystavení kotouče příliš vysoké teplotě způsobí změnu mechanických vlastností litiny. Doporučuje se nutně řidiče vždy poučit, aby dodržel interval záběhu. Během prvních 200 – 300 kilometrů na smíšených trasách brzdit pouze mírně a krátce. Brzdové destičky nesmějí být příliš dlouho v kontaktu s kotoučem vzniklé intenzivním brzděním.
25
Obr. 5.11. Nedostatečný záběh 5.2.2
Intenzivní použití
Tloušťka kotouče je hodně menší, než je doporučená minimální tloušťka (celková tloušťka je menší, než 4 mm). Během intenzivního brzdění vznikají na kotouči výrazné trhliny. Jsou zde taky jasně vidět oblasti teplotního přetížení odpovídající polohou chladicím otvorům varující před vznikem dalších trhlin. Následkem je velký hluk, vibrace a malá účinnost brzd. Tato situace je typická pro sportovní vozidla, která jsou na silnicích vystavena intenzivnímu a nadměrnému použití brzd. Doporučuje se zmenšit intenzitu brzdění a minimalizovat jízdu stylu “ brzda, plyn “.
Obr. 5.12. Poškozený kotouč vlivem intenzivního brzdění 26
5.2.3
Hluboké drážky a rýhy
Hluboké drážky byly způsobené vniknutím cizího předmětu mezi brzdovou destičku a kotouč. Tato závada může být také způsobena nevhodným materiálem brzdové destičky nebo přítomností špatně rozloženého třecího materiálu ve směsi. Při brzdění se pak tato závada projeví velmi nepříjemným hlukem při brždění i během jízdy. Snížená účinnost brzdového systému je důsledkem omezené kontaktní plochy mezi kotoučem a brzdovou destičkou. Doporučuje se výměna brzdových kotoučů a destiček.
Obr. 5.13. Hluboké drážky a rýhy 5.2.4
Vznik trhlin
Kotouč byl vystaven vysoké provozní teplotě. Ve vnější oblasti brzdového povrchu jsou evidentní stopy přehřívání vedoucího ke vzniku trhlin. Následkem je deformace a „odskakování“ brzdových destiček. Trhliny se postupně zvětšují, což může vést až k rozlomení kotouče. Doporučuje se poškozený kotouč vyměnit. Je nutné pravidelně kontrolovat stav opotřebení.
27
Obr. 5.14. Vznik trhlin na kotouči
5.3 Poškození vzniklá nadměrným opotřebením Tuto kapitolu budu věnovat závadám vzniklým nadměrným opotřebením brzdového kotouče, nebo destiček. Uvedené závady jsou, důsledkem zanedbané kontroly, údržby, nebo špatnou technologií výroby, nebo výroba z nekvalitních materiálů. Poškození vzniklá nadměrným opotřebením jsou nebezpečná už kvůli rychle se zhoršujícímu brzdnému účinku brzd 5.3.1
Poškození vzniklé nadměrným opotřebením brzdného povrchu kotouče
Brzdný povrch v tomto případě vykazuje okem patrné znaky přehřátí v důsledku zúžení poškozeného kotouče. Při dlouhotrvajícím stavu kotouče může tato závada způsobit až utržení brzdného povrchu z náboje kola. Ta se pak projeví silnými a nepříjemnými nárazy a velmi hlasitý drtivý hluk při brzdění. Je zde velké riziko vzniku nehody a ohrožení zdraví posádky. Doporučuje se pravidelná kontrola tloušťky brzdového kotouče a je nutná výměna brzdového kotouče před dosažením limitu opotřebení.
Obr. 5.15. Poškození kotouče nadměrným opotřebením
28
5.3.2
Překročení limitu
Tloušťka brzdného povrchu je uprostřed opotřebovaná víc, než je doporučená minimální tloušťka. Následkem je snižování funkčních vlastností a komfortu. Doporučuje se pravidelná kontrola tloušťky brzdových kotoučů. Ty by měly být vyměňovány po dvou nebo třech výměnách brzdových destiček. Při každé výměně brzdového kotouče je nutné vyměňovat i brzdové destičky.
Obr. 5.16. Překročení limitu 5.3.3
Nadměrné opotřebení se vznikem trhlin
Minimální tloušťka zjištěna na vnějším okraji kotouče je menší než 1 mm. Kromě toho se u kotouče jako následek snížené tloušťky brzdného povrchu vyskytují mimořádně vysoké provozní teploty. Takto vznikají další teplotní trhliny, což vede ke vzniku dalších deformací. Pokud se začnou vytvářet další trhliny, může to vést až ke zničení brzdového kotouče. Doporučuje se pravidelně kontrolovat opotřebení brzdového kotouče. Ten by měl být vyměněn po dvou nebo třech výměnách brzdových destiček.
Obr. 5.17. Nadměrné opotřebení se vznikem trhlin 29
5.3.4
Poškození brzdového kotouče a brzdových destiček
Větší poškození lze zjistit ve středové oblasti kotouče a také v příslušné části u brzdových destiček. Příčinou mohou být tvrdé částečky ve třecím materiálu jako důsledek použití nehomogenní směsi při výrobě nekvalitních destiček, nebo nesprávnou funkcí brzdového třmenu. Tato závada způsobuje deformace vzniklé poškozením během brzdění. Pokud se začnou vytvářet další trhliny, může to vést až ke zničení brzdového kotouče. Doporučuje se pravidelně kontrolovat opotřebení brzdového kotouče. Ten by měl být vyměněn po dvou nebo třech výměnách brzdových destiček.
Obr. 5.18. Poškození brzd. kotouče a destiček 5.3.5
Poškození způsobené silně opotřebenými brzdovými destičkami
Kotouč je silně opotřeben a poškozen kovovým držákem brzdových destiček, ze kterých byl obroušen třecí materiál. Tloušťka kotouče je 3,5 mm. Doporučená minimální tloušťka je 5 mm. To se projeví velmi silným hlukem, prodloužení brzdné dráhy a kritická funkce brzdového třmenu. Doporučuje se vyměnit brzdové destičky po dosažení limitu opotřebení. Překontrolovat okruh indikátoru opotřebení brzdových destiček.
30
Obr. 5.19. Poškození opotřebovanými brzdovými destičkami
5.4 Poškození způsobená jinými komponenty brzdové soustavy Kapitola je věnována problematice poškození brzdového kotouče vzniklém různými komponenty brzdové soustavy ať už se jedná o poškození vzniklém brzdovými destičkami, nekvalitním materiálem z kterého je kotouč, popř. destičky vyrobeny,
5.4.1
Poškození kotouče opotřebovanými brzdovými destičkami
Zde se brzdný povrch dostal do kontaktu s kovovým držákem brzdové destičky. Je nutno překontrolovat brzdovou destičku na straně vzniklého poškození v důsledku jejího zablokování v brzdovém třmenu. Obě destičky se v příslušném brzdovém třmenu zcela poškodily, což má za následek hluk a vibrace, brzdový pedál lze zcela sešlápnout. Výrazně se prodlouží i brzdná dráha vozidla. Doporučuje se zkontrolovat, opravit nebo vyměnit brzdový třmen. Je nutná i výměna všech brzdových kotoučů a destiček.
31
Obr. 5.20. Poškození vlivem opotřebovaných destiček 5.4.2
Sklovitý povrch kotouče
Vznikne ulpíváním velmi slabé vrstvy třecího materiálu na brzdném povrchu kotouče. Koroze způsobuje odlupování částí této vrstvy. To vede ke ztrátě účinnosti brzd a k prodloužení brzdné vzdálenosti. Brzdový pedál je velmi tuhý, ale brzdy pozbývají brzdný účinek. Doporučuje se výměna kotouče a brzdových destiček. Používat kvalitní, originální brzdové destičky
. Obr. 5.21. Sklovitý povrch kotouče 5.4.3
Obroušení brzdového kotouče držákem brzdové destičky
Tloušťka kotouče je menší než dovolená minimální mez. Kotouč je poškozen držákem brzdové destičky, protože zcela chybí třecí materiál. Kovová destička držáku brzdového obložení se uvolnila v třmenu brzdy a vybrousila drážku do brzdného povrchu kotouče. Brzdný povrch se již 32
odlomil z nosné části provázen silným rachotivým zvukem, ztrátou účinnosti brzdného účinku (volný chod brzdového pedálu), možnost vzniku obroušení mezi kotoučem a třmenem, asymetrický tlak na brzdový třmen. Doporučuje se zkontrolovat brzdový třmen a v případě potřeby ho opravit. Nutno vyměnit brzdový kotouč i destičky.
Obr. 5.22. Obroušení brzdového kotouče 5.4.4
Brzdný povrch částečně poškozen brzdovým segmentem
Brzdný povrch kotouče vykazuje poškození ve vnější části. Vnitřní část se nedostává do styku s brzdovou destičkou, což lze indikovat vznikem koroze. Tato závady bývá nejčastěji způsobena nesprávným umístěním brzdového třmenu i brzdové destičky, která nemá úplný kontakt s brzdovým kotoučem, ztrátou části třecího materiálu, nebo montáží nesprávných brzdových destiček. Dojde ke snížení brzdné síly. Zvyšuje se provozní teplota, protože dochází k úbytku povrchu, na kterém je brzdová destička účinná. Vzniká nebezpečí lokálního přehřívání, a nabývá možnost vzniku vibrací a chvění. Kromě toho dochází ke snížení účinnosti vedoucí ke zvýšení namáhání, a tak nastává rychlé nebo nerovnoměrné opotřebení způsobující nepravidelné vibrace. Doporučuje se kontrola umístění a správná funkce brzdového třmenu, upevnění a stav brzdového obložení. Dále, zda je typ brzdového obložení vhodný pro příslušné vozidlo.
33
Obr. 5.23. Poškození brzdovým segmentem 5.4.5
Poškození kotouče zdeformovanými brzdovými segmenty
Brzdové segmenty jsou pokřivené a působí pouze ve střední části brzdového povrchu. Následky se projevují ztrátou účinnosti brzd a prodloužením brzdné dráhy. Brzdový pedál je velmi tuhý, ale brzdy nemají účinnost. Dále se snižuje brzdná síla, zvyšuje se provozní teplota, protože dochází k úbytku povrchu, na kterém je brzdová destička účinná v porovnání s normálním stavem. Vzniká zde také nebezpečí lokálního přehřívání, a vzniku vibrací a chvění. Doporučuje se kontrola povrchu brzdových destiček, jejích osová souměrnost a kontrola funkce brzdového třmenu.
Obr. 5.24. Poškození kotouče deformovanými brzdovými segmenty¨
34
6.0. ZÁVĚR Cílem práce bylo vytvořit hodnocení problematiky brzd a to především z praktického hlediska. Rozčlenění brzdné dráhy na jednotlivé úseky jsem uvedl v úvodní kapitole. Následuje přehled jednotlivých systémů s pevným a plovoucím třmenem doprovázen funkčním popisem, názornými obrázky a popisky. Práce byla věnována přehledu, nejčastějším závadám, jejich příčinám, diagnostice a možnému odstranění. K brzdovým soustavám se často vztahují i prvky pro zvýšení stability automobilu. Neustálá snaha konstruktérů automobilů vede k větší bezpečnosti posádky a k zdokonalování technologií, materiálů a v neposlední řadě i samotným systémům, které jsou neustále inovovány a vylepšovány. Jedině požadavky zákazníků a větší konkurence v automobilovém průmyslu vedou k rychlejšímu pokroku technologií. Základní prvky ale zůstávají nezměněny. Jsou to především systémy zabraňující prokluzu kol při rozjezdu (ASR), následnému zablokování kol a tím zhoršení ovladatelnosti kol při brzdění (ABS). Zajištění kontroly vozidla při průjezdu zatáčkou a zabránění jeho přetočením zajišťuje systém elektronické stabilizace podvozku (ESP) a systém elektronického dělení brzdné síly, které rozděluje optimálně tlak mezi přední a zadní nápravu podle zatížení vozidla a tím zabraňuje přehřátím předních brzd (EBV). Poslední kapitola je věnována závadám kotoučových brzd, jejich projevem, příčinou a doporučeným odstraněním. Při pochopení těchto aspektů, které se nejčastěji v provozu vyskytují, není těžké se v praxi orientovat a rozhodovat pro nejlepší řešení opravy, nebo konstrukcí brzdového systému v jednotlivých případech a vyvarovat se následných problémů, které mohou v konkrétních situacích nastat.
35
7.0. POUŽITÁ LITERATURA [1] Bauer, F., Traktory, MZLU Brno, 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0. [2] Jan. Z., B. Ždánský, Automobily 1 Podvozky, , Avid s.r.o. Brno 2000. 210 s. [3] Autoškola Vogel – základní učebnice pravidel provozu. BertelsmannSpringer CZ, 2002. 310 s. ISBN 80-86411-15-X. [4] Bubnová brzda s hydraulickým brzdovým válečkem [online]. c2008 [cit. 2008-12-05]. Dostupný z WWW:
. [5] Přední kotoučová brzda [online].c2008 [cit. 2008-12-05]. Dostupný z WWW: . [6] Brzdový kotouč s vnitřním chlazením [online]. 2004. c2004 [cit. 2009-01-12]. Dostupný z WWW: http://www.street-dogs.org/nase_auta/pavel/soubory/2004/kotouc.jpg>. [7] Systém ESP. [2004] [cit. 2008-12-18]. Dostupný z WWW: http://www.fce.vutbr.cz/veda/dk2004texty/pdf/07_Soudni%20inzenyrstvi/7_01_Soudni%20inzenyrstvi/Semela_M arek.pdf>. [8] Protiprokluzový systém ASR [online]. c2008 [cit. 2009-01-12]. Dostupný z WWW: . [9] Protiblokovací systém ABS [online]. [2003] [cit. 2008-12-12]. Dostupný z WWW: . [10] Závady kotoučových brzd [online]. [2005] [cit. 2008-12-28]. Dostupný z WWW: .
36
