«Гальмо двигуном заборонено». Ви бачите такі знаки на ділянках крутих спусків автомагістралей і запитуєте, що вони насправді означають. Це стосується не лише шуму, хоч і це частина проблеми. Знак відноситься до компресійної гальмівної системи, також відомої як пристрій уповільнення двигуна. Ці пристрої є життєво важливими для комерційних вантажівок, що долають гірські перевали. Без них зупинка важкого транспортного засобу перетворюється на небезпечну гру з тертям та перегрівом.
Щоб зрозуміти, чому такі знаки, потрібно розглянути внутрішню механіку двигуна. Двигун працює за чотиритактним циклом: впуск, стиск, робочий хід і випуск. Під час такту стиснення впускний та випускний клапани закриті. Поршень рухається нагору, стискаючи повітря всередині циліндра. У верхній точці паливо спалахує і штовхає поршень вниз. Потім випускний клапан відкривається, випускаючи гази.
Але гальмо двигуном змінює цей процес. Якщо випускний клапан відкривається трохи раніше, ніж поршень досягає верхньої точки свого ходу, стиснене повітря негайно виходить. Поршень не отримує прискорення від вибуху. Натомість двигун стає повітряним компресором. Гравітація тягне вантажівку вниз схилом, змушуючи двигун працювати проти опору стиснення повітря. Це уповільнює транспортний засіб без використання гальм на колесах.
Результатом є характерний звук зворотного займання або бавовни. Сучасні системи тихіше за своїх попередників, але репутація залишилася колишньою. Водії очікують, що пневматичні гальма візьмуть на себе основне навантаження. То чим же вантажні гальма відрізняються від гідравлічних систем у вашому легковому автомобілі?
Гідравлічні та пневматичні системи
І автомобільні, і вантажні гальма ґрунтуються на терті. Вони використовують колодки та колодки, з’єднані з колісними осями. У легкових автомобілях використовується гідравлічна система, що передає зусилля за допомогою гальмівної рідини. У вантажівках використовується стиснене повітря. Ця різниця має значення, тому що повітря ніколи не закінчується. Гальмівна рідина може протікати або закипіти. Повітря просто циркулює. Якщо в системі вантажівки є невеликий витік, гальма все одно працюють.
Більшість важких вантажівок оснащені двоконтурною пневматичною гальмівною системою. Один комплект управляє двома окремими повітряними контурами. Якщо один з них виходить з ладу, другий бере на себе керування. Ця надмірність є важливою функцією безпеки, якої немає у легкових автомобілях.
Однак у пневматичних гальм є недолік: затримка гальмування. Це затримка між натисканням на педаль і проходженням повітря магістралами для притискання накладок до барабана. Вона займає менше ніж секунду. Водіям необхідно скоригувати свої очікування. Гальма вантажівки не спрацьовують миттєво, як гальма автомобіля.
Пневматична система виконує три основні завдання. Вона забезпечує стабільну подачу стисненого повітря. Спрямовує цей потік повітря. Перетворює енергію тиску повітря на механічну силу для зупинки коліс.
Три рівні гальмування вантажівки
Гальмівна архітектура вантажівки побудована на трьох різних системах.
Робочі гальма забезпечують гальмування при звичайному керуванні. Коли ви натискаєте на педаль, починається послідовність дій. Повітря проходить магістралями в гальмівну камеру. Це повітря виштовхує штовхач. Толкач активує регулювальник зазору. Регулювальник повертає розподільний вал. Цей розподільний вал обертає S-подібний кулак (S-Cam), названий так через свою форму. S-подібний кулак притискає гальмівні накладки до барабана, утворюючи тертя.
Паркувальні гальма працюють інакше. Водій тягне важіль на панелі приладів. Гальма тягача активуються жовтою кнопкою. Гальма причепа – червона. При витягуванні цього важеля вивільняється потужна пружина усередині гальмівної камери. Ця пружина потім змушує S-подібний кулак вступити в дію блокуючи гальма.
Аварійні гальма діють як страховка. Якщо пневматична система виходить з ладу, аварійні гальма спрацьовують автоматично. Пружина усередині камери утримує тиск близько 2500 фунтів. Вона залишається стиснутою за рахунок постійного потоку повітря. Якщо тиск падає нижче 60 фунтів на квадратний дюйм, індикатор низького тиску загоряється і звучить сигнал. Пружина вивільняється, різко застосовуючи гальма.
Безпека, економія та історія Вестінгауза
Ретардери забезпечують дві очевидні вигоди. Безпека стоїть на першому місці. Використання компресійного гальма на крутому спуску зберігає пневматичні гальма прохолодними. Вони залишаються готовими, якщо потрібно різко зупинитися. Економія – другий фактор. Найменше тертя на барабанах і накладках означає менший знос. Це економить гроші на працю та запчастини.
Історія цих систем походить від Джорджа Вестінгауза-молодшого. Ви можете знати це ім’я з побутової техніки. Але він запатентував перше практично застосовне пневматичне гальмо для залізниць у 1869 році. Після служби у Громадянській війні та роботи в батьківській майстерні він став плідним винахідником. Він заснував компанію Westinghouse Air Brake Company, першу із 60 компаній, які він створив. Його інновації врятували безліч життів на залізничних коліях і пізніше на дорогах.
Проблема вигоряння гальм
Навіть із ретардерами та пневматичними гальмами тертя може стати ворогом. Коли гальмівні барабани перегріваються, вони розширюються. Барабан відходить від гальмівних колодок. Контакт стає неповним. Гальма втрачають ефективність. Це називається вигорянням гальм.
Якщо ситуація триває, гальмівна потужність, що залишилася, перегрівається. Накладки можуть димитися або спалахнути. Водії, яким здається, що потрібно натискати сильніше на педаль для зупинки, мають проблему. Їм необхідно негайно перевірити наявність вигоряння гальм. Це небезпечний стан, який може призвести до повної відмови гальм.
Не всі довіряють конструкції S-подібного кулака. Деякі водії віддають перевагу новим дисковим гальмівним системам на вантажівках. Дискові гальма краще розсіюють тепло. Вони менш схильні до вигоряння. Але традиційні барабанні системи залишаються поширеними.
Знаки «гальмо двигуном заборонено» зберігаються з поважної причини. Вони нагадують водіям, що шум – це не просто роздратування. Це механічна необхідність подолання сил гравітації при спуску. Без цих пристроїв уповільнення сучасне вантажне перевезення на гірських дорогах було б набагато небезпечнішим.
Принцип роботи дискових пневматичних гальм може бути знайомим тим, хто проводив час під шасі напівпричепа. Повітряний тиск надходить у гальмівну камеру і через регулятор зазору, так само, як це відбувається в традиційних барабанних системах з S-подібним кулачком. Розбіжність починається у виконавчому механізмі. Замість того щоб S-подібний кулачок розсовував гальмівні колодки назовні, силовий гвинт перетворює лінійний повітряний тиск у момент обертання. Цей гвинт обертає супорт, притискаючи гальмівні накладки безпосередньо до ротора. Це пряме механічне зчеплення, а не поштовх, який здійснюється кулачковим механізмом.
Саме в галузі продуктивності зазвичай розгораються суперечки.
Перевага в гальмівному шляху
Дані не брешуть. Дискові пневматичні гальма скорочують гальмівну колію майже на сорок відсотків порівняно зі стандартними барабанними системами. Це не незначне вдосконалення. Це колосальне скорочення відстані, необхідної для зупинення руху. Оскільки тиск рівномірно і безперервно впливає на ротор, транспортний засіб зупиняється з більш передбачуваною геометрією.
Потім йде керування теплом. Барабанні гальма сумно відомі гальмівним википанням – втратою коефіцієнта тертя при перегріві накладок. Дискові пневматичні гальма практично усувають цю проблему. Відкрита конструкція дозволяє теплу розсіюватися в повітрі, а не запікатися всередині закритого барабана.
Швидкість зношування розповідає іншу частину історії. При використанні дисків ви не стикаєтеся із надмірним зношуванням накладок на напівпричепах або швидкою витратою колодок на тягачах, що мучать барабанні системи. Контактна площадка залишається постійною.
Ціновий бар’єр у США
Якщо інженерні переваги настільки очевидні, чому не кожна вантажівка на міжштатних автомагістралях оснащена ними? Відповідь проста: економіка. У Сполучених Штатах немає федерального регулювання, яке зобов’язує використовувати дискові пневматичні гальма. Вони залишаються опцією преміум-класу, вартість якої приблизно вдвічі вища, ніж у аналогічної барабанної гальмівної системи.
Ця вартість створює різкий розрив у темпах застосування.
- США: Приблизно 95 відсотків важких вантажівок досі працюють на барабанних гальмах.
- Європа: Більше 80 відсотків комерційних вантажівок використовують дискові пневматичні гальма.
Ринок США повільно розбудовується. Галузеві спостерігачі оцінюють, що можуть пройти від десяти до п’ятнадцяти років, перш ніж дискові гальма стануть стандартом, а не винятком. Інерція існуючого автопарку та небажання керівників автопарків поглинати початкові капітальні витрати є основними гальмами для цього переходу.
Регуляторний опір та дані про безпеку
Національне управління безпеки дорожнього руху (NHTSA), яке є бюро у складі Міністерства транспорту США, виступає проти статус-кво. Їхня позиція заснована на сухих фактах.
Тести на симуляторах, проведені в Університеті Айови, стали основою їх висновків. NHTSA стверджує, що оснащення автопарків пневматичними дисковими гальмами значно знижує кількість зіткнень в екстрених ситуаціях. Їхнє моделювання показує, що обов’язкове скорочення мінімального гальмівного шляху на тридцять відсотків врятувало б значну кількість життів.
Тим не менш, без регуляторного тиску, що стимулює впровадження, ринок рухається зі своєю власною повільною швидкістю. Технологія працює. Аргументи на користь безпеки є надійними. Але поки вартість не відповідатиме рівню ризику, барабанне гальмо залишається королем американських автомагістралей.
Складання всіх елементів воєдино пояснює, чому гальмівна потужність для важких умов експлуатації так сильно відрізняється від повсякденного легкового автомобіля. Схема – це не просто креслення; вона відбиває фізичну реальність розташування цих компонентів під шасі.
Анатомія потужного гальмування
Щоб зрозуміти масштаб задіяних процесів, необхідно розглянути детальний вигляд. У звичайному автомобілі гальмівна рідина притискає колодки до роторів. У вантажівці основну роботу виконує стиснене повітря. Гальмівна система з повітряним приводом використовує тиск для стиснення компонентів із зусиллям, які гідравлічна рідина не могла б безпечно забезпечити в таких масштабах.
Розташування деталей має менше значення, ніж сам механізм. Ці гальма не заховані. Вони перебувають у центрі уваги осях, відкриті впливу зовнішніх чинників, але спроектовані максимальної тепловіддачі. Така відкритість потрібна, оскільки зупинка 80 000-фунтового тягача генерує величезну кількість теплової енергії. Якби гальма були закриті, як деякі супорти легкових автомобілів, вони б перегрілися і втратили ефективність лише за кілька хвилин.
Чому повітря, а не рідина?
Гідравлічні системи добре справляються з легкими навантаженнями. Вони виходять з ладу під напругою постійного інтенсивного гальмування. Повітряні гальма забезпечують механізм стійкості до відмови. При втраті тиску повітря гальма автоматично вмикаються. Це конструкція з «пружинним додатком та повітряним визволенням», яка запобігає мимовільному скочування напівпричіпних вантажівок з пагорбів.
Саме ця функція безпеки змушує комерційних водіїв витрачати багато часу на перевірку тиску повітря перед кожною поїздкою. Це не просто рутина. Це різниця між плавним рухом по шосе та катастрофічною відмовою.
Еволюція гальмівної потужності
Старі вантажівки значною мірою покладалися на барабанні гальма. Вони прості, дешеві та довговічні. Але вони тримають тепло. Сучасні автопарки переходять на дискові гальма із повітряним приводом. Вони забезпечують краще управління теплом та стабільну роботу. Цей перехід обумовлений як технологією. Це питання запасів безпеки та регуляторного тиску.
Національна рада з безпеки на транспорті (NTSB) виділила уроки, що були зроблені з фатальних аварій, пов’язаних з відмовими гальм. Ці звіти стимулюють галузь переходу більш надійні системи. Тестування продуктивності тепер є обов’язковим у певних умовах, щоб переконатися, що вантажівки можуть дійсно зупинятися під навантаженням.
Зв’язування всього воєдино
Розуміння системи потребує знання того, як взаємодіють її частини. Гальмівний контролер у кабіні надсилає сигнал. Реле-клапани відкриваються, пропускаючи потік повітря. Гальмівні камери штовхають регулювальники зазору. Кам повертається. Черевики або колодки притискаються.
Це ланцюгова реакція. Один слабкий елемент розриває всю систему. Ось чому технічне обслуговування не є необов’язковим. Це юридична та безпекова вимога.
Статті по темі
- Як гальмувати при буксируванні
- Як працюють гальмівні контролери
- Як працюють гальмівні колодки
- Як працюють повітряні гальма
- Як працюють дискові гальма
- Як працюють барабанні гальма
- Як працюють гальмівні контролери
- Як працюють підсилювачі гальм
Джерела
-
“Air Brakes 101.” (31.10.08). http://www.newbiedriver.com/ABCsUpdates/AirBrakes101.htm (Дата звернення: 05.11.08)
-
Britannica Concise Encyclopedia. “Air Brake.” (31.10.08). http://www.encyclopedia.com/printable.aspx?id=1B:354794 (Дата звернення: 05.11.08)
-
Bulk Transporter. “Bendix Spicer JV Promotes Air Disc Brakes.” http://bulktransporter.com/mag/transportation_bendix
