“Brzdění motorem je zakázáno.” Vidíte takové značky na strmých úsecích dálnice a divíte se, co vlastně znamenají. Není to jen hluk, i když to je část problému. Symbol odkazuje na systém kompresního brzdění, známý také jako zpomalovací zařízení motoru. Tato zařízení jsou životně důležitá pro nákladní vozy, které projíždějí horské průsmyky. Bez nich se zastavení těžkého vozidla stává nebezpečnou hrou tření a tepla.
Abychom pochopili, proč tyto znaky existují, musíme se podívat na vnitřní mechaniku motoru. Motor pracuje ve čtyřdobém cyklu: sání, komprese, silový zdvih a výfuk. Během kompresního zdvihu jsou sací a výfukové ventily uzavřeny. Píst se pohybuje nahoru a stlačuje vzduch uvnitř válce. V horním bodě se palivo vznítí a tlačí píst dolů. Výfukový ventil se poté otevře a uvolní plyny.
Ale motorová brzda tento proces mění. Pokud se výfukový ventil otevře těsně předtím, než píst dosáhne vrcholu svého zdvihu, stlačený vzduch se okamžitě uvolní. Píst nedostává “zrychlení” z exploze. Místo toho se motor stává vzduchovým kompresorem. Gravitace táhne vozík z kopce a nutí motor pracovat proti odporu stlačeného vzduchu. Tím se vozidlo zpomalí bez použití brzd kol.
Výsledkem je charakteristický zvuk zpětného hoření nebo praskání. Moderní systémy jsou tišší než jejich předchůdci, ale pověst zůstává stejná. Řidiči očekávají, že hlavní zátěž ponesou vzduchové brzdy. Jak se tedy liší brzdy nákladních vozidel od hydraulických systémů ve vašem autě?
Hydraulické a pneumatické systémy
Brzdy osobních i nákladních automobilů spoléhají na tření. Používají klíny a klíny připojené k osám kol. Osobní vozy používají hydraulický systém, který přenáší sílu pomocí brzdové kapaliny. Nákladní automobily používají stlačený vzduch. Tento rozdíl je důležitý, protože vzduch nikdy nedochází. Brzdová kapalina může unikat nebo vřít. Vzduch prostě cirkuluje. Pokud dojde k malé netěsnosti v systému vozíku, brzdy budou stále fungovat.
Většina těžkých nákladních vozidel je vybavena dvouokruhovým vzduchovým brzdovým systémem. Jedna sada ovládá dva samostatné vzduchové okruhy. Pokud jeden z nich selže, převezme řízení druhý. Tato redundance je důležitým bezpečnostním prvkem, který se u osobních automobilů nenachází.
Vzduchové brzdy však mají nevýhodu: brzdné zpoždění. Jedná se o prodlevu mezi sešlápnutím pedálu a vzduchem procházejícím potrubím k přitlačení obložení proti bubnu. Trvá to méně než sekundu. Řidiči musí přizpůsobit svá očekávání. Brzdy nákladních vozidel nefungují okamžitě jako brzdy automobilů.
Pneumatický systém plní tři hlavní úkoly. Zajišťuje stabilní přívod stlačeného vzduchu. Usměrňuje tento proud vzduchu. Přeměňuje energii tlaku vzduchu na mechanickou sílu k zastavení kol.
Tři úrovně brzdění kamionu
Brzdná architektura nákladního vozidla je postavena na třech různých systémech.
Provozní brzdy poskytují brzdnou sílu během normální jízdy. Když sešlápnete pedál, spustí se sekvence akcí. Vzduch prochází potrubím do brzdové komory. Tento vzduch je vytlačován posunovačem. Posunovač aktivuje nastavovač prověšení. Seřizovač otáčí vačkovým hřídelem. Tento vačkový hřídel otáčí S-Cam (S-Cam), pojmenovanou podle svého tvaru. Pěst ve tvaru S přitlačuje brzdové obložení k bubnu a vytváří tření.
Parkovací brzdy fungují jinak. Řidič zatáhne za páku na palubní desce. Brzdy traktoru se aktivují žlutým tlačítkem. Brzdy přívěsu – červené. Zatažením za tuto páku se uvnitř brzdové komory uvolní silná pružina. Tato pružina pak přinutí S-koleno k činnosti a zablokuje brzdy.
Nouzové brzdy fungují jako pojištění. Pokud dojde k poruše pneumatického systému, automaticky se aktivují nouzové brzdy. Pružina uvnitř komory drží asi 2500 liber tlaku. Zůstává stlačený díky neustálému proudění vzduchu. Pokud tlak klesne pod 60 psi, rozsvítí se indikátor nízkého tlaku a zazní alarm. Pružina se uvolní a náhle zabrzdí.
Bezpečnost, ekonomika a historie Westinghouse
Retardéry poskytují dvě jasné výhody. Bezpečnost je na prvním místě. Použití kompresní brzdy při prudkém klesání udržuje vzduchové brzdy chladné. Zůstanou připraveni, pokud potřebujete náhle zastavit. Úspora je druhým faktorem. Menší tření na bubnech a obložení znamená menší opotřebení. To šetří peníze za práci a díly.
Historie těchto systémů sahá až do George Westinghouse Jr. Tento název můžete znát z jeho domácích spotřebičů. V roce 1869 si ale nechal patentovat první praktickou vzduchovou brzdu pro železnice. Poté, co sloužil v občanské válce a pracoval v dílně svého otce, se stal plodným vynálezcem. Založil Westinghouse Air Brake Company, první ze 60 společností, které vytvořil. Jeho inovace zachránily nespočet životů na železničních tratích a později i na silnicích.
Problém s vyhořením brzd
I s retardéry a vzduchovými brzdami může být tření nepřítelem. Když se brzdové bubny přehřívají, roztahují se. Buben se vzdaluje od brzdových destiček. Kontakt se stane neúplným. Brzdy jsou neúčinné. Tomu se říká vyhoření brzd.
Pokud bude situace pokračovat, zbývající brzdný výkon se přehřeje. Podložky mohou kouřit nebo se vznítit. Problém mají řidiči, kteří mají pocit, že k zastavení potřebují silněji sešlápnout pedál. Musí okamžitě zkontrolovat vyhoření brzd. Jedná se o nebezpečný stav, který může vést k úplnému selhání brzd.
Ne každý důvěřuje designu S-knuckle. Někteří řidiči u nákladních vozidel preferují nové kotoučové brzdové systémy. Kotoučové brzdy lépe odvádějí teplo. Jsou méně náchylní k vyhoření. Tradiční bubnové systémy však zůstávají rozšířené.
Značky „No Engine Braking“ jsou zachovány z dobrého důvodu. Připomínají řidičům, že hluk je víc než jen obtěžování. To je mechanická nutnost k překonání gravitačních sil při klesání. Bez těchto zpomalovacích zařízení by byla moderní nákladní doprava po horských silnicích mnohem nebezpečnější.
Princip činnosti vzduchových kotoučových brzd se může zdát povědomý těm, kdo trávili čas pod podvozkem návěsu. Tlak vzduchu proudí do brzdové komory a přes nastavovač vůle, stejně jako u tradičních bubnových systémů S-cam. Neshoda začíná v aktuátoru. Místo vačky ve tvaru S, která tlačí brzdové destičky směrem ven, převádí hnací šroub lineární tlak vzduchu na točivý moment. Tento šroub otáčí třmenem a tlačí brzdové destičky přímo proti rotoru. Jedná se spíše o přímý mechanický záběr než o tlak zajišťovaný vačkovým mechanismem.
Právě v oblasti produktivity se debata obvykle rozhořívá.
Výhoda v brzdné dráze
Data nelžou. Vzduchové kotoučové brzdy zkracují brzdnou dráhu až o čtyřicet procent ve srovnání se standardními bubnovými systémy. Nejedná se o drobné zlepšení. To je kolosální snížení vzdálenosti potřebné k zastavení provozu. Protože tlak je na rotor vyvíjen rovnoměrně a nepřetržitě, vozidlo se zastaví s mnohem předvídatelnější geometrií.
Následuje tepelné hospodářství. Bubnové brzdy jsou známé vyhořením brzd, ztrátou koeficientu tření při přehřátí obložení. Vzduchové kotoučové brzdy tento problém prakticky eliminují. Otevřená konstrukce umožňuje, aby se teplo rozptýlilo do vzduchu, místo aby se peklo uvnitř uzavřeného bubnu.
Míra opotřebení vypráví další část příběhu. S disky nezaznamenáte nadměrné opotřebení obložení u návěsů nebo rychlé opotřebení obložení u traktorů, které trápí bubnové systémy. Kontaktní plocha zůstává konstantní.
Cenová bariéra v USA
Pokud jsou inženýrské výhody tak zřejmé, proč jimi není vybaven každý kamion na dálnici? Odpověď je jednoduchá: ekonomika. Ve Spojených státech neexistuje žádný federální předpis, který by vyžadoval použití vzduchových kotoučových brzd. Zůstávají prémiovou možností, stojí asi dvakrát tolik než srovnatelný systém bubnových brzd.
Tato cena vytváří ostrý rozdíl v míře adopce.
- USA: Přibližně 95 procent těžkých nákladních vozidel stále používá bubnové brzdy.
- Evropa: Více než 80 procent užitkových nákladních vozidel používá vzduchové kotoučové brzdy.
Americký trh se pomalu přizpůsobuje. Průmysloví pozorovatelé odhadují, že to může trvat deset až patnáct let, než se kotoučové brzdy stanou spíše standardem než výjimkou. Hlavní brzdou tohoto přechodu je setrvačnost stávajícího vozového parku a neochota správců vozových parků absorbovat počáteční kapitálové náklady.
Údaje o regulační odolnosti a bezpečnosti
Národní úřad pro bezpečnost silničního provozu (NHTSA), úřad v rámci amerického ministerstva dopravy, je proti současnému stavu. Jejich postoj je založen na suchých faktech.
Základ pro jejich zjištění poskytly testy na simulátoru provedené na University of Iowa. NHTSA říká, že vybavení vozových parků vzduchovými kotoučovými brzdami výrazně snižuje počet nehod v nouzových situacích. Jejich modelování ukazuje, že povinné třicetiprocentní snížení minimální brzdné dráhy by zachránilo značný počet životů.
Avšak bez regulačního tlaku na podporu přijetí se trh pohybuje svým vlastním pomalým tempem. Technologie funguje. Argumenty pro bezpečnost jsou rozumné. Ale dokud náklady neodpovídají úrovni rizika, zůstává bubnová brzda králem amerických dálnic.
Spojením všech kousků dohromady se vysvětluje, proč se brzdná síla pro těžké zatížení tak liší od vašeho běžného osobního automobilu. Diagram není jen kresba; odráží fyzickou realitu toho, kde jsou tyto komponenty umístěny pod podvozkem.
Anatomie výkonového brzdění
Abychom pochopili rozsah zahrnutých procesů, je nutné zvážit podrobný pohled. V typickém autě brzdová kapalina tlačí destičky proti rotorům. V nákladním automobilu je hlavní práce prováděna stlačeným vzduchem. Vzduchem ovládaný brzdový systém využívá tlak ke stlačování součástí silou, kterou by hydraulická kapalina nemohla bezpečně poskytnout v takovém měřítku.
Umístění dílů není o nic méně důležité než samotný mechanismus. Tyto brzdy nejsou skryté. Jsou vystředěny na osách, vystaveny vlivům živlů, ale navrženy pro maximální přenos tepla. Tato otevřenost je nezbytná, protože zastavení tahače s návěsem o hmotnosti 80 000 liber generuje obrovské množství tepelné energie. Pokud by byly brzdy utěsněné, jako u některých třmenů osobních automobilů, během několika minut by se přehřívaly a ztrácely účinnost.
Proč vzduch a ne kapalina?
Hydraulické systémy dobře zvládají lehké zatížení. Selhávají pod stresem neustálého intenzivního brzdění. Vzduchové brzdy poskytují mechanismus odolný proti selhání. Pokud dojde ke ztrátě tlaku vzduchu, automaticky se zabrzdí. Jedná se o konstrukci „aplikace pružiny a uvolnění vzduchu“, která zabraňuje návěsům návěsů sjíždět z kopce.
Právě tento bezpečnostní prvek způsobuje, že komerční řidiči tráví tolik času kontrolou tlaku vzduchu před každou jízdou. To není jen rutina. Je to rozdíl mezi plynulou jízdou po dálnici a katastrofálním selháním.
Vývoj brzdné síly
Starší kamiony hodně spoléhaly na bubnové brzdy. Jsou jednoduché, levné a odolné. Ale udržují teplo. Moderní vozové parky přecházejí na vzduchem ovládané kotoučové brzdy. Poskytují lepší tepelný management a stabilní výkon. Tento přechod není řízen pouze technologií. Je to otázka bezpečnostních rezerv a regulačního tlaku.
Národní rada pro bezpečnost dopravy (NTSB) zdůraznila ponaučení ze smrtelných nehod se selháním brzd. Tyto zprávy povzbuzují průmysl k přechodu na spolehlivější systémy. Testování výkonu je nyní za určitých podmínek povinné, aby se zajistilo, že se nákladní vozidla mohou při zatížení skutečně zastavit.
Svázat to všechno dohromady
Pochopení systému vyžaduje vědět, jak se jeho části vzájemně ovlivňují. Ovladač brzd v kabině vysílá signál. Reléové ventily se otevřou a umožní proudění vzduchu. Brzdové komory jsou tlačeny seřizovači vůle. Kam se otočí. Boty nebo vycpávky jsou stlačené dolů.
Je to řetězová reakce. Jeden slabý prvek rozbije celý systém. To je důvod, proč údržba není volitelná. Jedná se o zákonný a bezpečnostní požadavek.
Související články
- Jak brzdit při tažení
- Jak fungují ovladače brzd
- Jak fungují brzdové destičky
- Jak fungují vzduchové brzdy?
- Jak fungují kotoučové brzdy
- Jak fungují bubnové brzdy
- Jak fungují ovladače brzd
- Jak fungují posilovače brzd?
Zdroje
-
“Vzduchové brzdy 101.” (31.10.08). http://www.newbiedriver.com/ABCsUpdates/AirBrakes101.htm (Datum přístupu: 11/05/08)
-
Stručná encyklopedie Britannica. “Vzduchová brzda.” (31.10.08). http://www.encyclopedia.com/printable.aspx?id=1B:354794 (Datum přístupu: 05.11.08)
-
Přepravník hromadného nákladu. “Bendix Spicer JV podporuje vzduchové kotoučové brzdy.” http://bulktransporter.com/mag/transportation_bendix
