«Тормоз двигателем запрещен». Вы видите такие знаки на участках крутых спусков автомагистралей и задаетесь вопросом, что они на самом деле означают. Это касается не только шума, хотя и это часть проблемы. Знак относится к компрессионной тормозной системе, также известной как устройство замедления двигателя. Эти устройства жизненно важны для коммерческих грузовиков, преодолевающих горные перевалы. Без них остановка тяжелого транспортного средства превращается в опасную игру с трением и перегревом.
Чтобы понять, почему существуют такие знаки, нужно рассмотреть внутреннюю механику двигателя. Двигатель работает по четырехтактному циклу: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время такта сжатия впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень движется вверх, сжимая воздух внутри цилиндра. В верхней точке топливо воспламеняется и толкает поршень вниз. Затем выпускной клапан открывается, выпуская газы.
Но тормоз двигателем изменяет этот процесс. Если выпускной клапан открывается чуть раньше, чем поршень достигает верхней точки своего хода, сжатый воздух немедленно выходит. Поршень не получает «ускорения» от взрыва. Вместо этого двигатель становится воздушным компрессором. Гравитация тянет грузовик вниз по склону, заставляя двигатель работать против сопротивления сжатия воздуха. Это замедляет транспортное средство без использования тормозов на колесах.
Результатом является характерный звук обратного воспламенения или хлопков. Современные системы тише своих предшественников, но репутация осталась прежней. Водители ожидают, что пневматические тормоза возьмут на себя основную нагрузку. Так чем же грузовые тормоза отличаются от гидравлических систем в вашем легковом автомобиле?
Гидравлические и пневматические системы
И автомобильные, и грузовые тормоза основаны на трении. Они используют колодки и колодки, соединенные с колесными осями. В легковых автомобилях используется гидравлическая система, передающая усилие с помощью тормозной жидкости. В грузовиках используется сжатый воздух. Это различие имеет значение, потому что воздух никогда не заканчивается. Тормозная жидкость может протечь или закипеть. Воздух же просто циркулирует. Если в системе грузовика есть небольшая утечка, тормоза все равно работают.
Большинство тяжелых грузовиков оснащены двухконтурной пневматической тормозной системой. Один комплект управляет двумя отдельными воздушными контурами. Если один из них выходит из строя, второй берет на себя управление. Эта избыточность является важной функцией безопасности, которой нет в легковых автомобилях.
Однако у пневматических тормозов есть недостаток: задержка торможения. Это задержка между нажатием на педаль и прохождением воздуха по магистралям для прижатия накладок к барабану. Она занимает менее секунды. Водителям необходимо скорректировать свои ожидания. Тормоза грузовика не срабатывают мгновенно, как тормоза автомобиля.
Пневматическая система выполняет три основные задачи. Она обеспечивает стабильную подачу сжатого воздуха. Направляет этот поток воздуха. Преобразует энергию давления воздуха в механическую силу для остановки колес.
Три уровня торможения грузовика
Тормозная архитектура грузовика построена на трех различных системах.
Рабочие тормоза обеспечивают торможение при обычном вождении. Когда вы нажимаете на педаль, начинается последовательность действий. Воздух проходит по магистралям в тормозную камеру. Этот воздух выталкивает толкатель. Толкатель активирует регулировщик зазора. Регулировщик поворачивает распределительный вал. Этот распределительный вал вращает S-образный кулак (S-Cam), названный так из-за своей формы. S-образный кулак прижимает тормозные накладки к барабану, создавая трение.
Парковочные тормоза работают иначе. Водитель тянет рычаг на приборной панели. Тормоза тягача активируются желтой кнопкой. Тормоза прицепа — красной. При вытягивании этого рычага высвобождается мощная пружина внутри тормозной камеры. Эта пружина затем заставляет S-образный кулак вступить в действие, блокируя тормоза.
Аварийные тормоза действуют как страховка. Если пневматическая система выходит из строя, аварийные тормоза срабатывают автоматически. Пружина внутри камеры удерживает давление около 2500 фунтов. Она остается сжатой за счет постоянного потока воздуха. Если давление падает ниже 60 фунтов на квадратный дюйм, загорается индикатор низкого давления и звучит сигнал. Пружина высвобождается, резко применяя тормоза.
Безопасность, экономия и история Уэстингауза
Ретардеры обеспечивают две явные выгоды. Безопасность стоит на первом месте. Использование компрессионного тормоза на крутом спуске сохраняет пневматические тормоза прохладными. Они остаются готовыми, если вам нужно резко остановиться. Экономия — второй фактор. Меньшее трение на барабанах и накладках означает меньший износ. Это экономит деньги на труд и запчасти.
История этих систем восходит к Джорджу Уэстингаузу-младшему. Вы можете знать это имя по бытовой технике. Но он запатентовал первый практически применимый пневматический тормоз для железных дорог в 1869 году. После службы в Гражданской войне и работы в отцовской мастерской он стал плодовитым изобретателем. Он основал компанию Westinghouse Air Brake Company, первую из 60 компаний, которые он создал. Его инновации спасли бесчисленное количество жизней на железнодорожных путях и позже на дорогах.
Проблема выгорания тормозов
Даже с ретардерами и пневматическими тормозами трение может стать врагом. Когда тормозные барабаны перегреваются, они расширяются. Барабан отходит от тормозных колодок. Контакт становится неполным. Тормоза теряют эффективность. Это называется выгоранием тормозов.
Если ситуация продолжается, оставшаяся тормозная мощность перегревается. Накладки могут дымиться или загореться. Водители, которым кажется, что нужно сильнее нажимать на педаль для остановки, имеют проблему. Им необходимо немедленно проверить наличие выгорания тормозов. Это опасное состояние, которое может привести к полной отказу тормозов.
Не все доверяют конструкции S-образного кулака. Некоторые водители предпочитают новые дисковые тормозные системы на грузовиках. Дисковые тормоза лучше рассеивают тепло. Они менее подвержены выгоранию. Но традиционные барабанные системы остаются широко распространенными.
Знаки «Тормоз двигателем запрещен» сохраняются по уважительной причине. Они напоминают водителям, что шум — это не просто раздражение. Это механическая необходимость для преодоления сил гравитации при спуске. Без этих устройств замедления современная грузовая перевозка на горных дорогах была бы гораздо более опасной.
Принцип работы дисковых пневматических тормозов может показаться знакомым тем, кто проводил время под шасси полуприцепа. Воздушное давление поступает в тормозную камеру и через регулировщик зазора, точно так же, как это происходит в традиционных барабанных системах с S-образным кулачком. Расхождение начинается в исполнительном механизме. Вместо того чтобы S-образный кулачок раздвигал тормозные колодки наружу, силовой винт преобразует линейное воздушное давление во вращательный момент. Этот винт вращает суппорт, прижимая тормозные накладки непосредственно к ротору. Это прямое механическое сцепление, а не толчок, осуществляемый кулачковым механизмом.
Именно в области производительности обычно разгораются споры.
Преимущество в тормозном пути
Данные не лгут. Дисковые пневматические тормоза сокращают тормозной путь почти на сорок процентов по сравнению со стандартными барабанными системами. Это не незначительное улучшение. Это колоссальное сокращение расстояния, необходимого для остановки движения. Поскольку давление равномерно и непрерывно воздействует на ротор, транспортное средство останавливается с гораздо более предсказуемой геометрией.
Затем идет управление теплом. Барабанные тормоза печально известны тормозным выкипанием — потерей коэффициента трения при перегреве накладок. Дисковые пневматические тормоза практически устраняют эту проблему. Открытая конструкция позволяет теплу рассеиваться в воздухе, а не «запекаться» внутри закрытого барабана.
Скорость износа рассказывает другую часть истории. При использовании дисков вы не сталкиваетесь с чрезмерным износом накладок на полуприцепах или быстрым расходом колодок на тягачах, которые мучают барабанные системы. Контактная площадка остается постоянной.
Ценовой барьер в США
Если инженерные преимущества настолько очевидны, почему не каждый грузовик на межштатных автомагистралях оснащен ими? Ответ прост: экономика. В Соединенных Штатах нет федерального регулирования, обязывающего использовать дисковые пневматические тормоза. Они остаются опцией премиум-класса, стоимость которой примерно в два раза выше, чем у аналогичной барабанной тормозной системы.
Эта цена создает резкий разрыв в темпах внедрения.
- США: Примерно 95 процентов тяжелых грузовиков все еще работают на барабанных тормозах.
- Европа: Более 80 процентов коммерческих грузовиков используют дисковые пневматические тормоза.
Рынок США медленно перестраивается. Отраслевые наблюдатели оценивают, что может пройти от десяти до пятнадцати лет, прежде чем дисковые тормоза станут стандартом, а не исключением. Инерция существующего автопарка и нежелание руководителей автопарков поглощать первоначальные капитальные затраты являются основными тормозами для этого перехода.
Регуляторное сопротивление и данные о безопасности
Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA), являющееся бюро в составе Министерства транспорта США, выступает против статус-кво. Их позиция основана на сухих фактах.
Тесты на симуляторах, проведенные в Университете Айовы, стали основой для их выводов. NHTSA утверждает, что оснащение автопарков дисковыми пневматическими тормозами значительно снижает количество столкновений в экстренных ситуациях. Их моделирование показывает, что обязательное сокращение минимального тормозного пути на тридцать процентов спасло бы значительное количество жизней.
Тем не менее, без регуляторного давления, стимулирующего внедрение, рынок движется со своей собственной медленной скоростью. Технология работает. Аргументы в пользу безопасности надежны. Но пока стоимость не будет соответствовать уровню риска, барабанный тормоз остается королем американских автомагистралей.
Сборка всех элементов воедино объясняет, почему тормозная мощность для тяжелых условий эксплуатации так сильно отличается от вашего повседневного легкового автомобиля. Схема — это не просто чертеж; она отражает физическую реальность расположения этих компонентов под шасси.
Анатомия мощного торможения
Чтобы понять масштаб задействованных процессов, необходимо рассмотреть детальный вид. В обычном автомобиле тормозная жидкость прижимает колодки к роторам. В грузовике же основную работу выполняет сжатый воздух. Тормозная система с воздушным приводом использует давление для сжатия компонентов с усилием, которое гидравлическая жидкость не могла бы безопасно обеспечить в таких масштабах.
Расположение деталей имеет не меньшее значение, чем сам механизм. Эти тормоза не спрятаны. Они находятся в центре внимания на осях, открыты воздействию внешних факторов, но спроектированы для максимальной теплоотдачи. Такая открытость необходима, поскольку остановка 80 000-фунтового тягача генерирует огромное количество тепловой энергии. Если бы тормоза были закрыты, как некоторые суппорты легковых автомобилей, они бы перегрелись и потеряли эффективность всего за несколько минут.
Почему воздух, а не жидкость?
Гидравлические системы хорошо справляются с легкими нагрузками. Они выходят из строя под напряжением постоянного интенсивного торможения. Воздушные тормоза обеспечивают механизм отказоустойчивости. При потере давления воздуха тормоза автоматически включаются. Это конструкция с «пружинным приложением и воздушным освобождением», которая предотвращает самопроизвольное скатывание полуприцепных грузовиков с холмов.
Именно эта функция безопасности заставляет коммерческих водителей тратить так много времени на проверку давления воздуха перед каждой поездкой. Это не просто рутина. Это разница между плавным движением по шоссе и катастрофическим отказом.
Эволюция тормозной мощности
Старые грузовики в значительной степени полагались на барабанные тормоза. Они просты, дешевы и долговечны. Но они удерживают тепло. Современные автопарки переходят на дисковые тормоза с воздушным приводом. Они обеспечивают лучшее управление теплом и стабильную работу. Этот переход обусловлен не только технологией. Это вопрос запасов безопасности и регуляторного давления.
Национальный совет по безопасности на транспорте (NTSB) выделил уроки, извлеченные из фатальных аварий, связанных с отказами тормозов. Эти отчеты стимулируют отрасль к переходу на более надежные системы. Тестирование производительности теперь обязательно в определенных условиях, чтобы убедиться, что грузовики могут действительно останавливаться под нагрузкой.
Связывание всего воедино
Понимание системы требует знания того, как взаимодействуют ее части. Тормозной контроллер в кабине отправляет сигнал. Реле-клапаны открываются, пропуская поток воздуха. Тормозные камеры толкают регулировщики зазора. Кам поворачивается. Башмаки или колодки прижимаются.
Это цепная реакция. Один слабый элемент разрывает всю систему. Вот почему техническое обслуживание не является необязательным. Это юридическое и безопасностное требование.
Статьи по теме
- Как тормозить при буксировке
- Как работают тормозные контроллеры
- Как работают тормозные колодки
- Как работают воздушные тормоза
- Как работают дисковые тормоза
- Как работают барабанные тормоза
- Как работают тормозные контроллеры
- Как работают усилители тормозов
Источники
-
«Air Brakes 101.» (31.10.08). http://www.newbiedriver.com/ABCsUpdates/AirBrakes101.htm (Дата обращения: 05.11.08)
-
Britannica Concise Encyclopedia. «Air Brake.» (31.10.08). http://www.encyclopedia.com/printable.aspx?id=1B:354794 (Дата обращения: 05.11.08)
-
Bulk Transporter. «Bendix Spicer JV Promotes Air Disc Brakes.» http://bulktransporter.com/mag/transportation_bendix
