Тормозная система предназначена для снижения скорости движения автомобиля вплоть до полной остановки и обеспечения неподвижности во время стоянки. В процессе торможения кинетическая энергия автомобиля переходит в работу трения между фрикционными накладками и тормозным барабаном или диском, а так же между шинами и дорогой.

Современные автомобили должны иметь рабочую, запасную и стояночную тормозные системы. Большегрузные автомобили и большие автобусы, эксплуатирующиеся в горных условиях, должны иметь вспомогательную тормозную систему.

К тормозным системам предъявляются следующие требования: стабильные тормозные свойства, надежность, удобство и легкость управления, быстродействие, а также сохранение устойчивости автомобиля при торможении.

Рабочая тормозная система предназначена для управления скоростью на всех режимах движения путем воздействия на механизмы колесных тормозов.

Запасная тормозная система работает при отказе основной системы.

Стояночная тормозная система служит для удержания автомобиля в неподвижном состоянии. Она воздействует на колесные тормоза рабочей тормозной системы или специальный дополнительный тормоз, связанный с трансмиссией автомобиля.

Вспомогательная тормозная система предназначена для уменьшения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тормозной системы, например, на длинных спусках и состоит из моторного или трансмиссионного тормоза – замедлителя.

Различают режим служебного и аварийного торможения. Первое применяют для плавного снижения скорости или остановки в заданном месте, а аварийное торможение производят с максимально возможной, в данных условиях интенсивностью.

Во время служебного торможения используют часто торможение двигателем, когда водитель уменьшает или прекращает подачу топлива в цилиндры двигателя. За счет трения в двигателе и агрегатах трансмиссии создается тормозная сила. Во время торможения двигателем можно использовать и рабочую тормозную систему.

В тормозной системе автомобиля выделяют две основные составляющие: тормозные механизмы и тормозные приводы.

11.1. Тормозные механизмы

К тормозным механизмам предъявляют следующие основные требования: эффективность действия, стабильность действия при изменении скорости, частоты торможения, температуры трущихся поверхностей и износе, а также плавность действия. По форме вращающихся элементов различают барабанные и дисковые тормозные механизмы.

Барабанный тормозной механизм представлен на рис. 11.1. В таких механизмах разжимные устройства, рис. 11.2, бывают трех типов: S-образный разжимной кулак, гидроцилиндр, клин. По числу разжимных устройств и количеству степеней свободы колодок барабанные механизмы классифицируют по следующим схемам рис. 11.3. Колодки с одной степенью свободы (схемы I…III, XII…XV) крепятся к суппорту в одной или двух точках с помощью опорных пальцев.

Колодки с двумя степенями свободы (самоустанавливающиеся в барабане) имеют следующие виды опор:

• закругленный конец колодки опирается на плоскую опору суппорта и скользит по ней (схемы IV, VII, IX, X, XVI)
•  нижний конец колодки с помощью рычага крепиться к суппорту (схема V) при этом один конец рычага шарнирно соединяется с колодкой, а другой суппортом;
• нижний конец колодки с помощью штока соединяется с другой колодкой (схемы VI-IX), а опорой для колодки служит само разжимное устройство;
• у тормозных механизмов выполненных по схемам VI, XIII одна колодка имеет две степени свободы, а другая - одну.

На рис. 11.4 показана схема сил, действующих на колодки.

Силы F₁ и F₂, создаваемые разжимным устройством, прижимают колодки к барабанам. Со стороны барабана на тормозные накладки действуют нормальные силы N₁ и N₂. Силы трения F_Т1 и F_Т2 создают суммарный тормозной момент и реакции в опорах колодок R₁ и R₂. Силы трения направлены в сторону вращения барабана. Сила F_Т1 прижимает дополнительно левую колодку барабана, а F_Т2 – отталкивает правую. Левую колодку называют самоподжимной (активной), а правую – самоотжимной (пассивной).

Многообразие схем тормозных механизмов обусловлено наличием существенных различий их тормозных свойств. Так, например, в схемах I и II одна колодка самоотжимная, а другая самоподжимная, а в схеме III обе колодки самоподжимные. В результате схема III создает больший тормозной момент, но зато в ней меньше стабильность тормозов (при нагреве тормозные свойства резко ухудшаются). Таким образом, можно сравнить многие схемы и объяснить целесообразность их существования.

Рассмотрим конструкции барабанных тормозных механизмов с различными тормозными устройствами.

В тормозном механизме с разжимным гидроцилиндром гидроцилиндр 2, рис.11.5 имеет, как правило, два поршня одинакового диаметра. Колодки 1 установлены шарнирно на опорных пальцах 13, прикрепленных к суппорту. Пальцы выполняют эксцентричными, что позволяет регулировать зазоры между накладками и барабаном в нижней части колодок. Зазоры в верхней части колодок регулируют с помощью эксцентриков 8. На наружном торце пальцев сделана метка 16 (углубление), показывающая положение наибольшего эксцентриситета опорного пальца. При правильной регулировке метки должны быть обращены одна к другой. При растормаживании колодки возвращаются в исходное положение усилием пружины 4.

В тормозном механизме с разжимным кулаком, рис.11.1 обе колодки опираются на оси 2. Стяжные пружины прижимают колодки к разжимному кулаку 11 и нижним опорам. На валу разжимного кулака в рычаге 10 установлен регулятор зазаров между накладками 4 и барабаном 12. При торможении шток тормозной камеры поворачивает вал разжимного кулака, что вызывает прижатие колодок к барабану. Наличие роликов 7 снижает трение и увеличивает КПД разжимного устройства. Профиль разжимного кулака выполнен по спирали Архимеда или эвольвентным. Благодаря этому суммарная сила со стороны кулака на колодке не зависит от установки кулака в процессе изнашивания накладок.

На рис. 11.6 представлен тормозной механизм с клиновым разжимным устройством и автоматической регулировкой зазора.

В нем толкатели 10 имеют цилиндрические осевые отверстия, в которые вставлены регулировочные втулки 9, имеющие наружную и внутреннюю резьбу. Наружная резьба треугольной формы с большим наклоном витков. Она похожа на храповое колесо. Такую же нарезку имеют торец штифта 11, установленного в отверстие суппорта 8. Штифт проходит через прорезь в толкателе 10 и прижимается к наружной резьбе втулки 9 пружиной. Штифт является, как бы, собачкой храпового колеса. Он позволяет толкателю перемещаться только вдоль оси. Внутрь регулировочной втулки 9 ввернут регулировочный винт 12, в паз которого входит ребро колодки 4. Винт не может поворачиваться, а перемещается только вдоль оси при повороте, втулки 9 или вместе с ней.

При торможении толкатели 10 под действием клина перемещаются совместно с регулировочными втулками 9 и винтами 12, прижимая накладки к тормозному барабану. Если зазор между накладками и барабаном соответствует норме, то зубья штифтов 11 находятся в зацеплении с одними и теми же витками резьбы втулки 9. При этом втулка скользит относительно неподвижного штифта 11 и слегка поворачивается по резьбе. Если зазор больше нормы, то перемещение толкателя и втулки увеличивается. Увеличивается и поворот втулки, что приводит к зацеплению штифта с соседними витками резьбы. При растормаживании, когда толкатели 10, втулка 9, винты 12 возвращаются в исходное положение, регулировочная втулка поворачивается относительно штифта, вызывая осевое перемещение регулировочного винта, чем и обеспечивается заданный зазор между накладками и барабаном.

Дисковые тормозные механизмы находят применение, в основном, на легковых и реже на грузовых автомобилях. Они могут быть открытые или закрытые, одно или многодисковые.

В зависимости от способа крепления скобы, с закрепленными на ней тормозными цилиндрами и колодками, различают механизмы с фиксированной и плавающей скобой.

Дисковый механизм с фиксированной скобой обеспечивает большее приводное усилие и большую жесткость. В центре скобы 1, рис. 11.7, размещен тормозной диск 9, по обеим сторонам которого находятся колесные тормозные цилиндры 2. Внутри тормозного цилиндра имеется поршень 8 с уплотнительным кольцом 7. Полости тормозных цилиндров трубопроводом 3 соединены с главным тормозным цилиндром. При торможении давление в тормозных цилиндрах повышается и поршень, перемещаясь, прижимает колодки 6, накладками 10 к вращающемуся диску 9. Тормозные колодки 6 удерживаются в скобе 1 пальцами 4. После прекращения торможения давление в цилиндрах падает, и поршни за счет упругости уплотнительных колец 7 отходят от колодок, а колодки отводятся от диска за счет его биения. Регулирование зазора здесь не предусмотрено.

На рис. 11.8 представлен дисковый тормозной механизм с плавающей скобой. Здесь тормозной цилиндр установлен в скобе с одной стороны диска. Скоба может перемещаться по направляющим штифтам в суппорте совместно с одной тормозной накладкой. При торможении поршень прижимает к диску одну колодку и за счет реакции опоры на скобу перемещает и ее совместно с другой колодкой, прижимая, таким образом, обе колодки к диску. В таком устройстве есть один существенный недостаток. Если сдеформируются или закорродируют направляющие штифты, то одна из накладок будет изнашиваться быстрее.

Дисковые механизмы имеют преимущества перед барабанными. Это: меньшие зазоры между дисками и колодками, из-за чего повышается быстродействие тормозов; выше стабильность тормозных свойств, при изменении условий (износ, изменение коэффициента сцепления и т. д.); равномерный износ; лучше теплоотвод. Однако из-за сложности герметизации загрязнение трущихся поверхностей приводит к повышенному износу накладок и дисков.

В завершение рассмотрения конструкции тормозных механизмов необходимо сказать несколько слов о материалах фрикционных пар. Тормозные барабаны и диски могут быть литыми или штампованными из стали. При литье используют чугун с примесью меди, никеля, молибдена и титана для повышения износостойкости. Штампованные барабаны из стали имеют внутренний слой из легированного чугуна. Колодки делают литыми из легких сплавов или чугуна, а также сварными или штампованными из стали. Тормозные накладки могут быть формованными, прессованными или плетеными. Материалом накладок служит коротковолокнистый асбест с наполнителем и связующими материалами. Накладки клепаются или приклеиваются к колодкам.

11.2. Тормозные приводы

К тормозным приводам автомобиля предъявляют следующие требования:

• обеспечение соответствия величины тормозных моментов усилию, приложенному водителем к тормозной педали и ее перемещению, то есть обеспечение следящего действия;
• время срабатывания при торможении не более 0,6 секунд, при растормаживании - не более 1,2 секунд;
• наличие в приводе рабочей тормозной системы не менее двух независимых контуров, чтобы при повреждении какой-либо части привода сохранялось не менее 50% работоспособности;
• обеспечение автоматического торможения прицепа при отрыве от тягача.

Схемы наиболее распространенных двухконтурных приводов тормозов приведены на схемах рис. 11.9.

Тормозные приводы могут быть гидравлическими, пневматическими и комбинированными.

В легковых автомобилях особо малого и малого классов, а также в грузовиках и автобусах полной массой до одной тонны применяют гидроприводы, приводимые в действие водителем. Гидроприводы могут быть оснащены вакуумным, пневматическим или гидравлическим усилителем, облегчающим управление тормозами.

Пневмопривод, где используется для управления тормозами энергия сжатого воздуха, применяется на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и автобусах. На автомобилях большой и особо большой грузоподъемности применяются комбинированные тормозные приводы (пневмогидравлические или электро-пневмо-гидравлические).

Гидравлические тормозные приводы бывают прямого действия, когда водитель непосредственно воздействует на тормозные механизмы, и не прямого действия, когда помимо водителя в действии принимает участие усилитель.

Принципиальная схема тормозов показана на рис. 11.10 на примере тормозного привода ВАЗ-2103. В состав гидропривода входят: дисковые передние тормоза 1 и 2, колодочные задние тормоза 9 и 10 барабанного типа, сдвоенный тандемный главный цилиндр 4, вакуумный усилитель 5, регулятор тормозных сил 8, включенный в контур 7 задних тормозов, контур 3 передних тормозов. Схема приводится в действие педалью тормозов 6.

Усилие нажатия на педаль передается на поршень главного цилиндра и жидкость по трубопроводам вытесняется из полостей главного цилиндра в полости колесных цилиндров. Поршни колесных цилиндров выдвигаются и приводят в действие тормозные механизмы колес (прижимают колодки к барабанам и дискам). Чем больше сила нажатия на педаль, тем сильнее прижимаются колодки, создавая тормозной момент на колесах. Назначение и работа каждого элемента схемы будет рассмотрена подробнее ниже при описании конструкции элементов.

Главный тормозной цилиндр подает жидкость в колесные цилиндры под давлением пропорциональным усилию на тормозной педали.

На рис. 11.11 представлена конструкция главного тормозного цилиндра автомобилей ГАЗ. В нем имеется два последовательно соединенных поршня 3 и 8. Через толкатель 9 цилиндр связан с педалью тормоза.

В отторможенном положении оба поршня через подвижные головки 6 упираются в болты 10. При этом между поршнем и головкой образуется щель, сквозь которую жидкость из бачка проходит в рабочие полости I и II цилиндра.

При торможении толкатель 9 перемещает поршень 8 (первичный). Головка 6 под действием пружины 15 прижимается через уплотнитель 7 к торцу поршня 8, разобщая жидкость в бачке от жидкости в первичной рабочей полости. При этом жидкость из первичной рабочей полости цилиндра проходит через отверстия в пластине клапана 1 избыточного давления и поступает в трубопровод, идущий к колесным цилиндрам задних тормозных механизмов. Одновременно жидкость в первичной рабочей полости давит на вторичный поршень 3, который вытесняет жидкость через свой клапан избыточного давления в трубопровод, ведущий к тормозным механизмам передних колес. При растормаживании поршни 3 и 8 под действием возвратных пружин 4 возвращаются в исходное положение до упора головок 6 в болты 10.

В исправном состоянии давление жидкости в обеих полостях I и II цилиндра примерно одинаковое. При повреждении, например, контура задних колес жидкость вытекает из полости II. При нажатии на педаль поршень 8 ″провалится″ до упора в поршень 3, и будет перемещать его, создавая давление в полости I, которая связана трубопроводом с тормозами передних колес. Если поврежден контур передних колес, то при нажатии на педаль поршень 8 через жидкость в полости II переместит поршень 3 до упора влево (по рисунку) и потом в полости II будет создаваться давление жидкости, передаваемое по трубопроводу к задним колесным цилиндрам.

Колесный тормозной цилиндр (рабочий цилиндр) крепится на опорном диске тормозного барабана или на скобе в случае тормоза дискового типа. Колесные цилиндры бывают однопоршневые (дисковые тормоза) или двухпоршневые (чаще используются на барабанных тормозных механизмах).

Конструкция колесных цилиндров дисковых тормозов показана на рис. 11.7 и рис. 11.8. На рис. 11.12 показан колесный двухпоршневый тормозной цилиндр. В его корпусе 2 установлены два поршня 6 и 10, воздействующие через толкатели 1 и 5 на колодки тормоза. Поршни уплотнены резиновыми кольцами 4. В корпусе выполнены два отверстия. В нижнее отверстие 8 ввернут штуцер трубопровода, идущий от главного цилиндра, а в верхнее отверстие 3 – перепускной клапан, предназначенный для удаления воздуха из тормозной системы при заполнении ее жидкостью (прокачка тормозов). На поршень надеты разрезные кольца 7 и 9, вставленные в цилиндр (корпус) с большим натягом. Каждый поршень имеет осевое перемещение относительно своего кольца в пределах некоторого зазора, ограниченного буртиком на внутреннем конце поршня.

При торможении давление жидкости перемещает поршни вместе с кольцами. При растормаживании стяжные пружины колодок не могут передвинуть кольца в обратном направлении, преодолев их натяг в корпусе. Поэтому между колодками и барабаном автоматически устанавливается зазор, соответствующий зазору между кольцом и буртом поршня.

Регулятор тормозных сил автомобиля служит для автоматического изменения давления жидкости в контуре задних тормозов в зависимости от прогиба рессор (от нагрузки на заднюю ось), чем ограничивается рост тормозных сил на задние колеса с целью предотвращения их юза. Его конструкция представлена на рис. 11.13.

Корпус 11 закреплен на кузове автомобиля. В корпусе находится поршень 3. Шток поршня опирается на торсион 1, соединенный с задним мостом. В корпусе размещены, также, втулка 5, резиновый уплотнитель головки поршня и пружина 9, надетая на шток поршня 4, упирающаяся одним концом в тарелку 8, а другим в уплотнительное резиновое кольцо 10. В заплечике поршня имеются отверстия ″а″ для прохода жидкости. Корпус закрыт пробкой 4.

К полости А корпуса регулятора подключен трубопровод 2 от главного тормозного цилиндра 14. Полость Б трубопроводом 6 соединена с колесными тормозными цилиндрами задних колес.

При нажатии на педаль 13 тормоза жидкость из главного тормозного цилиндра поступает к колесным цилиндрам передних 15 и задних 12 тормозов. В задние цилиндры она поступает через регулятор тормозных сил через отверстие ″а″ и кольцевой зазор между уплотнителем 7, головкой поршня 3 и втулкой 5.

В начале торможения, когда давление на жидкость небольшое, она свободно перетекает через регулятор, приводя в действие тормоза задних колес. При увеличении давления жидкости, когда срабатывают тормоза, задняя часть кузова приподнимается и уменьшается сила, действующая со стороны торсиона на поршень. Сила давления жидкости на поршень сверху больше чем снизу из-за разности диаметров D и d. Вследствие этого поршень будет опускаться вниз до упора в уплотнитель 7 и разъединит полости А и Б. Поступление жидкости к задним тормозам прекратится (прекратится и рост тормозного момента на задние колеса). Причем каждому положению кузова будет соответствовать определенное предельное давление жидкости при котором разобщаются полости А и Б, то есть значению нагрузки на задние колеса при торможении соответствует определенный тормозной момент.

В конце торможения, когда задняя часть кузова опустится, сила, действующая на шток со стороны торсиона возрастет и поршень регулятора поднимется, и снова сообщит полости А и Б. Жидкость снова будет поступать к задним колесным цилиндрам. В современных автомобилях часто применяют с целью исключения блокирования колес (юза) автоматические антиблокирующие устройства, работа которых основана на измерении угловой скорости вращения задних колес. Электрический сигнал с датчика угловой скорости после специальной обработки поступает на модулятор, управляющий подачей жидкости в рабочие цилиндры задних колес.

Вакуумный усилитель предназначен для создания дополнительного усилия в гидроприводе тормозов.

Простейшая схема вакуумного усилителя представлена на рис. 11.14.

Усилитель имеет следящий клапан и диафрагму, помещенную в корпусе. Диафрагма разделяет корпус на две полости. В полости Б постоянно поддерживается вакуум, так как она соединена шлангом с впускным коллектором двигателя автомобиля. Полость А соединяется с помощью клапана 9 с полостью Б в отторможенном состоянии или с атмосферой при торможении.

При торможении усилие от педали 5 передается на клапан 9, который соединяет полость А с атмосферой, предварительно отсоединив ее от полости Б. Атмосферное давление перемещает диафрагму влево (по рисунку), при этом толкатель, связанный с мембраной, создает дополнительное усилие на поршни 8 и 7 гидроцилиндра, увеличивая давление в его полостях. Далее давление жидкости передается к колесным тормозным цилиндрам.

Устройство следящего клапана обеспечивает пропорциональность дополнительного усилия, создаваемого усилителем, усилию воздействия водителя на педаль тормозов.

Подробнее конструкцию и работу вакуумного усилителя предлагается изучить самостоятельно на примере гидро-вакуумного усилителя одного из отечественных автомобилей (например, ГАЗ 53А).

11.3. Пневматический тормозной привод

Применение такого типа привода тормозов оправдывается возможностью использования единого источника энергии – воздушного компрессора для работы различных систем автомобиля, включая и тормозную систему. В то же время пневматический привод гораздо сложнее гидравлического по составу элементов и их конструкции. Простейший пневматический тормозной привод представлен на схеме рис. 11.15.

Он состоит из ресивера 1, в который подается сжатый воздух от компрессора, крана 3, приводимого в действие от педали 2 и тормозного цилиндра (камеры) 4, шток 6 которого связан с разжимным кулаком тормоза 7. При торможении пробка крана соединяет полость тормозного цилиндра с ресивером. Сжатый воздух воздействует на поршень 5 и приводит в действие тормозной механизм (рис. 11.15б).

Для того чтобы давление воздуха в цилиндре 4 зависело от усилия на педали 2 (следящее управление) вместо крана 3 устанавливают автоматический следящий механизм рис 11.16. Следящие механизмы бывают прямого и обратного действия.

Следящий механизм прямого действия состоит из мембраны 2 (рис. 11.16а), выпускного 8 и впускного 5 клапанов, соединенных стержнем 7 и корпуса 1, разделенного мембраной 2 и перегородкой 3 на три полости: А, Б и В. В центре мембраны размещено седло 10 выпускного клапана, выполненное в виде трубки. Внутренняя часть трубки сообщается через полость А с атмосферой. Полость Б соединена трубопроводом с тормозным цилиндром, приводящим в работу тормозной механизм.

В исходном состоянии впускной клапан 5 под действием пружины 4 и давления воздуха в полости В прижимается к седлу 6. Возвратная пружина 9, действующая на мембрану, прижимает седло 10 выпускного клапана к стакану пружины 11. Между седлом 10 и клапаном 8 имеется зазор. В этой ситуации тормозной цилиндр через открытый клапан 8 сообщается с атмосферой и тормозной механизм расторможен. При нажатии на педаль 13 усилие от нее через рычаг 12 и пружину 11 передается на седло 10, которое вместе с мембраной 2 переместится вправо. В начальный период перемещения устранится зазор между седлом 10 и клапаном 8, в результате седло прижмется к клапану, а после откроется впускной клапан 5. Сжатый воздух из ресивера начнет поступать в полость Б, а из нее в тормозной цилиндр и начнется торможение. После прижатия колодок тормоза к барабану давление воздуха в полости цилиндра и полости Б начнет возрастать. Его воздействие на мембрану будет увеличиваться и она вместе с клапанами 8 , 5 и седлом 10 переместиться влево до тех пор, пока не закроется впускной клапан 5. При этом давление воздуха передается через привод и от педали воспринимается ногой водителя. Рост давления в полости Б прекратится. Силы, действующие на мембрану слева и справа, уравняются, и движение мембраны прекратится. Слева на мембрану действует сила, зависящая от усилия на педали, а справа – давление воздуха, установившееся в полости Б и тормозном цилиндре, то есть следящий механизм устанавливает давление в тормозной системе в зависимости от усилия нажатия на педаль тормоза. При прекращении нажатия на педаль (растормаживание) мембрана под действием давления воздуха в полости Б прогнется влево, выпускной клапан 8 откроется и воздух из тормозного цилиндра через полости А следящего механизма выйдет в атмосферу. Поршень и шток тормозного цилиндра возвратятся в исходное положение и колодки растормозятся. Желаемый ход педали до состояния равновесия сил, действующих на мембрану, определяется жесткостью пружины 11.

Следящий механизм обратного действия изменяет давление воздуха обратно пропорционально приводной силе (усилию воздействия на педаль). Он состоит из корпуса 1 (рис.11.16б), мембраны 2, уравновешивающей пружины 14, впускного 5 и выпускного 8 клапанов и их седел. Мембрана 2 и перегородка 17 образуют в корпусе три полости А, Б и В. Полость А сообщается с атмосферой, полость Б трубопроводом соединена с воздухораспределительным аппаратом 15 и воздушным ресивером 16. К полости В сжатый воздух подводится от компрессора. Клапаны 5 и 8 установлены на одном стержне 7.

Седло выпускного клапана 8 закреплено в центре мембраны. Внутри него установлена на тяге пружина 11 хода педали. Как видно данный следящий механизм отличается от следящего механизма прямого действия наличием уравновешивающей пружины 14.

При отпущенной педали пружина 14 прогибает мембрану вправо и выпускной клапан 8 оказывается закрытым. В результате полость Б и аппарат 15 оказываются изолированными от атмосферы. Впускной клапан 5 открыт и воздух из компрессора поступает в полость Б и через аппарат 15 заряжает ресивер 16. По мере повышения давления в полости Б мембрана прогибается влево, сжимая уравновешивающую пружину 14. Когда мембрана прогнется влево на столько, что клапан 5 сядет на седло и отсоединит полость Б от компрессора сила сжатия пружины 14 и сила давления воздуха на мембрану станут равными. Чем больше предварительное сжатие пружины, тем при большем давлении наступит равновесие сил, действующих на мембрану. То есть, регулируя сжатие пружины можно изменять максимальное значение давления воздуха в ресивере.

При нажатии на педаль равновесие мембраны нарушается. Мембрана прогибается влево, пружина 14 еще больше сжимается и открывается выпускной клапан 8. Давление воздуха в полости Б уменьшается, пружина 14 начинает разжиматься, перемещая мембрану вправо до тех пор пока не закроется клапан 8 и тогда наступит новое равновесное положение мембраны. Слева на мембрану действует усилие пружины 14, а справа уменьшенное давление воздуха и усилие от педали. Таким образом обеспечивается четкая зависимость между уменьшенным давлением в полости Б и усилием на педали. Чем больше сила нажатия на педаль, тем меньше давление в полости Б.

Иногда чувствительный элемент в следящих механизмах делают в виде поршня, а не мембраны.

Исполнительные механизмы в пневмоприводах тормозов, преобразующие давление воздуха в усилие на штоке, приводящие в действие тормозные механизмы рис.11.17, выполняют, обычно, в виде тормозных камер. Давление воздуха воспринимается мембраной 1 (рис.11.17а) и передается с нее через диск 5 на шток 4. Мембрана перемещается вправо, сжимая пружину 3. Усилие со штока через рычаг приводит в действие кулачковое разжимное устройство колодок тормозов.

На рис. 11.17б представлена схема тормозной камеры, объединенной с пружинным энергоаккумулятором. Внутри цилиндра 11, помещен поршень 7 с толкателем 8 энергоаккумулятора. Поршень подпирается предварительно сжатой пружиной 6. Толкатель упирается в мембрану 1 тормозной камеры. На рис. 11.17б показано такое положение, когда пружина 6, действуя на поршень 7 через штоки 8 и 4, прижимает колодки тормоза к барабану. Так заторможенный автомобиль фиксируется на стоянке. Для растормаживания в цилиндр 11 через отверстие 9 подается сжатый воздух. Пружина 6 сжимается и шток 8 перестает воздействовать на шток 4 тормозной камеры. Автомобиль может двигаться. Если при движении подавать сжатый воздух через отверстие 10, то тормозной механизм снова будет приведен в действие.

11.4. Структурные схемы пневматических тормозных приводов рис. 11.18

Сжатый воздух в пневмосистему поступает от компрессора 1 (рис. 11.18а), приводимого в действие от двигателя автомобиля. Сжатый воздух от компрессора через фильтр-влагоотделитель 2, регулятор давления 3, спиртонасытитель 4, защитные клапаны 5 и 6 поступает в ресиверы 7, 8, 9. Эта совокупность элементов составляет питающую часть пневмосистемы тормозов. Влагоотделитель 2 охлаждает и осушает воздух, поступающий от компрессора, регулятор 3 автоматически ограничивает давление в ресиверах до 0,7-0,75 МПа. По достижении этого давления подача воздуха в ресиверы прекращается, и компрессор переходит в режим разгрузки, воздух или перепускается из одного цилиндра компрессора в другой, или через регулятор стравливается в атмосферу. При падении давления в ресиверах до 0,6-0,65 МПа, регулятор переключает компрессор снова в рабочий режим.

Спиртонасытитель 4 служит для впрыска спирта в пневмомагистраль после фильтра 2 при низких температурах воздуха. Смешиваясь с выделившейся влагой, пары спирта образуют раствор с низкой температурой замерзания (антифриз).

Защитные клапаны 5 и 6 разделяют питающую часть пневмосистемы на независимые контуры. Они позволяют двигаться воздуху только в направлении к ресиверам. Клапаны бывают одинарными, двойными, тройными и четырехсторонними.

Работой одноконтурного пневмопривода управляют тормозным краном 11, рис.11.18б, с помощью педали. Тормозной кран – это следящий аппарат прямого действия, через который воздух от ресивера 10 поступает к тормозным камерам 12. При растормаживании воздух из тормозных камер через кран стравливается в атмосферу. Современные пневмоприводы тормозов выполняют двухконтурными. Контур передних тормозов включает ресивер 14, рис. 11.18в, одну секцию двухсекционного тормозного крана 15, клапан 17 ограничения давления и рабочие аппараты передних колес.

Контур задних тормозов состоит из ресивера 13, другой секции тормозного крана 15, регулятора 16 тормозных сил и тормозных камер 18 задних колес с пружинными энергоаккумуляторами.

Обе секции тормозного крана являются следящими механизмами прямого действия. Агрегаты 16 и 17 корректируют давление воздуха при торможении, а при растормаживании через них дополнительно стравливается воздух для ускорения растормаживания.

На рис. 11.18г показана схема стояночной тормозной системы. Она включает два ресивера 20 и 24, причем, последний располагают вблизи от тормозных камер 23 с энергоаккумуляторами. Управляют работой системы с помощью крана 21 от рукоятки. Кран 21 представляет собой следящий механизм обратного действия. Он изменяет давление в полости ускорительного клапана 22, который соответственно командному сигналу либо подает из ресивера 24 воздух в цилиндр 23 тормозной камеры и этим повышает в нем давление, либо для снижения давления в цилиндре выпускает из них воздух в атмосферу. В двух крайних положениях рукоятки давление воздуха в цилиндре соответствует или максимальному или атмосферному (расторможен или заторможен), а в промежуточных положениях рукоятки происходит плавное торможение. На рис. 11.18д, и рис. 11.18е показаны две структурные пневмосхемы для управления тормозами прицепа.

При однопроводной схеме, рис. 11.18д, на автомобиле установлены: ресивер 25, комбинированный тормозной кран 27, 28 и рабочие аппараты 26.

Пневматическое тормозное оборудование прицепа включает воздухораспределитель 30, ресивер 31 и рабочие аппараты 32. Соединение приводов автомобиля и прицепа осуществляется одним трубопроводом 29. При отпущенной педали воздух из ресивера 25 через секцию 28 тормозного крана (следящий механизм обратного действия), трубопровод 29, воздухораспределитель 30 поступает в ресивер 31 прицепа, заряжая его. При нажатии на педаль тормоза секция 27 тормозного крана (следящий механизм прямого действия) подает давление в рабочие аппараты 26 пропорциональное усилию нажатия на педаль. Одновременно следящий механизм 28 снижает давление в трубопроводе 29, а воздухораспределитель 30 устанавливает давление в рабочих аппаратах 32 соответственно давлению в трубопроводе 29. То есть давление в рабочих аппаратах 32, как и в аппаратах 26 пропорционально нажатию на педаль. Заряд ресивера 31 и управление торможением происходит через один трубопровод 29, поэтому не исключена ситуация ″истощения″ запасов воздуха в ресивере 31 при частых торможениях.

При двухпроводном приводе прицепа (рис. 11.18е) оборудование 33, 34 на автомобиле 38, 39, 40 на прицепе такое же, как при однопроводной схеме (соответственно 25, 26, 31, 30 и 32). Тормозным краном 35 – следящим механизмом прямого действия – управляют торможением автомобиля и прицепа. Наполнение воздухом ресиверов 38 прицепа осуществляется от ресиверов автомобиля по отдельному трубопроводу 36.

Для управления торможением прицепа воздухораспределитель 39 соединен другим трубопроводом 37 с выходом тормозного крана 35. Распределитель изменяет давление в рабочих аппаратах прямо пропорционально давлению в трубопроводе 37.

11.5. Конструкция элементов тормозной пневмосистемы

Компрессор и регулятор давления. На современных автомобилях применяют двухцилиндровые одноступенчатые компрессоры, приводимые в действие от вала двигателя клиноременной или зубчатой передачей рис. 11.19.

Система охлаждения и смазки таких компрессоров объединены с системами двигателя. При вращении коленчатого вала 1 (рис. 11.19а) поршни 2 перемещаются в цилиндрах. При опускании поршня, воздух через клапан 5 всасывается из камеры 17 в цилиндр, а при подъеме поршня воздух сжимается и выталкивается через пластинчатый клапан по трубке в воздушные баллоны (ресиверы).

Компрессор снабжен разгрузочным устройством, переводящим его на холостой ход при превышении расчетного давления воздуха в баллонах.

Под выпускными клапанами 5 в каналах корпуса компрессора установлены плунжеры 7. На штоки плунжеров через коромысло действует пружина 6. Канал 8, расположенный под плунжерами, сообщается с регулятором давления. Регулятор закреплен на компрессоре. К отверстию 9 регулятора (рис. 11.19б) подведена трубка от воздушных баллонов.

При нормальном давлении (менее 0.6 МПа) шариковые клапаны 13 и 12 регулятора под действием пружины 16 и штока 15 опущены вниз, при этом, отверстие втулки 11 корпуса закрыто шариком 12, а боковой канал 14 штуцера открыт, сообщая разгрузочное устройство через отверстие 10 и канал 8 с атмосферой. В таком положении разгрузочное устройство выключено и компрессор подает воздух в ресиверы. Когда давление воздуха в системе достигнет 0,7…0,75 МПа шариковые клапаны 12 и 13 регулятора поднимутся, сжимая через шток 15 пружину 16. При этом канал 14 в штуцере закрывается шариком 13 и канал 8 отсоединяется от атмосферы. Отверстие во втулке 11 открывается шариком 12 и в канал 8 поступает сжатый воздух из баллонов. Под действием давления плунжера 7 поднимаются и надавливают штоками на впускные клапаны 5. Теперь оба цилиндра компрессора через воздушную камеру 17 сообщаются между собой. Нагнетание воздуха в магистраль прекращается. Как только давление в баллонах упадет, регулятор вновь включит компрессор.

На некоторых автомобилях, например КамАЗах, разгрузочные устройства выполнены в виде отдельных агрегатов и называются регуляторами давления. Принцип действия их аналогичен описанному выше, однако, конструктивно они выполнены иначе. Их устройство рекомендуется изучить самостоятельно.

Ресиверы представляют собой стальные сварные баллоны. Их количество определяется структурой пневмосистемы. Объем рассчитан на то, чтобы при выключенном компрессоре, воздуха в баллонах хватало на несколько торможений. Для слива конденсата в баллонах предусмотрены краны.

Тормозные краны предназначены для управления подачей сжатого воздуха из ресиверов к исполнительным органам тормозной системы автомобиля или автопоезда. Они обеспечивают следящее действие, т.е. изменяют давление воздуха подаваемого в рабочие органы, в зависимости от входного воздействия (усилия на педали, ее хода). Схема и принцип действия следящих устройств рассмотрены выше.

Тормозные краны бывают прямого и обратного действия, а так же комбинированные. По числу обслуживаемых контуров различают одно-, двух-, трех- и многосекционные тормозные краны.

Односекционные краны используют в одноконтурных тормозных приводах, двухсекционные – в двухконтурных приводах одиночного автомобиля, а трехсекционные – для управления тормозами автопоезда, причем, две первые секции обслуживают тормозную систему тягача, а третья – тормоза прицепа.

Рассмотрим конструкцию тормозного крана на примере двухсекционного крана автомобиля КамАЗ, рис 11.20.

Он объединяет два поршневых следящих механизма прямого действия, служащие для управления передними и задними контурами рабочей тормозной системы. В работу кран приводится от педали тормоза. Воздействие от педали передается через рычаг 4, ролик 5 и толкатель 6.

Следящий механизм верхней секции включает поршень 2, выполненный зацело с выпускным седлом, резиновый клапан 9, прижимаемый к впускному седлу, пружиной 8, и перемещающийся вдоль стержня 13. Следящий механизм нижней секции состоит из поршня 10 с выпускным седлом, клапана 12 и впускного седла 11. Сжатый воздух из ресивера подводится через вывод Г, а через вывод В верхняя секция соединяется с рабочими аппаратами тормозов среднего и заднего мостов. Через вывод Д нижняя секция подключена к своему ресиверу, а через вывод А она соединяется с рабочими аппаратами тормозов переднего моста. Приводная сила педали через шток 6 и резиновую пружину 3 непосредственно приводит в действие верхнюю секцию тормозного крана. Через отверстие Б сжатый воздух попадет в полость над приводным поршнем 1, который воздействует на поршень 10, приводя в действие нижнюю секцию. При отказе верхней секции стержень 13 воспринимает приводную силу через шпильку 7 и приводит в действие нижнюю секцию. При растормаживании воздух из обеих секций выходит в атмосферу через вертикальный канал, закрываемый клапаном 14.

11.6. Тормоза замедлители

Тормоза замедлители используются для снижения энергонагруженности рабочей тормозной системы при движении на затяжных или крутых спусках. Они бывают трех типов: моторные, гидравлические и электродинамические. Моторный замедлитель искусственно затрудняет вращение коленчатого вала двигателя за счет перекрытия специальной заслонкой или клапаном выпускной магистрали двигателя, при одновременном перекрытии подачи топлива. Управляется такой тормоз пневмоцилиндрами, закрывающими заслонки.

Гидравлический тормоз замедлитель представляет собой гидромуфту, ротор который соединен с валом трансмиссии, а статором служит корпус. Сопротивление вращению лопаток ротора в полости статора, заполненной жидкостью, обеспечивает дополнительный тормозной момент.

В электродинамических замедлителях торможение достигается за счет вихревых токов, возникающих в якоре, вращающемся в поле электромагнитов.

11.7. Стояночные тормоза

Стояночные тормоза должны удерживать автомобиль на уклоне до 25%. Они бывают двух типов – центральный трансмиссионный тормоз и стояночный тормоз, действующий на колеса (обычно задние).

Центральный трансмиссионный тормоз, чаще всего, монтируется на вторичном валу коробки передач. Он представляет собой колодочный или ленточный фрикционный тормоз с приводом от рычага, расположенного в кабине автомобиля. Второй тип стояночного тормоза так же приводиться в действие от рычага и через тросовую проводку приводит в действие тормозные механизмы колес (раздвигает тормозные колодки) рис. 11.21. Стояночные тормоза могут использоваться как аварийные при отказе рабочей тормозной системы.