„Zabrania się hamowania silnikiem”. Widzisz żółty znak rombu na zjazdach z autostrad lub na stromych wzniesieniach i zastanawiasz się, dlaczego kierowca ciężarówki jest proszony o cichszą pracę silnika. Nie chodzi tylko o zanieczyszczenie hałasem. To kwestia fizyki. I bezpieczeństwo.
Ten symbol ostrzega przed stosowaniem hamowania kompresyjnego. Często nazywany zwalniaczem silnika, system ten modyfikuje działanie silnika wysokoprężnego, aby spowolnić pojazd bez zużywania tradycyjnych hamulców ciernych. W przypadku ciężkich samochodów ciężarowych jadących po przełęczach górskich jest to rozwiązanie ratujące życie. Bez tego mogą nie być w stanie zatrzymać się na czas.
Jak faktycznie działają hamulce kompresyjne
Aby zrozumieć źródło hałasu, należy zajrzeć do wnętrza cylindra. Standardowy czterosuwowy silnik wysokoprężny przechodzi cykle dolotu, sprężania, suwu i wydechu. Podczas normalnej pracy suw sprężania zatrzymuje powietrze, wtryskuje paliwo, a wynikająca z tego eksplozja popycha tłok w dół. To jest posunięcie robocze.
Hamulec kompresyjny modyfikuje ten cykl. Otwiera zawór wydechowy tuż przed górnym martwym punktem. Zamiast sprężać to powietrze i odbierać energię z eksplozji, silnik przedwcześnie wypuszcza sprężone powietrze na zewnątrz. Tłok musi stawić czoła temu uwięzionemu ciśnieniu, gdy porusza się w górę. To jakby próbować napompować oponę rowerową, gdy ktoś zablokuje dyszę.
Silnik zasadniczo staje się sprężarką powietrza. Grawitacja ciągnie ciężarówkę w dół wzniesienia, zmuszając tłoki do ruchu wbrew oporowi sprężonego powietrza. Rezultatem jest głośny, trzaskający lub podnoszący się dźwięk. Nowoczesne systemy są cichsze niż starsze konstrukcje, ale reputacja pozostaje ta sama: jeśli jest cicho, oznacza to, że ciężarówka nie wykorzystuje swojego podstawowego środka hamowania.
Proces ten polega na tym, że sam silnik wytwarza opór. Nie zużywa płynu hamulcowego. Nie używa podpasek. Wykorzystuje wewnętrzny opór sprężania powietrza.
Hamulce ciężarówek a hamulce samochodów
Ludzie zakładają, że wszystkie hamulce działają tak samo. Nie działają.
Hamulce samochodowe są hydrauliczne. Polegają one na przenoszeniu siły z pedału na zaciski za pomocą płynu hamulcowego. Płyn może wyciekać. Płyn może się zagotować. Jeśli zabraknie Ci płynu, nie będziesz miał hamulców.
Hamulce cargo są pneumatyczne. Używają sprężonego powietrza.
Wydaje się to sprzeczne z intuicją. Sprężamy powietrze; płyn – nie. Hamulce pneumatyczne mają jednak wyraźną zaletę: nigdy nie wyczerpują się całkowicie. Nawet przy niewielkiej nieszczelności układu zbiorniki powietrza utrzymują ciśnienie wystarczające do zatrzymania ogromnego ciągnika. Większość nowoczesnych samochodów ciężarowych o dużej ładowności wykorzystuje dwuobwodowy pneumatyczny układ hamulcowy. Masz dwa niezależne obwody sterowane jednym pedałem. Jeżeli jeden z nich zawiedzie, drugi będzie nadal zatrzymywał ciężarówkę.
Jednak jest jedna wada. Opóźnienie hamowania.
Po naciśnięciu pedału w samochodzie klocki ściskają się niemal natychmiast. W ciężarówce powietrze musi przepływać przez przewody, aby dotrzeć do komór hamulcowych w kołach. To wymaga czasu. Zwykle krócej niż sekunda, ale jest to mierzalne. Kierowcy uczą się naciskać pedał wcześniej i mocniej, aby zrekompensować to opóźnienie.
Trzy pneumatyczne układy hamulcowe
Pneumatyczny układ hamulcowy ciężarówki składa się w rzeczywistości z trzech oddzielnych, współpracujących ze sobą układów.
- Hamulce serwisowe: To są Twoje zwykłe hamulce. Naciskasz pedał, powietrze dostaje się do komory hamulcowej, a popychacz wysuwa się. Ten popychacz porusza regulator luzu, który obraca wałek krzywki. Wałek krzywki obraca zwrotnicę w kształcie litery S. Pięść w kształcie litery S (nazwana tak ze względu na swój kształt) dociska klocki hamulcowe do bębna. Tarcie spowalnia koło.
- Hamulce postojowe: Aktywuje się je poprzez naciśnięcie żółtego przycisku (w ciągniku) lub czerwonego zaworu (w naczepie) na desce rozdzielczej. Spowoduje to zwolnienie sprężyny znajdującej się w komorze hamulca. Sprężyna pod ogromnym napięciem mechanicznie naciska hamulce. To jest system bezpieczeństwa. Jeśli zaparkujesz ciężarówkę na wzniesieniu, sprężyny utrzymają ją na miejscu.
- Hamulce awaryjne: W tym systemie wykorzystywane są części z dwóch poprzednich. Wewnątrz komory hamulcowej znajduje się potężna sprężyna, za którą stoi ciśnienie około 2500 funtów. Ciśnienie powietrza utrzymuje tę sprężynę ściśniętą. Jeżeli ciśnienie powietrza spadnie poniżej 60 psi, zaświeci się wskaźnik niskiego ciśnienia i włączy się alarm. Powietrze ucieka, a sprężyna automatycznie mocno naciska hamulce.
Jeżeli powietrze całkowicie się skończy, zostaną uruchomione hamulce awaryjne. Nie będziesz mógł jeździć, dopóki nie przywrócisz wystarczającego ciśnienia powietrza, aby ponownie pokonać siłę sprężyny.
Dlaczego opóźniacze oszczędzają pieniądze i życie
Korzystanie z hamulca silnikowego przynosi kierowcy korzyści z dwóch głównych powodów: bezpieczeństwa i oszczędności.
Zjazd ze stromego wzniesienia bez ciągłego używania hamulców pneumatycznych sprawia, że układ hamulcowy jest chłodny i gotowy do zatrzymania awaryjnego. Jeśli podczas długich zjazdów polegamy wyłącznie na hamulcach pneumatycznych, bębny mocno się nagrzewają. Bardzo.
Przegrzanie powoduje zanik hamulców (przegrzanie).
Kiedy bębny hamulcowe stają się zbyt gorące, rozszerzają się. Klocki hamulcowe nie mogą już mieć pełnego kontaktu z powierzchnią bębna. Tarcie jest zmniejszone. Inne hamulce są zmuszone do cięższej pracy, aby to zrekompensować. Jeśli tak się stanie, systemy przegrzeją się i staną się całkowicie nieskuteczne. Tracisz siłę hamowania. Gorące hamulce mogą dymić. Mogą się zapalić.
Stosując zwalniacz lub hamulec kompresyjny, kierowca obniża temperaturę. Klocki zużywają się wolniej. Bębny nie są zdeformowane. Oszczędza to pieniądze na robociźnie i częściach zamiennych.
Ta koncepcja nie jest nowa. George Westinghouse Jr., twórca marki urządzeń Westinghouse, opatentował pierwszy praktyczny hamulec pneumatyczny dla kolei w 1869 roku. Karierę rozpoczął w warsztacie mechanicznym swojego ojca po odbyciu służby podczas wojny secesyjnej. Założył firmę Westinghouse Air Brake Company, która ostatecznie rozrosła się do 60 firm. Zdał sobie sprawę, że poleganie wyłącznie na tarciu podczas przenoszenia ciężkich ładunków jest niebezpieczne.
Hamulce tarczowe i nowoczesne innowacje
Nie wszyscy są zadowoleni z hamulców S-cam. Są proste, ale mają ograniczenia. Zarządzanie ciepłem jest jednym z nich. Tarcie wytwarza ciepło. Hamulce S-cam są mniej wydajne w rozpraszaniu tego ciepła niż nowsze konstrukcje.
Doprowadziło to do rozpowszechnienia hamulców tarczowych w ciężarówkach.
Hamulce tarczowe działają podobnie do hamulców samochodowych. Zacisk dociska klocki do tarczy. Lepiej znoszą ciepło. Są bardziej stabilne w deszczowych warunkach. Ale ich naprawa jest droższa.
Wybór często zależy od rodzaju jazdy. Jeźdźcy długodystansowi na trasach górskich mogą preferować zarządzanie ciepłem od hamulców tarczowych. Kierowcy obsługujący przewozy regionalne o mniej ekstremalnych nachyleniach mogą chcieć pozostać przy niezawodności systemów S-cam.
Zanik hamulców pozostaje wrogiem. Każdy kierowca, który odczuwa potrzebę mocniejszego wciśnięcia pedału, aby uzyskać tę samą siłę hamowania, powinien natychmiast sprawdzić hamulce. To nie jest żart. Jest to ostrzeżenie mechaniczne.
Znak „Zakaz hamowania silnikiem” przypomina, że te maszyny są złożone. Wykorzystują powietrze, sprężyny i spalanie paliwa, aby przenieść tysiące funtów. Zrozumienie, w jaki sposób się zatrzymują, jest tak samo ważne, jak wiedza o tym, jak się poruszają.
Jakie jest Twoje stanowisko w debacie S-cam vs hamulce tarczowe? Spór ten nie został rozstrzygnięty.
Zapomnij o zamieszaniu z kamerami typu S. Jeśli Twój samochód ciężarowy jest wyposażony w pneumatyczne hamulce tarczowe, logika hydrauliczna pozostaje znajoma. Ciśnienie powietrza dostaje się do komory. Dźwignia automatycznej regulacji szczeliny porusza się. Ale tu jest problem. Siła ta nie powoduje obracania krzywki w celu dociśnięcia klocków do bębna. Napędza śrubę mocy.
To działanie śrubowe zaciska wirnik.
Zacisk naciska na klocki. To mechaniczne. To proste. Jest inaczej.
Różnica w sile hamowania
Po co w ogóle przechodzić na modernizację? Liczby trudno zignorować.
Pneumatyczne hamulce tarczowe skracają drogę hamowania nawet o 40% w porównaniu do standardowych systemów bębnowych. Nie tylko zwalniasz. Zatrzymujesz się szybciej. Ponieważ ciśnienie jest ciągłe i bezpośrednie, pojazd całkowicie się zatrzymuje znacznie szybciej.
Następnie jest współczynnik tłumienia. Hamulce bębnowe nagrzewają się. Rozrastają się. Tracą skuteczność. Pneumatyczne hamulce tarczowe? Praktycznie nie podlegają tłumieniu. Ciepło jest rozpraszane w powietrzu, a nie zatrzymywane w ciemnym metalowym bębnie. Twoje podkładki wytrzymują dłużej. Klocki w pojeździe holowniczym nie zużywają się szybciej, po prostu w celu skompensowania leniwego zaczepu holowniczego.
Bariera kosztowa
Dlaczego więc nie korzysta z nich każda ciężarówka na autostradzie? Pieniądze.
W USA nie ma mandatu federalnego. Są opcjonalne. A opcjonalność oznacza wysoki koszt. Systemy te kosztują około dwa razy więcej niż tradycyjne hamulce bębnowe. Floty widząc wysoką cenę początkową, decydują się nie kupować.
Wynik? Hamulce bębnowe nadal mają 95% udziału w rynku pojazdów ciężarowych o dużej ładowności w Stanach Zjednoczonych. Są standardem. Są bezpiecznym wyborem dla księgowych.
Spójrz na Atlantyk. Europa już się na nie przestawiła. Ponad 80% ich pojazdów użytkowych jest wyposażonych w pneumatyczne hamulce tarczowe. Presja regulacyjna i zmiany kulturowe miały miejsce kilkadziesiąt lat temu. USA nadrabiają zaległości. Pełne przejście może zająć kolejne 10–15 lat. Lub może się to zdarzyć szybciej, jeśli wypadki wymuszą rozwiązanie problemu.
Werdykt dotyczący bezpieczeństwa
Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA) nie zgaduje. Przeprowadzili symulacje. Testy na Uniwersytecie Iowa symulowały hamowanie awaryjne. Dane były jasne.
Skrócenie minimalnej drogi hamowania zaledwie o 30% ratuje życie. Nie tylko liczby. Prawdziwi ludzie.
Kiedy zbliżysz się do tej odległości, nie nastąpi żadna kolizja. Lub dzieje się to z akceptowalną prędkością. NHTSA uważa, że pneumatyczne hamulce tarczowe są jedynym logicznym krokiem w zapobieganiu wypadkom.
Wizualizacja systemu
Schematy pomagają. Widzenie przepływu powietrza oznacza zrozumienie mechaniki.
„Zmniejszenie wymaganej minimalnej drogi hamowania o 30 procent przyniosłoby znaczne oszczędności w życiu”.
Przechodzimy od mechanicznego rozprężania do precyzyjnego mocowania. Technologia już tu jest. Argument za bezpieczeństwem jest niezaprzeczalny. Brakuje tylko masowej adopcji. W międzyczasie uważaj na hamulce ciężarówki obok. Czy zaciskają się zbyt mocno? A może po prostu mają nadzieję na najlepsze?
Przyjrzeliśmy się poszczególnym elementom. Teraz cofniemy się, aby zobaczyć cały system w akcji. Powyższy diagram nie jest jedynie rysunkiem. To jest mapa lokalizacji wyposażenia w Twojej ciężarówce. Siłowniki hamulcowe znajdziesz wzdłuż osi. Liny prowadzone są przez podłużnice ramy. Wszystkie podłączone są do odbiorników powietrza znajdujących się obok kabiny.
To zrozumienie przestrzeni ma znaczenie. Kiedy znajdujesz się pod naczepą, wiedza o lokalizacji podzespołów pomaga zdiagnozować nieszczelności lub zużycie. Wyjaśnia to również, dlaczego pewne awarie występują w określonych lokalizacjach.
Integracja ciężkich układów hamulcowych
Zestawienie wszystkich elementów ukazuje skalę zadania. Samochody osobowe wykorzystują ciśnienie hydrauliczne. Ciężarówki wykorzystują sprężone powietrze. Różnica polega nie tylko na ciśnieniu. Zależy to od głośności i czasu reakcji.
Gdy kierowca naciśnie pedał, zawór przekaźnikowy otwiera się. Powietrze przedostaje się do komór hamulcowych. Popychacz wysuwa się. Kam odwraca się. Bęben zamyka się wokół butów. Albo zacisk naciska na tarczę. Dzieje się to na każdym kole jednocześnie. Symetria jest krytyczna. Jeśli na jedną oś dostanie się powietrze szybciej niż na drugą, ciężarówka będzie ściągać na bok. To koszmarny scenariusz przy dużych prędkościach.
Na schemacie przedstawiono redundancję systemu. Do każdego rogu zbliża się kilka autostrad. Awaria jednej linii nie oznacza całkowitej utraty hamulców. System zaprojektowano tak, aby był odporny na awarie. Jeżeli ciśnienie powietrza spadnie poniżej określonego progu, włączają się hamulce sprężynowe. Są to duże okrągłe sprężyny znajdujące się wewnątrz komory. Są ściskane mechanicznie. Do zatrzymania ciężarówki nie jest potrzebne powietrze. Do ich odblokowania potrzebne jest jedynie powietrze.
Dlaczego niezawodność hamulców pneumatycznych ma znaczenie
Przejście z hamulców bębnowych na tarczowe w ciężkich samochodach ciężarowych nie polega tylko na chłodzeniu. Chodzi o stabilność. Mokre drogi, strome zbocza i duże obciążenia testują wytrzymałość systemu. Hamulce bębnowe mogą przestać działać (przegrzać). Hamulce tarczowe lepiej odprowadzają ciepło. Wymagają również mniej ręcznej regulacji.
Badania pokazują, że pneumatyczne hamulce tarczowe zapewniają lepszą wydajność w ekstremalnych warunkach. Testował to National Advanced Driving Simulator. Wyniki były oczywiste. Hamulce tarczowe dłużej zachowują siłę hamowania przy wielokrotnym, intensywnym użytkowaniu. Dlatego promują je firmy takie jak Bendix i Spicer JV. Operatorzy flot dbają o przestoje. Mniej regulacji oznacza mniej wizyt konserwacyjnych.
Jednak technologia nie rozwiązuje problemu błędów ludzkich. Raporty NTSB często wskazują na awarię hamulców. Zwykle nie jest to część mechaniczna, która uległa awarii. To reakcja kierowcy lub brak odpowiednich kontroli przed wyjazdem w trasę. Wyciek zaworu pozostaje niewykryty. Ciśnienie spada powoli. Hamulce sprężynowe włączają się zbyt późno. Lub w ogóle nie działają, jeśli cylinder jest pusty.
Jak kierowcy korzystają z hamulców podczas holowania i pokonywania wzniesień
Wiedza o tym, jak działa system, to jedno. Prawidłowe jego użycie to inna sprawa. Holowanie przyczepy zwiększa długość i wagę. Dodaje także nowy układ hamulcowy. Hamulce przyczepy powinny zadziałać nieco wcześniej niż ciągnik. Zapobiega to fałdowaniu (efekt nożycowy). Sterownik hamulca kontroluje to opóźnienie. Nabiera spowolnienia. Wysyła sygnał elektryczny do zaworu przekaźnikowego przyczepy.
Kontroler jest prosty. Posiada pokrętło regulacji wzmocnienia oraz przełącznik ręczny. Ale właściwa regulacja wymaga umiejętności. Zbyt duże doładowanie powoduje, że przyczepa pcha pojazd holowniczy. Za mało oznacza, że przyczepa w dalszym ciągu wjeżdża do kabiny. Kierowcy uczą się poprzez dotyk. A także według odczytów manometrów powietrza.
Zejście z długiej wspinaczki to prawdziwe wyzwanie. Hamulców zasadniczych nie należy używać w sposób ciągły. Ulegną przegrzaniu. Potrzebujesz zwalniaczy. Silnik
