«Тормоз двигателем запрещен». Вы видите этот желтый ромбовидный знак на съездах с шоссе или крутых спусках и задаетесь вопросом, почему от водителя грузовика просят не шуметь двигателем. Дело не только в шумовом загрязнении. Это вопрос физики. И безопасности.
Этот знак предупреждает об использовании системы торможения сжатием. Часто называемая устройством замедления двигателя, эта система изменяет работу дизельного двигателя для замедления транспортного средства без износа традиционных фрикционных тормозов. Для тяжелых грузовиков, спускающихся через горные перевалы, это спасает жизни. Без него они могут не успеть остановиться вовремя.
Как на самом деле работают тормоза сжатием
Чтобы понять источник шума, нужно заглянуть внутрь цилиндра. Стандартный четырехтактный дизельный двигатель проходит через циклы впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. При нормальной работе на такте сжатия захватывается воздух, впрыскивается топливо, и возникающий в результате взрыв толкает поршень вниз. Это рабочий ход.
Тормоз сжатия модифицирует этот цикл. Он открывает выпускной клапан непосредственно перед верхней мертвой точкой. Вместо того чтобы сжимать этот воздух и получать энергию от взрыва, двигатель преждевременно сбрасывает сжатый воздух наружу. Поршню приходится работать против этого запертого давления при движении вверх. Это похоже на попытку накачать велосипедную шину, когда кто-то перекрывает сопло.
Двигатель по сути становится воздушным компрессором. Гравитация тянет грузовик вниз по склону, заставляя поршни двигаться против сопротивления сжатого воздуха. Результатом является громкий звук обратного хлопка или подхватывания. Современные системы тише старых конструкций, но репутация осталась прежней: если тихо, значит, грузовик не использует свое основное средство торможения.
Этот процесс полагается на сам двигатель для создания сопротивления. Он не использует тормозную жидкость. Он не использует колодки. Он использует внутреннее сопротивление сжатия воздуха.
Грузовые тормоза против автомобильных
Люди предполагают, что все тормоза работают одинаково. Они не работают.
Автомобильные тормоза гидравлические. Они полагаются на тормозную жидкость для передачи усилия от педали к суппортам. Жидкость может протечь. Жидкость может закипеть. Если жидкость закончится, у вас не будет тормозов.
Грузовые тормоза пневматические. Они используют сжатый воздух.
Это кажется нелогичным. Воздух сжимаем; жидкость — нет. Но пневматические тормоза предлагают явное преимущество: они никогда не заканчиваются полностью. Даже при небольшой утечке в системе воздушные ресиверы удерживают достаточное давление, чтобы остановить массивный тягач. Большинство современных тяжелых грузовиков используют двухконтурную пневматическую тормозную систему. У вас есть две независимые цепи, управляемые одной педалью. Если одна выйдет из строя, другая продолжит останавливать грузовик.
Однако есть один недостаток. Тормозная задержка.
Когда вы нажимаете на педаль в автомобиле, колодки сжимаются почти мгновенно. В грузовике воздух должен пройти по магистралям, чтобы достичь тормозных камер на колесах. Это занимает время. Обычно меньше секунды, но это измеримо. Водители учатся нажимать на педаль раньше и сильнее, чтобы компенсировать эту задержку.
Три системы пневматических тормозов
Тормозная система пневматического типа грузовика на самом деле состоит из трех отдельных систем, работающих согласованно.
- Рабочие тормоза: Это ваши обычные тормоза. Вы нажимаете на педаль, воздух поступает в тормозную камеру, и толкатель выдвигается. Этот толкатель перемещает регулировщик зазора, который поворачивает кулачковый вал. Кулачковый вал вращает S-образный кулак. S-образный кулак (названный так из-за своей формы) прижимает тормозные колодки к барабану. Трение замедляет колесо.
- Парковочные тормоза: Они включаются путем нажатия на желтую кнопку (на тягаче) или красный клапан (на полуприцепе) на приборной панели. Это освобождает пружину внутри тормозной камеры. Пружина, находящаяся под огромным натяжением, механически прижимает тормоза. Это система безопасности. Если вы оставляете грузовик на холме, пружины удерживают его на месте.
- Аварийные тормоза: Эта система использует детали двух предыдущих. Внутри тормозной камеры находится мощная пружина с давлением около 2500 фунтов за ней. Давление воздуха удерживает эту пружину в сжатом состоянии. Если давление воздуха падает ниже 60 фунтов на квадратный дюйм, загорается индикатор низкого давления и начинает срабатывать сигнализатор. Воздух выходит, и пружина автоматически резко прижимает тормоза.
Если воздух закончится полностью, включатся аварийные тормоза. Вы не сможете поехать, пока не восстановите достаточное давление воздуха, чтобы снова преодолеть усилие этой пружины.
Почему замедлители экономят деньги и спасают жизни
Использование тормоза двигателем приносит водителям пользу по двум основным направлениям: безопасность и экономия.
Спуск по крутому склону без постоянного использования пневматических тормозов сохраняет систему пневматических тормозов прохладной и готовой к экстренной остановке. Если полагаться только на пневматические тормоза при длительном спуске, барабаны сильно нагреваются. Очень сильно.
Перегрев вызывает затухание тормозов (перегрев).
Когда тормозные барабаны нагреваются слишком сильно, они расширяются. Тормозные колодки больше не могут обеспечивать полный контакт с поверхностью барабана. Трение снижается. Другие тормоза вынуждены работать интенсивнее, чтобы компенсировать это. Если это продолжается, системы перегреваются и полностью теряют эффективность. Вы теряете тормозную мощность. Горячие тормоза могут дымить. Они могут загореться.
Используя замедлитель или тормоз сжатием, водитель снижает температуру. Износ колодок происходит медленнее. Барабаны не деформируются. Это экономит деньги на работах и запчастях.
Эта концепция не нова. Джордж Вестингауз-младший, тот самый человек, стоявший за брендом бытовой техники Westinghouse, запатентовал первый практичный пневматический тормоз для железных дорог в 1869 году. Он начал свою карьеру в отцовской механической мастерской после службы в Гражданской войне. Он основал компанию Westinghouse Air Brake Company, которая в конечном итоге разрослась до 60 компаний. Он понимал, что полагаться только на трение при перемещении тяжелых грузов опасно.
Дисковые тормоза и современные инновации
Не всех устраивают S-образные кулачковые тормоза. Они просты, но имеют ограничения. Управление теплом — одно из них. Трение генерирует тепло. S-образные кулачковые тормоза справляются с эффективным отводом этого тепла хуже по сравнению с новыми конструкциями.
Это привело к распространению дисковых тормозов на грузовиках.
Дисковые тормоза работают аналогично автомобильным. Суппорт прижимает колодки к ротору. Они лучше справляются с теплом. Они более стабильны в условиях дождя. Но их ремонт обходится дороже.
Выбор часто зависит от типа вождения. Дальнобойные водители на горных маршрутах могут предпочесть управление теплом дисковых тормозов. Водители, работающие в региональных перевозках с менее экстремальными уклонами, могут придерживаться надежности систем с S-образным кулачком.
Затухание тормозов остается врагом. Любой водитель, который чувствует необходимость сильнее нажимать на педаль для достижения той же тормозной мощности, должен немедленно проверить тормоза. Это не шутка. Это механическое предупреждение.
Знак «Тормоз двигателем запрещен» напоминает о том, что эти машины сложны. Они используют воздух, пружины и сгорание топлива для перемещения тысяч фунтов. Понимание того, как они останавливаются, так же важно, как и знание того, как они движутся.
Где вы стоите в споре между S-образным кулачком и дисковыми тормозами? Этот спор не урегулирован.
Забудьте о путанице с S-образными кулачками. Если ваш грузовик оснащен пневматическими дисковыми тормозами, логика гидравлики остается знакомой. Воздушное давление поступает в камеру. Рычаг автоматической регулировки зазора перемещается. Но вот в чем загвоздка. Это усилие не вращает кулачок, чтобы прижать колодки к барабану. Оно приводит в действие силовой винт.
Это винтовое действие зажимает ротор.
Суппорт прижимает колодки. Это механически. Это прямо. Это иначе.
Разница в тормозном усилии
Зачем вообще переходить на модернизацию? Цифры сложно игнорировать.
Пневматические дисковые тормоза сокращают тормозной путь почти на 40% по сравнению со стандартными барабанными системами. Вы не просто замедляетесь. Вы останавливаетесь быстрее. Поскольку давление является непрерывным и прямым, транспортное средство достигает полной остановки гораздо quicker.
Затем есть фактор затухания. Барабанные тормоза нагреваются. Они расширяются. Они теряют эффективность. Пневматические дисковые тормоза? Они практически не подвержены затуханию. Тепло рассеивается в воздухе, а не задерживается внутри темного металлического барабана. Ваши накладки служат дольше. Колодки на тягаче не изнашиваются быстрее просто для компенсации «ленивого» прицепного устройства.
Барьер стоимости
Так почему же не каждый грузовик на шоссе использует их? Деньги.
В США нет федерального мандата. Они являются опциональными. А опциональность означает дороговизну. Эти системы стоят примерно в два раза дороже традиционных барабанных тормозов. Автопарки видят высокую начальную цену и отказываются от покупки.
Результат? Барабанные тормоза по-прежнему занимают 95% доли рынка тяжелых грузовиков в США. Они являются стандартом. Они являются безопасной ставкой для бухгалтеров.
Посмотрите через Атлантику. Европа уже перешла на них. Более 80% их коммерческих грузовиков оснащены пневматическими дисковыми тормозами. Регуляторное давление и культурный сдвиг произошли десятилетия назад. США догоняет упущенное. Полный переход может занять еще 10–15 лет. Или он может произойти быстрее, если аварии заставят решить этот вопрос.
Вердикт по безопасности
Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) не гадает. Они провели симуляции. Тесты в Университете Айовы моделировали экстренное торможение. Данные были ясны.
Сокращение минимального тормозного пути всего на 30% спасает жизни. Не просто цифры. Реальные люди.
Когда вы сокращаете это расстояние, столкновение не происходит. Или оно происходит на выживаемой скорости. NHTSA считает, что пневматические дисковые тормоза — это единственный логичный шаг для предотвращения аварий.
Визуализация системы
Схемы помогают. Видеть поток воздуха — значит понять механику.
«Сокращение требуемого минимального тормозного пути на 30 процентов приведет к значительному спасению жизней.»
Мы переходим от механического расширения к точному зажиму. Технология уже здесь. Аргументация в пользу безопасности неоспорима. Единственное, чего не хватает, — это массовое внедрение. Тем временем наблюдайте за тормозами грузовика рядом с вами. Они сильно зажимают? Или просто надеются на лучшее?
Мы рассмотрели отдельные компоненты. Теперь мы отступим назад, чтобы увидеть всю систему в действии. Приведенная выше схема — это не просто чертеж. Это карта расположения оборудования в вашем грузовике. Вы найдете тормозные камеры вдоль осей. Магистрали проложены через лонжероны рамы. Все они подключены к воздушным ресиверам, расположенным рядом с кабиной.
Это пространственное понимание имеет значение. Когда вы находитесь под полуприцепным грузовиком, знание расположения компонентов помогает диагностировать утечки или износ. Это также объясняет, почему определенные отказы происходят в конкретных местах.
Интеграция тяжелых тормозных систем
Сборка всех элементов воедино демонстрирует масштаб задачи. Легковые автомобили используют гидравлическое давление. Грузовики используют сжатый воздух. Разница заключается не только в давлении. Она заключается в объеме и времени отклика.
Когда водитель нажимает на педаль, открывается релейный клапан. Воздух устремляется к тормозным камерам. Толкатель выдвигается. Кам поворачивается. Барабан замыкается вокруг колодок. Или суппорт прижимает диск. Это происходит на каждом колесе одновременно. Симметрия имеет критическое значение. Если одна ось получает воздух быстрее другой, грузовик утянет в сторону. Это кошмарный сценарий на высоких скоростях.
На схеме показана избыточность системы. К каждому углу подходят несколько магистралей. Неисправность одной магистрали не означает полной потери тормозов. Система спроектирована так, чтобы быть безопасной при отказе. Если давление воздуха падает ниже определенного порога, включаются пружинные тормоза. Это большие круглые пружины внутри камеры. Они механически сжимаются. Для остановки грузовика не требуется воздух. Воздух нужен только для их разблокировки.
Почему надежность пневматических тормозов имеет значение
Переход от барабанных к дисковым тормозам на тяжелых грузовиках обусловлен не только охлаждением. Речь идет о стабильности. Мокрая дорога, крутые спуски и тяжелые грузы испытывают систему на прочность. Барабанные тормоза могут терять эффективность (перегреваться). Дисковые тормоза лучше отводят тепло. Они также реже требуют ручной регулировки.
Исследования показывают, что пневматические дисковые тормоза обеспечивают лучшую производительность в экстремальных условиях. Национальный центр продвинутого вождения (National Advanced Driving Simulator) протестировал это. Результаты были очевидны. Дисковые тормоза дольше сохраняли тормозную мощность при многократном интенсивном использовании. Именно поэтому такие компании, как Bendix и Spicer JV, продвигают их. Операторы автопарков заботятся о времени простоя. Меньше регулировок означает меньше визитов для технического обслуживания.
Но технологии не решают проблему человеческих ошибок. В отчетах NTSB часто указывается отказ тормозов. Обычно это не механическая часть, которая вышла из строя. Это реакция водителя или отсутствие надлежащей проверки перед выездом на маршрут. Утечка клапана остается незамеченной. Давление медленно падает. Пружинные тормоза срабатывают слишком поздно. Или вообще не срабатывают, если баллон пуст.
Как водители используют тормоза при буксировке и спуске
Знание того, как работает система, — одно дело. Правильное ее использование — другое. Буксировка прицепа увеличивает длину и массу. Она также добавляет новую тормозную систему. Тормоза прицепа должны срабатывать немного раньше тормозов тягача. Это предотвращает складывание (эффект «ножниц»). Тормозной контроллер управляет этой задержкой. Он улавливает замедление. Он отправляет электрический сигнал на релейный клапан прицепа.
Контроллер прост. Он имеет ручку настройки усиления и ручной переключатель. Но для правильной регулировки требуется навык. Слишком большое усиление заставляет прицеп толкать тягач. Слишком малое означает, что прицеп продолжает катиться в кабину. Водители учатся на ощупь. А также по показаниям манометров давления воздуха.
Спуск с длинного подъема — это настоящее испытание. Нельзя использовать рабочие тормоза постоянно. Они перегреются. Вам нужны ретардеры. Двигатель
