Тормозное управление

Тормозным механизмом называется устройство, служащее для непосредственного создания искусственного сопротивления движению автомобиля. Для всех тормозных систем, исключая вспомогательную, роль тормозного механизма выполняют фрикционные устройства с регулируемым моментом трения, создаваемым между вращающимися и неподвижными частями тормозных механизмов.

4. Тормозные механизмы

Фрикционные тормозные механизмы по виду вращающейся детали делятся на барабанные и дисковые.

По типу неподвижной детали механизмы делятся на колодочные и ленточные.

Наиболее  распространены колодочные механизмы, ленточные иногда применяют в  стояночных тормозных системах.

По месту  установки тормозные механизмы  подразделяют на колесные и трансмиссионные. Трансмиссионные механизмы, как правило, входят в состав стояночной тормозной системы.

Барабанные тормозные  механизмы.

В настоящее  время для рабочей тормозной  системы применяют четыре разновидности  барабанных тормозных механизмов, которые  отличаются особенностями силового взаимодействия колодок с разжимающим устройством и барабаном (рис.2). Сравнение различных схем производят по реверсивности, уравновешенности и коэффициенту эффективности.

Реверсивность   тормозного   механизма    определяет   независимость величины создаваемого им тормозного момента от направления движения автомобиля.

Уравновешенность тормозного механизма — это такое сочетание воздействия колодок на барабан, при котором работа тормозного механизма не приводит к нагружению подшипникового узла колеса.

Коэффициентом эффективности называют отношение тормозного момента (М_τ) к приводной силе (Р) и радиусу барабана (r_б):

                                      .

 

 

Рис.2. Схемы барабанных тормозных  механизмов:

а – с равным перемещением колодок; б – реверсивного неуравновешенного; в – нереверсивного уравновешенного; г – реверсивного с плавающими колодками.

 

Из представленных схем видно, что при вращении тормозного барабана по часовой стрелки момент е·f·N₂ силы трения f·N₂ на правой колодке относительно опоры колодки сложится с моментом (с+а) ·Р от приводной силы Р. Таким образом эта колодка работает с самоусилением (самоприжимная или активная колодка). На вторую левую колодку указанные моменты действуют в противоположных направлениях, что приводит к уменьшению тормозной силы f·N₁. То есть, эта колодка работает с самоослаблением (самоотжимная или пассивная колодка). Явления самоприжима и самоотжима являются важной принципиальной особенностью рабочего процесса барабанных тормозных механизмов. Для того, чтобы накладки обеих колодок изнашивались одинаково, их часто делают разной длины (рис.3).

Эффект самоусиления тормозного механизма можно повысить (примерно на 40%) применением разнесенных рабочих цилиндров (рис.2-в).

Самоустанавливающие колодки (рис.2-г) имеют две степени свободы (могут поворачиваться и одновременно независимо скользить относительно опоры). Они имеют склонность к вибрациям и используются только на легковых автомобилях.

Стабильность  коэффициентов эффективности является очевидным условием достижения равных тормозных сил на колесах одного моста. Однако, значения К_э зависят от коэффициента трения f, значение которого вследствие большого числа технологических и эксплуатационных факторов непостоянно и отклоняется от номинального в обе стороны.

На рис. 3 показан барабанный тормозной механизм. Опорная деталь 3, называемая тормозным щитом, жестко (клепкой или болтами) соединяется с балкой моста или при независимой подвеске— с деталью ее направляющего устройства. На щите установлены: рабочий цилиндр 2, опорные болты 13 колодок, дополнительные опоры 7 колодок и регулировочные пластины 11. На опорные болты 13 через шайбы 12 установлены колодки 1 и 5. На автомобилях, имеющих относительно небольшую массу, применяют колодки, изготовленные из двух листовых деталей. Для тяжелых грузовых автомобилей применяют литые колодки (иногда для этого используют легкие сплавы).

 

 

Рис. 3. Барабанный тормозной механизм.

 

Противоположные опорам концы колодок взаимодействуют  с разжимным устройством. На рис.3 такое устройство содержит два поршня гидроцилиндра 2. При создании в цилиндре давления жидкости поршни прижимают колодки изнутри к тормозному барабану (на рисунке он не показан). При снижении давления жидкости в цилиндре колодки под действием стяжной возвратной пружины 4 возвращаются на прежнее место. Для увеличения коэффициента трения колодки оснащаются фрикционными накладками 6 и 8.

Фрикционные накладки колодок изготовляют формованием  из смеси волокнистого асбеста со связующими материалами (каучук, минеральные и растительные масла, синтетические смолы). На старых автомобилях накладки крепились заклепками. На современных автомобилях накладки приклеиваются к колодкам.

По мере износа накладок предусматривается регулировка  зазора между колодками и барабаном. Регулировка осуществляется за счет подбора толщины регулировочных шайб 12, а также производится с помощью болта 9, жестко связанного с фигурной пластиной («улиткой») 11. Улитка при вращении болта перемещает колодку 1. Фиксация деталей после регулировки зазора осуществляется гайками 14 и пружинами 10. На современных автомобилях регулировка обычно производится автоматически.

Разжимные устройства барабанных тормозных механизмов. В конструкциях барабанных тормозных механизмов привод (разведение) колодок осуществляется с помощью одностороннего или двухстороннего гидравлического цилиндра (рис.2-б,в,г). Естественно, что такой способ используется в гидравлическом приводе тормозов.  При механическом или пневматическом приводе чаще используют рычажно-кулачковые разжимные механизмы (рис.2-а).

В пневматическом приводе (рис.4) шток пневматической камеры воздействует на рычаг, который поворачивает вал кулака 2, разжимая колодки 1. При этом эксплуатационная регулировка зазора между барабаном и колодками в таком тормозном механизме производится путем вращения кулака с помощью резьбового или червячного устройства. Иногда применяют клиновой разжимной механизм (рис.5).

 

 

Рис. 4. Тормозной механизм колес автомобилей КамАЗ:

   1 — колодка; 2 — разжимной кулак о валом; 3 — суппорт; 4 — регулировочный рычаг; 5 - кронштейн вала разжимного кулака и тормозной камеры; 6 — ролик.

 

Клиновой   разжимной   механизм (рис.5) стоит из корпуса, отливаемого из ковкого чугуна за одно целое с суппортом 2, плунжеров 6, клина 4 и роликов 5, с помощью которых осуществляется разжим плунжеров. Необходимая для этого сила создается тормозной камерой 3, которую ввертывают в корпус снаружи тормозного механизма.

 

                              А - А

 

Рис. 5. Тормозной механизм с клиновым разжимным устройством.

 

Клиновой  разжимной механизм имеет более  сложную конструкцию, более высокую стоимость по сравнению с кулачковым механизмом. Клиновой механизм обладает рядом преимуществ. Он компактнее, имеет меньшую массу, более высокий КПД и меньшее время срабатывания.

Схемы, представленные на рис. 6, поясняют действие клинового разжимного механизма. В исходном (отторможенном) положении (рис. 6-а) плунжеры 1 под действием стяжной пружины колодок упираются в выступ 2 корпуса 3. В начальный момент приведения в действие тормозного механизма плунжеры 1 перемещаются синхронно до соприкосновения колодок с барабаном. Затем один из плунжеров под действием колодки, увлекаемой барабаном, отводится назад и, упершись в выступ 2, служит опорой для колодки. Другой плунжер оказывает приводное действие на вторую колодку (рис. 6-б и в).

 

                             а)                           б)                           в)                                    г)

  Рис. 6. Схемы работы клинового разжимного устройства и схема для его расчета:

а - исходное положение плунжера; б - положение при начальном синхронном перемещении; в - рабочее положение (торможение); г - расчетная схема.

 

Расчет рассматриваемого разжимного механизма выполняют в такой последовательности. Принимая во внимание известную из тягового расчета величину тормозного момента и, следовательно, значение приводной силы Р, задаются углом при вершине клина α = 12°, при котором не происходит самозаклинивания. Затем определяют значение силы F_K, прикладываемой к клину по его оси (рис.6-г):

                              F_K = 2P·tg(α/2).

По величине силы F_K выбираем тормозную камеру. Величина осевого хода клина S_К в зависимости от принятого хода плунжера S_П равна:

                               S_К = S_П·ctg(α/2).

 

Регулировка зазоров тормозного механизма.

В незаторможенном  состоянии между барабаном и фрикционными накладками должен быть рабочий зазор, необходимый для осуществления чистоты растормаживания. По мере износа накладок этот зазор возрастает, что приводит к увеличению хода деталей разжимного механизма, а также дополнительному расходу рабочего тела (жидкости или сжатого воздуха) в приводе, увеличению времени срабатывания тормозного управления.

Для избежания этих нежелательных явлений устанавливают регулировочные устройства.

При поршневом  разжимном механизме с гидравлическим приводом применяют различные способы регулировки зазора между барабаном и фрикционными накладками колодок.

Первый способ заключается в ручной фиксации исходного  положения колодок при помощи смонтированного на суппорте регулировочного кулачка 11 (рис.3). Эксцентриситет и приращение радиуса вектора спирали превышают толщину фрикционной накладки.

Второй  способ состоит в фиксации исходного  положения колодок при помощи автоматических регуляторов. В конструкции, показанной на рис. 7, на поршень рабочего цилиндра надевается разрезное пружинящее кольцо 1. Между кольцом и поршнем имеется радиальный и осевой зазоры. Величина осевого зазора нормируется и соответствует необходимой величине зазора между колодкой и барабаном. Радиальная упругость кольца также нормируется с целью получения определенной величины силы трения между кольцом и цилиндром. Указанная сила трения должна гарантированно превышать силу возвратных пружин, приведенную к поршню, но не быть чрезмерной, чтобы не слишком сильно снижать приводную силу поршня.

Для того чтобы  во время сборки механизма колодки  не создавали препятствия для надевания барабана, их предварительно максимально сближают друг с другом. В результате в собранном механизме образуется чрезмерно большой зазор. Для регулировки механизма необходимо нажать на педаль тормоза. Поршни рабочих цилиндров, перемещаясь наружу под действием давления жидкости, выберут имевшийся между ними и упругими кольцами осевой зазор, после чего потянут кольца за собой. Движение поршней будет продолжаться до тех пор, пока колодки не упрутся в барабан.

 

Рис. 7. Механизмы автоматической регулировки зазора между барабаном  и колодками с гидравлическим приводом:

 

  При отпускании педали возвратные пружины смогут переместить поршни назад только на величину, соответствующую осевому зазору между поршнем и кольцом, так как сдвинуть кольцо они не в состоянии, Величина же зазора, как было сказано выше, соответствует необходимому зазору между колодкой и барабаном. Таким образом, по мере изнашивания накладок кольцо будет перемещаться вдоль цилиндра, поддерживая постоянную величину зазора в механизме.

Описанный принцип автоматической регулировки  может быть 
выполнен и способом, показанным на рис.7-б. В отверстие колодки 1 с достаточно большим зазором вставлена втулка 2. Втулка несет на себе две фрикционные шайбы 3, поджатые пружиной 4.

Натяг пружины подбирается таким образом, чтобы сила трения 
шайб о колодку, подобно тому, как это имело место в ранее описанном 
устройстве, превышала силу возвратных пружин, приведенную» в 
данном случае к оси фрикционных шайб. В отверстии втулки 2 находится неподвижный палец 5, диаметр которого меньше диаметра отверстия втулки на величину «а», соответствующую необходимой величине зазора между колодкой и барабаном. Если зазор между колодкой и барабаном больше необходимого, то при нажатии на педаль втулка 2, переместившись вместе  с колодкой на величину «а», остановится, упершись в палец. Колодка же будет продолжать движение до упора в барабан, скользя относительно фрикционных шайб. При растормаживании механизма колодка сможет вернуться назад только на величину «а».

Механизм  автоматической регулировки зазора в дисковом тормозе показан на рис.8. Внутренняя часть уплотнительной манжеты 1 обжимает с небольшим натягом поршень 2. При движении поршня влево внутренняя часть манжеты, увлекаемая силой трения, за счет упругой деформация в осевом направлении вместе с поршнем сместится влево на величину «а». Размер «а» в дисковых механизмах равен зазору между  колодкой и диском (при плавающей скобе «а» равняется сумме двух зазоров).

 

Рис.8. Механизм автоматической регулировки зазора в дисковом тормозе  с гидравлическим приводом.

 

Если  зазор между колодкой и диском превышает величину «а», то после перемещений поршня на величину «а» начнется его скольжение относительно манжеты. При падении в тормозном приводе давления жидкости манжета своей упругостью вернет поршень назад только на величину «а».

Описанные способы  автоматической регулировки вынуждают  конструктора назначать повышенные значения зазоров между колодкой и барабаном (диском). Это объясняется тем, что величина зазора, необходимая для чистого растормаживания механизма, вообще говоря, небольшая. Небольшая величина зазора обуславливает небольшой ход поршня рабочего цилиндра при служебном торможении. При экстренном же торможении перемещение колодок и поршня заметно увеличивается. Это происходит вследствие увеличения упругих деформаций колодок, накладок, барабана (скобы) и теплового расширения барабана.