Необычные тормоза: Тормоз-замедлитель, Ретардер, Интардер и Горный тормоз
1000 максимум символов
avtorazborka_kr+.jpg

 Транспортное средство при движении под уклон начинает постепенно разгоняться, достигая скорости, опасной с точки зрения водителя для безопасного движения. Водитель притормаживает, используя рабочую тормозную систему, снижая скорость до безопасной. Через некоторое время автомобиль вновь разгоняется и цикл притормаживания повторяется.

Грузовики на горном спуске. Использование тормоза-замедлителя.За путь движения с перевала длиной 5–20 км циклы притормаживания рабочей системой многократно повторяются. Это сопровождается износом шин, тормозных накладок и — самое главное — увеличением температуры тормозных механизмов, в первую очередь тормозных накладок. При разогреве накладок тормозных механизмов снижается коэффициент трения накладки о тормозной барабан, а следовательно, и тормозная эффективность тормозного механизма. В результате эффективность торможения автомобиля в начале спуска с горы и в конце, при прочих равных условиях, совершенно различная. Резкое ухудшение тормозных свойств автомобиля с горячими тормозными механизмами может привести к дорожно-транспортному происшествию с тяжелыми последствиями.

 Поэтому была разработана для тяжелых автомобилей и автопоездов такая тормозная система, которая обеспечивает длительное движение на спуске с небольшой постоянной скоростью без использования (и разогрева) механизмов рабочей тормозной системы. Последние должны оставаться в холодном состоянии и готовности выполнить в любой момент торможение с максимальной эффективностью.
Такой системой является вспомогательная (второе название — износостойкая) тормозная система. Вспомогательная система не может снизить скорость автомобиля до нуля.

 По нормативным документам эффективность вспомогательной тормозной системы считается достаточной, если на уклоне в 7 % длиной 7 км скорость автомобиля поддерживается на уровне (30±5) км/ч.

Конструктивно вспомогательная тормозная система выполняется сейчас тремя способами: моторный тормоз, гидравлический тормоз-замедлитель и электрический тормоз-замедлитель. Следует иметь в виду, что в качестве тормоза-замедлителя на каждом автомобиле можно использовать двигатель, работающий на режиме холостого хода (так называемое торможение двигателем). Тормозной момент, создаваемый в этом случае двигателем, увеличивается при включении низших передач в коробке. Однако тормозной момент, развиваемый двигателем, работающим на холостых оборотах, небольшой и не обеспечивает необходимого замедления автомобиля большой массы.

 Более эффективный моторный тормоз (горный тормоз) представляет собой двигатель автомобиля, оборудованный дополнительными устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок в выпускном трубопроводе, создающих дополнительное сопротивление. При торможении водитель с помощью пневматического привода поворачивает заслонку в трубе глушителя в закрытое положение и перемещает рейку топливного насоса высокого давления в положение нулевой подачи топлива в двигатель. Вследствие этих действий двигатель автомобиля глушится (но вращение коленчатого вала не прекращается) и становится невозможным выпуск воздуха из цилиндров через выпускной тракт. В такте выпуска поршень стремится вытолкнуть воздух через выпускной трубопровод. При этом поршень испытывает сопротивление, многократно сжимая воздух. Следствием этого сопротивления перемещению поршня является замедление вращения коленчатого вала, и, следовательно,передача от него через трансмиссию тормозного момента к ведущим колесам автомобиля.

Тормоз-замедлитель, ретардер Тормоз-замедлитель, ретардер (англ. retarder), — устройство, предназначенное для снижения скорости транспортного средства без задействования основной тормозной системы. Из большого количества схем чаще всего применяются электромагнитная и гидравлическая.

Преимущество гидравлического тормоза-замедлителя в стабильности по мере повышения температуры, в то время как электродинамический ретардер способен выдавать большее тормозное усилие.

 Теперь подробнее.

 Ретардеры делят по принципу и месту установки. По месту установки бывают первичные - которые установлены перед коробкой передач и вторичные  - за ней. Недостаток первичных в том, что при переключении передач происходит прерывание тормозного момента — что, не совсем есть хорошо. По принципу это соответственно:

 Гидродинамический ретардер по принципу работы очень похож на гидротрансформатор. Ретардер этого типа состоит из двух турбин, закрепленных на одной оси в общем корпусе. Ротор жестко связан с ведущими элементами трансмиссии, в то время как статор жестко соединен с корпусом. При движении машины ротор бесцельно гоняет воздух внутри ретардера, а при включении ретардера открывается клапан, через который сжатый воздух поступает в расширительный бак, и рабочая жидкость начинает поступать внутрь турбины. Ротор, движимый карданным валом, разгоняет масло, которое затем попадает в статор и тормозится, замедляя тем самым и ТС. Для вывода тепла чаще всего используется система охлаждения двигателя. Ретардеры могут оборудоваться собственным радиатором, если объем системы охлаждения автодома не рассчитан на появление дополнительных источников тепла. В новых моделях этих устройств система охлаждения ретардера объединена с системой охлаждения двигателя, что не только делает конструкцию проще и легче, но и позволяет достичь большей стабильности температурного режима работы. Недостатком гидродинамического ретардера является тот факт, что для достижения эффективного торможения ему необходимы достаточно высокие обороты.

Электродинамический ретардер Электродинамический ретардер. Индукционные тормоза обеспечивают рассеивание энергии торможения за счет генерации токов Фуко. В состав тормоза-замедлителя как правило входят неподвижный статор и пара роторов, жестко соединенных с вращающим их приводным валом. Статор и роторы установлены коаксиально (что бы совпадали центральные оси) друг напротив друга и разделены небольшим воздушным зазором во избежание любого трения. Статор играет роль индуктора. Он состоит из последовательно соединенной пары электромагнитов, которые при непрерывном протекании электрического тока через обмотки статора создают электромагнитное поле, необходимое для возникновения токов Фуко в материале роторов. Роторы играют роль якоря. Они изготовлены из специального проводящего материала, и вихревые токи в роторах возникают только при вращении роторов с помощью приводного вала в магнитном поле, созданном статором.
Токи Фуко по определению представляют собой токи, возникающие в массивном металлическом проводнике при его помещении в переменное магнитное поле. Токи Фуко циркулируют вокруг линий магнитного потока, и эти токи также называются вихревыми токами. Появление токов Фуко в материале ротора приводит к возникновению лапласовых сил, действующих в направлении, противоположном вращению ротора. В результате этого создается тормозящий момент, действующий на приводной вал и замедляющий таким образом движение автомобиля. Токи Фуко являются причиной интенсивного повышения температуры роторов, тепло от которых отводится в атмосферу посредством системы вентиляции. Несмотря на то, что электромагнитные ретардеры тяжелее гидродинамических, они имеют существенное преимущество — начинают эффективно работать практически с холостых оборотов. Слабая сторона – ресурс. Ретардеры такого типа, могут быть установлены непосредственно на вторичный вал трансмиссии или карданный вал. Фирма Telma предлагает еще один способ установки – «на ось» или «осевой ретардер», если переводить дословно – axle retarder. На самом деле он устанавливается на задний мост, и ротор крепиться на вал главной передачи. Принцип действия индукционных тормозов может показаться простым, но он основывается на сложных физических законах, как, например, электрическое сопротивление материалов, электромагнетизм и термодинамика.

 Акватардер - последняя разработка фирмы Voith. Он работает по тому же принципу что и гидродинамический, но вместо рабочего тела он использует не масло, а ОЖ двигателя. Акватардер установлен спереди двигателя и жестко закреплен с его коленчатым валом. Он относится к классу первичных ретардеров. Во время простоя работы (педаль тормоза не нажата) поток жидкости направляется помпой в систему охлаждения двигателя, минуя акватардер. Любое торможение активирует переключающий клапан, который направляет с помощью помпы весь поток охлаждающей жидкости в контур ретардера. Дальше эту функцию берет на себя сам ретардер, действуя как мощный насос. Чтобы с такой мощностью нагнетания получить желаемый тормозной момент, ретардер должен сопротивляться выходному сопротивлению. Этим дросселем является установленный на выходе акватардера пневматический регулировочный клапан, который служит бесступенчатым регулированием тормозного момента. При выключении ретардера оба клапана вентилируются и возвращаются в свое прежнее состояние. К недостаткам конструкции относиться малая мощность – около 1800 Нм, меньше, чем у ретардеров, работающих на масле (от 2000 до 3200 Нм). К достоинствам – малый вес, всего 32 кг, в сравнении с электромагнитным ретардером (в среднем от 100 кг) и простоту кострукции, так как нет необходимости в охлаждении.

Интардер Интардер.Некоторые производители автобусов и среднетоннажных грузовиков европейской конструкторской школы (ZF Friedrichshafen AG) встраивают ретандер непосредственно в коробку передач, чем достигается экономия в весе, простота обслуживания а так же возможность охлаждения агрегата ОЖ двигателя. Наиболее распространенным способом является установка ретардера за коробкой передач. Он соединяется со вторичным валом не напрямую, а через пару шестерен с передаточным отношением примерно 1:2, поэтому скорость вращения ротора здесь в два раза выше (что позволяет улучшить характеристики тормозного момента на малых скоростях). Но собственно почему интардер вынесен отдельно от гидродинамического ретардер? Все дело в соединении шестерен в соотношении 1:2. Я думаю, что ZF запатентовала эту схему, и другие производители не идут по этому пути по причине вынужденных отчислений.

 Турборетандер на тяжелых тягачах Mercedes-Benz Actros SLT и Arocs SLT. Тянуть за собой 250 тонн очень тяжело. Но еще тяжелее начать движение с таким грузом. Гениальность турбо-ретардера в том, что помимо своей основной функции, выполняет роль гидромуфтыв начале движения. Преимуществом такого способа передачи усилия является быстрое и плавное силовое замыкание с высоким проскальзыванием, при полном крутящем моменте двигателя до 3000 Нм, без износа узлов.
При нажатии на педаль акселератора, с помощью сжатого воздуха масло закачивается в сцепление с турбо-ретардером, это создает силовое замыкание между двигателем и первичным валом коробки передач. Количество масла регулируется нажатием на акселератор. Непосредственно после начала движения сцепление с турбо-ретардером замыкается, и масло удаляется из корпуса под воздействием центробежной силы, силовое замыкание между двигателем и коробкой передач производится стандартным способом с наивысшим КПД посредством фрикционного сцепления. В зависимости от нагрузки, подъема и выбранной программы движения тягач начинает движение на первой или второй передаче. Поскольку трогание с места с проскальзывающим сцеплением не требуется, на SLT оно выполнено как однодисковое сухое сцепление. (На Semi-SLT без сцепления с турбо-ретардером применяется двухдисковое сухое сцепление). При торможении турбинное колесо останавливается, и масло повторно закачивается в корпус, в этом случае сцепление с турбо-ретардером берет на себя функцию мощного первичного ретардера. Так же, водитель может маневрировать на очень малых скоростях, контролируя скорость педалью газа, как на обычной автоматической коробке передач с гидротрансформатором. Тронуться на подъеме с сотней тонн позади, тоже труда не составит.

 Горный (моторный) тормоз является самым простым, дешевым и универсальным средством торможения автомобиля. Работает только при включенной передаче и отпущенной педали акселератора. Суть работы горного тормоза сводится к отключению подачи топлива и частичному перекрытию выпускного тракта с целью создания противодавления на такте выпуска. Чаще всего представляет из себя заслонки с вакуумным сервоприводом. Конструктивно заслонка выполнена таким образом, чтобы обеспечить размер остаточного зазора достаточным для того, чтобы слишком большое противодавление не мешало нормальной работе выпускного клапана (точнее — исключалось его неконтролируемое открытие под воздействием отработавших газов из соседних цилиндров). Это одна из особенностей, ограничивающих максимальный тормозной момент такого тормоза-замедлителя.

 Jake Brake. Американские моторостроители пошли своим путем: там уже не первое десятилетие применяют Jake Brake — относительно простой тормоз Джакобса, встроенный в газораспределительный механизм. Принцип его работы основан на сбросе давления в цилиндре после такта сжатия при помощи штатного выпускного клапана. Для этого между толкателем и стержнем клапана устанавливается промежуточное звено — плунжер, изменяющий длину под действием управляющей гидравлической системы. Активная фаза торможения продолжается и на такте расширения, когда после закрытия клапана в цилиндре создается разряжение, поэтому такой тормоз называют декомпрессионным. Jake Brake применяется на грузовиках Freightliner (двигатели Cummins и Caterpillar) и DAF (голландцы не стали разрабатывать оригинальную конструкцию, а просто обратились за помощью к американцам).
Свой тормоз «по мотивам Jake Brake», но с несколько иным принципом действия сконструировал и MAN. Баварцы пошли сразу двумя путями — использованием заслонки в выпускном коллекторе и модернизацией газораспределительного механизма: маленький плунжер, встроенный в коромысло, уходит вслед за клапаном вниз, а моторное масло (оно начинает поступать через отдельный канал) давит на плунжер и удерживает клапан в приоткрытом положении. В течение всех тактов, кроме впуска, выпускной клапан открыт — а значит, двигатель работает как обычный компрессор, засасывая воздух и нагнетая его в закрытую заслонкой выпускную систему. В итоге противодавление выхлопных газов возрастает настолько, что существенно тормозит поршень и в конечном итоге ведущие колеса.