Устройство и работа тормозных систем.

Тормозная система служит для создания и изменения искусственного сопротивления движению автомобиля. Автомобили всех классов и типов обязательно должны быть оборудованы не менее чем тремя тормозными системами: рабочей, запасной и стояночной. Рабочая тормозная система является основной и служит для снижения скорости и остановки автомобиля. Запасная система предназначена для торможения автомобиля в случае полного или частичного выхода из строя рабочей системы, а стояночная – для удержания автомобиля неподвижным на стоянке. Часто в качестве запасной используют стояночную тормозную систему при соответствующем ее исполнении. Рабочая система приводится в действие нажатием на педаль и называется поэтому ножным тормозом. Стояночная система в большинстве конструкций срабатывает при воздействии на рычаг и называется ручным тормозом. Тормозные системы автомобилей состоят из двух частей: тормозных механизмов (тормозов) и тормозного привода. Тормозной механизм – это устройство, непосредственно создающее искусственное сопротивление движению автомобиля, преобразующее его кинетическую энергию в тепло, рассеиваемое в окружающую среду. Тормозной привод представляет собой совокупность устройств, предназначенных для передачи к тормозам и усиления воздействия водителя на педаль или рычаг тормоза. Работа тормозных механизмов основана на использовании трения, возникающего между деталями тормоза: одной, соединенной с какой-нибудь вращающейся частью автомобиля (обычно со ступицей колеса), и другими, связанными с не вращающейся частью. Наиболее распространены тормоза двух видов: колодочные барабанного типа, имеющие цилиндрические поверхности трения, и дисковые с плоскими трущимися поверхностями. Основным оценочным параметром тормозного механизма является максимальный момент трения, возникающий в нем. К рабочей тормозной системе предъявляются два основных требования: рабочая система должна действовать непосредственно на все колеса автомобиля и обеспечивать рациональное соотношение между тормозными силами, возникающими на колесах различных осей; привод рабочей системы должен иметь не менее двух контуров, действующих на разные группы колес, с тем, чтобы при отказе одного контура эффективность торможения оставшегося исправным контура составляла не менее 30% эффективности исправной рабочей тормозной системы. Преимущественное распространение имеют следующие типы приводов: для рабочей тормозной системы – гидравлический и пневматический; для стояночной системы – механический. Гидравлический привод отличается простотой конструкции, малой массой и применяется для автомобилей с полной массой, не превышающей 7 – 8 т. Пневматический привод сложнее, имеет более высокую стоимость, большую массу и отличается меньшим быстродействием (по сравнению с гидравлическим приводом). Его применяют в тех случаях, когда при нормативном усилии на педали тормоза гидравлический привод не может обеспечить необходимую эффективность торможения (автомобили полной массой более 7 – 8 т), и для автопоездов вследствие простоты соединения воздушных магистралей тягача и прицепного состава. Барабанный тормозной механизм Принципиальная схема работы тормозных механизмов барабанного типа такова. Внутри тормозного барабана, вращающегося вместе с колесом автомобиля, расположены колодки. Они посредством опорных пальцев шарнирно закреплены на не вращающейся части моста, на которой также установлено управляемое тормозным приводом разжимающее устройство. При его помощи колодки могут быть повернуты вокруг своих опорных пальцев до соприкосновения с барабаном, в результате чего и возникает необходимое для торможения автомобиля сопротивление вращению колес. Для увеличения трения между колодкой и барабаном колодки снабжают фрикционной накладкой. Разжимание колодок производится: при пневматическом приводе кулачком, который поворачивает исполнительный механизм привода; при гидравлическом приводе – поршневым устройством – колесным цилиндром. Основными элементами тормозов являются барабан, колодки, опорный узел, разжимающее устройство и устройство для регулировки зазора между колодками и барабаном в процессе эксплуатации. Барабаны для грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности отливают обычно из серого чугуна, а для легковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъемности выполняют комбинированными, представляющими собой штампованный из листовой стали диск, залитый в чугунный обод (см. рис. 18.1 и рис, 18.2). Барабан устанавливают на ступицу колеса, центрируют болтами или шпильками крепления колес. В сборе со ступицей производят окончательную механическую обработку рабочей поверхности барабана и его динамическую балансировку, в результате чего достигается минимальное биение и максимальная уравновешенность узла. Колодки отливают из ковкого чугуна, алюминиевого сплава или изготовляют составными: обод штампуют из стальной полосы, ребро – из стального листа и соединяют электродуговой сваркой. К наружной поверхности обода колодки приклепывают, приклеивают или прикрепляют винтами фрикционную накладку, которую обычно изготовляют прессованием из тех же материалов, что и фрикционные накладки ведомых дисков сцеплений. Конструкция концов колодки определяется особенностью разжимающего устройства и способом сопряжения колодки с опорным пальцем. Опорный узел состоит из опорного диска, или суппорта, опорных пальцев и вспомогательных деталей. Опорный диск штампуют из листовой стали, а суппорт отливают из ковкого чугуна. Болтами или заклепками их крепят к фланцам балки ведущего моста (задний тормоз) и поворотного кулака (передний тормоз). Они предназначены для установки других деталей тормоза и их правильного взаиморасположения и воспринимают силы, возникающие при торможении. Опорные пальцы имеют вид ступенчатого болта и закреплены в месте посадки гайкой. Колодки свободно опираются на пальцы или надеты на них. В первом случае на опорном конце ребра колодки предусматривают бобышку с цилиндрической выемкой под палец, колодки у пальцев стягивают пружиной. Во втором случае в ребре колодки делают отверстие, в которое входит палец. Опорные пальцы выполняют эксцентричными, что позволяет при сборке тормоза поворотом опорных пальцев центрировать колодки с тормозным барабаном. Положение пальцев фиксируют гайками. Разжимающее устройство устанавливают на опорном диске или суппорте со стороны, диаметрально противоположной опорным пальцам. Разжимающий кулак 1 (см. рисунок 18.1) куют как одно целое с валом из стали 45 и подвергают поверхностной закалке. Опорой кулака служит литой из ковкого чугуна кронштейн 2, который прикреплен к опорному диску 14 или суппорту болтами. На шлицевой конец вала кулака надет регулировочный рычаг 5, который при помощи штока 6 соединен с диафрагмой тормозной камеры 7. Тормозная камера является исполнительным звеном пневматического привода. Она прикреплена снаружи тормозного механизма к кронштейну разжимающего кулака. Сжатый воздух, поступающий при торможении в тормозную камеру, прогибает диафрагму, в результате чего происходит угловое перемещение регулировочного рычага, вместе с которым, разводя колодки, поворачивается разжимающий кулак. Чтобы сумма разжимающих сил не зависела от угла поворота кулака, его рабочую поверхность профилируют по спирали Архимеда. Часто между разжимающим кулаком и колодками устанавливают стальные закаленные ролики для уменьшения трения и износа. При гидравлическом приводе разжимающим устройством служит колесный цилиндр (см. рисунок 18.2), который прикрепляется к опорному диску изнутри тормоза. Каждая колодка опирается на соответствующий поршень рабочего цилиндра концом своего ребра, который входит в паз опорного наконечника поршня. Регулировочное устройство служит для регулировки зазора между барабаном и фрикционными накладками колодок в процессе эксплуатации. Этот зазор необходим для чистоты растормаживания. Он обеспечивается стяжной пружиной и точной фиксацией исходного положения колодок. Зазор требуется поддерживать в пределах 0, 2— 0, 4 мм. В тормозных механизмах с кулачковым разжимающим устройством исходное положение колодок определяется положением кулака. В соответствии с этим зазор регулируют поворотом кулака относительно неподвижного корпуса регулировочного рычага 5 (см. рисунок 18.1) при помощи червячного механизма, встроенного в рычаг. В тормозных механизмах с поршневым разжимающим устройством колодки в исходном положении фиксируют двумя способами: при помощи регулировочных эксцентриков 6 (см. рис. 18.2), на которые опираются колодки средней частью своего обода, или упорных упругих стальных колец, установленных в рабочих цилиндрах и ограничивающих возвратный ход поршней. Рисунок 18.1 – Тормозной механизм переднего колеса автомобиля ЗиЛ-130 1 – эксцентриковая шайба; 2, 10 – тормозные колодки; 3 – прижимная скоба; 4 – опорный диск тормоза; 5 – стопорная пружина регулировочного эксцентрика; 6– регулировочный эксцентрик; 7 – тепловой экран; 8– колесный цилиндр; 9 – стяжная пружина; 11 – опорный палец Рисунок 18.2 – Тормозной механизм автомобиля ГАЗ-53А Дисковый тормозной механизм Основными преимуществами дисковых тормозов по сравнению с колодочными барабанного типа являются: малый зазор между диском и колодками (0, 05 – 0, 15 мм), позволяющий увеличить передаточное число привода; хороший теплоотвод от поверхностей трения; равномерное распределение давления по поверхности фрикционных накладок и их равномерный износ. Типовая конструкция дискового тормоза изображена на рисунке 18.3. Тормозной диск 8 с задней (по ходу автомобиля) стороны охватывает чугунный литой суппорт (скоба) 13, который двумя болтами привернут к кронштейну поворотной стойки 11 подвески. В специальных пазах суппорта установлены и зафиксированы защелками отлитые из алюминиевого сплава цилиндры 4. Рабочая поверхность цилиндра отличается высокими точностью и качеством обработки, что повышает износостойкость поверхности. Для уменьшения трения она покрыта слоем хрома. В цилиндрах установлены поршни 17, опирающиеся на колодки 14. Эти колодки надеты на два закрепленных на суппорте пальца, служащих направляющими для колодок и осуществляющих их фиксацию на суппорте при монтаже. Тормозные колодки изготовлены из листовой стали; с одной стороны к ним приклеена фрикционная накладка. На внутренней поверхности каждого цилиндра проточена кольцевая канавка, в которую установлено резиновое уплотнительное кольцо 16. Вследствие упругих свойств этого кольца поршни отходят после торможения в исходное положение, и автоматически поддерживается зазор между колодками и диском. Колодки отжимаются также диском, который имеет осевое биение (до 0, 15 мм). Оба цилиндра связаны между собой соединительной трубкой 2, обеспечивающей одновременность их действия и равенство нажимных усилий с обеих сторон тормозного диска. а – общий вид; б– суппорт с колесными цилиндрами; 1 – гибкий шланг; 2 – соединительная трубка; 3 – штуцер для удаления воздуха из системы; 4 – колесные цилиндры; 5 – колесо; 6– болт крепления колеса к ступице; 7 – грязезащитный кожух; 8 – тормозной диск; 9 – ступица колеса; 10 – кронштейн суппорта; 11 – стойка передней подвески; 12 – болт; 13 – суппорт; 14 – колодка с накладкой; 15 – манжета; 16 – уплотнительное кольцо; 17 –поршень Рисунок 18.3 – Дисковый тормозной механизм переднего колеса автомобиля ВАЗ-2101 Гидравлический тормозной привод В общем случае гидравлический привод (рисунок 18.4) состоит из главного цилиндра 2, колесных цилиндров 4, гидровакуумного усилителя 5, разделителя 3 привода тормозов и соединительных трубопроводов. 1 – педаль тормоза; 2 – главный цилиндр; 3 – разделитель привода; 4 – колесный цилиндр; 5 – гидровакуумныйусилитель; 6 – запорный (обратный)клапан Рисунок 18.4 – Схема гидравлического тормозного привода Главный цилиндр. Типовая конструкция главного цилиндра показана на рисунке 18.5. Он служит для того, чтобы при торможении создавать в системе необходимое давление рабочей жидкости. При нажатии на педаль 19 тормоза толкатель 16 перемещает поршень 14, который выталкивает из рабочей полости Д цилиндра тормозную жидкость через выпускной клапан 8 в магистраль. При отпускании педали поршень, толкатель и педаль под действием пружин 13 и 20 возвращаются в исходное положение; выпускной клапан закрывается; из колесных цилиндров под действием стяжных пружин тормозная жидкость вытесняется через открытый обратный клапан 7 в рабочую полость главного цилиндра. Вследствие установочной деформации пружины 13 и действия обратного клапана 7, в магистрали после торможения поддерживается избыточное давление, равное 0, 06 – 1, 0 МПа, что предотвращает проникновение туда воздуха. При быстром опускании педали тормоза жидкость, поступающая из магистрали, не успевает заполнить освобождаемый поршнем объем цилиндра, и возникает опасность подсоса воздуха из полости А в полость Д. Чтобы избежать этого, полость А делают замкнутой и отверстием В сообщают с резервуаром 10. В результате недостающее количество тормозной жидкости поступает в рабочую полость цилиндра через отверстия В и Б и пластинчатый клапан 4. Поступающая в дальнейшем из магистрали избыточная жидкость перетекает в резервуар через компенсационное отверстие Г. Корпус главного цилиндра отливают из чугуна и часто изготавливают как одно целое с резервуаром для рабочей жидкости. Поршень делают из алюминиевого сплава. Его головки уплотняют в цилиндре резиновыми манжетами 3 и 5. Исходное положение поршня в цилиндре фиксируется упорной шайбой 2 и стопорным кольцом 1, а безусловное достижение поршнем этого положения обеспечивается наличием зазора 1, 5 – 2, 5 мм между толкателем 16 и днищем поршня при отпущенной педали. Зазор регулируют ввертыванием штока 18 в толкатель 16 или вывертыванием из него. А — полость за поршнем; Б, В и Г — отверстия; Д — рабочая полость; 1 – стопорное кольцо; 2 – упорная шайба; 3, 5 – уплотнительные манжеты; 4 – пластинчатый клапан; 6 – пружина выпускного клапана; 7 – обратный клапан; 8 – выпускной клапан; 9 – резьбовая пробка; 10 – резервуар для рабочей жидкости; 11 – корпус; 12 – штуцер; 13 – пружина обратного клапана; 14 – поршень; 15 – чехол; 16 – толкатель; 17 – контргайка; 18 – шток; 19 – педаль тормоза; 20 – возвратная пружина Рисунок 18.5 – Главный цилиндр гидравлического тормозного привода автомобиля ГАЗ-53А Колесные цилиндры. Они служат для того, чтобы под действием давления тормозной жидкости прижимать колодки к тормозному барабану или диску. На рисунке 18.6 показана типичная конструкция колесного цилиндра. В чугунном корпусе 5, который закреплен на опорном диске тормоза, помещены два поршня 6, изготовленные из алюминиевого сплава. В каждый поршень запрессован стальной наконечник 3, в который упирается ребро колодки тормоза. Резиновые манжеты 7, распираемые пружиной 8, служат для герметизации рабочей полости цилиндра. Резиновые чехлы 4 защищают рабочую полость цилиндра от загрязнения. 1 – клапан для удаления воздуха из системы; 2 – пробка; 3 – наконечник; 4 – резиновый чехол; 5 – корпус; 6 – поршень; 7 – уплотнительная манжета; 8 – пружина Рисунок 18.6 – Колесный цилиндр гидравлического тормозного привода автомобиляГАЗ-53А Гидровакуумный усилитель. Он предназначен для создания дополнительного давления рабочей жидкости в магистрали, идущей к колесным цилиндрам, путем использования разрежения во впускном трубопроводе двигателя. Чем выше давление в главном цилиндре, тем при большем значении разницы давлений устанавливается равновесное состояние. Так, с помощью усилителя достигают пропорциональности между усилием на педали тормоза и давлением жидкости в колесных цилиндрах, что необходимо для точного регулирования водителем интенсивности торможения. Пневматический тормозной привод Основными составными частями пневматического тормозного привода являются (см. рисунок 18.7) компрессор 5, регулятор давления 4, воздушные баллоны 10, предохранительный клапан 3, тормозной кран 1 и тормозные камеры 2 и 6. Компрессор. Он представляет собой двухцилиндровый поршневой воздушный насос, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя клиноременной передачей. Воздух поступает в компрессор через воздухоочиститель системы питания двигателя, а из компрессора вытесняется в баллоны. Для охлаждения и смазки компрессора его соединяют с соответствующими системами двигателя. Баллоны и предохранительный клапан. Баллоны, изготовленные из листовой стали, служат для хранения сжатого воздуха. В них воздух охлаждается, от него отделяются влага и масло, поэтому для периодического слива конденсата в баллонах предусмотрен сливной краник. В соответствии с требованиями безопасности на автомобилях устанавливают баллоны ограниченной вместимости (не более 25 л). Число, баллонов зависит от необходимой их общей вместимости, которая равняется 20 – 25-кратному суммарному объему всех тормозных камер. Предохранительный клапан предотвращает опасное повышение давления в системе в случае неисправности регулятора давления. Его устанавливают на одном из баллонов. Он представляет собой шариковый клапан, обеспечивающий выпуск воздуха из баллонов в атмосферу при давлении в них 0, 90 – 0, 95 МПа. 1 – тормозной кран; 2, 6 – тормозные камеры; 3 – предохранительный клапан; 4 – регулятор давления; 5 – компрессор; 7 – кран отбора воздуха; 8 – разобщительный кран: 9 – соединительная головка; 10 – воздушные баллоны Рисунок 18.7 – Схема пневматического тормозного привода автомобилей МАЗ Тормозной кран. Он служит для регулирования давления в тормозных камерах пропорционально силе нажатия на педаль тормоза. На одиночных автомобилях применяются одинарные тормозные краны. На автомобилях-тягачах, постоянно работающих с прицепами, устанавливают комбинированные тормозные краны, управляющие тормозами тягача и прицепа. Получают применение сдвоенные тормозные краны. Они состоят из двух одинарных кранов, объединенных в одном корпусе и имеющих общий привод от педали тормоза. Каждая секция сдвоенного тормозного крана раздельно управляет тормозами одной пары колес (передних или задних). Для повышения рабочего давления необходимо увеличить приводную силу, для понижения – уменьшить. В результате этого кран будет находиться в новом равновесном состоянии, соответствующем иному рабочему давлению. Так тормозным краном обеспечивается пропорциональность давления в тормозных камерах усилию, прикладываемому к педали тормоза. Тормозная камера. Она является последним (исполнительным) звеном пневматического тормозного привода и служит для поворота разжимающего кулака.