Підсилювачі гальмових систем

У гідравлічних гальмових приводах сучасних автомобілів мають широке застосування гідровакуумні підсилювачі. Обновною вимогою до підсилювача є слідкуюча дія - забезпечення пропорційності між силою, що прикладає водій до гальмової педалі, і зусиллям, що створює підсилювач. Існує декілька конструкцій підсилювачів, але будь-яка з них має слідкуючий і виконуючий пристрої. Слідкуючий пристрій складається з чутливого елемента - мембрани, важелів і двох клапанів - вакуумного і атмосферного. Виконуючий пристрій може бути виконано у формі мембранної чи поршневої вакуумної камери.

Головний гальмівний циліндр розміщують у більшості конструкцій в одному агрегаті з підсилювачем, хоча у деяких випадках їх розміщують окремо. Конструкція найбільш розповсюдженого гідровакуумного підсилювача наведена на рис. 6.35. У корпусі 2 підсилювача, закритому кришкою 4, знаходиться корпус 22 клапана з діафрагмою 23, що поділяє підсилювач на дві порожнини: вакуумну А і атмосферну Г. У корпусі клапана розміщений: повітряний фільтр 15 для очищення повітря, що входить у підсилювач, штовхач 14 з поршнем 5, гумовим клапаном 9, пружинами 16 і 17 і опорними чашками 5, 10 і 11.

Кульковий наконечник штовхача закріплений у поршні 5, а сам поршень фіксується у корпусі 22 клапана упорною пластиною 20, що утримується від випадання паском діафрагми 23. З боку кріплення головного циліндра в корпусі клапана розміщений еластичний буфер 21 і шток 3, що діє на поршні головного циліндра.

Рис. 6.35. Гідровакуумний підсилювач гальмової системи:

А - вакуумна порожнина; Б - канал, що з'єднує порожнину А з внутрішньою порожниною клапана; В - канал з'єднання з атмосферою; Г - атмосферна порожнина;

1 - втулка вакуумного шланга; 2 - корпус підсилювача; 3 - шток; 4 - кришка; 5 - поршень; 6 - болт кріплення; 7 - дистанційне кільце; 8 - опорна чашка пружини; 9 - клапан; 10 - опорна чашка клапана; 11 - опорна чашка зворотної пружини; 12 - захисний ковпачок; 13 – обойма захисного ковпачка; 14 - штовхач; 15 - повітряний фільтр; 16 – зворотна пружина клапана; 17 - пружина клапана; 18 - ущільнювач; 19 – стопорне кільце; 20 - упорна пластина; 21 - буфер;. 22 - корпус клапана; 23 - діафрагма; 24 - зворотна пружина; 25 - ущільнювач штока; 26 - болт кріплення; 27 - обойма ущільнювача; 28 - регулювальний болт; 29 - штуцер; 30 - наконечник шланга; 31 - клапан; 32 - шланг

Отвір для проходу штока 3 герметизований ущільнювачем 25, а отвір у кришці 4 для проходу корпуса 22 клапана ізольований ущільнювачем 18 і захищений гумовим ковпачком 12. У втулку 1, приварену до корпуса 2, вкручений штуцер 29 для кріплення наконечника 30 вакуумного шланга 32, що з'єднує вакуумну порожнину А підсилювача з впускним колектором двигуна. У наконечнику 30 шланга встановлений клапан 31, який відкриває отвір, якщо тиск у вакуумній порожнині А підсилювача буде більшим, ніж тиск у впускному колекторі двигуна.

При працюючому двигуні у впускному колекторі двигуна створюється розрідження. Через шланг це розрідження передається у порожнину А підсилювача.

Якщо гальмова педаль відпущена (рис. 6. 36, а), між сідлом клапана на корпусі 22 і клапаном 9 є зазор, і вакуумна порожнина А підсилювача через канал Б з'єднана з атмосферною порожниною Г. У цьому випадку тиск у порожнинах А і Г однаковий і корпус 22 клапана з діафрагмою 23 притиснутий пружиною 24 до кришки 4. Поршень 5 притиснутий до клапана 9 пружиною 17 і перешкоджає проникненню повітря у порожнини А і Г підсилювача. При натисканні на педаль гальма (рис. 6.36, б) штовхач 14 переміщується разом із поршнем 5 і рухливою частиною клапана 9, притискаючи клапан до сідла на корпусі 22. При цьому порожнини А і Г роз'єднуються. Переміщуючись далі, штовхач відводить поршень 5 від клапана 9 і повітря через фільтр 15, зазор, що утворився між клапаном 9 і поршнем 5, по каналу В надходить у порожнину Г. У цій порожнині створюється тиск у той час, як у порожнині А зберігається розрідження. Різниця тисків у порожнинах А і Г створює додаткову силу, що пересуває корпус 22 клапана з діафрагмою 23 і діє через корпус клапана на краї буфера 21 і далі на шток 3. Зусилля від ноги водія від педалі передається через штовхач 14, поршень 5 і середню частину шток 3. Під дією цих двох сил шток переміщує поршні головного циліндра.

Якщо призупинити натискання на педаль, не доводячи її до крайнього положення (рис. 6.36, в), то під дією різниці тисків у порожнинах Л і Г корпус 22 клапана і притиснутий до нього пружиною 17 клапан 9 просунуться далі до зіткнення клапана з кромкою зупиненого поршня 5. При цьому надходження повітря в порожнину Г припиниться і подальший рух корпуса 22 клапана призупиниться. Шток 3 просунеться менше, ніж корпус 22 клапана, за рахунок пружної деформації буфера 21, тому що корпус клапана стискає краї буфера, а центр його виходить у зазор, що утворився між буфером і поршнем 5. Якщо в цьому положенні трохи відпустити педаль, то поршень 5 відсуне клапан 9 від корпуса 22, тиск у порожнині Г зменшиться, і зворотна пружина 24 зі штоком 3 відтисне корпус 22 до зіткнення з клапаном 9.

Якщо, навпаки, трохи натиснути на педаль, то поршень 5 відсунеться від клапана 9, повітря почне надходити до порожнини Г і корпус 22 з клапаном 5 пересунеться далі, натискаючи на шток 3, до упору клапана 9 у поршень 5. Деталі підсилювача знову займуть положення, як на рис. 6.36, в.

При аварійному гальмуванні зазор між поршнем 5 і клапаном 9 зберігається і повітря продовжує надходити в порожнину Г.

При розгальмуванні (рис. 6.36, г) зворотна пружина відтягує педаль зі штовхачем 14 і поршнем 5 у вихідне положення. Клапан 9 відтискається поршнем 5 від корпуса 22 клапана, повітря з порожнини Г відсмоктується у порожнину А і тиск у цих порожнинах вирівнюється. Корпус 22 клапана з діафрагмою 23 відтискаються зворотною пружиною 24 і штоком 3 у вихідне положення.

Якщо підсилювач відмовить у роботі (порушення герметичності, поломка пружин тощо), то шток 3 через буфер 21 поршень 5 і штовхач 14 буде діяти завдяки лише зусиллю водія. При цьому поршень 5, упираючись у пластину 20 і буфер 21 буде пересувати шток 3 разом з корпусом 22 клапана.

Пневматичний привід гальмової системи застосовують, в основному, на вантажних автомобілях середньої і великої вантажопідйомності та на автобусах. До переваг пневмоприводу належать полегшене керування, зручність приводу гальмових механізмів причіпного рухомого складу, відносно спрощене розташування на автомобілі. До недоліків - великий час спрацювання (більший у 5-10 разів порівняно з гідравлічним приводом), складність виробництва й обслуговування, висока ціна обладнання, постійні затрати потужності на компресор для стисненого повітря.

Пневматичний привід гальмової системи має такі функціональні елементи:

- джерело енергії - компресор і ресивери;

- керуючі пристрої - гальмові крани і клапани керування причепами;

- виконуючі пристрої - гальмові камери, енергоакумулятори;

- регулюючі прилади - регулятори тиску повітря, гальмових сил тощо.

Крім того, до привода належать елементи, що підвищують експлуатаційні властивості системи - вологовідділювачі, захисні та прискорюючі клапани, клапани контрольного виходу, елементи сигналізації-візуальні та звукові тощо.

Відповідно до міжнародних вимог пневмопривід робочої гальмової системи повинен мати не менше двох незалежних контурів. Сучасні автомобілі, окрім незалежних контурів робочої системи, мають незалежні контури інших гальмових систем.

Пневматичне обладнання сучасного вантажного автомобіля, а тим паче автопоїзда, досить складне. Воно охоплює декілька десятків окремих елементів. Як приклад на рис. 6.37 наведена загальна схема пневматичного обладнання сучасного автомобіля-тягача. Система має п'ять автономних контурів:

- гальмові механізми передніх коліс;

- гальмові механізми задніх коліс;

- стоянкове гальмо;

- допоміжне гальмо-уповільнювач і живлення користувачів;

- аварійне розгальмування стоянкового гальма.

Гальмовий кран називають краном лише за традицією. Фактично він є регулятором тиску повітря, що надходить до колісних гальмових механізмів, в залежно від зусилля, що докладає водій до гальмової педалі. За принципом дії, гальмові крани можуть бути прямої і зворотної дії. Крани першого типу використовують для керування гальмівною системою автомобілів-тягачів, а також причепів (напівпричепів) при двопроводній системі автопоїзда.

Гальмові крани зворотної дії використовують для керування причепами при однопроводній системі автопоїзда.

Конструкція типового двосекційного гальмового крана автомобіля-тягача наведена на рис. 6.38. Основними його елементами є великий поршень (рис. 6.38, а), верхній 2 і нижній 11 клапани, слідкуючий 3 і малий 9 ступінчасті поршні, пружний елемент 4, важіль 5, штовхач 6, шпилька 7, а також пружини 8 і 10 і штовхач малого поршня 12.

Виходи І і II крана з'єднані з гальмовими камерами відповідно передніх і задніх коліс, виходи III і IV - з ресиверами роздільних контурів приводу робочого гальма.

У вихідному положенні (гальмова педаль відпущена) клапани 2 і 11 (рис. 6.38, б) під дією своїх пружин закриті, вихід І роз'єднаний з виходом IV і вихід II - з виходом III, з атмосферою вони з'єднані через клапан 13.

Розглянемо основи конструкції і принцип дії основних агрегатів гальмового пневматичного приводу автомобіля.

При натисканні на гальмову педаль (рис. 6.38, в) зусилля від ноги водія через систему тяг і важелів приводу передається на важіль 5 крана і далі через штовхач 6 і пружний елемент 4 передається слідкуючому поршню 3. Переміщуючись донизу, поршень 3 стискає пружину 8, закриває випускне вікно при торканні клапана 2 і роз'єднує вихід II з атмосферою. Після цього клапан 2 відходить від сідла і стиснене повітря, підведене до виходу III, починає надходити до виходу II і далі через регулятор гальмових сил передається у гальмові камери задніх коліс. Тиск повітря підвищується доти, поки сила натискання на важіль 5 не буде урівноважена тиском стиснутого повітря і пружини 8 на поршень 3. У такий спосіб здійснюється слідкуюча дія поршня у верхній секції гальмового крана.

Одночасно з підвищенням тиску на виході II стиснене повітря через канал у корпусі крана проходить у порожнину над великим поршнем 1 другої секції крана. Поршень 1 переміщується донизу і діє на малий поршень 9 другої секції. Переміщуючись, поршень 9 стискає пружину 10, закриває випускне вікно клапана 11 і, роз'єднуючи вихід І з атмосферою, відриває клапан 11 від сідла.

Стиснене повітря, що підходить до виходу IV, через відкритий клапан 11 надходить до виходу І і далі до гальмових камер передніх коліс 3 підвищенням тиску у виході І зростає тиск у порожнині під поршнями 7 і 9, що врівноважує зусилля, яке діє на поршень 9 зверху Унаслідок цього у виході І також встановлюється тиск, пропорційний зусиллю на важелі гальмового крана.

У такий спосіб здійснюється слідкуюча дія поршня у нижній секції гальмового крана.

У разі відмови в роботі верхньої секції крана (відсутній тиск у виході І) нижня секція керується механічно через шпильку 7 і штовхач 12, цілком зберігаючи свою працездатність. При цьому слідкуюча дія здійснюється зрівноважуванням зусилля, докладеного до важеля 5 зверху, і тиском повітря і пружини 10 на малий ступінчастий поршень 9 знизу.

Вихід з ладу нижньої секції крана (відсутній тиск у виході І) не впливає на роботу верхньої секції.

При знятті зусилля з педалі водія важіль 5 під дією пружного елемента повертається у вихідне положення. Слідкуючий поршень 3 під дією стисненої пружини 8 переміщується доверху, клапан 2 закриває сідло і доступ повітря з ресивера до виходу II припиняється. При подальшому переміщенні поршня 3 відкривається вихідне вікно і вихід II через клапан 13 сполучається з атмосферою.

Гальмові камери (рис. 6.39) призначені для приведення у дію гальмових механізмів коліс автомобіля. Порожнина над мембраною 6 через штуцер 5 з'єднана з повітряною магістраллю відповідного контуру гальмового приводу. Порожнина під нею - сполучається з атмосферою через дренажні отвори в корпусі 3.

При гальмуванні (рис. 6.39, а) стиснене повітря через штуцер 5 у кришці 4 підводиться у порожнину А камери. Мембрана 6, прогинаючись, переміщує шток 2 і через регулювальний важіль гальмового механізму (на рис. не показаний) повертає розтискний кулак. Останній притискає колодки до гальмового барабана із зусиллям, що пропорційне тиску повітря, підведеного в гальмову камеру.

При розгальмуванні (рис. 6.39, б) тиску гальмовій камері зменшується, шток з диском під дією зворотної пружини 8 повертається у вихідне положення, повертаючи важіль з кулаком і звільняючи у такий спосіб гальмівні колодки.

Гальмові камери з пружинними енергоакумуляторами застосовують для приведення у дію колісних гальмових механізмів як робочої, так і запасної, і стоянкової гальмових систем автомобіля-тягача або причепа. За конструкцією такий вузол (рис. 6.40) складається зі стандартної гальмової камери 1 і циліндра 4 з енергоакумулятором, що надбудований на камері. Робочий процес гальмової камери на відрізняється від описаного вище.

Пружинний енергоакумулятор є складовою частиною контуру пневматичного привода стоянкової та запасної систем.

У вихідному положенні, коли автомобіль розгальмований, а двигун його працює (рис. 6.40, б), стиснене повітря від ресивера підводиться лише у порожнину циліндра 4 енергоакумулятора. Під цим тиском поршень 3 переміщується і стискає робочу пружину 5 енергоакумулятора. Робоче гальмування під час руху автомобіля досягається за допомогою робочої гальмової системи - працюють лише основні гальмові камери (рис. 6.40, в).

Увімкнення стоянкового гальма (рис. 6.40, г) відбувається при повному випуску стиснутого повітря з порожнини циліндра енергоакумулятора. Такий випуск відбувається через прискорювальний клапан, керований ручним гальмовим краном. При зниженні тиску повітря робоча пружина 5 розпрямляється, поршень 3 переміщується і через штовхач 2 прогинає діафрагму (мембрану 9) робочої камери, повністю загальмовуючи автомобіль.

Вимикання стоянкового гальма досягається подачею стиснутого повітря у порожнину циліндра енергоакумулятора. При цьому пружина 5 має повернутися у своє вихідне - стиснуте положення.

Енергоакумулятори можна також використовувати при аварійному гальмуванні, поступово, за допомогою стоянкового гальмового крана, випускаючи стиснене повітря з їх циліндрів. Тиск повітря в циліндрах енергоакумуляторів при цьому залежить від положення рукоятки стоянкового гальмового крана.

При порушенні герметичності у контурі пневматичного привода або під час ремонтних робіт за допомогою енергоакумуляторів відбувається автоматичне гальмування автомобіля. Рух автомобіля в цьому випадку можливий лише після механічного розгальмування.

Пристрій для механічного розгальмування виготовлено у формі гвинта 6 із упорним підшипником 8, змонтованим у трубі штовхача 2 пружинного енергоакумулятора. При обертанні вручну за допомогою гайкового ключа гвинта 6 (рис. 6.40, д) поршень 3 разом зі штовхачем 2 переміщується, стискаючи пружину і звільняючи шток 11. Під дією зворотної пружини 12 важіль гальмового механізму з кулаком повертається у вихідне положення і колесо розгальмовується. Після закінчення ремонтних робіт гвинт б звичайно необхідно відкрутити, звільнивши тим самим пружину енергоакумулятора. Необхідність термінового розгальмування енергоакумуляторів може також виникнути і в аварійній ситуації (наприклад, під час аварійного спрацювання енергоакумуляторів на залізничному переїзді). На цей випа­док у гальмовій системі автомобіля передбачена можливість аварійного пневматичного розгальмування. Контур аварійного розгальмування складається з частини потрійного захисного клапана і спеціального пневматичного крана 30 (див. рис. 5.45) аварійного розгальмування. Постачання стиснутого повітря для цієї системи здійснюється від ресиверів першого і другого контурів робочої системи. При натисканні кнопки крана 10 аварійного розгальмування стиснене повітря надходить до допоміжного пропускного клапана 23 і далі до циліндрів енергоакумуляторів. Необхідно мати на увазі, що система аварійного розгальмування забезпечує приблизно триразове повне розгальмування стоянкового гальма.

Для керування стоянковою і запасною гальмовими системами призначений ручний кран керування (рис. 6.41).

Він забезпечує пропорційність тиску повітря в енергоакумуляторах кута повороту рукоятки 14. Під час руху автомобіля рукоятка крана перебуває у крайньому нижньому положенні (біля сидіння водія). При цьому стиснене повітря від ресиверів привода стоянкової і запасної систем підводиться до виходу І. Під дією пружини б шток 16 знаходиться у крайньому нижньому положенні, а клапан 22 під дією пружини 2 притиснутий до випускного сідла 21 штока 16. Стиснене повітря через отвори в поршні 23 надходить у порожнину А, а далі через впускне сідло клапана 22 у дні поршня 23 попадає у порожнину Б і по вертикальному каналу у корпусі 3 проходить до виходу III. Далі це повітря підводиться до пружинних енергоакумуляторів гальмового привода

При повороті рукоятки 14 разом із кришкою 13 повер-тається направляючий ковпачок 15. Сковзаючи по гвинтових поверхнях кільця 9, цей ковпачок піднімається вгору, захоплюючи за собою шток 16. Сідло 21 відривається від клапана 22, і він під дією пружини 2 піднімається до упору у сідло поршня 23.

Унаслідок цього прохо-дження стиснутого повітря від виходів І до III припиняється. Стиснене повітря через відкрите випускне сідло 21 на штоку 16 і центральний отвір клапана 22 виходить з виходу III в атмосферний вихід 11 доти, поки тиск повітря в порожнині А під поршнем 23 не перевищить силу врівнова-жуючої пружини 5 і тиск повітря над поршнем у порожнині Б.

Переборюючи силу пружини 5, поршень 23 разом із клапаном 22 піднімається угору до зіткнення клапана з випускним сідлом 21 штока 16, після чого випуск повітря припиняється. У такий спосіб здійснюється слідкуюча дія ручного крана.

Стопор 20 крана має профіль, що забезпечує автоматичне повернення рукоятки в нижнє положення при її відпусканні. Тільки у крайньому верхньому положенні фіксатор 18 рукоятки 14 входить у спеціальний виріз стопора 20 і фіксує рукоятку. При цьому повітря з виходу III цілком виходить в атмосферний вихід II (автомобіль при цьому нерухомий).