Тормоза с пневматическим приводом: что общего у поезда и грузовика?

Знаете как работает тормозная система с пневматическим приводом? Сегодня порадуются любители тяжёлой, грузовой техники, а вместе с ними и мы все попытаемся понять эту пневматическую систему тормозов, которая является отличительной особенностью подобного вида транспортных средств.

Когда ещё не было автомобилей…

Надо сказать, что пневматические тормоза (использующие воздух в качестве рабочего тела) – изобретение не новое. Их история начинается ещё в конце ХIХ века, и разрабатывались они не для автомобилей, коих в те времена ещё толком то и не было, а для железнодорожного транспорта, развивающегося тогда семимильными шагами.

Своим появлением они решили сразу несколько проблем – позволили поездам стать более мощными, а также перевозить больше грузов, так как только пневматика смогла обеспечить адекватное тормозное усилие для тяжёлых составов.

До автомобилей это чудо инженерной техники добралось лишь в 40-е годы ХХ столетия, когда стали появляться поистине большегрузные тягачи и другая, нелёгкая техника на колёсах.

Пневматические тормоза: только воздух нам поможет

Почему лишь пневматический привод подходит для подобных транспортных средств? На самом деле вся проблема в человеке, а вернее в его ограниченных силах.

Эффективность привычных для нынешних легковушек гидравлических тормозов и уже тем более механических в любом варианте исполнения зависит от силы нажатия на педаль, и даже вакуумный усилитель, призванный помочь водителю, не всесилен.

А теперь представьте, с какой силой надо давить на педаль, чтобы остановить многотонный грузовик с прицепом.

Даже если создать гидравлическую систему, нагнетаемую, например, мощным насосом, то для того чтобы погасить энергию движения столь крупной техники, давление пришлось бы повысить до огромных величин, что влияло бы на надёжность всей схемы.

Справиться с этой задачей сможет только пневмопривод. О его принципе действия и конструкции далее.

Как работает тормозная система с пневматическим приводом?

Итак, как же заставить воздух работать на нас? Чтобы разобраться в этом, давайте рассмотрим общее устройство пневмотормозов. Простейшая схема состоит из таких элементов:

• компрессор;
• ресивер (воздушный баллон);
• кран;
• тормозной цилиндр (камера);
• колодки;
• педаль.

Схема простейшего пневмотормоза автомобиля

Работают вышеперечисленные механизмы вместе следующим образом. Одним из ключевых игроков команды выступает компрессор, который постоянно во время движения закачивает под давлением воздух в ресиверы.

В остальной части системы в это время держится низкое давление, но как только Вы нажимаете педаль – всё меняется.

В момент нажатия поворотная пробка крана изменяет положение и соединяет ресиверы с тормозным цилиндром. Попавший в него под большим давлением воздух, давит на диафрагму, которая в свою очередь перемещает шток, соединённый одним концом с разжимным кулаком.

Этот кулак последнее препятствие между энергией сжатого воздуха и тормозными колодками, которые сдаются под его напором и зажимают тормоза.

Когда педаль отпущена, кран возвращается в исходное положение, тем самым соединяя тормозную камеру с атмосферой. Давление в ней падает, тормоза отпускаются.

Хорошие и не очень стороны пневматики

Мы рассмотрели самый примитивный случай пневматической тормозной системы, в реальных конструкциях всё гораздо сложнее. Кстати, о сложности – это один из недостатков таких схем. Какие ещё минусы, а также какие плюсы есть у них?

Начнём с хороших сторон. Неоспоримым преимуществом пневмотормозов, о котором мы уже говорили, является возможность генерировать большие усилия на тормозные колодки, при этом педаль нажимается без особых проблем. Помимо этого, такие системы прощают небольшие негерметичности в магистралях, обладают высокой надёжностью и КПД, достигающим 80-85%.

Схема тормозной системы автомобиля

Конечно же, есть и недостатки. К ним относится большое время срабатывания пневматики, габариты и сложность системы, отбор мощности двигателя машины на работу компрессора, а также вероятность остаться без тормозов в морозы, так как в магистрали довольно часто попадает вода и при минусовых температурах она превращается в лёд, блокируя циркуляцию воздуха.

Вот мы и узнали как работает тормозная система с пневматическим приводом, которую вы, коллеги-автолюбители, не встретите на легковушках. А я продолжу знакомить вас с устройством машин и уже готовлю следующую интересную статью.

Пневматический тормозной привод

Пневматический тормозной привод для затормаживания автомобиля или прицепа использует сжатый воздух.
Преимущества и недостатки пневматического привода во многом противоположны гидравлическому приводу.
Так, к преимуществам относят неограниченные запасы и дешевизну рабочего тела (воздух), сохранение работоспособности при небольшой разгерметизации, т. к. возможная утечка компенсируется подачей воздуха от компрессора, возможность использования на автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа, использование в других устройствах, таких как пневматический звуковой сигнал, привод переключения многоступенчатых коробок передач, усилитель сцепления, привод дверей автобуса, подкачка шин и т. п.
Недостатками пневмопривода являются: большое время срабатывания вследствие медленного поступления сжатого воздуха к удаленным воздухонаполняемым объемам через трубопроводы с малым диаметром, сложность конструкции, большие масса и размеры агрегатов из-за относительно небольшого рабочего давления, возможность выхода из строя при замерзании конденсата в трубопроводах и аппаратах при отрицательных температурах.

Простейший пневматический тормозной привод автомобиля:
1 — ресивер;
2 — педаль;
3 — кран;
4 — тормозной цилиндр;
5 — пружина;
6 — шток тормозного механизма;
7 — тормозная колодка

Простейший пневматический тормозной привод автомобиля (а) состоит из ресивера, в который подается сжатый воздух из компрессора, крана, приводимого в действие от педали, и тормозной камеры, шток которой связан с разжимным кулаком тормозного механизма.
При торможении поворотная пробка крана соединяет внутреннюю полость тормозной камеры с ресивером и сжатый воздух, воздействующий на диафрагму, приводит в работу тормозной механизм (б).
Давление воздуха в тормозной камере устанавливается такое же, как в ресивере. При повороте пробки крана в другое положение (а) сжатый воздух выходит из камеры в атмосферу. Разжимной кулак возвращается в первоначальное положение и происходит растормаживание.

Принципиальная схема пневматического привода тормозов грузового автомобиля и прицепа

Реальный пневматический привод современного автомобиля намного сложнее. Принципиальная схема пневматического привода тормозов грузового автомобиля и прицепа показана на рисунке. Привод тягача содержит аппараты подготовки воздуха, аппараты контуров рабочей, стояночной и запасной систем тягача, аппараты управления тормозами прицепа. Привод прицепа включает аппараты рабочей и стояночной систем.
Воздух от компрессора поступает через регулятор давления, влагоотделитель к четырехконтурному защитному клапану (все эти устройства составляют систему подготовки воздуха). Тормозная система выполнена многоконтурной. К контуру привода передних тормозных механизмов относятся: ресивер с запасом воздуха, одна из секций тормозного крана, модуляторы антиблокировочной системы (АБС) и тормозные камеры передних тормозных механизмов. К контуру задних тормозных механизмов принадлежит второй ресивер, вторая секция тормозного крана, регулятор тормозных сил, модуляторы АБС и две тормозные камеры с пружинными энергоаккумуляторами. На трехосных автомобилях тормозные камеры задних осей обычно входят в состав заднего контура. На многоосных автомобилях тормозные камеры группируются в контуры различными вариантами, например, 1–2 и 3–4 оси или 1–3 и 2–4 оси. Третий контур является контуром стояночной системы и состоит из ресивера, тормозного крана со следящим действием, которым управляет водитель, ускорительного клапана и энергоаккумуляторов. Контур вспомогательной системы содержит кран управления и два пневмоцилиндра. Для управления тормозами прицепа на автомобиле-тягаче также имеются одинарный защитный клапан, клапан управления тормозами прицепа и соединительные головки.
Привод полуприцепа или прицепа имеет две соединительные головки, два магистральных фильтра, воздухораспределительный клапан, ручной кран стояночной системы без следящего действия, ресивер, регулятор тормозных сил, модуляторы АБС, тормозные камеры с энергоаккумуляторами или без них. Соединение пневмопривода тягача и прицепа выполняют двумя трубопроводами, которые образуют питающую и управляющую магистрали.
Реальная схема конкретного автомобиля может отличаться от рассмотренной наличием или отсутствием дополнительных приборов.
Сжатие воздуха для пневматического тормозного привода осуществляется компрессором, приводящимся в действие непосредственно от двигателя автомобиля. Максимальное давление, создаваемое компрессором, может достигать 1,5 МПа. Максимальное рабочее избыточное давление воздуха в ресиверах привода составляет 0,65–0,8 МПа и автоматически ограничивается регулятором давления.
Атмосферный воздух имеет определенный процент влажности. При сжатии компрессором он нагревается, а при движении по трубопроводам и через аппараты привода — остывает. При этом из сжатого воздуха выделяется влага, которая ускоряет коррозию внутренних поверхностей системы, смывает смазку и, главное, может замерзнуть в трубопроводах и аппаратах при отрицательной температуре, что приведет к отказу тормозов. Для удаления влаги (очистки воздуха) в питающей части привода, до или после регулятора давления, устанавливают влагоотделители. Очистка сжатого воздуха от влаги в них осуществляется термодинамическим или адсорбционным способом. Третий способ защиты — перевод конденсата в состояние низкозамерзающей жидкости. Для этого в специальном аппарате — спиртонасытителе — при низких температурах окружающей среды в сжатый воздух вводят пары спирта, которые, смешиваясь с выделившейся влагой, образуют раствор (антифриз) с низкой температурой замерзания.
Четырехконтурный защитный клапан, разделяет привод на четыре, действующих независимо друг от друга, контура. Защитный клапан позволяет двигаться воздуху только в направлении к ресиверам, защищая запас воздуха в ресиверах при разгерметизации на участке аппаратов подготовки воздуха. Одновременно он защищает исправные контуры от неисправного в случае обрыва в одном из них, не позволяя выйти воздуху в атмосферу сразу из всех ресиверов привода. Одинарный защитный клапан отключает привод тягача в случае разрыва питающего трубопровода прицепа. На некоторых автомобилях вместо четырехконтурного применяют двойные или тройные защитные клапаны аналогичного назначения. Пройдя через четырехконтурный клапан, сжатый воздух заполняет ресиверы контуров.
Работой любого контура рабочей системы управляет одна секция тормозного крана. Тормозной кран — это следящий аппарат, через который воздух при торможении поступает из ресивера в рабочие аппараты. Он управляется тормозной педалью в кабине водителя. При растормаживании через тормозной кран воздух из привода выпускается в атмосферу. Регулятор тормозных сил и модулятор АБС корректируют давление воздуха в контурах при торможении.
Стояночной тормозной системой управляют с помощью ручного тормозного крана, установленного в кабине водителя. Исполнительным элементом контура являются энергоаккумуляторы. Между краном и энергоаккумулятором размещен ускорительный клапан. Тормозной кран уменьшает или увеличивает давление в полости ускорительного клапана, который в соответствии с этим либо пропускает из ресивера воздух в цилиндр энергоаккумулятора, а значит, повышает в нем давление, либо для снижения давления в цилиндре выпускает воздух из него в атмосферу. Чтобы обеспечить быстрый выпуск воздуха из энергоаккумуляторов при торможении ускорительный клапан располагают максимально близко от них. Два крайних, фиксированных, положения рукоятки соответствуют максимальному избыточному давлению воздуха в энергоаккумуляторах или атмосферному. При промежуточных положениях рукоятки давление также может принимать любое промежуточное значение, что позволяет использовать данный контур в качестве контура запасной тормозной системы и производить плавное торможение.
Контур вспомогательной системы позволяет включать в работу моторный тормоз — замедлитель. При нажатии кнопки крана воздух поступает в пневмоцилиндры контура, а при отпускании — выходит в атмосферу. Из-за малого расхода воздуха этот контур не имеет собственного ресивера.
Магистраль, питающая ресивер прицепа сжатым воздухом (питающая магистраль), начинается от одинарного защитного клапана, а управляющая процессом торможения прицепа — от клапана управления тормозами прицепа. Подача сжатого воздуха в ресивер прицепа производится постоянно, независимо от того, происходит торможение тягача или нет. Управляющая магистраль используется для подачи команды на прицеп о начале торможения и его интенсивности. Команда подается путем изменения давления воздуха в управляющем трубопроводе. Чем больше давление в трубопроводе, тем интенсивнее тормозится прицеп. Максимальной интенсивности торможения соответствует максимальное давление в магистрали, при расторможенном состоянии полуприцепа избыточное давление в магистрали отсутствует. Давление в управляющей магистрали изменяется с помощью клапана управления тормозами прицепа. Он соединен с обоими контурами рабочей системы через контур стояночной системы. При торможении рабочей системой тягача воздух от обоих контуров поступает в клапан, который срабатывает и увеличивает давление в управляющей магистрали. Если выходит из строя один из рабочих контуров, торможение прицепа осуществляется по команде от исправного контура. При торможении стояночной системой тягача уменьшение давления в ее контуре приводит к срабатыванию клапана, и также осуществляется торможение прицепа.
Помимо штатного режима торможения клапан обеспечивает аварийное управление тормозами прицепа при разрыве питающей магистрали. Для этого он снабжен специальным устройством обрыва, который уменьшает давление в питающей магистрали, если командное давление от контуров тягача на вход аппарата поступает, а давление на выходе аппарата не увеличивается.
Для управления торможением прицепа его воздухораспределитель соединен с управляющей и питающей магистралями, с ресивером и тормозными камерами. По своим функциям воздухораспределительный клапан прицепа аналогичен тормозному крану на тягаче, но управляется он не педалью, а командным давлением воздуха, поступающим от тягача. В расторможенном состоянии воздух по питающей магистрали через воздухораспределитель заполняет ресивер прицепа, при этом давление в управляющей магистрали отсутствует. Максимальное давление воздуха в ресивере прицепа равно максимальному давлению в ресиверах автомобиля.
При торможении тягача с помощью рабочей или стояночной тормозной системы давление в управляющей магистрали увеличивается, что приводит к срабатыванию воздухораспределителя, который подает воздух из ресивера прицепа в тормозные камеры. Когда давление в управляющей магистрали снижается, прицеп растормаживается. Кроме того, торможение прицепа происходит всегда при уменьшении давления воздуха в питающем трубопроводе ниже 0,48 МПа, что может происходить при обычной расцепке тягача от прицепа на стоянке или при срабатывании клапана обрыва на тягаче. Такое затормаживание остановит прицеп при его полном отрыве от тягача во время движения. Растормаживание осуществляется или автоматически при последующем увеличении давления свыше 0,48 МПа, или вручную — специальной кнопкой на воздухораспределителе. Регулятор тормозных сил и модулятор АБС предназначены для корректирования давления воздуха, поступающего от воздухораспределителя к тормозным камерам.
Торможение прицепа стояночной системой производится краном, который выпускает воздух из энергоаккумуляторов тормозов прицепа. Некоторые прицепы могут снабжаться электромагнитным клапаном, который служит для включения тормозной системы прицепа при торможении автомобиля вспомогательной тормозной системой (моторным тормозом-замедлителем). При подаче электросигнала электромагнитному клапану от тягача он обеспечивает поступление сжатого воздуха из ресивера к тормозным камерам.