Mechanika ruchu samochodu podczas hamowania. Zadaniem układu hamulcowego jest zmniejszenie prędkości lub zatrzymanie pojazdu, zabezpieczenie przed stoczeniem na wzniesieniu lub unieruchomienie na postoju. Wymagania stawiane układom hamulcowym:
1. niezawodność 2.wysoka skuteczność w różnych warunkach drogowych 3.jak najszybsze uruchomienie układu 4.odpowiedni rozkład sił na poszczególne koła 5.stateczność ruchu pojazdu podczas hamowania (zachowanie podczas hamowania określonego przez kierowcę toru jazdy) - płynne zwiększenie siły hamowania w stosunku do wzrastającej siły uruchamiającej układ 6.duża trwałość i łatwość obsługi 7.niski poziom hałasu Proces hamowania występuje w przypadku : 1.odłączenie układu przeniesienia napędu od silnika (naciśnięcie sprzęgła lub wrzucenie luzu) – hamowanie odbywa się samoczynnie za pośrednictwem oporów ruchu. 2.hamowanie silnikiem (odpuszczenie pedału gazu na załączonym biegu) 3. hamowanie odbywa się za pośrednictwem oporów stawianych przez układ tłokowo korbowy. (Silnik nie otrzymuje paliwa, koła zaczynają napędzać wał korbowy a sprężone powietrze w cylindrach wywołuje moment hamujący przenoszony na koła napędzane) 4.włączenie hamulców ciągłego działania 5.włączenie hamulców (wytracenie prędkości poprzez wykorzystanie tarcia okładzin ciernych klocków i szczęk o tarcze i bębny) Na proces hamowania mają wpływ : 1.kierowca (decyduje o sile hamowania i momencie) 2.pojazd (stan techniczny układu hamulcowego i ogumienia) 3.droga (przyczepność kół do nawierzchni) Siły działające na samochód podczas hamowania: 1.Siły styczne do każdego z kół w punkcie ich styku z nawierzchnią działającą na nie zgodnie ze zwrotem momentu hamującego czyli chcą popchnąć ją do przodu 2.Gdy siła hamowania przekroczy wartość siły przyczepności dochodzi do zjawiska ślizgania się kół po nawierzchni drogi. Podczas hamowania zawsze występuje poślizg kół. Urządzenie które zapobiega blokowaniu się kół podczas hamowania jest układ ABS. 3.W trakcie hamowania pojazd porusza się ruchem opóźnionym z ujemnym przyspieszeniem zwanym opóźnieniem hamowania. Jest ono źródłem powstawania siły bezwładności skierowanej zgodnie z ruchem pojazdu i przeciwstawiającej się hamowaniu. Zadania i rodzaje układów hamulcowych: 1.Roboczy (zasadniczy) uruchamiany za pomocą pedału działa na wszystkie koła. Umożliwia zmniejszenie prędkości lub zatrzymanie pojazdu a także regulację skuteczności hamowania. 2.Awaryjny (pomocniczy) uruchamiany niezależnie w przypadku awarii hamulca zasadniczego i działa przynajmniej na jedną oś, podczas wywierania określonej siły na mechanizm który go uruchamia. 3.Postojowy (Ręczny) uruchamiany niezależnie od hamulca zasadniczego i działa bez konieczności utrzymywania siły na uruchamiający go mechanizm. Jego zadaniem jest zabezpieczenie pojazdu w miejscu (by się nie stoczył podczas nieobecności kierowcy) 4.Dodatkowy – umożliwia utrzymanie stałej prędkości lub jej zmniejszenie podczas pokonywania długiego spadku i przeznaczony jest do długotrwałego działania w sytuacjach w których długie hamowanie hamulcem zasadniczym mogło by doprowadzić do uszkodzenia tego hamulca (przegrzanie) Rodzaje układów hamulcowych: 1.Układ hamulca roboczego – powinien być podzielony na niezależne obwody w taki sposób aby w razie awarii jednego z nich pozostałe zapewniały przynajmniej 30% całkowitej skuteczności układu. Rozdział siły hamowania na prawe i lewe koło każdej z osi przy dobrych warunkach przyczepności kół do nawierzchni powinien być symetryczny. 2.Hamulec awaryjny – powinien być tak sterowany aby umożliwić kierowcy stopniowe powiększanie i zmniejszanie skuteczności hamowania. 3.Hamulec postojowy- powinien zapewnić utrzymanie pojazdu w spoczynku całkowicie obciążonego na wzniesieniu lub spadku o minimalnym pochyleniu 16%. Siła utrzymująca pojazd w miejscu powinna być pozyskana środkami mechanicznymi (elementy włączające muszą mieć stałe połączenie za pomocą linek lub cięgien z mechanizmem hamulcowym) Podział hamulców: Ze względu na sposób uruchamiania: 1.Mechaniczne np. postojowe 2.Hydrauliczne np. zasadnicze stosowane w sam osobowych i dostawczych 3.Hydropneumatyczne np. zasadnicze stosowane sam ciężarowych i autobusach 4.Pneumatyczne – podobnie jak hydropneumatyczne stosowane są w samochodach ciężarowych i autobusach 5.Elektropneumatyczne – o działaniu przyspieszonym dzięki zastosowaniu elektropneumatycznych zaworów umieszczonych w pobliżu mechanizmów hamulcowych
Ze względu na budowe: -Bębnowe -Tarczowe -Taśmowe Hamulce szczękowo bębnowe: Hamulec bębnowy składa się z: tylnej tarczy, rozpieracza, szczęk hamulcowych, bębna, sprężyn powrotnych. W hamulcach bębnowych siła hamowania powstaje w wyniku tarcia wywołanego dociskiem szczęk hamulcowych do wewnętrznej powierzchni bębna obracającego się wraz z kołem. Odpowiednio dużą siłę hamowania uzyskuje się dzięki sile rozpierającej szczęki oraz efektowi samowzmocnienia tej siły. Budowa: Tylna tarcza – jest mocowana za pomocą śrub do obudowy tylnej osi piasty koła. Ponieważ do niej są mocowane z kolei szczęki hamulcowe przenosi ona siły występujące podczas hamowania. Rozpieracz szczęk – przykręcony do tylnej tarczy składa się z cylinderka, tłoczka z uszczelnieniem, gumowej osłony oraz sprężyny. Dla każdego koła stosuje się jeden rozpieracz dwustronnego działania z dwoma tłoczkami rozpierającymi obydwie szczęki lub dwa rozpieracze jednostronnego działania działające oddzielnie na każdą szczękę. Po naciśnięciu pedału hamulca pompa podnosi ciśnienie płynu hamulcowego doprowadzonego do cylinderka (przewodami). To ciśnienie rozsuwa tłoczki które działają na szczęki i pojazd hamuje. Kiedy kierowca odpuści pedał sprężyna powrotna powoduje powrót tłoczków do pierwotnego położenia. Szczęka hamulcowa – wyłożona jest okładziną cierną. Okładzina mocowana jest do szczęki przy pomocy nitów lub kleju. Bęben hamulcowy – osadzony na kołnierzu piasty koła obraca się razem z nim. Systemy rozpierania szczęk : 1.Simplex, mające dwie szczęki o stałych punktach obrotu i jeden cylinderek hamulcowy dwustronnego działania 2.Duplex, mające dwie szczęki o przeciwległych podporach i dwa cylinderki jednostronnego działania, leżące po przeciwległych stronach koła, których tylne strony stanowią punkt podparcia dla drugiej szczęki 3.Duo-duplex, mające dwie szczęki podparte ślizgowo (tzw. pływające) i dwa cylinderki dwustronnego działania, leżące po przeciwległych stronach koła 4.Serwo (wzmacniające jednokierunkowo), mające dwie współbieżne szczęki zawieszone pływająco, które opierają się na sworzniu dociskowych, przesuwającym się bez ograniczenia w jedną stronę i jeden cylinderek dwustronnego działania 5.Duo-serwo, mające dwie szczęki prowadzone ślizgowo, które opierają się na sworzniu dociskowych przesuwającym się w obie strony, i jeden cylinderek dwustronnego działania. Hamulce tarczowe: Tarczowy mechanizm hamulcowy składa się z: 1.Zacisku z siłownikiem hydraulicznym lub pneumatycznym 2.Mocowanie zacisku (oprawy lub obejmy) 3.Klocków hamulcowych 4. Tarczy hamulcowej W hamulcach tarczowych siła hamowania powstaje w wyniku tarcia wywołanego dociskiem ruchomych klocków hamulcowych do płaskich powierzchni tarczy hamulcowej. Docisk klocków jest uzyskiwany za pomocą siłownika hydraulicznego lub pneumatycznego umieszczonego w zacisku. Zacisk hamulca z siłownikiem: Zacisk hamulca tarczowego wykonany jest z aluminium. Mocowany jest on do elementów nośnych podwozia i obejmuje z dwóch stron obracającą się wraz z kołem tarczę hamulcową. W zacisku znajduje się siłownik składający się z cylinderka i tłoczka, uruchamiany hydraulicznie lub pneumatycznie. W przypadku siłownika hydraulicznego tłoczek pod wpływem. Ciśnienia doprowadzonego płynu hamulcowego dociska przesuwne klocki do obracającej się tarczy hamulcowej. Tłoczek poruszający się w cylinderku siłownika ma elastyczną gumową osłonę przeciwpyłową. Rodzaje zacisków : 1. Ruchome (dwutłoczkowe) 2. Nieruchome (jednotłoczkowe) Zacisk nieruchomy: jest mocowany do obudowy lub osi piasty koła. Podczas hamowania ciśnienie płynu hamulcowego doprowadzone do dwóch cylinderków znajdujących się po obu stronach tarczy wysuwa dwa tłoczki dociskające klocki hamulcowe do tarczy. Zacisk ruchomy: Cylinderek z tłoczkiem znajduje się po jednej stronie. Wysuwający się tłoczek dociska wewnętrzny klocek do tarczy jednocześnie ruchomy zacisk przemieszcza się dociskając drugi klocek od strony zewnętrznej koła. W zależności od rozwiązania zacisk może przemieszczać się: osiowo (przesuwny), wahliwie (pływający lub wahliwy). Klocki hamulcowe: są montowane w zacisku. Materiał cierny klocków odznacza się dużą odpornością na tarcie i wysokie temperatury oraz małą ściśliwością. W jego skład wchodzą między innymi metale (wata stalowa, proszek miedziany), wypełniacze (tlenki glinu, mika, baryt) i środki adhezyjne (grafit, koks). Klocek hamulcowy składa się z : okładziny ciernej, metalowej płytki nośnej (do której jest przyklejona okładzina cierna), warstwa pośrednia z innego materiału lub z dodatkową płytką przeciwpiskową. Tarcza hamulcowa: tarcze hamulcowe są odlewane z żeliwa szarego lub staliwa. Stanowią najbardziej obciążone elementy układu hamulcowego. Energia hamowania w postaci ciepła zostaje przejęta przez tarczę które mogą nagrzewać się do temp 800oC a następnie przekazana do otoczenia. Aby uzyskać lepsze chłodzenie nacina się ją lub nawierca. Mechanizmy uruchamiające hamulce: Hamulec zasadniczy : pedał hamulca, urządzenie wspomagające, pompa hamulcowa, zbiornik wyrównawczy płynu hamulcowego, zawory korekcyjne sił hamowania, przewody sztywne i elastyczne łączące pompę hamulcową z siłownikami mechanizmów hamulcowych poszczególnych kół. Pompa hamulcowa: przetwarza siłę nacisku na pedał hamulca na ciśnienie płynu hamulcowego w układzie. Powstałe w pompie ciśnienie hydrauliczne jest przekazywane przewodami do siłowników hydraulicznych mechanizmu hamulcowego poszczególnych kół. Są to pompy dwusekcyjne (dwuobwodowe) : możliwe układy to II, X, HI, LL, HH Działanie jednego z dwóch obwodów nie jest uzależnione od działania drugiego (wyciek z jednego nie powoduje spadku jakości działania drugiego obwodu). Zbiornik wyrównawczy: może być montowany bezpośrednio na pompie hamulcowej lub jako oddzielny element połączony z pompą przewodami. Jeden zbiorniczek jest w stanie zasilić dwa niezależne obwody hamulcowe lub każdy obwód może mieć swój oddzielny zbiornik. Zbiorniczki najczęściej wykonywane są z przezroczystego tworzywa sztucznego co ułatwia sprawdzenie poziomu płynu hamulcowego. Spełnia on rolę zasobnika magazynującego zapas płynu i kompensującego zmianę jego objętości w obwodach na skutek zużycia okładzin różnic temperatur lub działanie innych układów (ABS, ESP) Przewody hamulcowe: płyn hamulcowy jest tłoczony z pompy do siłowników hydraulicznych mechanizmu hamulcowego każdego koła przez sztywne i elastyczne przewody. Przewody sztywne: mogą być stosowane tam gdzie elementy do których są przymocowane nie zmieniają swojego położenia względem siebie. Są montowane zaczepami do podwozia lub nadwozia w taki sposób by nie ocierały o żadne ruchome elementy. Przewody sztywne powinno się wymieniać co 6-10 lat, Przewody elastyczne: stosowane do połączeń ruchomych. Stosowane do łączenia sztywnych przewodów przymocowanych do podwozia lub nadwozia pojazdu. Te przewody wykonane są z dwóch warstw. Przewody powinny mieć odpowiednią długość ponieważ mogą się zgiąć i przetrzeć. Elastyczne przewody hamulcowe powinno się wymieniać raz na 5-6 lat. Układy rozdzielające siły hamowania: Korektor siły hamowania: W każdym samochodzie większa siła kierowana jest na przednie koła jest tak ponieważ w większości samochodów właśnie przód jest dużo cięższy (z powodu silnika umieszczonego z przodu). Dlatego środek ciężkości przemieszcza się do przodu pojazdu i właśnie przednie koła muszą być hamowane z większą siłą. Jeśli siła hamowania była by jednakowa na obu osiach wystąpiło by zablokowanie tylnej osi co mogło by być bardzo niebezpieczne (szczególnie podczas pokonywania zakrętu). Dlatego wprowadzono korektor siły hamowania który ma odpowiednio rozłożyć siły hamowania pomiędzy osiami. Korektory można podzielić na trzy grupy: 1. korektory sterowane ciśnieniem w przewodach hamulcowych - zapobiegają nadmiernemu wzrostowi ciśnienia w niektórych przewodach hamulcowych lub ciągły sposób zmieniać stosunek ciśnień w przewodach przedniej i tylnej osi. 2. korektory sterowane opóźnieniem - W tym przypadku zmiana ciśnienia w przewodach hamulcowych zarówno osi przedniej jak i tylnej następuje w sposób ciągły i sterowana jest intensywnością hamowania. 3. korektory sterowane obciążeniem osi, - uwzględniają zmiany statycznych nacisków na osie pojazdu. Najprostszym korektorem jest – zawór ograniczający ciśnienie montowany na przewodach za pompą hamulcową (ograniczają ciśnienie działające na hamulce tylnej osi). Układy zapobiegające blokowaniu kół: ABS – Układ przeciwblokujący hamulców, elektroniczny system bezpieczeństwa zapobiegający blokowaniu się kół pojazdu podczas gwałtownego hamowania. Działanie systemu ABS polega na optymalnym i nieustannym zapewnieniu kołom kontaktu z nawierzchnią drogi w celu zapewnienia autu jak najlepszej trakcji. System ABS pozwala kierowcy zmienić tor ruchu samochodu co pozwala hamować i omijać przeszkodę. Budowa ABS czujniki prędkości kół (przy każdym z kół), najczęściej magnetoindukcyjne, współpracujące z tarczami zębatymi przy kołach lub specjalnymi łożyskami, modulatory ciśnienia – obecnie najczęściej indywidualne dla każdego z kół, sterownik zarządzający systemem. Zasada działania : ABS działa na podobnej zasadzie hamowania pulsacyjnego, czujnik zamieszczony przy każdym kole wykrywa czy któreś z kół nie obraca się wolniej od pozostałych jeśli wykryje takie zdarzenie chwilowo siła hamowania (danego obwodu) ulega zmniejszeniu, gdy wszystkie koła zaczną się obracać z równą prędkością następuje zwiększenie siły hamującej. ASR: system kontroli trakcji (zapobiegający poślizgowi kół podczas zwiększania prędkości), jest odpowiedzialny za efektywne przenoszenie momentu obrotowego silnika na koła osi napędowej podczas ruszania lub przyspieszania na śliskiej nawierzchni. System korzysta z informacji przekazywanych przez czujniki ABS. Jeśli system wykryje poślizg któregoś z kół napędowych zaczyna działać i dąży do zminimalizowania uślizgu kół. MSR – system optymalizacji przyczepności kół napędzanych podczas hamowania silnikiem, redukcji biegu, zjeździe ze śliskich wniesień. MBA – mechaniczny asystent nagłego hamowania (samoczynnie zwiększa ciśnienie płynu hamulcowego w układzie podczas awaryjnego gwałtownego hamowania nie zależnie od nacisku na pedał hamulca) EDS – elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego, system EDS zapewnia optymalne przekazywanie momentu obrotowego na napędzane koła. Jeśli system wykryje poślizg któregoś z kół napędowych (czujniki ABS) zaczyna wyhamowywać to koło by niedopuścić do poślizgu pojazdu. ESP – elektroniczny układ stabilizacji toru jazdy – system oparty o czujnik ABS i czujnik skrętu kierownicy. Pozyskane przez centralną jednostkę systemu ESP informacje poddawane są analizie która określa czy pojazd utrzymuje zadany tor jazdy. Gdy analiza wykaże nadsterowność lub podsterowność odpowiedni sygnał z jednostki centralnej układu przyhamowuje właściwe koło tym samym przywracając auto na właściwy tor. Zasady wykonywania badań kontrolnych układu hamulcowego: 1.Ogledziny elementów układu – wzrokowa ocena kompletności i stanu technicznego. 2. Ocena skoku pedału hamulca – dokonujemy za pomocą liniału z podziałką lub wzrokowo. Skok jałowy stanowi przemieszczenie pedału od położenia początkowego do miejsca wyczuwalnego wzrostu oporu. 3.Ocena zapowietrzenia obwodu hamulcowego – kilkakrotne naciśnięcie na pedał wzrost skoku podczas kolejnych naciśnięć jest objawem zapowietrzenia. 4.sprawdzenie szczelności obwodu hydraulicznego – stały nacisk na pedał hamulca przez 1 minutę jeśli pedał nie opadnie obwód jest szczelny. 5. Kontrola działania świateł hamowania (stop) 6. Kontrolka działania mechanizmu uruchamiającego hamulec postojowy 7. Kontrola działania korektora siły hamowania. Ocena skuteczności układu hamulcowego: Metoda quasi statyczna – W trakcie badania pojazd nieruchomy a koła osi na której dokonuje się pomiaru są ustawione na rolkach napędzanych silnikami elektrycznymi. Każda z par rolek napędza niezależnie od siebie jedno koło samochodu. Powoduje to obracanie się kół badanej osi z prędkością obrotową odpowiadającą prędkości jazdy do przodu ok. 4km/h. Podczas nacisku na pedał hamulca następuje uruchomienie mechanizmów hamulcowych i wzrost momentu oporu rolek napędowych urządzenia. Układ hydrauliczny przetwarza powstałe momenty oporu na wskazania siłomierza dokonując pomiaru sił hamowania każdego koła oddzielnie. Metoda kinetyczna – Pojazd jest nieruchomy a koła obydwu osi ustawione na rolkach. Układ napędowy pojazdu napędza rolki oraz związane z nimi masy bezwładnościowe. Za pomocą mechanizmów moment obrotowy jest przekazywany na drugi zestaw rolek i koła nienapędzane pojazdu. Gdy wszystkie koła osiągną 50-70 km/h rozłączany jest napęd (wrzucony luz) i rozpoczyna się hamowanie. Urządzenie zlicza liczbę obrotów rolek od rozpoczęcia hamowania do całkowitego zatrzymania pojazdu. Opóźnienie kątowe rolek mierzone za pomocą czujnika przyspieszeń jest miarą siły hamowania. Metoda dynamiczna – stosuje się urządzenie płytowe. Składa się ono z czterech ruchomych płyt na które wjeżdża się samochodem z prędkością ok. 6-20km/h. W chwili gdy koła znajdą się na płytach należy zahamować pojazd. Powstałe siły bezwładności powodują przemieszczenie płyt na rolkach, proporcjonalnie do siły hamowania. Przemieszczenie płyt jest mierzone i rejestrowane przez specjalne zespoły dynamometryczne. Obsługa układu hamulcowego: 1. Oczyszczenie i sprawdzenie działania wszystkich elementów układu hamulcowego. 2.Ocena stopnia zużycia elementów po ich całkowitym lub częściowym demontażu. 3.Regulacja luzów 4. Sprawdzenie prawidłowości działania urządzenia wspomagającego 5. Sprawdzenie prawidłowości działania układu ABS (Jeśli hamulce SA uruchamiane hydraulicznie dodatkowo sprawdzamy): 6. Sprawdzenie poziomu płynu hamulcowego (ewentualne uzupełnienie) 7. Usunięcie nieszczelności i odpowietrzenie układu 8. Pomiar zawartości wody w płynie hamulcowym. Objawy nieprawidłowej pracy układu hamulcowego ster hydr: 1.pedał zbyt elastyczny a jego wysokość rezerwowa zbyt mała 2. Pedał wpada nisko „rosnąc” przy kolejnych naciśnięciach 3. Występuje blokowanie kół po odhamowaniu 4. Pojazd ściąga podczas hamowania 5. Hamulce działają zbyt intensywnie 6. Hamulce działają zbyt słabo, pomimo prawidłowego skoku pedała 7. Piski pojawiające się podczas hamowania Postępowanie podczas poszukiwania przyczyny elastycznego pedału hamulca: 1. Sprawdzić luzy oraz skok jałowy i roboczy pedału hamulca (wyregulować, a zużyte elementy wymienić) 2. Sprawdzić działanie pompy hamulcowej (wymienić pompe hamulcową) 3. Sprawdzić luzy między elementami ciernymi mechanizmu hamulcowego (wyregulować a zużyte elementy wymienić lub naprawić) 4. Sprawdzić działanie mechanizmów regulujących luz między elementami ciernymi (wyregulować a zużyte elementy regulacyjne wymienić) 5. Sprawdzić bicie tarczy hamulcowej (przetoczyć lub wymienić tarczę) Materiały i płyny: Płyn hamulcowy – przenosi ciśnienie hydrauliczne wytworzone w pompie hamulcowej na siłowniki mechanizmu hamulcowego poszczególnych kół pojazdu. Wymagania stawiane płynom hamulcowym są określane odpowiednimi normami. Dzielą one płyny hamulcowe na kilka rodzajów oznaczanych przykładowo symbolami DOT3, DOT4, DOT5, DOT 5.1 w zależności od składu chemicznego i właściwości. Płyn hamulcowy bardzo chłonie wodę co może doprowadzić do rozwodnienia płynu hamulcowego co spowoduje obniżenie temperatury wrzenia, a co za tym idzie – jego zagotowanie. Wymianę płynu hamulcowego powinno się przeprowadzać co dwa lata. Wymagania stawiane płynom hamulcowym: 1. Wysoka temperatura wrzenia płynu 2. Zmiana lepkości płynu hamulcowego pod wpływem różnic temperatury powinna być jak najmniejsza 3. Ściśliwość płynu hamulcowego powinna być mała i możliwie niezależna od temperatury. 4. Powinien chronić przed korozją.