Układy hamulcowe
Prowadzący:
prof. dr hab. inż. Piotr Dudziński, prof. zw. PWr.
Program prezentacji:
1. Zadanie i rodzaje układu hamulcowego.
2. Budowa i zasada działania hydraulicznego układu hamulcowego.
3. Samochodowy hamulec hydrauliczny tarczowy.
4. Samochodowy hamulec hydrauliczny bębnowy.
5. Rodzaje tarcz hamulcowych.
6. System ABS.
7. Pneumatyczny układ hamulcowy.
8. Hamulce przemysłowe:
- tarczowe - szynowe
-bębnowe
1. Zadanie i rodzaje układu hamulcowego
Zadaniem układu hamulcowego w każdym pojez
dzie jest zmniejszenie prędkości lub
zatrzymanie pojazdu albo utrzymanie go w stanie spoczynku. Samochód zgodnie z przepisami
musi być wyposażony w dwa układy hamulcowe:
- podstawowy (roboczy)  uruchamiany nogą poprzez naciśnięcie pedału hamulca. Hamowanie
odbywa się tylko w czasie gdy hamulec jest naciskany (układ monostabilny)
- dodatkowy (awaryjny; potocznie: ręczny)  hamulec ten służy głównie jako hamulec
postojowy w celu zabezpieczenia pojazdu przed zjechaniem z miejsca postoju. W razie awarii
hamulca podstawowego ma on za zadanie awaryjne wyhamowanie pojazdu. Jest to najczęściej
układ dz
wigni i cięgien.
Współczesne układy hamulcowe są wyposażone w układy wspomagające podciśnieniowo siłę
hamowania,(z układu dolotowego silnika - silniki benzynowe, pompy podciśnienia - silniki
diesla) przez co nie trzeba używać dużej siły naciskając na pedał hamulca, jak miało to miejsce
w starszych pojazdach. Układ zbudowany jest dwuobwodowo w celu zwiększenia
bezpieczeństwa, w momencie uszkodzenia jednego obwodu drugi nadal może swobodnie
tłoczyć płyn hamulcowy, choć siła hamowania jest dużo mniejsza.
2. Budowa i zasada działania hydraulicznego układu
hamulca.
Budowa:
1. Pedał hamulca
2. Pompa hamulcowa
3. Przewody doprowadzające płyn
hamulcowy
4. Zbiornik na płyn hamulcowy
5. Zaciski hamulcowe
Zasada działania:
Kierujący naciska pedał hamulca (1) w
celu zatrzymania samochodu, pompa
tłoczy płyn hamulcowy (2) pod
ogromnym ciśnieniem przewodami (3), w
związku, z czym tłok umiejscowiony
w zacisku (5) dociska klocki do tarczy
obracającej się wraz z kołem. Samochód
wytraca prędkość aż do całkowitego
zatrzymania. Zapewnia równy rozkład
siły hamowania bez konieczności
regulacji.
3. Samochodowy hamulec hydrauliczny tarczowy
" Tarcza hamulcowa połączona sztywno z
hamowanym wałem oraz dwóch lub więcej
nieobracających się klocków pokrytych
okładziną cierną, które są dociskane do
tarczy
" Klocki hamulcowe wykonane są z
materiału o bardzo wysokim współczynniku
tarcia. W wyniku tarcia zostaje wytworzona
bardzo duża ilość ciepła. Dlatego ważne
jest aby hamulce były dobrze chłodzone
powietrzem. W tym celu nowoczesne tarcze
wykonywane są z skomplikowanych
materiałów co powoduje lepsze
odprowadzanie ciepła. Mogą być rownież
wentylowane, nawiercane oraz frezowane,
lecz takie tarcze są wykorzystywane w
ekstremalnych warunkach np. w sportach
samochodowych.
Budowa i zasada działania
" Po naciśnięciu pedału hamulca pompa
tłoczy płyn hamulcowy pod wysokim
ciśnieniem. W wyniku tego tłok znajdujący
się w zacisku zostaje wypchnięty co
powoduje dociśnięcie klocków
hamulcowych do tarczy, która obraca sie
razem z kołem. W wyniku tarcia
występującego między tymi dwoma
elementami samochód zwalnia, aż w końcu
staje w miejscu.
" Skuteczność hamulców zależy od:
- Przyczepności ogumienia kół do
nawierzchni drogi
-Wielkości oporów powietrza działającego
na poruszający się pojazd
-Rozłożenia masy pojazdu na przednią i
tylną oś
4. Samochodowy hamulec hydrauliczny bębnowy
" Hamulec cierny segmentowy-
dwuszczękowy
" Hamulce bębnowe są przymocowane do
piasty koła i obraca się wraz z nią podczas
jazdy. Szczęki hamulcowe są nieruchomym
członem, na którym znajdują się okładziny
cierne. Kolejnym charakterystycznym
elementem hamulca bębnowego jest
rozpieracz szczęk, odpowiedzialny
za docisk szczęk do bębna. Z kolei sprężyna
zapewnia powrót tych szczęk do stanu,
w którym bęben nie styka się z nimi.
Wszystkie trzy ostatnie części znajdują się
na nieruchomej tarczy nośnej umieszczonej
nieruchomo względem osi.
-Wadą w stosunku do hamulców
tarczowych jest ich większa podatność na
przegrzewanie się co zmniejsza skuteczność
hamowania.
Budowa i zasada działania
Składają się z siłownika hydraulicznego, Zasada działania:
szczęk oraz bębna, który stanowi ich
Szczęki umieszczone są wewnątrz bębna.
obudowę i jednocześnie element czynny 
Naciśnięcie pedału hamulca uruchamia
połączony z obracającym się wałem.
siłownik, który rozpiera szczęki w kierunku
zewnętrznym. Na szczękach znajduje się
okładzina cierna. Podczas kontaktu szczęk
z wewnętrzną częścią bębna następuje
hamowanie. Za powrót i utrzymanie w
położeniu braku tarcia szczęk
odpowiedzialna jest sprężyna odciągająca.
Zalety:
trwałość okładzin ciernych w porównaniu
z klockami hamulcowymi, prosta budowa,
trwałość takiego układu przy okresowych
kontrolach może dochodzić nawet do 100
tys. km w samochodach osobowych
Wady: przegrzewanie się, okładziny słabo
odprowadzają ciepło przez ich zabudowę,
ciężkie, wrażliwe na zanieczyszczenia
Rodzaje tarcz hamulcowych
Rodzaje tarcz
" Monolityczne tarcze hamulcowe
W popularnych autach osobowych sprzed kilku lat najczęściej spotkać można tarcze monolityczne czyli
wykonane z pełnego fragmentu metalu. Są zdecydowanie wydajniejsze od hamulców bębnowych, jednak ich
intensywna eksploatacja powoduje nadmierne ich przegrzewanie co drastycznie obniża skuteczność
hamowania.
" Wentylowane tarcze hamulcowe
Obecnie nawet w popularnych autach miejskich coraz częściej spotkać można wentylowane tarcze
hamulcowe. Pomiędzy dwiema ich połówkami są specjalne otwory odprowadzające ciepło, które obniżają
ryzyko przegrzania się tarcz. Wpływa to na wyraz
ne wydłużenie czasu, w którym tarcze zachowują swoje
wysokie parametry pracy. Skuteczność hamowania jest wysoka nawet w przy dynamicznej jez
dzie.
Nawiercane i nacinane tarcze hamulcowe
Osoby użytkujące sportowe auta, oczekują od układu hamulcowego znacznie większej wydajności i
odporności na przegrzanie. Jedno dynamiczne okrążenie na torze wyścigowym może skutkować takim
nagrzaniem tarcz, że utracą prawie całkowicie siłę hamowania. Zjawisko to określa się mianem  fading . Aby
zapobiec takiej sytuacji samochody sportowe wyposażane są w nawiercane bądz
nacinane tarcze hamulcowe,
wykonane ze specjalnego stopu stali, które jeszcze efektywniej odprowadzają wysoką temperaturę. W wielu
przypadkach skuteczność takich tarcz jest najwyższa dopiero po rozgrzaniu ich do określonej temperatury
roboczej.
Rodzaje tarcz
" Węglowo-ceramiczne tarcze hamulcowe
Na szczycie klasyfikacji tarcz hamulcowych znajdują się ceramiczne tarcze hamulcowe
wzmacniane włóknami węglowymi. Rozwiązania tego typu stosowane są głównie w sporcie
motorowym ale coraz częściej spotkać je można sportowych autach osobowych. Pierwszym
modelem seryjnie w nie wyposażonym było Ferrari Enzo. Nawet w warunkach torowych ich
przegrzanie jest praktycznie nieosiągalne, przez co auto może wielokrotnie pokonywać tor, bez
utraty skuteczności hamowania. Poza tym, tego typu hamulce coraz częściej spotkać można w
nowoczesnych autach typu SUV, których masa często przekraczająca ponad dwie tony
negatywnie wpływa na długość drogi hamowania. Obecnie hamulce ceramiczno-węglowe
instalowane są w topowych samochodach takich koncernów jak m.in. Alfa Romeo, Audi, BMW,
Chevrolet, Lamborghini, Lexus, Maserati, Nissan, McLaren, Porsche czy VW.
5. System ABS (Anti-Lock Braking System)
" System ABS jest to układ stosowany w pojazdach mechanicznych w celu zapobiegania
blokowaniu kół podczas hamowania, jako element układu hamulcowego. Czasami
całkowicie błędnie nazywany systemem antypoślizgowym. Naprawdę jego rola jest inna  ma
utrzymywać poślizg kół na pewnym, ściśle określonym poziomie.
Zadania układu ABS:
" zapobieganie utracie stabilności samochodu podczas hamowania,
" zapewnianie kierowalności podczas hamowania,
" skrócenia drogi hamowania.
Budowa:
Typowy system ABS zbudowany jest z układów kontrolujących prędkość obrotową każdego z
kół oraz zaworów (układów) zmniejszających ciśnienie oddzielnie w każdym obwodzie
hamowania, a w rozbudowanych układach indywidualnie na każdym kole. Działanie zaworów
jest sterowane przez system komputerowy na postawie obrotów kół.
ABS
Zasada działania:
Utrata sterowności samochodu podczas hamowania następuje, gdy koła z co najmniej jednej osi
samochodu przestają się obracać. Wówczas różnice sił hamowania na poszczególnych kołach
wprawiają samochód w ruch obrotowy wokół osi pionowej. By zapobiec temu zjawisku,
wprowadzono system zapobiegający blokowaniu (zatrzymywaniu) kół podczas hamowania.
System naśladuje hamowanie impulsowe ale robi to znacznie dokładniej niż kierowca, gdyż
pozwala na utrzymanie współczynnika poślizgu koła na poziomie 10-30%. W tych warunkach
sterowność pojazdu zachowana jest na satysfakcjonującym poziomie (koła wciąż mogą
przenosić stosunkowo wysokie siły poprzeczne odpowiedzialne za sterowność), a jednocześnie
współczynnik przyczepności jest zbliżony do wartości współczynnika przyczepności przylgowej
(najwyższej osiągalnej dla danej nawierzchni), co pozwala na skrócenie drogi hamowania.
System kontroluje obroty kół podczas hamowania i jeżeli kierowca naciśnie tak silnie na
hamulec, że jedno z kół obraca się wolniej niż pozostałe, to system ABS zmniejsza na chwile
siłę hamowania obwodu, w którym jest to koło lub tylko tego koła (w nowszych układach);
jeżeli koło ponownie zacznie się obracać, siła hamowania jest ponownie zwiększana. Cykle
redukcji siły hamowania są bardzo szybkie.
6. Pneumatyczny układ hamulcowy.
" Są obecnie stosowane w zasadzie we wszystkich pojazdach ciężarowych i autobusach.
" y
ródłem energii potrzebnej do uruchomienia hamulców jest sprężone powietrze dostarczone
przez sprężarkę zainstalowaną przy silniku i magazynowane w zbiorniku o odpowiedniej
pojemności.
" Kierowca steruje dopływem sprężonego powietrza do mechanizmów hamulcowych.
" pneumatyczny układ hamulcowy jest cięższy od układu hydraulicznego, a zastosowanie takiego
układu hamulcowego wymusza montaż dodatkowego osprzętu: sprężarki (napędzanej zwykle
paskiem klinowym), pneumatycznego układu zasilającego (przewody powietrzne) oraz
zbiorników na sprężone powietrze.
" Budowa:
1  sprężarka 2  regulator ciśnienia 3  ochrona przed mrozem 4  zbiornik powietrza 5 
złącza 6  zawór hamowania
Schemat
Zasada działania
" Przy naciśnięciu pedału hamulcowego pojazdu ciągnącego przyczepę otwiera się również zawór
hamulcowy, sterujący układ przyczepy i wypuszcza powietrze z przewodu łączącego pojazd z
przyczepą.
" Wtedy zawór pomocniczy przyczepy zostaje odciążony, przesuwa się i wypuszcza powietrze ze
zbiornika przyczepy do cylindrów hamulcowego przyczepy.
" Tłoki w cylindrach przesuwając się przekręcają rozpieracze, które z kolei dociskają szczęki do
bębnów hamulcowych.
" Następuje zahamowanie przyczepy wraz z pojazdem ciągnionym.
" Aby odhamować przyczepę, trzeba zwolnić pedał hamulca pojazdu ciągnącego; wówczas
powietrze pod ciśnieniem przedostaje się do przewodu łączącego pojazd ciągniony z przyczepą i
działa na zawór pomocniczy zbiornika przyczepy.
" Zawór ten zamyka dopływ powietrza ze zbiornika przyczepy i jednocześnie otwiera ujście
powietrza z cylindrów hamulcowych przyczepy. Następuje odhamowanie.
Zalety i wady:
" możliwość poboru powietrza atmosferycznego w nieograniczonej ilości i zgromadzenia
znacznego zapasu energii po jego sprężeniu,
" skuteczność działania hamulców mimo możliwych małych nieszczelności układu,
" prawidłowe hamowanie przyczep przez włączenie ich do jednolitego obwodu
hamulcowego samochodu,
" możliwość samoczynnego zahamowania przyczepy w przypadku oderwania się jej od
samochodu ciągnącego,
" możliwość wykorzystania sprężonego powietrza w innych układach samochodu, przede
wszystkim w zawieszeniu pneumatycznym i otwieraniu drzwi np. w autobusach,
Wady:
Niestety posiadaj one również istotne wady:
" większy stopień skomplikowania całego układu,
" strata części mocy silnika na napędzanie sprężarki,
" większe wymiary siłowników, co wynika ze znacznie niższego ciśnienia roboczego niż w
przypadku układów hydraulicznych,
" dłuższy czas zwłoki zadziałania w porównaniu do innych układów,
" zawartość pary wodnej w powietrzu atmosferycznym stwarza niebezpieczeństwo
zamarznięcia kondensatu, co prowadzi do unieruchomienia hamulców,
" mała precyzja sterowania wskutek występowania wartości progowych ciśnienia oraz
histerezy zespołów,
" stały spadek ciśnienia w zbiornikach wskutek nieszczelności zaworów i złącz układu, co
przy dłuższym postoju może doprowadzić do braku sprężonego powietrza w całym układzie,
czyli brak działania hamulców,
" brak możliwości dynamicznego dopasowania siły hamowania pojazdu ciągnącego i
przyczepy (naczepy),
" możliwość powstawania awarii całego układu w starszych konstrukcjach niezaopatrzonych
w zawory zabezpieczające
7. Hamulce przemysłowe szynowe AHS
" Hamulce szynowe AHS ze zwalniakami
elektrohydraulicznymi typu ZE są przystosowane do
współpracy z bocznymi powierzchniami szyn jezdnych po
których porusza się wózek zrzutowy przenośnika. Mają za
zadanie zapobiec przesuwaniu się wózka w wyniku
działania sił pochodzących np.: od taśmy przenośnikowej
(przy wyłączonym napędzie jazdy wózka).
Moment hamowania jest wywoływany sprężyną
zabudowaną w korpusie, która poprzez układ dz
wigni
powoduje dociskanie szczęk hamulcowych do
powierzchni bocznych główki szyny.
Włączenie napięcia zasilającego zwalniak uruchamia
silnik i pompę tłoczącą olej pod tłok zwalniaka co
powoduje ruch tłoka w górę i odhamowanie hamulca.
Wyłączenie zasilania powoduje przesunięcie tłoka w dół
(pod wpływem działania sprężyny zabudowanej w
zwalniaku) i zahamowanie hamulca.
Szybkość opadania bądz
podnoszenia tłoka można
regulować poprzez zastosowanie zaworu opóz
niającego
opadanie bądz
podnoszenie tłoka.
Zwalniaki ZE mogą być wyposażone w umieszczony na
zewnątrz zwalniaka indukcyjny czujnik położenia
tłoczyska lub w zewnętrzny wyłącznik mechaniczny
sygnalizujący górne bądz
dolne położenie tłoczyska.
Powyższe czujniki i wyłączniki wymagają odpowiedniego
z
ródła zasilania.
Hamulec przemysłowy  tarczowy ZE
" Hamulce tarczowe ze zwalniakami
elektrohydraulicznymi typu ZE są przystosowane
do współpracy z tarczami hamulcowymi na ich
powierzchni bocznej. Moment hamowania jest
wywoływany sprężyną zabudowaną w korpusie,
która poprzez układ dz
wigni powoduje dociskanie
szczęk hamulcowych z okładzinami ciernymi do
powierzchni ciernej tarczy hamulcowej.
Włączenie napięcia zasilającego zwalniak
uruchamia silnik i pompę tłoczącą olej pod tłok
zwalniaka co powoduje ruch tłoka w górę i
odhamowanie hamulca.
Wyłączenie zasilania powoduje przesunięcie tłoka
w dół (pod wpływem działania sprężyny
zabudowanej w zwalniaku) i zahamowanie
hamulca.
Szybkość opadania bądz
podnoszenia tłoka można
regulować poprzez zastosowanie zaworu
opóz
niającego opadanie bądz
podnoszenie tłoka.
Moment hamowania: 20 � 3 000 Nm
Średnica tarczy hamulcowej: 320 � 630 mm
Hamulec przemysłowy dwuszczękowy bębnowy
" Hamulce dwuszczękowe bębnowe ze
zwalniakami elektrohydraulicznymi typu ZE lub
EB oraz ze zwalniakami elektromagnetycznymi
typu DZEMz są przystosowane do współpracy z
bębnami hamulcowymi na ich powierzchni
zewnętrznej. Moment hamowania jest
wywoływany sprężyną zabudowaną w korpusie
zwalniaka (AHH, AHG) bądz
w układzie
dz
wigniowym (AHM), która poprzez układ
dz
wigni powoduje dociskanie szczęk
hamulcowych z okładzinami ciernymi do
powierzchni ciernej bębna hamulcowego (z
wyjątkiem hamulca trzymającego).