25.6. Особливості конструкції пневматичних гальмівних приводів

Пневматичний гальмівний привод використовують в конструкції вантажних автомобілів середньої та великої вантажопідйомності. Він полегшує керування автомобілем, є більш ефективним порівняно з іншими приводами та забезпечує використання стисненого повітря для накачування коліс, відкривання дверей в автобусах тощо.

Найпростіший пневматичний гальмівний привод складається з:

• приладів живлення (ресивер, компресор);

• керуючих пристроїв (гальмівні крани);

• виконавчих пристроїв (гальмівні камери, циліндри);

• гальмівної камери з важелем привода розтискного кулака.

Рис. 25.24. Схема найпростішого пневматичного гальмівного привода: а) привод розгальмований; б) привод загальмований 1 – ресивер; 2 – педаль привода; 3 – гальмівний кран; 4 – гальмівна камера; 5 – тяга; 6 – гальмівний механізм

Пневматичні гальмівні приводи сучасних автомобілів додатково комплектують регулювальними (регулятори тиску, регулятори гальмівних сил тощо) та допоміжними пристроями (вологовіддільники, прискорювальні та захисні клапани, сигналізатори тощо).

Під час гальмування поворотна пробка крана сполучає внутрішню порожнину гальмівної камери з ресивером і стиснене повітря, діючи на діафрагму та шток, приводить в дію гальмівний механізм.

Гальмівний кран призначений для керування подачею стисненого повітря, яке поступає з ресиверів до виконавчих органів гальмівної системи автомобіля чи автопоїзда. За принципом дії гальмівні крани бувають прямої та зворотної дії. За кількістю контурів, які вони обслуговують, гальмівні крани бувають одно-, дво-, три- та багатосекційні. Секції можуть розташовуватись послідовно, паралельно або комбіновано.

Рис. 25.25. Гальмівний кран

Для того, щоб тиск повітря в гальмівній камері залежав від зусилля на педалі, в пневматичному приводі встановлюють гальмівні крани з автоматичним слідкувальним механізмом.

Слідкувальний механізм прямої дії змінює тиск повітря прямо пропорційно до зусилля на педалі. Він складається з корпуса, мембрани та впускного і випускного клапанів, з’єднаних стрижнем. Мембрана і перегородка ділять корпус на три порожнини. В центральній частині мембрани розташоване сідло випускного клапана, виконане у вигляді трубки. Внутрішня частина трубки з’єднується через порожнину А корпуса з атмосферою. Порожнина Б трубопроводом сполучається з гальмівним циліндром, який приводить в дію гальмівний механізм. Порожнина В з’єднана трубопроводом з компресором.

Впускний клапан під дією пружини і тиску повітря в порожнині В притискається до сідла. Зворотна пружина, яка діє на мембрану, притискає сідло випускного клапана до стакана пружини.

Коли педаль гальма відпущена, між сідлом і випускним клапаном є зазор. Впускний клапан щільно притиснутий до кромки сідла. Гальмівний циліндр через відкритий випускний клапан сполучається з атмосферою, внаслідок чого гальмівний механізм перебуває у розгальмованому стані.

При натисканні на педаль гальма зусилля від неї передається через важіль і пружину на сідло випускного клапана, яке разом з мембраною переміщається праворуч. В початковий період руху сідло щільно притискається до випускного клапана. Після цього відкривається впускний клапан і стиснене повітря з ресивера надходить в порожнину Б механізму, приводячи в дію гальма. Тиск повітря в порожнині Б слідкувального механізму зростає, внаслідок чого збільшується його дія на мембрану, яка разом з клапанами і сідлом переміщається ліворуч. Зусилля від педалі, яке виникло під дією мембрани, сприймається ногою водія. При переміщенні мембрани вправо зазор між впускним клапаном і його сідлом зменшується до повного закриття. Тиск в порожнині більше не зростає і сили, які діють на мембрану з обох боків, зрівнюються. Рух мембрани припиняється.

Рис. 25.26. Слідкувальний механізм прямої дії: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – перегородка; 4 – пружина; 5 – впускний клапан; 6 – сідло впускного клапана; 7 – стрижень; 8 – випускний клапан; 9 – зворотна пружина; 10 – сідло випускного клапана; 11 – стакан пружини; 12 – важіль; 13 – педаль привода

З лівого боку на мембрану діє рушійна сила, яка залежить від зусилля на педалі гальма, з правого – сталий тиск повітря в порожнині Б механізму і в гальмівному циліндрі. Отже, слідкувальний механізм встановлює тиск повітря в гальмівному циліндрі залежно від зусилля на педалі гальма. Якщо збільшити силу на педалі, то відповідно зростає тиск повітря в порожнині Б механізму. При зменшенні зусилля на педалі знизиться тиск повітря в порожнині Б і гальмівному циліндрі.

Після припинення дії на педаль (розгальмування) мембрана під тиском повітря прогнеться у лівий бік, випускний клапан відкриється, і повітря з гальмівного циліндра через порожнину А слідкувального механізму вийде в атмосферу. Поршень і шток гальмівного циліндра вернуться в початкове положення, і між колодками і барабаном гальмівного механізму встановиться зазор.

Слідкувальний механізм зворотної дії змінює тиск повітря обернено пропорційно до рушійної сили. Він складається з корпуса, мембрани, яка врівноважується пружиною, впускного та випускного клапанів, а також їхніх сідел. Мембрана і перегородка утворюють в корпусі три порожнини А, Б, В. Порожнина А з’єднана з атмосферою. Порожнина Б трубопроводом сполучена з повітророзподільним апаратом і повітряним ресивером. До порожнини В стиснене повітря підводиться від компресора. Впускний і випускний клапани разом з пружиною встановлені на одному стрижні. Сідло випускного клапана закріплене в центральній частині мембрани. Всередині сідла встановлена на тязі пружина ходу педалі. Роботою слідковувального механізму керують за допомогою педалі привода.

Рис. 25.27. Слідкувальний механізм зворотної дії: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – сідло впускного клапана; 4 – сідло випускного клапана; 5 – пружина; 6 – ресивер; 7 – повітророзподільний апарат; 8 – перегородка; 9 – стрижень; 10 – випускний клапан; 11 – сідло випускного клапана; 12 – зрівноважувальна пружина; 13 – пружина ходу педалі; 14 – педаль привода

Якщо педаль відпущена, стиснена зрівноважувальна пружина прогинає мембрану праворуч і сідло щільно притискається до випускного клапана. Закритий випускний клапан ізолює порожнину Б механізму і повітророзподільний апарат від атмосфери. Впускний клапан відкритий, стиснене повітря від компресора потрапляє в порожнину Б і через розподільний апарат заряджає ресивер. Із збільшенням тиску повітря в порожнині Б мембрана прогинається ліворуч, стискаючи та зрівноважуючи пружину, зазор між впускним клапаном та його сідлом зменшується до повного закриття. Порожнина Б відокремлюється від порожнини В. Сили, які діють на мембрану з обох боків, стають рівними і її переміщення ліворуч припиняється. З лівого боку на мембрану діє сила стисненої зрівноважувальної пружини, а справа – сталий тиск повітря в порожнині Б механізму. Регулюючи попереднє стиснення зрівноважувальної пружини, можна змінювати максимальний тиск повітря у ресивері.

При натисканні на педаль положення рівноваги мембрани порушується. Вона прогинається ліворуч, зрівноважувальна пружина ще більше стискається, випускний клапан відкривається і тиск повітря в порожнині Б зменшується. Заряджання стисненим повітрям припиняється. Внаслідок зниження тиску повітря на мембрану зрівноважувальна пружина розтискається і переміщає мембрану праворуч. Зазор між випускним клапаном та його сідлом зменшується. Коли знову настане рівновага сил, які діють на мембрану, клапан закриється. З лівого боку на мембрану діє сила зрівноважувальної пружини. Ця сила при закритому положенні обох клапанів завжди постійна, оскільки положення мембрани не змінюється. З правого боку на мембрану діють зменшений тиск повітря в порожнині Б і сила, яка передається від педалі. Отже, слідкувальний механізм зворотної дії автоматично встановлює залежність між зусиллям на педалі приводом і падінням тиску повітря в порожнині Б. Чим більша сила прикладена до педалі, тим меншим буде тиск повітря в порожнині Б.

У виконавчих пристроях пневматичних гальмівних приводів відбувається перетворення тиску стисненого повітря в зусилля на штоку, який приводить в дію гальмівні механізми.

Гальмівна камера складається з двох порожнин, розділених мембраною. Одна порожнина сполучається з пневматичною системою автомобіля. В іншій знаходяться опорний диск, пружина та шток. Тиск повітря, яке надходить в порожнину гальмівної камери з системи, сприймається мембраною і передається на опорний диск. Опорний диск стискає пружину і переміщає шток, приводячи в дію гальмівний механізм.

Рис.25.28. Гальмівна камера: 1 – мембрана; 2 – корпус; 3 – пружина; 4 – шток; 5 – опорний диск

На сучасних автомобілях значного поширення набули гальмівні камери з пружинними енергоакумуляторами. Вони є одночасно виконавчим органом робочої, стоянкової та запасної гальмівних систем.

Пружинний енергоакумулятор є циліндром, всередині якого знаходиться поршень з штовхачем. Штовхач спирається на мембрану гальмівної камери. З лівого боку на поршень діє попередньо стиснена пружина, яка через штоки притискає колодки гальма до барабана. Так загальмований автомобіль фіксується на стоянці. Для розгальмування в циліндр подається стиснене повітря, пружина стискається сильніше і шток енергоакумулятора перестає діяти на шток гальмівної камери. Автомобіль може рухатись. Якщо під час руху в гальмівну камеру подати стиснене повітря, то гальмівний механізм знову буде приведений в дію.

Рис. 25.29. Гальмівна камера з енергоакумулятором: 1 – поршень; 2 і 6 – штоки; 3 – отвір енергоакумуляторі; 4 – штовхач; 5 – корпус; 7 – отвір в гальмівній камері; 8 – мембрана; 9 – циліндр енергоакумулятора; 10 – пружина

Стиснення повітря для пневматичних гальмівних приводів здійснюється компресором, який приводиться в дію безпосередньо від двигуна автомобіля. Максимальний тиск повітря 0,7–0,75 МПа у ресиверах автоматично обмежується регулятором. Після досягнення цієї верхньої межі тиску подача стисненого повітря в ресивери припиняється і компресор працює в режимі розвантаження, коли повітря перепускається з одного циліндра компресора в іншій або без значного протитиску випускається через регулятор тиску в атмосферу. Робота компресора у режимі розвантаження вимагає близько 0,4–0,6 кВт потужності, а за тиску повітря, близького до максимального, – близько 1,5–2,2 кВт.

Рис. 25.30. Компресор

Розвантаження компресора також істотно підвищує його ресурс. У режимі розвантаження він працює доти, поки надмірний тиск у ресиверах внаслідок витрати повітря з них не знизиться до нижньої межі 0,62–0,65 МПа. Тоді регулятор автоматично вмикає компресор на робочий режим і забезпечує поповнення ресиверів стисненим повітрям до верхньої межі тиску.

Регулятор тиску призначений для підтримування постійного тиску та розвантаження компресора, коли тиск в ресиверах досягає верхньої межі регулювання.

Рис. 25.31. Регулятор тиску

Повітря, яке стискається компресором, нагрівається, а під час руху по трубопроводах і через апарати привода вистигає, з нього виділяється волога. Для видалення вологи (очищення повітря) у живильній частині приводів встановлюють фільтри–вологовіддільники. Очищення стисненого повітря від вологи здійснюється термодинамічним або адсорбційним способом. За низьких температур атмосфери після фільтра у стиснуте повітря вводять пари спирту, які, змішуючись з конденсатом, утворюють розчин (антифриз) з низькою температурою замерзання.

Рис. 25.32. Вологовіддільник

У живильну частину сучасних пневматичних гальмових приводів вводять також захисні клапани, які розділяють виконавчу частину привода на незалежні контури. Захисні клапани дають змогу повітрю рухатись тільки в напрямі до ресиверів. Подвійний захисний клапан при пошкодженні одного контура автоматично відмикає його від іншого справного. Захисні клапани виконуються також одно,- дво,- три,- чотирисекційні.

Рис. 25.33. Захисний клапан

Прискорювальний клапан призначений для прискорення дії пневматичного гальмівного привода. Його встановлюють разом з додатковим ресивером поблизу найбільш віддалених від гальмівного крана гальмівних механізмів.

Рис. 25.34. Прискорювальний клапан

Переваги та недоліки пневматичного привода протилежні до переваг та недоліків гідравлічного привода. Так, до їх переваг відносять:

• необмежені запаси та дешевизну робочого тіла;

• збереження працездатності при незначній розгерметизації;

• можливість використання на автопоїздах для безпосереднього керування гальмами причепа;

• використання стисненого повітря в інших пристроях (пневматичний звуковий сигнал, система накачування коліс; підсилювач зчеплення тощо).

Недоліками пневматичного гальмівного привода є:

• значний час спрацювання;

• складність конструкції;

• великі розміри та маса агрегатів;

• можливість виходу з ладу при замерзанні конденсату в трубопроводах та апаратах.