V kabině je cítit studená káva a nafta. Váš nový předák namíří mozolnatý prst na zadní část dvora a přikáže vám odtáhnout návěs, aby mohl další náklaďák vycouvat do doku. Máte řidičský průkaz na Hondu Civic. Nikdy jste se nedotkli užitkového vozu. Zoufale ale chcete dokázat, že nejste jen další nováček, který ten tlak nezvládne.
Vlezeš do sedačky. Palubní deska je džungle měřidel. Ignorujete hlasitý, pronikavý bzučák a blikající červené světlo, které křičí potíže ještě před nastartováním motoru. Nemáte žádná obchodní práva. Tobě je to jedno. Silně stisknete spojku. Vezmete to, co vypadá jako první rychlostní stupeň. Uvolněte spojku.
Ve vašem autě by to mohlo způsobit zhasnutí motoru. Zde to končí katastrofálním dopadem kovu na kov. Motor zhasne. Jste vymrštěni dopředu, přišpendleni k bezpečnostnímu pásu.
Začíná panika. Znovu nastartujete motor. Možná jste zvolili špatný převod. Zkuste to znovu. Bzučák kvílí. Indikátor bliká. Páčku ruční brzdy nikde nenajdete. Neexistuje žádná ruční brzda v obvyklém smyslu. Opět jednoduše pustíte spojku a doufáte v to nejlepší.
Náklaďák dopadl s hlasitým žuchnutím na zem.
Vyskočíš. Předák běží směrem k vám a jeho tvář zčervená do stejného odstínu jako ukazatel, který jste ignorovali. To je krutá realita vzduchových brzdových systémů. Tato auta jezdí jinak než auta, se kterými jste vyrůstali. Fungují podle fyzikálních zákonů, které jste pravděpodobně nestudovali. A pokud jim nerozumíte, máte padáka. Nebo ještě hůř.
Westinghouse a zrod letecké síly
Proč místo hydraulické kapaliny používáme stlačený vzduch? Vše se týká jednoho prostého faktu: vzduch je všude. Není zde žádná hydraulická kapalina. Pokud u osobního automobilu praskne hydraulické vedení, ztratíte brzdnou sílu. Přestaň. Těsně. Na 80tunovém tahači nebo 2000tunovém vlaku je to víc než jen nepříjemnost. To je smrtící.
Až do poloviny 19. století byly vlaky chaosem. V každém vagonu musel být strojvedoucí fyzicky přítomen. Dirigent dal signál. Řidič otočil volantem. Bylo to pomalé. Neefektivní. Sklon k lidské chybě.
Pak přišel George Westinghouse.
V roce 1869 vynalezl Westinghouse, inženýr posedlý bezpečností na železnici, první třícestný systém vzduchových brzd. Nezrychlil jen brzdy. Učinil je bezpečnějšími tím, že změnil základní logiku toho, jak fungují.
Jak vlastně funguje systém třícestného ventilu
Většina lidí si myslí, že brzdy se aktivují stisknutím. S systémem vzduchových brzd ve stylu Westinghouse je opak pravdou. Systém je navržen tak, aby bezpečně selhal.
Třícestný ventil plní tři různé funkce:
- Nabíjení : Když je nákladní auto nebo vlak v klidu, systém vytváří tlak. Tento stlačený vzduch je skladován v nádržích. Je důležité pochopit, že brzdy zatahují, když není vzduch. Je to tlak vzduchu, který uvolňuje brzdy.
- Aplikace : Když stisknete pedál, ve skutečnosti uvolňujete vzduch z zásobníků. Jak tlak klesá, pružiny uvnitř brzdové komory tlačí brzdové destičky proti bubnům. Méně vzduchu = větší brzdná síla.
- Uvolnění : Opětovným sešlápnutím pedálu uvolníte brzdy. Tato akce zvyšuje tlak v zásobní nádrži, překonává sílu pružiny a odtahuje brzdy od bubnů.
Přemýšlejte o této logice. Pokud vašemu autu dojde brzdová kapalina, nemáte brzdy. Pokud tahač-návěs ztratí veškerý tlak vzduchu, brzdy se automaticky zabrzdí. Vozidlo samo zastaví. Toto je návrh, který selhává v bezpečném směru. Důvodem, proč jste nemohli pohnout náklaďákem, nebyla jen vaše nezkušenost. Bylo to proto, že jste si neuvědomili, že tlak vzduchu drží uvolněné brzdy, nebo naopak, že jste se snažili rozpohybovat vozidlo, které bylo mechanicky zablokováno konstrukcí.
Katastrofa na nádraží Gare de Lyon
Teorie je dobrá. Skutečné důsledky – ne.
- června 1988 narazil příměstský vlak na nádraží Gare de Lyon v Paříži ve Francii do stojícího vlaku. Padesát šest lidí zemřelo. Třicet dva bylo zraněno.
Katastrofou byl řetězec lidských chyb a nepochopení toho, jak vzduchové brzdové systémy reagují na změny tlaku. Cestující, který opouštěl kočár, zatáhl za záchrannou brzdu. Řidič, který měl podezření na vzduchový uzávěr, zavřel ventil a vypustil vzduch ze systému. Myslel si, že řeší problémy. Místo toho odstranila brzdnou sílu z většiny vozů vlaku. Zbývající vozy neměly dostatečnou brzdnou sílu, aby se vyrovnaly s hmotností vlaku.
Řidič v panice neaktivoval systém elektrického nouzového brzdění. Vlak se rozjel vpřed. Havaroval.
Počet obětí mohl být vyšší. Statečný strojvedoucí stojícího vlaku zůstal až do samotného okamžiku střetu pomáhat s evakuací cestujících.
Tato tragédie zdůrazňuje obrovskou odpovědnost řízení těžkých vozidel. Nejde jen o to vědět, který rychlostní stupeň je nízký a který vysoký. Jde o to pochopit, že hlasitý bzučák je varování, nikoli dráždivý. Jde o to vědět, že vzduchové brzdy jsou navrženy tak, aby držely, ne uvolňovaly, když se snažíte vzlétnout.
Někdy to vypadá jako kouzlo. Nohou sešlápnete brzdový pedál a třítunové monstrum uhánějící po dálnici poslušně zpomaluje. Ale fyzika na magii nefunguje. Funguje na páku, tlak a tření. Jak může lidská noha vyvinout dostatečnou sílu k zastavení tak těžké hmoty?
Odpověď spočívá ve dvou hlavních architekturách brzdových systémů používaných v automobilovém průmyslu: hydraulické a pneumatické. Osobní automobily a lehká nákladní vozidla spoléhají téměř výhradně na hydraulické systémy. K přenosu síly používají kapalinu – jmenovitě brzdovou kapalinu. Těžká vozidla, jako jsou tahače a městské autobusy, přecházejí na vzduchové brzdy. O systémech stlačeného vzduchu si povíme později. Pojďme si nyní rozebrat hydraulické nastavení, které udržuje vaše každodenní auto v bezpečí.
Mechanika hydraulické brzdné síly
Základem každého hydraulického brzdového systému je hlavní válec. Tato součást je spojena s brzdovým pedálem a obsahuje nádržku hydraulické kapaliny. Když šlápnete na pedál, neposouváte jen kov; vytváříte tlak v kapalině.
Tato stlačená kapalina se pohybuje brzdovým potrubím. Nejsou to jen jednoduché trubky. Obvykle se jedná o pryžové hadice vyztužené ocelovým opletem, aby vydržely vysoký tlak a teplotu. Kapalina spěchá do brzdových mechanismů na každém kole. Uvnitř těchto mechanismů najdete jednu ze dvou konfigurací: buben nebo kotouč.
Bubnové brzdy: stará technologie
V bubnovém systému jsou brzdové čelisti (v této souvislosti bubnové brzdové obložení, často nazývané botky nebo čelisti) umístěny uvnitř dutého bubnového komponentu namontovaného na náboji kola. Když hydraulický tlak aktivuje válec kola, tyto podložky se roztahují směrem ven. Jsou přitlačeny k vnitřnímu povrchu bubnu. Tření zpomaluje rotaci bubnu, což zpomaluje kolo.
Kotoučové brzdy: moderní standard
Většina moderních automobilů používá kotoučové brzdy. Je to efektivnější. Brzdový rotor je ocelový kotouč připevněný k náboji kola. Třmen obepíná kotouč jako C-svorka. Uvnitř třmenu tlačí hydraulický tlak na brzdové písty. Tyto písty přitlačují brzdové destičky proti rotujícímu kotouči. Tření zde zastaví auto.
Rozdělení komponent: Anatomie kotoučové brzdy
Chcete-li pochopit, proč se vaše auto zablokuje, podívejte se na konkrétní součásti typického systému kotoučových brzd:
- Nádržka brzdové kapaliny : obsahuje zásobu hydraulické kapaliny.
- Hlavní brzdový válec : Převádí mechanickou sílu pedálu na hydraulický tlak.
- Brzdové potrubí : dodává stlačenou kapalinu z hlavního válce do třmenů.
- Třmen : Pevné ocelové tělo, které drží písty a podložky.
- Brzdový píst : válcová tyč, která se vysouvá, když vniká kapalina, a tlačí podložku.
- Brzdové destičky : kompozitní materiál na bázi kovu, který drží kotouč.
- Brzdový kotouč : Rotující ocelový kotouč, který je přitlačován destičkami.
Proč kotoučové brzdy nahradily bubnové brzdy
Než se kotoučové brzdy staly standardem, vládly na silnicích bubnové brzdy. Základní princip byl totožný: tření zpomaluje rotaci. Ale bicí mají slabá místa. Akumulují teplo. Hromadí prach.
Kotoučové brzdy poskytují lepší chlazení, protože kotouč je vystaven proudění vzduchu. Mají také velkou plochu pro tření. Jak se podložky opotřebovávají, tvoří se prach. V bubnovém systému se tento prach zachytí uvnitř krytu, což může časem snížit brzdný výkon. Disky tyto nečistoty snadno odstraní. Výsledkem je stabilní brzdná síla a lepší odvod tepla.
Probrali jsme základy toho, jak lehká vozidla zastavují. Nyní se pravidla mění, když usednete za volant něčeho těžšího. Jak zastavíte plně naložený návěs nebo autobus plný cestujících? Potřebujete více než jen hydraulický tlak. Potřebujete vzduch.
Komponenty vzduchových brzd v nákladních automobilech a autobusech
Mechanika základních brzd
Základní brzdy jsou tahouny těžkých nákladních vozidel. Jsou instalovány prakticky na každém nákladním automobilu a autobusu a fungují na stejném tříventilovém principu, který udržuje vlaky na kolejích. V brzdovém potrubí se hromadí tlak vzduchu a je to právě tento tlak, který dělá většinu práce při udržování brzd. Je to systém proporcionálního uvolnění, což znamená, že pokud mírně změníte tlak, brzdy se proporcionálně uvolní. Nejedná se o vypínač, ale o regulátor.
V silničních vzduchových brzdových systémech plní tuto funkci několik komponent. Vzduchový kompresor je srdcem systému, který tlačí vzduch do skladovacích nádrží. Regulátor (vládní dozor) řídí tento proces, zapíná kompresor, když tlak klesne pod nastavenou hodnotu, a vypíná, když je nádrž plná. Tyto vzduchové nádrže uchovávají stlačený vzduch. Pokud je vozidlo ponecháno v nečinnosti příliš dlouho, vypouštěcí ventily slouží k uvolnění vlhkosti a nečistot.
Když stisknete brzdový pedál (skupina nožních ventilů), otevře se cesta pro únik vzduchu z nádrží. Tento pokles tlaku způsobí reakci brzdových komor. Uvnitř každé komory pohybuje membrána nebo vačkový mechanismus tlačnou tyčí. Tato ocelová tyč je přímo spojena s nastavovačem řas, pákou, která přesně nastavuje mezeru mezi brzdovými destičkami a bubnem.
Nastavovač prověšení otáčí brzdovou vačkou ve tvaru S. Je to vačka ve tvaru S, která fyzicky tlačí brzdové destičky od sebe. Tyto destičky mají třecí obložení, které se otírá o vnitřní povrch brzdového bubnu a vytváří brzdnou sílu. Vratné pružiny jsou zde nezaslouženě zapomenutí hrdinové. Jakmile vačka ve tvaru S přestane tlačit, tyto tuhé pružiny vrátí boty do původní polohy a uvolní buben.
Při volnoběhu, když je systém nabitý, tlak vzduchu udržuje membránu nebo S-vačku ve vypnuté poloze. Sešlápněte pedál a tlak klesne. Vačka ve tvaru S se otáčí, boty se od sebe oddalují a buben se zpomaluje. Uvolněte pedál a kompresor naplní nádrže a pružiny vrátí destičky do původní polohy. Toto je cyklus vytváření a uvolňování tlaku, který se opakuje tisíckrát.
Nouzové systémy a pomocné brzdy
Nouzové vzduchové brzdy jsou vaším záložním plánem. Doplňují základní systém a často se aktivují tlačítkem na palubní desce. Má to ale háček: abyste mohli nastartovat motor a jet, musíte nejprve stisknout toto tlačítko, abyste nabili systém. Nouzová brzda zůstává zatažená (odpojená), zatímco je systém pod tlakem. Pokud dojde k netěsnosti a tlak klesne, brzdy se automaticky zabrzdí. Jedná se o konstrukci zabezpečenou proti selhání, která zabraňuje sjíždění kamionu z kopce.
Těžká nákladní vozidla jsou také často vybavena výfukovou brzdou. Tohle vůbec není vzduchová brzda. Ke zpomalení vozidla využívá kompresi motoru. Jedná se o užitečnou pomůcku při dlouhých sjezdech snižující opotřebení základních brzd, ale nenahrazuje vzduchový systém.
Bezpečnostní zvuk
Přemýšleli jste někdy nad tím, proč užitková vozidla neustále vydávají zvuk podobný výdechu? Tento skřípavý zvuk po zabrzdění je prostě unikající vzduch. Nepřetržitý syčivý zvuk sssss vycházející z bezpečnostních obtokových ventilů. Tyto ventily zajišťují udržování tlaku vzduchu ve správném rozsahu. Když kompresor vytvoří příliš velký tlak, ventily se otevřou a přebytek se uvolní. Je to hlasité, ale je to také známka toho, že systém funguje. Protože vzduchové brzdy jsou zcela závislé na stlačeném vzduchu, kompresor se neustále zapíná a vypíná, aby se udržela hladina v nádržích.
Vzduchové brzdy: Preventivní údržba
Řízení vozidla vybaveného vzduchovými brzdami je více než jen znalost pravidel; je to pochopení mechaniky, která vás drží naživu. Každý stát má své vlastní požadavky na získání komerčního řidičského průkazu a testy jsou přísně administrovány. Udržování systému v provozuschopném stavu také vyžaduje hodně úsilí. Než vůbec otočíte klíčkem v zapalování, musí být provedeny určité tlakové zkoušky, které určují bezpečnost vozidla.
Nejprve se ujistěte, že minimální provozní tlak odpovídá základní linii. U autobusů je tato prahová hodnota 85 liber na čtvereční palec (psi). Nákladní vozy vyžadují alespoň 100 psi. Pokud je tlak pod touto hodnotou, jste již v nebezpečné zóně. Dále změřte rychlost nárůstu tlaku vzduchu. Systém by měl zvýšit tlak z 85 na 100 psi za méně než dvě minuty při otáčkách motoru 600 až 900 ot./min. Pokud to trvá déle, kompresor pracuje pod zatížením nebo je opotřebovaný.
Musíte také zkontrolovat nastavení regulátoru tlaku. Vypínací tlak (vypnutí kompresoru) by měl být mezi 120 a 135 psi. Zapínací tlak (když se kompresor znovu spustí) by měl být 20-25 psi pod vypínacím tlakem. Chyba v těchto číslech se rovná hraní ruské rulety s vaší brzdnou schopností.
Řízení vlhkosti a integrita spojky
Voda je skrytým nepřítelem vzduchových brzdových systémů. Je to přirozený vedlejší produkt kondenzace vzduchu. V chladném klimatu tato vlhkost zamrzá. Led blokuje vzduchové vedení a zabraňuje tlaku dostat se do brzdových komor. Výsledek? Zaseknutá kola. Moderní systémy se snaží tento problém zmírnit automatickými vypouštěcími ventily v každém vzdušníku, ale stále je musíte kontrolovat. Nespoléhejte na to, že budou fungovat jen proto, že jsou nainstalovány.
Dalším slabým článkem jsou vzduchové spojky. Opotřebovaná pryžová těsnění umožňují únik vzduchu. Malý únik? Kompresor si s tím poradí. Velký únik? Kompresor se přehřívá a opotřebovává, což vede k předčasnému selhání. Ztráta vzduchu neznamená okamžité selhání brzd, ale znamená ztrátu rezervního tlaku potřebného pro vícenásobné brzdění. Ocitnout se uvízli na horském průsmyku je pro většinu logistických manažerů nepravděpodobný scénář.
Citlivost a duální systém
Vzduchové brzdy jsou citlivé. Jsou určeny pro velké zatížení. Prázdný přívěs nemá dostatečnou hmotnost, aby udržel pneumatiky na silnici, což způsobuje zablokování kol. Přemýšleli jste někdy nad tím, proč vidíte na dálnici dvojité smykové stopy? Je to důsledek příliš prudkého brzdění nezkušeného řidiče na prázdném traktoru. Výsledkem noční můry je „akordeon“ (skládání tahače s přívěsem). K tomu dochází, když se přívěs z kabiny vychýlí do strany, obvykle kvůli nadměrnému brzdění na kluzkém povrchu.
Aby se předešlo selhání, používá většina moderních vozidel duální systém. Berte to jako zálohu zálohy. Pokud jeden vzduchový okruh selže, druhý pokračuje v pohonu vozidla, i když se sníženým výkonem. Protiblokovací brzdové systémy (ABS) jsou nyní standardní součástí tahačů. Fungují podobně jako ABS v osobních automobilech, modulují tlak, aby se zabránilo zablokování kol při prudkém brzdění.
Proč na Hondě Civic neuvidíte vzduchové brzdy
Vzduchové brzdy jsou účinné. Jsou spolehliví. Pro osobní vozy však nejsou praktické. Systém vyžaduje příliš mnoho prostoru a složitosti. Podívejte se na náklaďák Peterbilt jedoucí po dálnici. Všimli jste si velkých vzduchových nádrží skrytých za palivovými nádržemi? Zkuste celou tuto pneumatickou infrastrukturu umístit pod kapotu Hondy Civic. To je nemožné. Hmotnost, hlučnost a náklady na údržbu se pro osobní použití prostě nevyplatí.
“Špatná údržba způsobuje, že se vozík vymkne kontrole.”
Důsledky ignorování těchto kontrol nejsou teoretické. 25. dubna 1996 se v Plymouth Mining v Pensylvánii srazil nákladní automobil Mack na cement z roku 1988 se sedanem Subaru. Kamion sjížděl ze sjezdu z dálnice, když selhaly brzdy. Vletělo do křižovatky, srazilo se se Subaru a zabilo řidiče.
Vyšetřování National Transportation Safety Board (NTSB) zjistilo katastrofální selhání údržby. Brzdová potrubí byla propletená. Selhal i sekundární systém. Vůz byl provozován s využitím pouze 17-21 % jeho celkové brzdné kapacity. Řidič nedostal žádné varování. Kontrolka na palubní desce se nerozsvítila. Pocit brzdového pedálu se nezměnil, dokud nebylo příliš pozdě. Byla to nesmyslná smrt způsobená nedbalostí, které bylo možné předejít.
Schéma vzduchové brzdy
Pochopení vnitřního uspořádání pomáhá. Vizualizace toho, jak se přijímače, ventily a komory propojují, činí kroky údržby méně abstraktní. Tím se černá skříňka promění v mechanický systém, kterému můžete skutečně důvěřovat.
Jak vzduchové brzdy vlastně fungují
Zapomeňte na hydraulickou kapalinu. Je určen pro vaše osobní vozy. Vzduchové brzdy fungují na stlačený vzduch, což je systém určený spíše pro hrubou sílu než pro jemné ladění. Zde je mechanická realita toho, co se stane, když šlápnete na pedál.
Při nečinnosti je systém v odemčeném stavu. Tlak vzduchu tlačí na membránu a udržuje brzdy odpojené. Jde o neustálou konfrontaci pod tlakem. Sešlápnete brzdový pedál. Tlak klesá. Tato kapka otáčí vačkou ve tvaru S. Vačka roztahuje brzdové destičky a přitlačuje je k bubnu. Tření. Brzdná síla. Provozní brzdy se aktivují pomocí stejného tlaku vzduchu, aby se udrželo brzdové vedení.
Anatomie systému
Pět specifických komponent zabraňuje tomu, aby se z těžkého náklaďáku stala raketa. Potřebujete:
- Přijímače vzduchu: Zásobníky stlačeného vzduchu.
- Vzduchový kompresor: Srdce systému, poháněné motorem a čerpající vzduch.
- Brzdové komory: Zde se tlak vzduchu přeměňuje na mechanickou sílu.
- Pedální ventily: Ovládací rozhraní, samotný pedál.
- Brzdové destičky a bubny: Třecí adhezivní povrchy, které provádějí skutečné brzdění.
Pokud chybí alespoň jeden prvek, celý obvod selže.
Proč ten hluk?
Tento syčivý zvuk není na závadu. To je bezpečnost. Zvuk „pshsh“, který slyšíte po brzdění, je vzduch unikající přes automatické pojistné ventily. Tyto ventily slouží k udržení tlaku na správné úrovni. Pokud kompresor vytvoří přetlak, ventily se otevřou. Hlasitý syčivý zvuk. To je signál, že se systém reguluje sám. Vrzání? Toto je vzduch opouštějící komoru. Potvrzuje, že jsou odblokovány brzdy.
Kdo to vytvořil?
George Westinghouse. 1869 Inženýr, který se podíval na železniční průmysl a viděl v něm fatální chybu. Vynalezl první tříventilový vzduchový brzdový systém. Šlo o bezpečnost. Jeho původní konstrukce fungovala obráceně než systémy přímého vzduchového brzdění, ale princip zůstal stejný: stlačený vzduch pro řízené zastavení.
Proč je nemáš ve své Hondě?
Vzduchové brzdy jsou obrovské. Bubny jsou masivní, protože jsou určeny k zastavení nákladních automobilů naložených těžkými břemeny. Osobní auto o hmotnosti 3000 liber (asi 1360 kg) je nepotřebuje. „Více“ neznamená „lepší“. V tomto případě je to nebezpečné. V malém autě by byl únik vzduchu v brzdovém systému katastrofální. Systém se spoléhá na konstantní tlak; jakmile to ztratíte, ztratíte kontrolu. Hydraulická kapalina se nestlačuje. Vzduch je stlačen. V lehkém voze tato stlačitelnost činí manipulaci nejasnou. Vzduchové brzdy jsou zde zbytečné. Jsou také těžké, složité a drahé. Nechte hydrauliku na každodenním řidiči. Vzduchové brzdy nechte na nákladních automobilech.
