Jak działają hamulce pneumatyczne

Galeria zdjęć: Hamulce Myślisz, że mógłbyś poruszyć jednego z tych złych chłopców w szczyptę? Zobacz więcej zdjęć hamulców. Greg Pease / Getty Images

Wyobraź sobie, że to Twój pierwszy tydzień w pracy jako pracownik portowy w podupadłej firmie przewozowej. Wszyscy biegają dookoła, próbując dokończyć załadunek ostatniej palety ładunku na tył ogromnej ciężarówki z przyczepą, jadącej na przeciwne wybrzeże. Nagle jeden z brygadzistów każe ci odsunąć jedną z ciężarówek, aby inny kierowca mógł wrócić do rampy. Zakładając, że umiesz prowadzić taki pojazd, brygadzista jedzie dalej, ale ty się zatrzymujesz - bo tak nie jest.

Próbując zadowolić przełożonych i zignorować fakt, że nie masz prawa jazdy na ciężarówkę, wskakujesz do kabiny, zamykasz drzwi i przekręcasz klucz. Zanim ruszy silnik wysokoprężny, zaskoczy Cię odrętwiający brzęczyk i migające światło na desce rozdzielczej. Odpalasz silnik, ale brzęczyk i lampka wciąż zwracają Twoją uwagę.

Wcześniej jeździłeś na drążku, więc myślisz, że masz to na uwadze. Mimo przeciążenia sensorycznego wciskasz sprzęgło, łapiesz to, co uważasz za niski bieg i luzujesz sprzęgło. Zamiast rzucać się do przodu, jak się spodziewasz, wita cię gwałtowny huk, silnik gaśnie i prawie wyrzucony przez przednią szybę.

Ponownie uruchamiasz silnik, uznając, że wrzucasz zły bieg i wybierasz, co uważasz za właściwe. Mimo to brzęczyk i światło powodują spustoszenie w kabinie. Może hamulec bezpieczeństwa jest nadal włączony. Nie widzisz żadnej dźwigni hamulca ani dźwigni, które normalnie widziałbyś w samochodzie, więc decydujesz się po prostu wypuścić sprzęgło i dać mu jeszcze raz.

Ku twojemu zażenowaniu dzieje się to samo. Kątem oka widzisz, jak ten sam brygadzista wrzeszczy na ciebie z rampy załadunkowej. Sfrustrowany, wyskakujesz z taksówki i wznosisz ręce w oszołomieniu, gdy nachmurzony przełożony biegnie w Twoją stronę.

Witamy w świecie hamulców pneumatycznych. W tym artykule dowiesz się, jak działają hamulce pneumatyczne i ich komponenty, jak konserwować układ hamulca pneumatycznego i dlaczego nie możesz poruszać ciężarówką. Następnie zobaczmy, jak George Westinghouse wprowadził cię w tę sytuację.

Zawartość

1. George Westinghouse i Historia hamulców pneumatycznych
2. Zrozumieć hamulce
3. Komponenty hamulców pneumatycznych w samochodach ciężarowych i autobusach
4. Hamulce pneumatyczne: konserwacja zapobiegawcza
5. Schemat hamulca pneumatycznego

Powietrze jest wszędzie. Płyn hydrauliczny nie jest. Pociągi, autobusy i ciągniki siodłowe wykorzystują pneumatyczne układy hamulcowe, dzięki czemu nie muszą polegać na płynie hydraulicznym w samochodowych układach hamulcowych, który może się wyczerpać w przypadku wycieku. Wszystkie te rodzaje transportu obciążone są dużymi ładunkami pasażerskimi lub towarowymi, dlatego bezpieczeństwo jest sprawą najwyższej wagi. Pędząca lokomotywa, która opierała się na hamulcach hydraulicznych, zamieniłaby się w śmiercionośną stalową kulę, gdyby nagle z układu hamulcowego doszło do wycieku.

Przed hamulcami pneumatycznymi pociągi stosowały prymitywny układ hamulcowy, który wymagał od operatora lub hamulcowego w każdym wagonie zaciągnięcia hamulca ręcznego na sygnał dyrektora pociągu lub inżyniera. Ten nieefektywny system ręczny został zastąpiony przez bezpośrednie pneumatyczne układy hamulcowe, który wykorzystywał sprężarkę powietrza do podawania powietrza przez przewód hamulcowy do zbiorników powietrza w każdym samochodzie. Kiedy inżynier uruchomił te hamulce, rura wypełniła się powietrzem i zacisnęła hamulce.

W 1869 roku inżynier o nazwisku George Westinghouse zdał sobie sprawę ze znaczenia bezpieczeństwa w stosunkowo nowym przemyśle kolejowym i wynalazł pierwszy potrójny zawór pneumatyczny układ hamulcowy do użytku w wagonach. System Westinghouse działał odwrotnie niż bezpośredni układ hamulca pneumatycznego. System trójzaworowy spełniał trzy funkcje, stąd jego nazwa. Rzućmy okiem na te funkcje.

1. Ładowanie: System musi zostać sprężony powietrzem przed zwolnieniem hamulców. W spoczynku hamulce pozostają włączone. Gdy system osiągnie ciśnienie robocze, hamulce są zwolnione i gotowe do użycia.
2. Stosowanie: W miarę używania hamulców ciśnienie powietrza spada. Gdy ilość powietrza spada, zawór wpuszcza powietrze z powrotem do zbiorników, podczas gdy hamulce przesuwają się do pozycji załączonej.
3. Zwalnianie: Po uruchomieniu hamulców i ucieczce powietrza po hamowaniu, zwiększone ciśnienie zwalnia hamulce.

Zamiast używać siły lub ukierunkowanego powietrza do uruchamiania hamulców, podobnie jak w przypadku płynu hydraulicznego w naszych samochodach, system z trzema zaworami napełnia zbiornik zasilający i wykorzystuje ciśnienie powietrza do zwolnienia hamulców. Innymi słowy, hamulce w systemie z trzema zaworami pozostają w pełni włączone, dopóki powietrze nie zostanie przepompowane przez cały system. Całkiem genialne, biorąc pod uwagę, że gdyby ten typ systemu miał całkowitą utratę powietrza, hamulce uruchomiłyby się i zatrzymałyby pociąg. Pomyśl o tym, gdy pędzisz autostradą i wciskasz pedał hamulca. Jeśli płyn hamulcowy z twojego samochodu wycieknie, twoje hamulce nie będą działać.

Układ trójzaworowy jest podstawową koncepcją stosowaną we współczesnych pneumatycznych układach hamulcowych w pociągach, autobusach i ciągnikach siodłowych. Zmieńmy biegi i dowiedzmy się, jak działają hamulce pneumatyczne w pojazdach drogowych w następnym rozdziale

Można było uniknąć ucieczki pociągu

27 czerwca 1988 r. Pociąg podmiejski uderzył w pociąg stacjonarny na stacji Gare de Lyon w Paryżu we Francji, zabijając 56 osób i raniąc 32 kolejne [źródło: AP, National Geographic]. Katastrofa nastąpiła po serii błędów, które opuściły pociąg ze znacznie zmniejszoną zdolnością hamowania. Po tym, jak pasażer nieumyślnie zaciągnął hamulec awaryjny przy wyjściu, kierowca zamknął zawór hamulca, myśląc, że system ma blokadę powietrza. Po wypuszczeniu powietrza z układu pociąg toczył się swobodnie, ale pozostałe wagony, które miały naładowany układ, nie miały wystarczającej siły hamowania. W panice maszynista nie uruchomił elektrycznego układu hamowania awaryjnego, a pociąg zderzył się z pociągiem stojącym na stacji. Gdyby nie odważny maszynista w stacjonarnym pociągu, który pozostał do kolizji, pomagając w ewakuacji pasażerów, liczba ofiar śmiertelnych byłaby znacznie wyższa [źródło: AP, National Geographic]

Zanim poznamy hamulce pneumatyczne w pojazdach drogowych, przyjrzyjmy się, jak działają hamulce w Twoim samochodzie. Każdy, kto prowadził samochód, wie, kiedy naciska pedał hamulca w kierunku podłogi, samochód zwalnia i ostatecznie się zatrzymuje. Ale jak na świecie nasza stopa może zatrzymać 3000-funtowy (1361-kilogramowy) samochód jadący drogą z dużą prędkością?

Na początek omówmy różne typy hamulców, a następnie zbadajmy różne elementy. Każdy pojazd toczący się, w tym pociągi, ciągniki siodłowe z przyczepą, autobusy i samochody, zawiera jeden z dwóch typów systemów. Hydrauliczny hamulce, występujące w lekkich ciężarówkach i samochodach osobowych, do obsługi hamulców należy używać płynu hydraulicznego lub oleju. Hamulce pneumatyczne, które omówimy w następnej sekcji, używają powietrza do uruchamiania hamulców. Spójrzmy na różnice.

W układzie hydraulicznym płyn jest przechowywany w zbiorniku powszechnie określanym jako a główny cylinder. Po naciśnięciu pedału hamulca płyn jest pompowany przez węże lub przewody hamulcowe do tłoczków zamontowanych na każdym kole. Te tłoczki hamulcowe naciskają na dwa zepsute buty, które rozszerzają się i powodują tarcie wewnątrz a bęben hamulcowy, lub przeciwko klocek hamulcowy, który ogranicza a wirnik hamulca. Poniżej znajdują się elementy hydraulicznego układu hamulcowego.

• Zbiornik hamulca: Zawiera hydrauliczny płyn hamulcowy
• Główny cylinder: Urządzenie pompujące płyn ze zbiornika do przewodów hamulcowych biegnących w całym pojeździe
• Przewody hamulcowe: Węże w oplocie gumowym lub stalowym biegnące od pompy hamulcowej do każdego zacisku hamulca
• Zacisk hamulcowy: Stalowa obudowa mocowana w stałym punkcie tarczy hamulcowej, zawierająca tłok i klocki hamulcowe
• Tłok hamulca: Okrągły pręt, który wysuwa się i naciska na klocek hamulcowy, gdy płyn hydrauliczny jest podawany z pompy głównej
• Klocek hamulcowy: Metalowa podkładka z półmetaliczną nakładką, która chwyta stalowy rotor
• Tarcza hamulcowa: Stalowa tarcza przymocowana do każdego koła i piasty, którą chwytają klocki, aby zatrzymać obracanie się kół

[źródło: Hamulce]

Oto spojrzenie na to, jak niektóre części pasują do hamulca tarczowego.

Przed hamulcami tarczowymi samochody korzystały z hamulców bębnowych. Podstawowa mechanika była taka sama, ale w przypadku hamulców bębnowych zastosowano szczęki hamulcowe umieszczone wewnątrz bębna zamontowanego na piaście, a nie wirnik. Hamulce tarczowe zwiększają siłę hamowania, ponieważ są łatwiejsze do chłodzenia i mają większą powierzchnię do uchwycenia. Ponadto pył hamulcowy, który tworzy się w miarę zużywania się klocków hamulcowych i zmniejsza zdolność hamowania, jest łatwiejszy w przypadku hamulców tarczowych niż bębnowych. Aby uzyskać więcej informacji na temat hamulców tarczowych i bębnowych, przeczytaj artykuł Jak działają hamulce tarczowe i Jak działają hamulce bębnowe.

Teraz, gdy rozumiemy podstawy hamulców w pociągach i samochodach, porozmawiajmy o dużych platformach i autobusach.

Schemat elementów hamulca pneumatycznego

Fundacja hamulce są najpowszechniejszymi układami hamulcowymi stosowanymi w samochodach ciężarowych i autobusach i działają tak samo jak w wagonach kolejowych. Na zasadzie potrójnego zaworu powietrze gromadzi się wewnątrz przewodów hamulcowych lub przewodów pneumatycznych, zwalniając hamulce. Praktycznie wszystkie pojazdy drogowe wyposażone w hamulce pneumatyczne mają stopniowany system zwalniania gdzie częściowy wzrost ciśnienia narzuca proporcjonalne zwolnienie hamulców.

Następujące elementy są przeznaczone wyłącznie dla pneumatycznego układu hamulcowego fundamentowego w ciężarówce lub autobusie:

• Kompresor powietrza: Pompuje powietrze do zbiorników magazynowych używanych w układzie hamulcowym
• Regulator sprężarki powietrza: Kontroluje punkt włączenia i wyłączenia sprężarki powietrza, aby utrzymać określoną ilość powietrza w zbiorniku lub zbiornikach
• Zbiorniki powietrzne: Przytrzymać sprężone lub sprężone powietrze, które ma być wykorzystane przez układ hamulcowy
• Zawory spustowe: Zawory spustowe w zbiornikach powietrza służą do spuszczania powietrza, gdy pojazd nie jest używany
• Zawór nożny (pedał hamulca): Po wciśnięciu powietrze jest wypuszczane ze zbiorników zasobnikowych
• Komory hamulcowe: Cylindryczny pojemnik z regulatorem luzu, który porusza membraną lub mechanizmem krzywkowym
• Popychacz: Stalowy pręt podobny do tłoka, który łączy komorę hamulca z regulatorem luzu. Po wciśnięciu hamulce są zwolnione. W przypadku wysunięcia hamulce są włączone.
• Regulatory luzu: Ramię łączy popychacz z krzywką hamulca, aby wyregulować odległość między szczękami hamulcowymi
• Hamulec krzywki S.: Krzywka w kształcie litery S, która rozsuwa szczęki hamulcowe na bęben hamulcowy
• Pedał hamulca: Stalowy mechanizm z okładziną powodującą tarcie o bęben hamulcowy
• Wróć wiosną: Sztywna sprężyna połączona z każdą szczęką hamulcową, która przywraca szczęki do pozycji otwartej, gdy nie są rozłożone przez krzywkę S lub membranę.

Na biegu jałowym (stopa zdjęta z hamulca, a układ pneumatyczny pojazdu jest naładowany), ciśnienie powietrza pokonuje membranę lub krzywka zapłonowa znajduje się w pozycji zamkniętej, co powoduje zwolnienie układu hamulcowego. Gdy tylko naciśniesz pedał hamulca, ciśnienie powietrza spada, obracając krzywkę S i dociskając szczęki hamulcowe do bębna. Kompresor napełnia zbiorniki wyrównawcze, a po zwolnieniu pedału ciśnienie powietrza wzrasta do pierwotnego stanu.

Nagły wypadek Hamulce pneumatyczne uzupełniają standardowe układy hamulców pneumatycznych i można je aktywować poprzez pociągnięcie przycisku na desce rozdzielczej (obok tego ze światłem, które widzieliśmy we wstępie). Zanim będziesz mógł prowadzić pojazd z hamulcami pneumatycznymi, musisz wcisnąć przycisk hamulca awaryjnego, aby napełnić układ powietrzem. Dopóki system awaryjny jest pod ciśnieniem, hamulec bezpieczeństwa pozostanie wolny. Jeśli system ma nieszczelność, ciśnienie może spaść na tyle, aby włączyć hamulec bezpieczeństwa. Ponadto ciężkie ciężarówki są często wyposażone w Hamulec wydechowy który wspomaga proces hamowania, ale zależy to od silnika, a nie pneumatycznego układu hamulcowego.

Dowiedzieliśmy się, jak działają hamulce pneumatyczne. Przyjrzyjmy się teraz, jak konserwacja może zapobiec awariom hamulców w następnej sekcji.

Co to za dzwięk?

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego ciężarówki i autobusy wydają te zabawne piszczenie i syczenie? Pisk to powietrze uciekające po hamowaniu, a dźwięk ppsss jest automatyczny obejściowe zawory bezpieczeństwa w pracy, zapewniając utrzymanie prawidłowego poziomu ciśnienia powietrza. Ponieważ główną zaletą pneumatycznych układów hamulcowych jest ich zdolność do wykorzystywania powietrza do działania, sprężarka stale się włącza i uruchamia, aby napełnić zbiorniki sprężonym powietrzem. Kiedy kompresor wytwarza zbyt dużo powietrza, zawory otwierają się, wytwarzając głośny syk.

Niewłaściwa konserwacja hamulców pneumatycznych może prowadzić do wypadków. Andy Sacks / Getty Images

Każdy stan w USA ma określone wytyczne dotyczące obsługi pojazdu z hamulcami pneumatycznymi. Testy w celu uzyskania komercyjnego prawa jazdy są trudne, podobnie jak kroki w celu utrzymania takiego pojazdu. Oto kilka kroków, które zechcesz wykonać przed wyruszeniem w drogę:

• Upewnij się, że minimalne ciśnienie robocze układu hamulcowego pojazdu jest nie mniejsze niż 85 psi (funtów na cal kwadratowy) dla autobusu i 100 psi dla ciężarówki.
• Sprawdź, czy wzrost ciśnienia powietrza z 85 psi do 100 psi przy 600 do 900 obr / min nie zajmuje więcej niż dwie minuty. (To się nazywa szybkość narastania ciśnienia powietrza.)
• Upewnij się, że prawidłowe ciśnienie wyłącznika regulatora dla sprężarki powietrza wynosi od 120 psi do 135 psi. Ciśnienie włączenia wynosi od 20 psi do 25 psi poniżej ciśnienia wyłączenia.

Będziesz także chciał uważać na wodę w układzie hamulców pneumatycznych, produkt uboczny skondensowanego powietrza. Przewody hamulca pneumatycznego nie lubią wody, szczególnie w chłodniejszym klimacie, gdzie lód może blokować dopływ powietrza do mechanizmu hamulcowego i powodować blokowanie koła. Aby zapobiec temu problemowi, wiele nowoczesnych systemów ma automatyczne zawory spustowe zainstalowane w każdym zbiorniku powietrza.

Złącza powietrzne również mogą stanowić problem. Zużyte uszczelki gumowe powodują ucieczkę powietrza. Chociaż sprężarka może pokonać niewielki wyciek, zbyt mocna praca sprężarek może prowadzić do awarii. Ponownie, jak się dowiedzieliśmy, utrata powietrza niekoniecznie jest złą rzeczą, ale będzie oznaczać, że utkniesz. Dla kierowców ciężarówek utknięcie na środku górskiej przełęczy prawdopodobnie nie jest w planie podróży.

Czułość hamulców, kolejny produkt uboczny hamulców pneumatycznych, może prowadzić do wypadków, zwłaszcza u niedoświadczonych kierowców. Pneumatyczne układy hamulcowe przeznaczone są do pracy w pojazdach przewożących duże obciążenia. Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, skąd się biorą te wszystkie podwójne ślady poślizgu na autostradzie? To produkt lekkich lub pustych przyczep blokujących tylne koła. Prawdopodobnie najgorszą obawą kierowcy ciężarówki jest upadek na ziemię. Nigdy nie jest dobrze, gdy tył przyczepy skrada się wzdłuż kabiny. Ciężarówki poruszające się w deszczu i śniegu mogą z łatwością zostać scyzorykiem, jeśli zostanie użyty zbyt duży hamulec.

Większość nowoczesnych pojazdów z hamulcami pneumatycznymi używa podwójny system. W istocie takie wyposażone pojazdy mają dwa systemy na wypadek awarii jednego. Układy zapobiegające blokowaniu się hamulców można teraz znaleźć w zestawach ciągnika siodłowego i działają w taki sam sposób, jak systemy ABS stosowane w samochodach osobowych.

Zasadniczo hamulce pneumatyczne są wydajne i niezawodne. Jednak nie wstrzymuj oddechu, jeśli masz nadzieję znaleźć je w samochodzie w najbliższym czasie. Pneumatyczne układy hamulcowe zajmują zbyt dużo miejsca i uwagi, aby można je było uznać za praktyczne w samochodach. Wystarczy spojrzeć na ciężarówkę Peterbilt, która spaceruje po międzystanowej. Czy widziałeś duże zbiorniki schowane za zbiornikami paliwa? Spróbuj znaleźć miejsce dla osób pod maską Hondy Civic.

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o hamulcach pneumatycznych i przeczytać powiązane artykuły, skorzystaj z linków na następnej stronie.

Słaba konserwacja prowadzi do ucieczki ciężarówki

25 kwietnia 1996 roku ciężarówka cementowa Mack 1988 zderzyła się z małym sedanem Subaru w Plymouth Meeting, Pa. Gdy kierowca ciężarówki zbliżył się do skrzyżowania na końcu zjazdu ze wzniesienia, jego hamulce zawiodły i ciężarówka wjechała w skrzyżowanie, uderzając w Subaru i zabijając jego kierowcę. Krajowa Rada Bezpieczeństwa Transportu zbadała incydent i wykryła kilka problemów z ciężarówką, w szczególności odwrócone przewody hamulcowe i wtórną awarię systemu. Te dwie kwestie sprawiły, że ciężarówka miała około 17–21% całkowitej zdolności hamowania. Niestety kierowca nie miał pojęcia, że ​​miał awarię hamulca. Słaba konserwacja doprowadziła do bezsensownej śmierci, której można było uniknąć. [źródło: NTSB]

Elementy hamulca pneumatycznego

Teraz złóżmy razem części, aby zobaczyć, jak działają hamulce pneumatyczne jako całość. Ten diagram zawiera zarówno widok zbliżenia, jak i przykładowe rozmieszczenie hamulców w pojeździe.

Powiązane artykuły

• Jak działają hamulce
• Jak działają hamulce przeciwblokujące
• Jak działają hamulce tarczowe
• Jak działają hamulce bębnowe.
• Jak działają hamulce wspomagane
• Jakie są rodzaje płynu hamulcowego?
• Kiedy stawiam samochód na parkingu, co naprawdę powstrzymuje go przed jazdą?

Więcej świetnych linków

• Amerykańska Krajowa Rada Bezpieczeństwa Transportu
• Departament Transportu Stanów Zjednoczonych (DOT)

Źródła

• Associated Press. „Kolejna śmiertelna katastrofa kolejowa w Paryżu”. The New York Times. 7 sierpnia 1988 r. (20 maja 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• California Department of Motor Vehicles. „Podręcznik kierowców komercyjnych w Kalifornii, sekcja 5: Hamulce pneumatyczne”. 1 stycznia 2006. (21 maja 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. „Hamulec (urządzenie)”. MSN Encarta. 2008. (17 maja 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• CDX Online eTextbook. „Układy hamulcowe”. (24 maja 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• CDX Online eTextbook. „Hamulce wydechowe”. (24 maja 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Hamulce pneumatyczne." (18 maja 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• National Geographic Channel. „Seconds from Disaster; Runaway Train”. (21 maja 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Overview
• Krajowa Rada Bezpieczeństwa Transportu. „Raport z wypadku na autostradzie PB97-916202”. 17 października 1997 r. (19 maja 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• Muzeum Kolejnictwa w San Diego. „Opis i historia hamulców pneumatycznych pociągu”. (18 maja 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Canadian Underwriter. „Włączanie hamulców w awaria hamulca pneumatycznego”. Maj 2007. (20 maja 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=