Hydraulický brzdový pohon – Encyklopedie časopisu Za volantem

Hydraulický brzdový pohon automobilů je hydrostatický, tedy takový, ve kterém je energie přenášena tlakem kapaliny. Princip činnosti hydrostatického pohonu je založen na vlastnosti nestlačitelnosti kapaliny v klidu, přenášející tlak vytvořený v libovolném bodě do všech ostatních bodů v uzavřeném objemu.

Schematické schéma pracovního brzdového systému automobilu:
1 – brzdový kotouč;
2 — brzdový třmen předního kola;
3 – přední obrys;
4 — hlavní brzdový válec;
5 — nádržka se snímačem nouzového poklesu hladiny brzdové kapaliny;
6 – vakuový zesilovač;
7 – posunovač;
8 — brzdový pedál;
9 — spínač brzdových světel;
10 — brzdové destičky zadních kol;
11 — brzdový válec zadních kol;
12 – zadní obrys;
13 — skříň nápravy zadní nápravy;
14 — zátěžová pružina;
15 – regulátor tlaku;
16 — zadní lanka;
17 — ekvalizér;
18 — přední (centrální) kabel;
19 — páka parkovací brzdy;
20 — výstražný indikátor nouzového poklesu hladiny brzdové kapaliny;
21 — spínač varování parkovací brzdy;
22 — brzdové destičky předních kol

Schéma pohonu hydraulické brzdy je na obrázku. Pohon se skládá z hlavního brzdového válce, jehož píst je spojen s brzdovým pedálem, kolových válců brzdového mechanismu předního a zadního kola, potrubí a hadic spojujících všechny válce, ovládacího pedálu a zesilovače hnací síly.
Potrubí, vnitřní dutiny hlavního brzdového válce a všech válců kol jsou naplněny brzdovou kapalinou. Součástí hydraulického pohonu je také regulátor brzdné síly a modulátor protiblokovacího brzdového systému zobrazený na obrázku, pokud je instalován na vozidle.
Když je pedál sešlápnut, píst hlavního brzdového válce tlačí kapalinu do potrubí a válců kol. Ve válcích kol brzdová kapalina způsobuje pohyb všech pístů, což způsobuje přitlačování brzdových destiček k bubnům (nebo kotoučům). Když jsou vybrány mezery mezi destičkami a bubny (kotouči), nebude možné vytlačit kapalinu z hlavního brzdového válce do válců kol. S dalším zvýšením síly sešlápnutí pedálu v pohonu se zvýší tlak kapaliny a začne současné brzdění všech kol.
Čím větší je síla působící na pedál, tím vyšší je tlak vytvářený pístem hlavního válce na kapalinu a tím větší je síla vyvíjená každým pístem válce kola na brzdovou čelist. Současné ovládání všech brzd a konstantní poměr mezi silou na brzdový pedál a hnacími silami brzd jsou tedy zajištěny samotným principem činnosti hydraulického pohonu. U moderních pohonů může tlak kapaliny při nouzovém brzdění dosáhnout 10–15 MPa.
Po uvolnění brzdového pedálu se brzdový pedál působením vratné pružiny přesune do své původní polohy. Do původní polohy se vrací i píst hlavního brzdového válce svou pružinou, tažné pružiny mechanismů oddalují destičky od bubnů (kotoučů). Brzdová kapalina z válců kol je vytlačována potrubím do hlavního brzdového válce.
Výhody hydraulického pohonu jsou rychlost odezvy (vzhledem k nestlačitelnosti kapaliny a vysoké tuhosti potrubí), vysoká účinnost, protože energetické ztráty jsou spojeny především s pohybem kapaliny s nízkou viskozitou z jednoho objemu do druhého, jednoduchost konstrukce, malé hmotnost a rozměry díky vysokému hnacímu tlaku, snadnému uspořádání pohonu zařízení a potrubí; schopnost získat požadované rozložení brzdných sil mezi nápravy vozidla díky různým průměrům pístů válců kol.
Nevýhody hydraulického pohonu jsou: potřeba speciální brzdové kapaliny s vysokým bodem varu a nízkým bodem houstnutí; možnost selhání v důsledku snížení tlaku v důsledku úniku kapaliny při poškození nebo selhání, když se do pohonu dostane vzduch (tvorba parních zámků); výrazné snížení účinnosti při nízkých teplotách (pod minus 30 °C); Obtížné použití na silničních vlacích k přímému ovládání brzd přívěsu.
Pro použití v hydraulických pohonech se vyrábějí speciální kapaliny zvané brzdové kapaliny. Brzdové kapaliny se vyrábějí na různých základech, jako je alkohol, glykol nebo olej. Nelze je mezi sebou míchat kvůli zhoršení vlastností a tvorbě vloček. Aby se zabránilo zničení pryžových dílů, lze brzdové kapaliny získané z ropných produktů používat pouze v hydraulických pohonech, jejichž těsnění a hadice jsou vyrobeny z pryže odolné proti oleji.
Při použití hydraulického pohonu je vždy dvouokruhový a výkon jednoho okruhu nezávisí na stavu druhého. S tímto schématem v případě jediné poruchy neselže celý pohon, ale pouze vadný obvod. Pracovní okruh plní roli záložního brzdového systému, s jehož pomocí vůz zastaví.

Způsoby rozdělení pohonu brzdy na dva (1 a 2) nezávislé okruhy

Čtyři brzdové mechanismy a jejich kolové válce lze různými způsoby rozdělit do dvou nezávislých okruhů, jak je znázorněno na obrázku.
Na schématu (obr. 5a) jsou první sekce hlavního válce a kolové válce předních brzd sloučeny do jednoho okruhu. Druhý okruh tvoří druhá sekce a zadní brzdové válce. Toto schéma s axiálním oddělením obrysů se používá například na vozidlech UAZ-3160, GAZ-3307. Za efektivnější se považuje schéma oddělení diagonálního okruhu (obr. b), ve kterém jsou válečky kol pravé přední a levé zadní brzdy spojeny do jednoho okruhu a válečky kol dvou dalších brzdových mechanismů jsou spojeny do druhého okruhu ( VAZ-2112). S tímto schématem můžete v případě poruchy vždy zabrzdit jedno přední a jedno zadní kolo.
V dalších schématech uvedených na Obr. 6.15 po poruše zůstávají funkční tři nebo všechny čtyři brzdové mechanismy, což dále zvyšuje účinnost záložního systému. Pohon hydraulických brzd vozu Moskvič-21412 (obr. c) je tedy proveden pomocí dvoupístkového třmenového kotoučového mechanismu na předních kolech s velkými a malými pístky. Jak je patrné ze schématu, při poruše jednoho z okruhů působí provozuschopný okruh náhradního systému buď pouze na velké pístky předního brzdového třmenu, nebo na zadní válce a malé pístky přední brzdy.
Na schématu (obr. d) zůstává vždy funkční jeden z okruhů, který spojuje válečky kol dvou předních brzd a jedné zadní brzdy (auto Volvo). Nakonec na Obr. Obrázek 6.15d ukazuje plně redundantní obvod (ZIL-41045), ve kterém kterýkoli z obvodů brzdí všechna kola. V každém schématu je povinné mít dva nezávislé hlavní válce. Konstrukčně se nejčastěji jedná o tandemový duální hlavní válec, se sekvenčně umístěnými nezávislými válci v jednom pouzdře a poháněný pedálem s jednou tyčí. U některých vozů se však používají dva konvenční hlavní válce, instalované paralelně s pedálovým pohonem prostřednictvím vyrovnávací páky a dvou tyčí.

Hydraulické pohony pro brzdové mechanismy se objevily o něco později než mechanické pohony, kolem roku 1910 – 1915. V masovém automobilovém průmyslu se hydraulické brzdové pohony používají od roku 1924 díky vývoji inženýrů amerického výrobce automobilů Chrysler (Chrysler Group LLC).
Ve své práci takové pohony využívají hydrostatické zákony, přenášející energii na kapalinu pod tlakem.
Princip činnosti hydrostatického pohonu je založen na vlastnosti kapaliny udržovat svůj objem pod vnějším tlakem (zanedbatelná stlačitelnost), jakož i na schopnosti přenášet vytvořený tlak v libovolném bodě rovnoměrně do všech bodů uzavřeného objemu kapaliny. (Pascalův zákon).

Hydraulický pohon je široce používán jako pohon pro systém provozních brzd osobních automobilů, lehkých a středně těžkých nákladních automobilů a lehkých autobusů.

Výhody a nevýhody hydraulických brzd

Hydraulický pohon brzdových mechanismů má oproti jiným typům pohonu řadu významných výhod:

• současné brzdění všech kol (v principu) a požadované rozložení brzdných sil mezi jednotlivá kola (rozlišení brzdných sil);
• vysoká účinnost – 0,9 a vyšší při normální teplotě chladicí kapaliny (pro srovnání, účinnost mechanického pohonu jen zřídka přesahuje 0,6 );
• krátká doba odezvy (0,05…0,2 s). Díky této vlastnosti, vzhledem k zanedbatelné stlačitelnosti kapaliny, má hydraulický pohon nepopiratelnou výhodu oproti pneumatickému pohonu, který má dobu odezvy přibližně desetkrát delší;
• relativně malé rozměry a hmotnost nástrojů a zařízení používaných v hydraulickém pohonu;
• jednoduchost designu a snadnost uspořádání (hydraulické trubky pohonu lze položit jakýmkoli způsobem a kdekoli v karoserii nebo jiných konstrukčních prvcích vozu – to neovlivní výkon pohonu).

Hydraulické brzdové pohony nejsou bez některých významných nevýhod:

• nemožnost získat velký převodový poměr pohonu. Jak je známo, převodový poměr hydrostatických systémů může být určen poměrem ploch průřezu pístů hydraulických válců přenášejících a přijímajících sílu (nebo prvků, které je nahrazují). Je zřejmé, že výrazné zvýšení převodového poměru pohonu pro zvýšení brzdné síly vede k výraznému zvýšení zdvihu ovládacího prvku (brzdového pedálu nebo páky);
• porucha v důsledku lokálního poškození některého z konstrukčních prvků (trubka, armatura apod.), tedy relativně nízká spolehlivost pohonu. K odstranění tohoto nedostatku se používají víceokruhové pohony;
• nemožnost prodlouženého a nebezpečí příliš intenzivního brzdění. Při delším brzdění může dojít k přehřátí až varu brzdové kapaliny vlivem zahřívání konstrukčních prvků brzdových mechanismů (destiček, bubnů atd.). Intenzivní brzdění nadměrnou silou může vést k poškození těsnících prvků, což následně povede k odtlakování pohonu a ztrátě jeho funkčnosti;
• vysoká citlivost na vzduch vstupující do jednotky, prudce snižuje její výkon (a dokonce vede k úplnému selhání), když se systém provzdušní;
• závislost účinnosti pohonu na teplotě brzdové kapaliny (při nízkých teplotách účinnost hydraulického pohonu prudce klesá v důsledku zvýšení viskozity kapaliny);
• použití jako pracovní kapalina speciálních kapalin, které mohou při úniku do půdy a do vnějšího prostředí poškodit životní prostředí, zvířata a lidi.

Obecné hydraulické hnací zařízení

Hydraulický pohon brzdových mechanismů může mít různá uspořádání a zahrnovat různá zařízení a zařízení pro zajištění spolehlivého a pohodlného řízení brzdných procesů vozidla.
Každý hydraulický pohon však obsahuje povinné prvky, které se liší pouze designem a mají stejnou funkčnost. Uvažujme návrh těchto prvků a zařízení na příkladu jednoduchého hydraulického pohonu brzdových mechanismů.

Nejjednodušší hydraulický pohon (obr. 1) se skládá z ovládacího prvku (brzdový pedál 7), hlavní brzdový válec 9, potrubí a pracovní válce kol 3.
U moderních hydraulických pohonů je povinným prvkem regulátor tlaku (zap obr. 1 nezobrazeno).
Podívejme se na účel a konstrukční vlastnosti každého z prvků hydraulického pohonu brzdových mechanismů.

Hlavní brzdový válec

Hlavní brzdový válec přijímá sílu vytvořenou nohou (nebo rukou) řidiče přes ovládací prvek (pedál nebo páku) a přenáší ji přes pohyblivý píst pracovní kapaliny. Konstrukce hlavních brzdových válců se mohou lišit, ale principy jejich fungování jsou stejné.

Konstrukčně nejjednodušší hlavní brzdový válec se skládá z těla válce, v němž je uložen pohyblivý píst, a dále těsnicí a spojovací prvky. Složitější konstrukce používané u dvouokruhových a víceokruhových pohonů zahrnují dva písty, z nichž každý zajišťuje provoz samostatného okruhu. V tomto případě je válec konstrukčně rozdělen na dva zcela nebo částečně izolované objemy. Někdy se u víceokruhových hydraulických brzdových pohonů pro zvýšení spolehlivosti používají dvojité hlavní válce, v jejichž skříni jsou vyrobeny dva válce s písty instalovanými paralelně.

Přímo na hlavním brzdovém válci nebo vedle něj je nádržka se zásobou brzdové kapaliny – nádržka. 5 (obr. 1), jehož objem komunikuje s objemem hydraulického válce speciálními kanály. Pokud je nádrž instalována samostatně, je připojena k hlavnímu válci pomocí pryžové trubky. Spojení hydraulického válce se zásobníkem zajišťuje doplnění kapaliny při netěsnostech, vytlačení přebytečné kapaliny při její tepelné roztažnosti a vyrovnání změn objemu kapaliny po seřízení.

V deblokovaném stavu jsou dutiny válců propojeny kanálky se zásobníkem pro doplnění kapaliny v případě potřeby. Při pohybu pístu poté, co na něj působí tyč spojená s brzdovým pedálem (pákou), jsou tyto kanály blokovány tělesem pístu a kapalina může být vytlačována z válce pouze do potrubí hydraulického hnacího okruhu.
Víceokruhové pohony používají dvě nádrže (nádrž) nebo jednu s oddělenou přepážkou.

Na obr. 2 Je znázorněna konstrukce hlavního brzdového válce systému provozní brzdy vozu GAZ-53-12 a jeho modifikace.
Brzdový systém vozidla má dva okruhy, takže hlavní brzdový válec je rozdělen na dvě sekce, z nichž každá obsluhuje samostatný okruh. Dva zásobníky (nebo jeden se samostatnou přepážkou) komunikují s dutinou hlavního válce dvěma otvory.

Písty mají kroužková těsnění tlačená pružinami. Vnější povrch pístů má drážku pro uložení těsnicích kroužků, jejichž délka je menší než délka drážky. Kromě drážky mají písty prstencové dutiny a ploché rohové drážky, které jsou spojeny se zásobníkem (nádrží) v libovolné poloze pístů. Tím se zabrání vnikání vzduchu do hydraulického potrubí.

Nejnebezpečnější z hlediska pronikání vzduchu do hlavního brzdového válce je režim uvolnění, který se zpravidla provádí rychle sešlápnutím pedálu. Kapalina se díky své viskozitě vrací do hlavního brzdového válce poměrně pomalu a písty mají působením pružin tendenci se odtrhávat od sloupce kapaliny, čímž vzniká v potrubí podtlak.

Zabránit vstupu vzduchu do potrubí samotnými pryžovými těsněními je obtížné, proto jsou na zadní straně pístů nebo v nich samotné umístěny dutiny naplněné kapalinou a v libovolné poloze pístů komunikují se zásobníkem pomocí otvorů. Vzniká tak jakési hydraulické těsnění, které zabraňuje vnikání vzduchu do hydraulického pohonu.

Do tělesa hydraulického válce jsou našroubovány přítlačné šrouby, které určují krajní pravou polohu pístů a těsnicích kroužků odpovídající odpojenému stavu brzdového systému. Uspořádání pístů je takové, že v naznačené krajní poloze kroužky, spočívající na šroubech, odtrhávají manžety z pístů, spojující zásobníky s potrubími. Na začátku brzdění se písty pohybující se ve válci (jeden působením táhla pedálu, druhý vlivem tlaku kapaliny) přesunou na manžety, poté začne být brzdová kapalina vytlačována do obvodové linky.

V případě ztráty těsnosti jednoho okruhu, přiváděného např. levým otvorem, se levý píst, vytlačující kapalinu přerušením vedení, opře těsněním o dno válce a tvoří fiktivní dno pro správnou pracovní dutinu a zajištění těsnosti druhé pracovní dutiny.
Pokud dojde k odtlakování v okruhu napájeném z pravé dutiny, pak pravý píst, vytlačující kapalinu přes místo úniku, bude spočívat prodloužením proti levému pístu a přímo na něj přenáší sílu z tyče.

V moderních konstrukcích hlavních brzdových válců jsou indikátory hladiny kapaliny instalovány v nádrži (nádrži). Výstražná kontrolka (červená s odpovídajícím obrázkem) je instalována na přístrojové desce. Senzory takových alarmů mají plovoucí konstrukci – plovák plovoucí v nádrži s kapalinou, když je hladina kapaliny normální, otevírá kontakty napájecího obvodu výstražné lampy.
Pokud hladina kapaliny klesne na nepřijatelnou úroveň, plovák klesne níže, sepnou se kontakty napájecího obvodu signálky a rozsvítí se, což signalizuje řidiči, že v nádrži není dostatek kapaliny.

Při plnění hydraulického pohonu brzdové soustavy pracovní kapalinou a někdy i při provozu vozidla je nutné odstranit vzduch z brzdové soustavy. K tomu jsou instalovány odvzdušňovací ventily v nejvyšších místech pohonu a v místech, kde je pravděpodobné zadržování vzduchu.

Kolové pracovní válce

Ovládacími prvky pohonu jsou pracovní válce kol. Odebírají tlak kapaliny vytvořený hlavním brzdovým válcem a ovládají brzdy kol.

Pracovní válce (obr. 3) mají tělo z litiny nebo (méně běžně) z lehké slitiny a písty s těsnicími manžetami. Mezery mezi třecím obložením a bubnem se nastavují automaticky. Na pístu pracovního válce je umístěn dělený pružinový kroužek.
Mezi kroužkem a pístem jsou radiální a axiální vůle. Velikost axiální vůle je standardizovaná a odpovídá požadované velikosti vůle mezi blokem a bubnem. Radiální elasticita kroužku je také normalizována, aby se získala určitá hodnota třecí síly mezi kroužkem a válcem. Specifikovaná třecí síla musí být zaručena, že překročí sílu vratných pružin poháněných k pístu, ale nesmí být nadměrná, aby příliš nesnížila hnací sílu pístu.

Pro nastavení mechanismu po montáži musíte sešlápnout brzdový pedál. Písty pracovních válců, pohybující se směrem ven pod vlivem tlaku kapaliny, vyberou stávající mezeru a poté s nimi přitáhnou kroužky. Pohyb pístů bude pokračovat, dokud podložky nedosednou na buben.
Když se pedál uvolní, vratné pružiny budou schopny posouvat písty zpět pouze o velikost odpovídající axiální vůli mezi pístem a kroužkem, protože nejsou schopny posouvat kroužek. Velikost mezery mezi kroužkem a pístem, jak je uvedeno výše, odpovídá požadované mezeře mezi podložkami a bubnem.
Jak se tedy brzdové obložení opotřebovává, kroužek se bude pohybovat podél válce a udržovat konstantní mezeru mezi brzdovým obložením a bubnem.

Regulátor tlaku

Regulátor tlaku upravuje tlak brzdové kapaliny v zadní brzdové soustavě v závislosti na změnách zatížení zadních kol.

Regulátor (obr. 4) se skládá z pouzdra, ve kterém je instalována vložka pístu. Kulička je vložena do vybrání na objímce a je držena na místě pružinou. V objímce se pohybuje píst, na jehož konci je připevněn ovládací kužel. Vratná pružina pístu jej drží v původní poloze, když regulátor nefunguje.
Do tělesa regulátoru je našroubována průchodka, na jejímž konci je instalován ochranný pryžový kryt.

Kapalina z hlavního brzdového válce vstupuje do podpístové dutiny regulátoru a kapalina vychází z nadpístové dutiny pro ovládání pracovních válců kol mechanismů zadní brzdy.
Regulátor je ovládán pružným prvkem, který je připevněn k podlaze korby a k přítlačné páce pístu regulátoru.

Před uvedením regulátoru do provozu je tlak kapaliny v obou dutinách a v libovolném místě hydraulického pohonu stejný, protože obtoková koule je nadzvednuta ovládacím kuželem, který zajišťuje volný průchod brzdové kapaliny z dutiny podpístu. do nadpístové dutiny.

Při brzdění se vzdálenost mezi karoserií a zadní nápravou zvětšuje (auto „pokyvuje“), zatímco zatížení zadních kol klesá a v souladu s tím se snižuje síla působící od pružného prvku na píst regulátoru.
Když síla vyvíjená kapalinou na hlavu pístu překročí součet sil pružného prvku a kapaliny menší (podpístovou) oblastí pístu, bude se tato pohybovat směrem k tlakové páce a ovládací kužel uvolní kuličku, která působením tlačné pružiny zablokuje přístup kapaliny z podpístové dutiny do nadpístové dutiny. Od tohoto okamžiku bude tlak v podpístkové dutině vyšší než tlak v nadpístové dutině, která obsluhuje zadní brzdové mechanismy.

Díky tomu bude brzdná síla na předních brzdových destičkách o něco vyšší než na zadních brzdách, což zajistí účinné brzdění. Pokud je vůz plně naložený, pak se při brzdění jeho zadní část zvedne méně nad zadní nápravu a rozdíl v tlaku v dutinách nad a pod pístem regulátoru bude nevýznamný.

Po odstranění síly z pedálu brzdového systému se píst regulátoru vrátí do své původní polohy a ovládací kužel, zvedající kuličku, umožní přístup kapaliny z dutiny pod pístem do dutiny nad pístem.
Dojde k vyrovnání tlaku kapaliny v celém brzdovém okruhu.

V současné době některá vozidla využívají hydraulický pohon s nuceným přívodem pracovní kapaliny do brzdových mechanismů, vybavený speciálním čerpadlem. V tomto případě se pro vytvoření brzdných momentů na kolech nezbytných pro účinné brzdění vozu využívá energie motoru, který pohání hydraulické čerpadlo přímo nebo prostřednictvím jakékoli jednotky přenosu výkonu vozu.
Tato konstrukce, navzdory určité složitosti, umožňuje obejít se bez hydraulických zesilovačů pohonu, výrazně snížit sílu vyvíjenou řidičem na ovládací prvky brzdového systému a zvýšit komfort řízení vozu.