Тормозные механизмы
Тормозным механизмом называется устройство, предназначенное для непосредственного торможения вращающегося движителя машины (колеса, звездочки) или одного из валов трансмиссии. В рабочих тормозных системах тормозные механизмы обычно располагают непосредственно на движителе или вблизи его (например, на валах, соединенных с колесами или звездочками трактора). В стояночных тормозных системах тормозные механизмы установлены на одном из валов трансмиссии машины (обычно на вторичном валу коробки передач).
Наибольшее распространение в автомобилях и тракторах получили фрикционные тормозные механизмы. По форме невращающихся трущихся элементов тормозные механизмы классифицируются на колодочные, ленточные, дисковые и комбинированные; по форме вращающихся трущихся элементов – на барабанные и дисковые. Наибольшее распространение в автомобилях получили барабанные тормозные механизмы, в тракторах – ленточные. Все шире применяются дисковые тормозные механизмы.
Ленточный барабанный тормоз простого действия (рис. 2.122, а) состоит из тормозного барабана 5, укрепленного на валу 7 силовой передачи, и охватывающей его ленты 4 с фрикционной накладкой. Один конец ленты прикреплен к крышке картера 9 тягой 10 неподвижно, а другой – к двуплечному рычагу 3, соединенному тягой 2 с педалью управления. Провисание ленты ограничивается винтом 6. При воздействии на педаль 1 рычаг 3 затягивает ленту вокруг барабана, создавая тормозной момент. В результате барабан затормаживается. Ленточный тормоз такой конструкции дает интенсивное торможение при вращении барабана только в одну сторону (показано стрелкой).
Рис. 2.122. Схемы тормозных механизмов
195
Плавающий ленточный тормоз (рис. 2.122, б) в отличие от предыдущего дает возможность эффективного торможения при вращении барабана в обе стороны. Это достигается тем, что оба конца тормозной ленты 4 подвижны и шарнирно соединены с тягами рычага 11, пальцы 12 и 14 которого помещены в вырезах неподвижного кронштейна 13. Длинное плечо рычага 11 связано тягой 2 с педалью 1 тормоза. Пружина 8 оттягивает ленту 4 от шкива 5 при отпущенной педали 1. В зависимости от направления вращения барабана при торможении один из пальцев 12 или 14 становится неподвижным, а второй, перемещаясь вместе с лентой, затягивает тормозной барабан 5.
Ленточные тормоза просты по конструкции, компактны, достаточно эффективны в работе. Недостаток их – недостаточная плавность торможения, сложность регулирующих устройств.
Колодочный барабанный тормоз (рис. 2.122, в) состоит из вращающегося вместе с колесом тормозного барабана 5 и неподвижного щита с установленными на нем тормозными колодками 16 с фрикционными накладками. При нажатии на педаль 1 колодки прижимаются к поверхности барабана 5 разжимным кулачком 15, который нажимает на верхние концы колодок 16 и поворачивает их вокруг шарниров 17. Если отпустить педаль 1, то пружины 18 растормаживают барабан 5. В автомобилях средней (ГАЗ-53А) и большой грузоподъемности в качестве разжимного устройства тормозных колодок может использоваться гидравлический тормозной цилиндр с поршнями. На мощных колесных тракторах (Т-150К, К-701) для создания необходимого тормозного момента на колесах машины имеется пневматический привод, с помощью которого происходит поворот разжимного кулака. Колодочные тормоза надежны и безотказны в работе, обеспечивают необходимую стабильность между тормозным моментом и приводным усилием, позволяют иметь компактный приводной механизм с большим передаточным числом. Они применяются в качестве колесного тормоза в автомобилях и колесных тракторах, а также в качестве трансмиссионного тормоза у автомобилей.
Дисковые тормоза широко применяются как колесные тормозные механизмы легковых автомобилей (ВАЗ, «Москвич»). Они имеют меньшие габариты, что облегчает их компоновку в колесе, малое время срабатывания тормозной системы, равномерный износ накладок, лучший теплоотвод от трущихся поверхностей и др. Дисковые тормоза применяются также в качестве тормозного механизма движителя колесных тракторов МТЗ-80 и МТЗ-82.
Схема такого тормоза показана на рис. 2.122, г. Два тормозных диска 19 и 22 с фрикционными накладками надеты на вал 7 конечной передачи. Между тормозными дисками расположены нажимные диски 20 и 21. Между тормозными и нажимными дисками в гнездах расположены шарики 23. При нажатии на педаль 1 усилие через тягу 10 и серьгу 24 передается на нажимные диски, которые, поворачиваясь в противоположные стороны, заклинивают шарики 23 и заставляют диски раздвинуться. Нажимные диски, воздействуя на тормозные диски, заставляют их прижиматься к неподвижному корпусу 3, затормаживая этим самым вал конечной передачи. При отпускании педали нажимные диски вновь возвращаются в первоначальное положение под действием пружины, растормаживая вал 7.
196
Привод тормозной системы
Механический привод тормозов представляет собой систему рычагов и тяг, соединенных между собой шарнирно и передающих усилие от педали рычага управления к тормозным механизмам. В колесных машинах механический привод управляется обычно рычагом, в гусеничных – ножной педалью.
Недостаточная жесткость элементов привода затрудняет синхронность работы тормозных механизмов отдельных колес и требуемое распределение приводных сил. Кроме того, большое число трущихся поверхностей в приводе значительно снижает его КПД (до 0,4-0,6), поэтому в настоящее время механический привод в рабочих тормозных системах не используется. Однако высокая надежность и неограниченность времени передачи усилия делает его единственным применяемым приводом для стояночной тормозной системы машины. Устройство такого привода для трансмиссионного тормоза барабанного типа показано на рис. 2.123. Чугунный тормозной барабан 2 закреплен на заднем конце вторичного вала 4 коробки передач. Внутри барабана расположены две колодки 1 с фрикционными накладками. Ось 3 колодок закреплена в опорном кронштейне тормоза. Колодки постоянно стягиваются двумя пружинами 5 и раздвигаются при торможении разжимным кулаком 6. Вал кулака установлен в опорном кронштейне. Рычаг 7 вала кулака тягой 8 соединен с рычагом 9 ручного привода. Ручной рычаг 11 снабжен стопорной защелкой, перемещающейся по сектору 10 и управляемой от рукоятки 12, что позволяет закрепить рычаг в заторможенном состоянии. Регулируется ручной тормоз перестановкой кольца соединительной тяги 8 в отверстиях рычага 7 вала кулака или изменением длины тяги 8.
Рис. 2.123. Стояночный тормоз барабанного типа
Гидравлический привод. Действие гидравлического привода тормозной системы основано на свойстве несжимаемой жидкости передавать создаваемое в любой точке давление одинаково всем точкам замкнутого объема жидкости, т. е. основано на передаче усилия, действующего на педаль управления, через жидкость на тормозные механизмы.
197
Гидравлический привод тормозов (рис. 2.124) состоит из главного 7 и колесных 13 тормозных цилиндров, соединительных трубопроводов 5, 8 и 11 и педали управления 6. Главный тормозной цилиндр сообщается с резервуаром для тормозной жидкости, которая заполняет всю систему привода. Пружины 3 обеспечивают постоянный контакт упоров поршней 4 с тормозными колодками 12, Поршень 9 главного тормозного цилиндра через шток 10 связан с педалью управления, а поршни 4 колесных тормозных цилиндров с тормозными колодками 2 и 12 колес. При нажатии на педаль 6 поршень 10 вытесняет жидкость из главного цилиндра в трубопроводы и колесные цилиндры. Под давлением жидкости поршни 4 колесных цилиндров разводят тормозные колодки 2 и 12, прижимая их к тормозным барабанам и вызывая торможение колес. Чем выше усилие на педаль, тем большая сила передается от каждого поршня колесного тормоза на колодку тормозного механизма. При отпускании педали 6 давление жидкости в системе падает, и поршни 4 под действием возвратных пружин 1 возвращают колодки 2 и 12 в первоначальное положение. Жидкость перетекает обратно в цилиндр 7 и резервуар для тормозной жидкости.
Рис. 2.124. Схема одноконтурного гидравлического тормозного привода
Достоинствами гидравлического привода тормозов являются простота конструкции, малая масса, возможность требуемого распределения тормозных усилий между мостами (колесами) за счет размеров поршней колесных цилиндров, высокий КПД (0,8-0,9), удобство компоновки деталей привода. Гидравлический привод обеспечивает одновременность включения тормозов на всех колесах, плавность торможения машины. Недостатками гидравлического тормозного привода являются невозможность одноразового длительного торможения, выход из строя всей системы при нарушении герметичности одного из элементов, чувствительность к температурным условиям, ограничение максимальных приводных сил. Последний недостаток исключает применение такого привода на автомобилях с полной массой свыше 4–5 т.
Большая надежность тормозной системы может быть достигнута применением колесных тормозов с раздельным гидравлическим приводом – двумя параллельно действующими контурами, причем при выходе из строя одного контура второй обеспечивает работоспособность системы.
В тракторах тормозная система с гидравлическим приводом не применяется, но используется для прицепов, буксируемых трактором. При этом на тракторе устанавливается главный тормозной цилиндр с рычагом управления.
198
К колесным цилиндрам жидкость подается по резиновому шлангу. Пневматический привод. В пневматическом приводе (рис. 2.125) тормозные
механизмы приводятся в действие сжатым воздухом. При нажатии на педаль 12 воздух из баллонов 4 через тормозной кран 11 поступает в тормозные камеры 7 передних и задних колес и приводит в действие тормозные механизмы. Величина давления воздуха в тормозных камерах зависит от величины хода педали 12. При отпускании педали воздух выпускается в атмосферу из тормозных камер 7, в результате чего колеса машины растормаживаются.
Рис. 2.125. Схема пневматического тормозного привода
Рассмотрим назначение отдельных элементов тормозной системы. Компрессор 1 – поршневого типа, приводится в действие от двигателя и нагнетает воздух в баллоны, обеспечивая им тормозную систему. Давление воздуха в баллонах контролируется манометром 3. Для предотвращения чрезмерного давления воздуха в системе установлен регулятор давления 2, который при достижении предельного значения давления отключает подачу воздуха и включает ее вновь после падения давления до минимального значения. При неисправности регулятора 2 система предохраняется от чрезмерного повышения давления клапаном 5. Кран 6 служит для отбора воздуха из баллона для накачивания шин и других целей, а кран 10 – для слива конденсата. Разобщительный кран 8 используется для отключения магистрали прицепа и устанавливается перед соединительной головкой 9, которая служит для соединения воздухопроводов между автомобилем и прицепом и между отдельными прицепами. Тормозной кран 11 предназначен для управления тормозами машины путем регулировки подачи сжатого воздуха из баллонов 4 в тормозные камеры. Кран должен обеспечивать постоянное тормозное усилие при неизменном положении педали управления 12 и быстрое растормаживание при прекращении воздействия на педаль.
На современных автомобилях и колесных тракторах, работающих с прицепами, устанавливают комбинированные тормозные краны, включающие
199
две параллельные системы управления: одну для управления тормозами машины, другую – тормозами прицепа. Колесная тормозная камера 7 является исполнительным механизмом тормозной системы.
На большинстве колесных машин установлены диафрагменные тормозные камеры, устройство которых показано на рис. 2.126. Диафрагма 2 из прорезиненной ткани зажата между корпусом 1 и крышкой 4 тормозной камеры. Корпус крепится к кронштейну болтами 9. В диафрагму через приклепанный к штоку 8 диск 3 упираются две возвратные пружины 6 и 7. Вал 16 разжимного кулака тормозных колодок рычагом 11 соединяется с вилкой 10, навинченной на конец штока 8. В теле рычага 11 установлен червяк 12, а на шлицах вала 16 закреплено червячное колесо 15. Это устройство служит для регулировки зазора между барабаном и фрикционными накладками по мере их износа. При торможении сжатый воздух проходит по шлангу 5 в тормозную камеру. Под его действием диафрагма 2, шток 8 и вилка 10 поворачивают рычаг 11, а вместе с ним червяк 12, червячное колесо 15 и вал 16 с разжимным кулаком, прижимающим колодки к тормозному барабану. Шариковый фиксатор 13 удерживает вал червяка 14 от самопроизвольного поворачивания.
Рис. 2.126. Диафрагменная колесная тормозная камера
Поскольку на задние колеса приходится большая масса машины, чем на передние, то для увеличения тормозной силы на них тормозные камеры задних колес делаются большего диаметра, чем камеры передних колес. На автомобилях большой грузоподъемности (семейство КрАЗ) применяются поршневые колесные тормозные камеры, которые более надежны и долговечны.
Основное достоинство пневматического привода тормозной системы – легкость управления торможением (усилие водителя необходимо лишь для приведения в действие устройства, впускающего в систему сжатый воздух). Пневматический привод позволяет также распределять тормозное усилие между колесами переднего и заднего мостов, управлять прицепами и автоматически
200
затормаживать их при отрыве от машины-тягача. Недостатки пневмопривода тормозной системы заключаются в его сложности, громоздкости и высокой стоимости, значительном времени его срабатывания, выходе из строя при местном повреждении. Устранение последнего недостатка достигается, как и при гидравлическом приводе созданием многоконтурных тормозных систем.
Примером служит тормозная система автомобилей КамАЗ, имеющая пять независимых контуров, схема которой показана на рис. 2.127. Компрессор 1 через регулятор давления 2 подает воздух по пяти отдельным контурам.
Рис. 2.127. Схема многоконтурного пневматического тормозного привода
В первый контур привода переднего рабочего тормоза входят баллон 3, верхняя секция двухсекционного тормозного крана 18, связанного с педалью управления, и тормозные камеры 19 передних колес. Второй контур привода рабочего тормоза задней тележки состоит из баллона 4, нижней секции тормозного крана 18, автоматического регулятора 17 тормозных сил и тормозных камер 14 с пружинными энергоаккумуляторами. Давление в первом и втором контурах контролируют по двухстрелочному манометру 16, расположенному на щитке приборов. Третий контур привода стояночного и запасного тормозов состоит из баллона 5, тормозного крана 15 и тормозных камер 14 с пружинными гидроаккумуляторами. Из этого же контура через разобщительный кран 12, соединительную головку 11 и клапан 13 управления тормозами прицепа получает питание пневматический привод тормозов прицепа. В четвертый контур управления вспомогательным моторным тормозом (включается на длительных спусках) входят баллон 6, пневматический ножной кран включения 8, цилиндры 9 пневматического привода вспомогательного тормоза и цилиндр 10 пневматического выключения подачи топлива. Пятый контур аварийного растормаживания имеет кран 7 аварийного растормаживания с кнопочным управлением и корпус пружинного энергоаккумулятора тормозных камер 14.
Стремление устранить недостатки, свойственные гидравлическому и пневматическому приводам, привело к созданию комбинированных приводов, в том числе и пневмогидравлического. В качестве примера на рис. 2.128 показана схема пневмогидравлического привода автомобиля «Урал-375». Гидравлическая часть привода состоит из колесных 8 и 11 тормозных цилиндров, приводящих в
201