Układy uruchamiania hamulców w samochodach ciężarowych

Spis treści

1. Teoria hamowania………………………………………3
2. Układy hamulcowe…………………………………….. 5
2.1. Hydrauliczny system hamulcowy………………….. 8
2.2. Pneumatyczny system hamulcowy………………… 12
3. Hamulce pomocnicze…………………………………... 19
3.1. Zwalniacz (retarder)………...……………………... 20
3.2. ABS - system przeciwdziałający blokowaniu
hamulców…………………………………………... 22
4. Podsumowanie…………………………………………. 24
5. Literatura……………………………………………..... 25




l.Teoria hamowania

Istotą hamowania jest zamiana energii kinetycznej na inne jej rodzaje, najczęściej na ciepło rozpraszane w atmosferze. Jest to działanie bardzo niekorzystne z ekonomicznego i ekologicznego punktu, a równocześnie nieodzowne dla bezpieczeństwa ruchu drogowego. Im większe są prędkości i masy pojazdów drogowych, tym wydajniejsze trzeba stosować w nich hamulce. Techniczne doskonalenie tych urządzeń dotyczy, więc głównie zwiększenia ich skuteczności, trwałości i niezawodności.

Hamowanie pojazdów polega na zamierzonym zwiększeniu oporów ich ruchów. Na styku kół z podłożem pojawia się siła hamująca skierowana równolegle do nawierzchni drogi i zwrócona przeciwnie do kierunku ruchu pojazdu. Skutkiem działania tej siły jest stopniowe zmniejszenie się ogólnej energii kinetycznej pojazdu do niższych jej poziomów lub całkowitego zaniku.

Ponieważ masa podczas hamowania nie ulega zmianie, siła powoduje zmniejszenie prędkości. Wielkością wyrażającą intensywność procesu hamowania jest opóźnienie, czyli przyśpieszenie ujemne. Opóźnienie jest mierzone w [m/s2] lub w procentach przyśpieszenia ziemskiego. Jeśli więc opóźnienie równe jest np. 45% przyśpieszenia ziemskiego g(9,81m/s2), to wynosi:

0,45 x 9,81= 4,41m/s2.

Sile hamowania przeciwdziała siła bezwładności o identycznym kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem pojazdu.
Podczas jazdy po linii prostej koło dociskane jest do jezdni siłą równą w przybliżeniu połowie siły nacisku danej osi na jezdnie. Wartość tej siły zależy od masy pojazdu i jej rozkładu na osiach, wynikającego z rozmieszczenia zespołów, pasażerów lub ładunku oraz od wartości i kierunku działania siły bezwładności.

Kolejną wielkością charakteryzującą zachowanie się koła przy hamowaniu jest jego poślizg S wyrażony, w [%], ponieważ rzeczywista prędkość obrotowa koła hamowanego różni się od prędkości obrotowej koła obliczonej według prędkości liniowej ruchu pojazdu. Poślizg koła wynosi 0%, jeśli koło toczy się bez hamowania, natomiast l00%, jeśli koło zostało zablokowane, czyli nie obraca się.


Siły działające na hamowane koło:
Fn - siła nacisku na oś
Fh - siła hamowania



Współczynnik tarcia miedzy kołami a nawierzchnią nie jest przy hamowaniu wielkością stałą. Załączony wykres przedstawia jego zależność od poślizgu koła przy hamowaniu pojazdu poruszającego się wzdłuż linii prostej.
Charakterystycznymi punktami tego wykresu są:
a) μgr- graniczny współczynnik tarcia (jest to maksymalna możliwa do uzyskania wartość tego współczynnika);


Charakterystyczna zależność współczynnika
Tarcia μ od poślizgu koła przy hamowaniu
podczas ruchu prostoliniowego:
μ- współczynnik tarcia, S- poślizg koła, A- normalny
zakres hamowania, T- koło toczy się bez poślizgu
(S = 0%), P- koło zablokowane (S = 100%)





b) μs- współczynnik tarcia koła zablokowanego (poślizg S=100%);
c) Sgr- poślizg koła, jaki występuje podczas hamowania z maksymalnym możliwym współczynnikiem tarcia μgr.
Zarówno kształt przedstawionej krzywej, jak i maksymalna wartość współczynnika tarcia zależą ponadto od rodzaju nawierzchni drogi (również od tego, czy jest ona mokra czy sucha), typu opony i ciśnienia powietrza w niej panującego.

W praktyce podczas hamowania mogą wystąpić trzy sytuacje:
a) Koło toczy się i kierowca hamuje z siłą mniejszą, niż jest to możliwe.
Określamy to mianem hamowania normalnego.
b) Koło toczy się z poślizgiem Sgr i hamowane z maksymalną siłą.
Określamy to mianem hamowania na granicy pełnego poślizgu.
c) Nagły spadek siły hamowania na skutek zablokowania koła, ponieważ
wartość współczynnika tarcia koła zablokowanego (poślizg S=100%) jest mniejsza od granicznej wartości tarcia.

W praktyce zablokowanie kół może nastąpić z trzech przyczyn:
a) nagłego obniżenia granicznej wartości współczynnika tarcia, co
odpowiada: np. zmianie nawierzchni z czystej na pokrytą błotem;
b) przekroczenia wartości siły nacisku na pedał hamulca, przy której
występuje hamowanie na granicy pełnego poślizgu;
c) zmniejszenia siły nacisku osi na jezdnię.

2. Układy hamulcowe

Sygnalizowana uprzednio rozmaitość konstrukcji samochodowych hamulców, wynika między innymi z faktu, że ich funkcje i parametry muszą być w znacznym stopniu zróżnicowane w obrębie jednego pojazdu. Komplet hamulców wszystkich kół tworzy, więc zintegrowany układ elementów o trwale zróżnicowanych charakterystykach, a coraz częściej charakterystyki te podlegaj bieżącej, zindywidualizowanej regulacji, odpowiedniej do aktualnych warunków pracy.
Układ hamulcowy w najprostszym swym zastosowaniu, czyli przy zmniejszeniu prędkości pojazdu poruszającego się ruchem prostoliniowym,
powinien intensywniej hamować koła przednie niż tylnie. Jednak w praktyce ruchu drogowego stosunkowo często zachodzi konieczność użycia układu hamulcowego podczas pokonywania zakrętu, a w niektórych wypadkach także korzystania z uszkodzonego układu hamulcowego.



Zmiana nacisku na osie (koła) pojazdu ma miejsce w trzech sytuacjach:
- podczas każdego hamowania,
- podczas zmiany obciążenia pojazdu,
- podczas jazdy po nierównościach, pofalowanym górzystym terenie.

Zróżnicowanie siły hamowania uzyskuje się przeważnie przez stosowanie w
przednich hamulcach:
- okładzin ciernych o większej powierzchni (niż w hamulcach tylnych),
- siłowników o większej średnicy tłoczków (a więc i większej sile docisku),
- współbieżnego układu szczęk hamulcowych (przy przeciwbieżnym w
hamulcach tylnych), konstrukcji tarczowej (przy bębnowych hamulcach
tylnych).
Wszystkie wyżej wymienione metody opierają się na rozwiązaniach kompromisowych odpowiadających dokładnie potrzebom jakości uśrednionych, czyli abstrakcyjnych sytuacji w ruchu pojazdu. Dlatego niemal powszechnie stosuje się obok nich rozmaite mechanizmy korekcyjne, dokonujące - zależnie od konkretnych warunków - skokowej lub płynnej modyfikacji rozkładu rzeczywistych sił hamowania na poszczególne osie pojazdu. Najprostszym i zarazem najpopularniejszym urządzeniem tego rodzaju jest ogranicznik (korektor) sił hamowania tylnych kół pojazdu. Jest to zawór hydrauliczny lub pneumatyczny (zależnie od systemu uruchamiania hamulców) bądź też układ takich zaworów, ograniczający odpływ czynnika roboczego do siłowników hamulcowych w stopniu proporcjonalnym do aktualnego obciążenia tylnej części pojazdów. W samochodach ciężarowych starszego typu korektory takie były nastawiane ręcznie przez kierowcę stosownie do masy przewożonego ładunku. Rozwiązanie to było niewygodne i niedoskonałe, ponieważ nie uwzględniało dynamicznych zmian rozkładu obciążenia. Dlatego obecnie we wszystkich rodzajach pojazdów stosuje się już wyłącznie korektory samoczynne, reagujące na ugięcie tylnych zawieszeń pod wpływem aktualnego nacisku na oś. Podczas hamowania na zakrętach siły przyłożone w punktach styku kół z nawierzchnią działają w kierunkach równoległych do wzdłużnej osi symetrii pojazdu, natomiast przednie koła kierowane obracają się w płaszczyznach stycznych do krzywizn łuku. Skutkiem tego jest asymetryczny rozkład sił hamowania powstanie składowych poprzecznych, wywołujących nadsterowne zachowania (tendencje do samoczynnego prostowania toru) całego pojazdu. To niekorzystne zjawisko pogłębiane jest dodatkowo dociążaniem kół, a więc i zwiększaniem ich siły hamowania po zewnętrznej stronie krzywizny na skutek działania siły odśrodkowej. Jedynie przy zastosowaniu układów kierowniczych z ujemnym promieniem zataczania następuje samoczynne korygowanie zachowania pojazdu.

Ogranicznik (korektor) siły hamowania
kół tylnych przy niepełnym obciążeniu osi

Blokowanie kół wiąże się nie tylko z radykalnym zmniejszeniem się siły hamującej w punkcie ich styku z nawierzchnią drogi, lecz również z niebezpieczną utratą przyczepności poprzecznej, powodująca trudne do opanowania boczne poślizgi. Zadaniem kierowcy jest niedopuszczanie do wystąpienia tego rodzaju zjawiska przez zwalnianie pedału hamulca natychmiast po przekroczeniu granicy pełnego poślizgu. Powoduje to jednak ograniczenie siły hamowania we wszystkich kołach pojazdu, podczas gdy poślizg pojawia się tylko w niektórych kołach. Problem ten rozwiązują systemy ABS, samoczynnie kontrolujące i regulujące indywidualnie działanie każdego hamulca. Stosowane ze względów bezpieczeństwa wieloobwodowe układy hamulcowe powinny zapewniać minimalną skuteczność hamowania w razie awarii któregoś z obwodów. Podział na odrębne obwody dotyczy przeważnie kół przednich i tylnych. Skuteczność awaryjnego działania takiego układu nie jest jednak zadawalająca, zwłaszcza w przypadku, gdy przestają działać hamulce przednie, ponieważ hamowanie samymi hamulcami tylnymi niewiele się różni w skutkach od użycia awaryjnego hamulca ręcznego. Dlatego w droższych i bardziej skomplikowanych konstrukcjach samochodów stosowane bywają też odmienne warianty rozdziału obwodów:

l) przedni hamulec prawy z tylnym lewym i przedni lewy z tylnym prawym,
2) po jednym siłowniku w każdym hamulcu i osobno dwa dodatkowe
siłowniki hamulców przednich
3) jedna para siłowników kół przednich z siłownikiem jednego koła tylnego i
druga para siłowników przednich z pozostałym tylnym,
4) we wszystkich kołach podwójne komplety siłowników połączonych w
dwa równorzędne obwody.

Wariant pierwszy i trzeci w przypadku awarii jednego z obwodów odznaczają się rozkładem sił hamowania nie w pełni symetrycznym. Powstaje w ten sposób moment obracający pojazd wokół osi pionowej przechodzącej przez środek masy, więc hamowanie awaryjne zmienia kierunek jazdy, a kierowca nie zawsze dysponuje odpowiednim refleksem i umiejętnościami, by dokonać szybkiej i precyzyjnej korekty kierownicą. Z tej przyczyny obwody dzielone po przekątnej stosuje się wyłącznie w samochodach z ujemnym promieniem zataczania kół kierowanych, powodującym samoczynne korygowanie kierunku w opisanej sytuacji. Wariant drugi, trzeci, i czwarty wymagają stosowania specjalnej konstrukcji hamulców o zdwojonej liczbie siłowników, co w przypadku konstrukcji tarczowej nie jest warunkiem trudnym do spełnienia.

2.1. Hydrauliczny system hamulcowy

Hydrauliczny system hamulcowy wykorzystuje prawo Pascala mówiące, że ciśnienie wywierane z zewnątrz na powierzchnię cieczy rozchodzi się w niej jednakowo we wszystkich kierunkach. Tłok pompy hamulcowej dociskany pedałem hamulca powoduje wzrost ciśnienia płynu w całym zamkniętym układzie hydraulicznym. Jeśli czołowa powierzchnia tłoka w siłowniku cylindrycznym, dociskającym do siebie cierne elementy hamulca, jest większa niż powierzchnia tłoka w pompie hamulcowej, siła tego docisku jest proporcjonalnie większa od siły nacisku wywieranego przez pedał. W dodatku docisk ma wartość identyczną we wszystkich siłownikach układu o takich samych wewnętrznych przekrojach cylindrów. Nie jest to oczywiście cudowne rozmnożenie energii, ponieważ tłok pompy wykonuje ruch odpowiednio dłuższy niż pozostałe tłoki.

Hydrauliczny system hamowania z dwusekcyjną pompą
hamulcową oraz hamulcami tarczowymi i bębnowymi

Zastosowanie tej „hydraulicznej dźwigni” jest opłacalne, ponieważ dociśnięcie okładzin hamulcowych do bębna lub tarczy wymaga pokonania nieznacznego dystansu przy użyciu dużej siły. Sam pedał hamulca, jako dźwignia mechaniczna, zwiększa kilkunasto lub nawet kilkudziesięciokrotnie siłę nacisku wywieranego przez nogę kierowcy.


Dwa podstawowe rodzaje hydraulicznych zacisków hamulców tarczowych: z lewej - dwustronny, z prawej - pływający: 1. obręcz koła, 2. cylinder hamulcowy, l okładzina cierna, 4. tarcza, 5. przesuwne jarzmo, 6. tłok, 7. piasta koła

Połączenia między poszczególnymi mechanizmami hydraulicznego układu hamulcowego mają postać przewodów sztywnych, przytwierdzonych punktowo do podwozia, lub elastycznych, łączących elementy wzajemnie ruchome.
Przewody sztywne wykonuje się przeważnie z ciągnionych lub zwijanych rurek stalowych. Stosowane dawniej dość powszechnie ciągnione rurki miedziane (bardziej odporne na korozję) wychodzą obecnie z użycia z powodu znacznej podatności na pękanie pod wpływem silnych wibracji. Rozwiązaniem najnowocześniejszym są rury Mecany-Bundy zwijane i lutowane z płatów blachy stalowej, pokrywanych w celach antykorozyjnych warstwami miedzi i cynku. Rozbieralne połączenia przewodów sztywnych wykonuje się w formie stożkowo rozwalcowanych końcówek, dociskanych śrubowo do odpowiednio uformowanych gniazd w trójnikach, kadłubach pomp, cylinderków i innych elementów układu hamulcowego.

Elastyczne przewody hamulcowe mają konstrukcję warstwową. Warstwę zewnętrzną, odporną na oddziaływanie soli, olejów i wpływów atmosferycznych a także wytrzymałą na uszkodzenia mechaniczne, wykonuje się najczęściej z kauczuku. Ostatnio materiał ten bywa coraz częściej zastępowany tworzywem sztucznym, będącym mieszaniną polimerów. Tworzywo to wykazuje również odporność na oddziaływanie płynów hamulcowych, więc bywa też stosowane jako warstwa wewnętrzna przewodu zamiast dotychczas używanego kauczuku. Wysokie (ponad 100 bar) ciśnienia, panujące okresowo w układzie hamulcowym, są powodem wzmacniania przewodów elastycznych wielowarstwowym oprzędem z płótna wiskozowego, zawulkanizowanym pomiędzy wspomnianymi już warstwami kauczukowymi.



Czynnikiem roboczym w hydraulicznych układach hamulcowych jest płyn hamulcowy, który powinien:
- wykazywać trwałość swych właściwości chemicznych i fizycznych,
- konserwować współpracujące z nim części gumowe,
- mieć wysoką temperaturę wrzenia w długim okresie eksploatacji,
- zwiększać odporność antykorozyjną części metalowych,
- posiadać dobre właściwości smarne, zmniejszające tarcie wewnątrz pomp i
siłowników,
- być przyjaznym dla środowiska naturalnego.

Stosowane w układach hydraulicznych płyny hamulcowe należą pod względem składu chemicznego do trzech całkowicie odmiennych grup. Różnią się, więc i oddziaływaniem na elementy układu i okresami przydatności do użytku w tych samych warunkach eksploatacyjnych. Dlatego nie wolno stosować ich zamiennie. Najbardziej rozpowszechnione płyny skomponowane na bazie eteru poliglikolowego są higroskopijne, co jest zarazem ich główną zaletą, (ponieważ absorbują przedostającą się zawsze do wnętrza układu wodę lub parę wodną) i wadą gdyż same ulegają przy tym szkodliwemu rozcieńczeniu). Wymagają, więc wymiany, co najmniej raz na trzy lata.
Płyny silikonowe nie wchłaniają wody i doskonale chronią układ przed korozją. Wymagają jednak lepszej, a więc droższej hermetyzacji układów oraz większych pomp hamulcowych ze względu na stosunkowo znaczną zmianę objętości pod wpływem sprężania.

Najnowszą generację tych produktów, bardzo zróżnicowaną pod względem składu i zastosowań, stanowią płyny oparte na olejach mineralnych
Na całym świecie do zjawisk nagminnych należy lekceważenie przez użytkowników samochodów wpływu płynu hamulcowego na bezpieczeństwo jazdy. Poświęcone temu zagadnieniu statystyczne badania drogowe wykazały, że aż 70% pojazdów na drogach ma wadliwy płyn hamulcowy. Zagotowanie się płynu w cylinderku hamulcowym powoduje natychmiastową i całkowitą utratę zdolności hamowania w całym obwodzie. Dlatego pracownik stacji obsługi powinien korzystać z przyrządów do testowania płynów. Dostępne na rynku urządzenia albo mierzą zawartość wody w płynie, (co pozwala na orientacyjne, niezbyt dokładne określenie rzeczywistej temperatury wrzenia), albo też tę temperaturę mierzą bezpośrednio po odpowiednim podgrzaniu pobranej z układu próbki. Płyn o temperaturze wrzenia równej lub mniejszej niż 180 C należy wymienić na nowy. Przy dokonywaniu pomiarów należy mieć na uwadze osobliwość samochodowych układów hamulcowych, sprawiającą, że płyn w cylinderkach hamulcowych przy kołach zawiera stosunkowo więcej wody niż ta jego część, która znajduje się w zbiorniczku wyrównawczym - mimo jej bezpośredniego kontaktu z wilgotną atmosferą.













2.2. Pneumatyczny system hamulcowy

Stosowane początkowo w samochodach ciężarowych hamulce sterowane mechanicznie lub hydraulicznie okazały się niewystarczające dla coraz cięższych i szybszych pojazdów. Rozwiązaniem optymalnym stało się wprowadzenie do samochodów ciężarowych pneumatycznych układów hamulcowych.
Pneumatyczny układ hamulcowy (dwuprzewodowy) w zespole pojazdów (samochód ciężarowy + przyczepa) .

Wielkie zestawy drogowe złożone z ciągnika i naczepy mają dziś masy rzędu 42 t, rozwijają prędkości przekraczające 100 km/h, a to oznacza olbrzymie energie kinetyczne, groźne dla wszystkich użytkowników dróg.
Podniesienie niezawodności uzyskano, dzieląc cały układ hamulcowy na dwa osobne obwody: dla przedniej i tylnej (lub tylnych) osi pojazdu.
Znormalizowane zostało ciśnienie robocze sprężonego powietrza na poziomie ok. 0,8 MPa, co jest wartością zdecydowanie wyższą od powszechnie stosowanych dawniej i daje do dyspozycji konstruktorów większą energię potencjalną, zgromadzoną w zbiornikach układu.
Główny zespół zaworów hamulcowych (osobnych dla każdego obwodu) umieszczany jest, jak dawniej, bezpośrednio pod pedałem hamulca, ale uzupełniony został dodatkowymi zaworami przyśpieszającymi odpływ powietrza z obwodów po zakończeniu hamowania, czyli powodującymi szybsze zwalnianie docisku okładzin ciernych. W obwodzie hamulców osi tylnej znalazły się dodatkowo: automatyczny przełącznik hamowania oraz zawór ręcznego sterowania hamulca awaryjnego.
W przypadku pojazdów przystosowanych do holowania przyczep lub naczep układ uzupełniają elementy zapewniające odpowiednią synchronizację działania hamulców w obu pojazdach.

Działanie złącza pneumatycznego z
samoczynnym zaworkiem odcinającym

W pneumatycznych układach hamulcowych ciężkich pojazdów pojawiły się też z czasem rozwiązania występujące w samochodach osobowych. Dotyczy to między innymi elementów ciernych, zamieniających energię kinetyczną pojazdu na ciepło. Do nie dawna najczęściej stosowano ich konstrukcje bębnową, w której z wewnętrzną powierzchnią bębna współpracują szczęki, pokryte okładziną cierną. Są one dociskane za pomocą obrotowego rozpieraka, napędzanego siłownikiem pneumatycznym w celu kompensacji zużycia okładzin, które wpływają na opóźnienie czasu działania hamulców (tłok siłownika musi pokonać dłuższą drogę, zanim doprowadzi do kontaktu pary ciernej: okładzina-bęben), stosuje się już od dosyć dawna dzwignie z automatyczną regulacją luzów.




Od początku lat osiemdziesiątych w pojazdach użytkowych coraz częściej spotyka się hamulce tarczowe i to nie tylko w przedniej osi autobusu, samochodu lub ciągnika siodłowego, lecz także na osiach tylnych oraz w naczepach i przyczepach. Zwiększa to skuteczność hamulców i ogranicza niebezpieczeństwo siły tarcia wraz ze wzrostem temperatury.
Ze względu na potrzeby odprowadzania dużych ilości ciepła stosuje się z reguły tarcze wentylowane. Przy znacznych rozmiarach tych urządzeń i wysokich wartościach przenoszonych sił korzystne okazało się zastąpienie dominującej w pojazdach osobowych konstrukcji z tzw. "pływającym zaciskiem" rozwiązaniem z "pływającą tarczą", osadzoną przesuwnie na wielowypuście tarczy.


Hamulce z "pływającą" tarczą. Z lewej: gotowy do użycia, w środku: częściowo
zdemontowany, z prawej: całkowicie zdemontowany

Głównym urządzeniem sterującym jest pedał hamulcowy, obsługujący równocześnie wszystkie obwody układu hamulcowego w samochodzie, a także hamulce przyczepy. Zawory poszczególnych układów działają niezależnie od siebie, otwierając w sposób ciągły dopływ sprężonego powietrza do cylindrów umieszczonych bezpośrednio przy kołach. Uruchamiane są wspólnym sworzniem połączonym pedałem hamulca. Zależnie od konstrukcji pojazdu zawory te mogą być rozmieszczone obok siebie pionowo lub poziomo. Klasyczny pedał hamulca pneumatycznego ma postać podłużnej metalowej płyty, przymocowanej zawiasowo do podłogi kabiny. Pod płytą umieszczona jest silna sprężyna powrotna. Wymogi ergonomii sprawiają jednak, że we współczesnych autobusach i samochodach ciężarowych pedały kształtowane są inaczej, a sterowane nimi zawory umieszcza się nie w bezpośrednim ich sąsiedztwie, lecz w miejscach umożliwiających obsługę i ewentualną naprawę, bez konieczności korzystania z kanału lub podnoszenia całej kabiny.



Sterowanie hamulcem postojowym (pomocniczym) odbywa się z reguły przy pomocy dzwigni ręcznej, dającej się przemieszczać poziomo lub pionowo. Dzwignia ta powinna pozwalać na stopniowe w pewnym zakresie dozowanie siły hamowania wówczas, gdy hamulec ręczny wykorzystywany jest jako pomocniczy (awaryjny), a także dawać się blokować trwale w trzech następujących pozycjach:
0- położenie spoczynkowe: hamulec nie działa,
1- hamulec działa tylko na koła samochodu,
2- hamulec działa na koła samochodu i połączonej z nim przyczepy.

Hamulce postojowe przyczep wyposażone są przeważnie w dodatkowe urządzenia sterujące, działające na zasadzie mechanicznej, a pozwalające na ręczne odblokowanie szczęk przez naciągnięcie ich sprężyn dociskowych w cylindrach podwójnego działania. Jest to potrzebne przy wykonywaniu manewrów przyczepą przy pomocy ciągników niewyposażonych we własną instalację pneumatyczną. Elastyczne złącza miedzy samochodami przystosowanymi do holowania przyczep a przyczepami, wyposażone są w znormalizowane końcówki z samoczynnie działającymi zaworkami odcinającymi. Pozwala to na sprzęganie i rozprzęganie pojazdów bez konieczności kłopotliwego manipulowania ręcznymi zaworami odcinającymi, zwykle silnie zbrudzonymi po dłuższej jeździe. Zapobiega to też groźnym następstwom zapominania przez kierowców o konieczności otwarcia dopływu sprężonego powietrza do przyczepy przed rozpoczęciem jazdy albo jego zamknięcia przed rozłączaniem pojazdów, co powoduje gwałtowne opróżnienie całego układu.
Najważniejszym urządzeniem służącym do bieżącej kontroli działania pneumatycznego układu hamulcowego jest umieszczony na tablicy przyrządów podwójny manometr, wskazujący aktualne ciśnienie powietrza dostarczonego do układu przez sprężarkę i równocześnie ciśnienie powietrza w zbiornikach rezerwowych. Jeśli któraś z dwóch wskazówek tego manometru wychyla się poza pole wartości optymalnych, jazda nie może być rozpoczynana ani kontynuowana, ponieważ mamy wówczas do czynienia albo z awarią sprężarki, albo z rozhermetyzowaniem (utratą szczelności układu hamulcowego). Wskazania manometru świadczące o prawidłowości mierzonych ciśnień są dla bezpiecznego posługiwania się pojazdem warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym. Możliwe są, bowiem groźne usterki układu hamulcowego, których nie można odczytać ze wskazań manometru, więc muszą być sygnalizowane odrębnym systemem czujników i lampek ostrzegawczych na tablicy przyrządów.
Należą do nich:
- awaria przedniego obwodu hamulcowego,
- awaria lub odłączenie się układu hamulcowego przyczepy,
- utrata szczelności jednego ze zbiorników rezerwowych przy sprawnym
działaniu drugiego,
- uszkodzenie ogranicznika siły hamowania.





Dwuobwodowy pneumatyczny układ hamulcowy z samoczynną regulacją (zależną od
obciążenia pojazdu) siły hamowania

Podstawowe elementy dwuobwodowego hamulca pneumatycznego:
1. sprężarka powietrzna, 2. regulator ciśnienia; urządzenie uruchamiające 3. zawór hamulca zasadniczego 4. zawór hamulca postojowego: urządzenie przenoszące 5. czteroobwodowy zawór zabezpieczający 6. zbiornik powietrza 7. zawór odwadniający 8. mechaniczny regulator siły hamowania 9. cylinder hamulcowy 10. cylinder hamulcowy podwójnego działania 11. kierunek działania siły, PO-oś przednia, TO-oś tylna



3. Hamulce pomocnicze

W ciężkich pojazdach użytkowych i przyczepach, jak i w ciężkich ciągnikach i pojazdach siodłowych siła nogi kierowcy nie wystarczy do wywołania koniecznej siły hamowania. Dla uzyskania wystarczającej skuteczności hamowania stosuje się tu hamulce hydrauliczne wspomagane pneumatycznie, tak zwane hamulce kombinowane lub hamulce czysto pneumatyczne.
W układzie hamulcowym należy odróżnić urządzenia:
- do zatrzymania pojazdu,
- do zmniejszenia prędkości pojazdu,
- do zabezpieczenia zatrzymanego pojazdu przed mimowolnym ruchem na
pochyłości

Zwalniacz (hydrodynamiczny hamulec przepływowy)
należy do urządzeń trwale hamujących

Do osiągnięcia pierwszego celu służy zasadniczy układ hamulcowy, tak zwany hamulec roboczy. Jest to układ z progresywną siłą hamowania w czasie normalnej jazdy. Hamulec pomocniczy jest używany w wypadku awarii hamulca zasadniczego, a jako hamulec postojowy używa się go do uruchomienia pojazdu zatrzymanego na pochyłości. Mniej znany jest tak zwany zwalniacz (retarder). Jest to urządzenie służące do zmniejszenia prędkości pojazdu, jednak bez możliwości jego zatrzymania lub unieruchomienia na czas postoju.

3.1. Zwalniacz (retarder)



Zwalniacz należy do kategorii hamulców określonych czasem jako trzeci układ hamulcowy. Stosowanie zwalniacza jest wymagane przepisami prawnymi obowiązującymi w krajach Unii Europejskiej, nakazującymi, by w autobusach o dopuszczalnym ciężarze powyżej 5,5 t i innych pojazdach samochodowych i przyczepach o dopuszczalnym ciężarze powyżej 9 t - poza hamulcem zasadniczym i postojowym - możliwe jest korzystanie z tak zwanego hamulca silnikowego (działającego na zasadzie dławienia wydechu silnika) lub innego urządzenia o równorzędnym skutku działania. Właśnie takim urządzeniem o równorzędnym działaniu jest zwalniacz.
Hamulce silnikowe i zwalniacze maja zapewniać całkowicie załadowanemu zestawowi: pojazd- przyczepa na odcinku drogi o długości 6 km i pochyleniu 7%, utrzymanie prędkości nieprzekraczającej 30 km/h. Podczas korzystania z hamulca silnikowego kierowca zamyka sterowaną pneumatycznie obrotową przepustnice, zamontowaną w układzie wydechowym silnika.

Retarder wbudowany w oś pojazdu

Powoduje to wzrost ciśnienia spalin w układzie wydechowym, co przeciwdziała ruchowi tłoków w czasie suwu wydechu i w ten sposób zwiększa efekt hamowania silnikiem. Do rodziny zwalniaczy należy też hamulec elektryczny, działający na zasadzie prądów wirowych. Hamulec ten składa się z nieruchomej obudowy (stojana) z cewkami indukcyjnymi i dwóch tarcz z miękkiej stali (wirnika) z łopatkami chłodzącymi. Hamulec ten jest zabudowany na wale napędowym. Zasilanie cewek indukcyjnych następuje z instalacji elektrycznej pojazdu - po uruchomieniu hamulca włącznikiem elektrycznym. Pole elektromagnetyczne cewek indukuje w tarczach wirników prądy wirowe, wytwarzające z kolei własne pola magnetyczne. Wzajemne przyciąganie się pól wirnika i stojana działa hamująco na ruch obrotowy tarcz.


Elementy składowe układu zwalniacza
1. dźwignia stopniowanego włączania hamulca, 2. układ elektroniczny, 3. blok zaworów,
4. zwalniacz, 5. wymiennik ciepła, 6. zbiornik powietrza, 7. przewód ciśnieniowy włączania
i odpowietrzania hamulca, 8. czujnik temperatury w przewodzie powrotnym, 9. czujnik obrotów,10. wyłącznik ciśnieniowy, 11. wyłącznik ciśnieniowy, 12. obieg wody chłodzącej.
3.2. ABS - system przeciwdziałający
blokowaniu hamulców.

Skuteczność hamowania przy pomocy klasycznego układu hamulcowego zależy nie tylko od jego konstrukcji, lecz także od rodzaju (stanu) opon i nawierzchni drogi. Jeśli przyczepność kół w konkretnych warunkach drogowych okazuje się niewystarczająca, pojazd mimo silnych hamulców i energicznego naciśnięcia pedału przez kierowcę porusza się nadal w sposób zupełnie nie kontrolowany. Ostrożność nakazuje w takich sytuacjach naciskać pedał delikatniej, co z kolei powoduje nie pełne wykorzystywania posiadanego układu hamulcowego. Wytrawni kierowcy rozwiązują ten problem hamując ostro - bez zablokowania kół, po czym zwalniają pedał dla odzyskania przyczepności, by zahamować ponownie. Następnie powtarzają ten cykl stosowną ilością razy. ABS jest systemem automatycznym, wykorzystującym tę właśnie metodę niezależnie od poziomu kwalifikacji i dyspozycji psychicznej kierowcy w stresującej sytuacji. Poza tym - w przeciwieństwie do kierowcy - ABS ma możliwość dozowania siły osobno dla każdego z hamowanych kół.
Zastosowanie ABS-u nie zmienia, więc teoretycznych parametrów układu hamulcowego. Pozwala to tylko na efektywniejsze ich wykorzystanie w praktyce, nie zwalniając jednak kierowcy z obowiązku rozważnej jazdy. ABS nie jest w stanie zwiększyć przyczepności kół do śliskiej jezdni ani skorygować nadmiernej prędkości w momencie wynoszenia pojazdu z zakrętu. W normalnych warunkach eksploatacyjnych, ABS spełnia rolę podobną do roli kolejowego hamulca bezpieczeństwa, to znaczy: używany jest bardzo rzadko, lecz w potrzebie musi się odznaczać pełną niezawodnością.


Podstawą funkcjonowania systemu jest stały pomiar prędkości obrotowej wszystkich kół przy pomocy elektrycznych czujników. Działają one podobnie jak indukcyjne nadajniki sygnałów w bezstykowych aparatach zapłonowych, czyli indukują przemienne napięcie elektryczne na końcach uzwojenia cewki pod wpływem ruchu biegunów magnetycznych. Szybszy ruch wirującego wraz z kołem magnesu lub żelaznej zwory w formie tarczy zębatej, to prąd o wyższej częstotliwości, przesyłany z danego czujnika do jednostki sterującej.
Elektroniczny układ tej jednostki umożliwia:
- rejestrację aktualnej prędkości poszczególnych kół,
- uśrednienie uzyskanych wyników,
- porównywanie rzeczywistej prędkości danego koła ze średnia prędkością
wszystkich kół.
Przeważnie dla uproszczenia budowy i obniżenia kosztów w samochodach osobowych informacje przetworzone w centralnej jednostce sterującej regulują


przy pomocy zaworów elektromagnetycznych ciśnienie w trzech tylko, a nie w czterech sektorach hydraulicznego układu hamulcowego: osobno dla poszczególnych kół przednich i wspólnie dla obu kół tylnych.
W kołach wirujących szybciej niż pozostałe siła hamowania ulega automatycznie zwiększeniu przez wzrost ciśnienia w cylinderku danego zacisku lub rozpieracza. W kołach wirujących wolniej, czyli z większym poślizgiem, ciśnienie to ulega zredukowaniu, by koło mogło odzyskać przyczepność. Równoczesny poślizg wszystkich kół sygnalizowany jest gwałtownym spadkiem częstotliwości sygnałów wysyłanych przez poszczególne czujniki i powoduje w konsekwencji obniżenie ciśnienia w całym układzie - aż do momentu odblokowania hamulców. Wtedy następuje samoczynny wzrost ciśnienia i powtórna faza maksymalnego hamowania. Cykl taki powtarza się 2 - 6 razy w ciągu sekundy i składa się z następujących etapów:
- wzrost ciśnienia,
- utrzymania ciśnienia,
- spadek ciśnienia.

W tym czasie noga kierowcy utrzymuje pedał hamulca w pozycji maksymalnie wciśniętej. Zmniejszenie ciśnienia nie wywołuje większych konstrukcyjnych problemów poza eliminacją dezorientującego dla kierowcy efektu zapadania się pedału, charakterystycznego dla awarii klasycznych układów hamulcowych. Natomiast powtórny wzrost ciśnienia możliwy jest tylko dzięki niezależnemu od pedału i pompy akumulatorowej ciśnieniu, czyli dodatkowemu zamkniętemu zbiornikowi płynu hamulcowego, w którym wysokie ciśnienie utrzymywane jest stale przez dodatkową pompę hydrauliczną, napędzaną z reguły osobnym silnikiem elektrycznym. Spadek ciśnienia w zbiorniku akumulacyjnym powoduje automatyczne wyłączenie ABS-u i zapalenie się ostrzegawczej żółtej kontrolki na tablicy wskaźników. Hamulce samochodu działają wówczas tak, jak w układzie klasycznym, ale bez wspomagania (lub ze wspomaganiem podciśnieniowym, jeśli konstruktor przewidział takie rozwiązanie).

4. Podsumowanie

Współczesne układy hamulcowe ciężkich pojazdów użytkowych dzięki stopniowej ewolucji stosowanych w nich rozwiązań znacznie różnią się od swych pierwowzorów sprzed półwiecza. Zmiany w tej dziedzinie wymuszała raczej praktyka eksploatacyjna niż rosnące wymogi prawa drogowego, ponieważ w niektórych konkretnych sytuacjach sprawność i skuteczność, określane obowiązującymi przepisami, okazywały się niewystarczające.
W samochodach ciężarowych, autobusach i ciągnikach siodłowych przeważnie stosuje się pneumatyczne układy uruchamiania hamulców. Pojazdy takie wymagają znacznych sił hamowania, których nie są w stanie zapewnić hydrauliczne mechanizmy uruchamiające.
Zaletą pneumatycznych układów uruchamiania hamulców jest możliwość uzyskania dużych sił hamowania przy niewielkim wysiłku kierowcy. Dodatkową zaletą jest możliwość sterowania hamulcami przyczepy przez układ hamulcowy pojazdu ciągnącego.
Wadą jest większy stopień skomplikowania całego układu hamulcowego, strata części mocy silnika na napęd sprężarki, większe wymiary siłowników, co wynika za znacznie niższego ciśnienia roboczego, niż w przypadku hamulców hydraulicznych i wreszcie dłuższy czas zwłoki.
5.Literatura
1. „Samochody od A do Z” W. Leśniak
2. „Auto ekspert”
3. „Budowa pojazdów samochodowych.” T. Rychter
4. „Budowa samochodów.” A. Reński