Układy hamulcowe Rodzaje, zadania, wymagania

Transkrypt

1 Układy hamulcowe Rodzaje, zadania, wymagania data aktualizacji: Rodzaje i zadania układów hamulcowych Układ hamulcowy jest jednym z głównych układów samochodu i ma on decydujący wpływ na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Układem hamulcowym nazywamy zespół mechanizmów umożliwiających zmniejszanie prędkości jazdy oraz zatrzymanie pojazdu. Układ ten składa się z dwóch grup zespołów: - mechanizmów hamulcowych, - mechanizmów uruchamiających hamulce (mechanizmów sterujących). Mechanizmy hamulcowe są bezpośrednio związane z kołami jezdnymi i służą do wytworzenia momentu tarcia w hamulcach. Pod względem konstrukcyjnym mechanizmy hamulcowe dzielimy na: - szczękowo-bębnowe, - tarczowe, - taśmowe. Oddzielną konstrukcyjnie grupę stanowią zwalniacze, które mogą być silnikowe lub podwoziowe. Wśród zwalniaczy podwoziowych występują dwie odmiany konstrukcyjne: zwalniacze hydrokinetyczne lub elektromagnetyczne. Zadaniem mechanizmu uruchamiającego hamulce jest przenoszenie i zwiększenie siły nacisku z pedału hamulca lub dźwigni (przy uruchamianiu ręcznym) do mechanizmu hamulcowego. Obecnie w samochodach stosuje się następujące rodzaje mechanizmów uruchamiających hamulce: - mechaniczne, - hydrauliczne, - pneumatyczne, - elektropneumatyczne. W niektórych pojazdach samochodowych występują mechanizmy uruchamiające hamulce mieszane (np. hydropneumatyczne). Hamulce pojazdów samochodowych dzielimy na: - robocze (zasadnicze), które umożliwiają kierowcy zmniejszanie prędkości pojazdu lub jego zatrzymanie,

2 - awaryjne (pomocnicze), uruchamiane w sposób niezależny, w przypadku awarii roboczych, - postojowe, służące do utrzymywania samochodu w spoczynku, także na wzniesieniu, a w szczególności w czasie nieobecności kierowcy, - dodatkowe (zwalniacze), które pozwalają kierowcy na utrzymywanie stałej prędkości ruchu samochodu lub jej zmniejszanie, szczególnie na długim spadku drogi. Wymienione hamulce muszą działać niezależnie, jednak niektóre z nich mogą być konstrukcyjnie zintegrowane i wykorzystywać te same mechanizmy. Klasyfikację układów hamulcowych przedstawiono na schemacie. Hamulce robocze działają na wszystkie koła pojazdu i są tak skonstruowane, że kierowca stale ma możność regulowania chwilowej skuteczności ich działania. Są one uruchamiane za pomocą pedału i działają tylko podczas wywierania nacisku na ten pedał. Hamulce robocze są przystosowane do hamowania z możliwie dużą skutecznością, lecz w krótkim czasie. Hamulce awaryjne są uruchamiane niezależnie od hamulca roboczego i są przeznaczone do zatrzymywania pojazdu w razie awarii hamulca roboczego. Hamulec awaryjny działa podczas wywierania nacisku na mechanizm uruchamiający go. W stosowanych obecnie dwuobwodowych układach hamulcowych za hamulec awaryjny uważa się każdy z obwodów, na które jest podzielony roboczy układ hamulcowy. Każda z części podzielonego w ten sposób roboczego układu hamulcowego powinna działać niezależnie i zapewniać uzyskanie dostatecznej skuteczności hamowania w przypadku awarii drugiej części. Hamulec postojowy służy do utrzymywania pojazdu w bezruchu na drodze płaskiej lub pochyłej. Hamulec ten jest uruchamiany ręcznie z miejsca kierowcy (z wyjątkiem przyczep i naczep), niezależnie od hamulca roboczego i działa bez konieczności wywierania trwałego nacisku na dźwignię. W wielu samochodach ciężarowych i autobusach stosuje się tzw. zwalniacze, to znaczy urządzenia przystosowane do długotrwałej pracy, lecz hamujące z umiarkowaną skutecznością. Zwalniaczy używa się np. podczas zjeżdżania po dłuższym odcinku pochyłej drogi, gdy zachodzi obawa, że długotrwałe hamowanie hamulcami roboczymi lub awaryjnymi mogłoby spowodować ich uszkodzenie wskutek przegrzania. Układy hamulcowe powinny odznaczać się niezawodnością, dużą skutecznością działania oraz powinny zapewniać taki rozdział sił hamowania, aby proces hamowania nie powodował utraty stateczności pojazdu. Ponadto układ hamulcowy powinien być łatwy w obsłudze, a wysiłek kierowcy związany z jego uruchomieniem powinien być jak najmniejszy. Dlatego w układach hamulcowych wielu pojazdów stosuje się urządzenia wspomagające, automatyczne korektory siły hamowania osi zależne od ich obciążenia, a także urządzenia zapobiegające blokowaniu kół (ABS). Wymagania prawne Jednym z podstawowych warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego jest panowanie kierowcy w każdej chwili nad prędkością jazdy pojazdu (obok panowania nad kierunkiem jazdy). Układ hamulcowy samochodu ma wobec tego decydujący wpływ na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Z tego powodu, stan techniczny układu hamulcowego pojazdu dopuszczonego do ruchu na drogach publicznych, nie może budzić zastrzeżeń. Toteż wymagania dotyczące układów hamulcowych określone są odpowiednimi aktami prawnymi (Regulamin nr 13 EKG ONZ, dyrektywy, normy, rozporządzenia ministra infrastruktury). Wymaga się, aby hamowanie pojazdów samochodowych było sprawne, skuteczne i niezawodne. Na przebieg i końcowy efekt hamowania mają wpływ trzy ogniwa biorące udział w procesie hamowania, tj. kierowca, pojazd i droga. Kierowca decyduje o momencie uruchomienia hamulców i intensywności hamowania. Efekty działania kierowcy na układ hamulcowy pojazdu i współpracy kół jezdnych z nawierzchnią sumują się na drodze jako ogniwie końcowym procesu hamowania. Na współpracę kół z nawierzchnią drogi mają wpływ warunki atmosferyczne (decydują o przyczepności), rodzaj nawierzchni, parametry geometryczne profilu drogi oraz jej usytuowanie w terenie. Obowiązujące wymagania, dotyczące układów hamulcowych pojazdów drogowych, są zawarte w przepisach wykonawczych rozporządzeniach ministra infrastruktury do ustawy Prawo o ruchu

3 drogowym. Rozporządzenie ministra infrastruktury z r. w sprawie homologacji pojazdów samochodowych i przyczep, określające sposób postępowania przy dopuszczaniu do ruchu nowych typów pojazdów, zawiera wymagania dotyczące konstrukcji i skuteczności hamulców (inne rozporządzenia dotyczą homologacji ciągników rolniczych oraz motocykli). Z kolei rozporządzenie ministra infrastruktury z r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia określa m.in. wymagania, którym powinny odpowiadać hamulce pojazdów będących już w eksploatacji (podczas badań technicznych na stacjach kontroli pojazdów). Rozporządzenie w sprawie homologacji uwzględnia obowiązujący w zakresie hamulców dokument Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ Regulamin nr 13, stanowiący załącznik do Porozumienia genewskiego z 1958 r. dotyczącego przyjęcia jednolitych wymagań technicznych dla pojazdów kołowych, wyposażenia i części, które mogą być stosowane w tych pojazdach oraz wzajemnego uznawania homologacji udzielanych na podstawie tych wymagań. W krajach Unii Europejskiej obowiązuje dokument analogiczny Dyrektywa 71/320/EWG z późniejszymi zmianami. Regulamin nr 13 obowiązuje pojazdy osobowe, ciężarowe oraz przyczepy, których maksymalna prędkość uwarunkowana konstrukcją przekracza 25 km/h. Jest to bardzo obszerny dokument zawierający szczegółowe wymagania związane z budową, własnościami i metodami badania (skutecznością) hamulców. Rosnące wymagania w odniesieniu do skuteczności i niezawodności hamulców znajdują odzwierciedlenie w kolejnych seriach poprawek do Regulaminu nr 13. Zgodnie z obowiązującymi wymaganiami pojazd samochodowy powinien być wyposażony w trzy niezależne rodzaje układów hamulcowych: - roboczy, - awaryjny, - postojowy. Układ hamulcowy roboczy i awaryjny oraz awaryjny i postojowy mogą być wspólnie sterowane. Niedopuszczalne jest wspólnie sterowanie hamulca roboczego i postojowego. Podczas badań homologacyjnych, za miarę skuteczności hamulców przyjmuje się przede wszystkim długość drogi hamowania i średnie opóźnienie hamowania, osiągane przy użyciu hamulca roboczego. Pomija się wpływ czasu reakcji kierowcy, zatem mierzona jest długość drogi hamowania, a nie zatrzymania samochodu. Wyróżnia się następujące rodzaje badań (zakresy badań) skuteczności działania hamulców: - badanie typu 0 obejmuje tradycyjny pomiar skuteczności działania hamulców w stanie zimnym, - badanie typu I wykonywane podczas cyklicznego hamowania i rozpędzania samochodu, tzw. próba oceny stopnia zmniejszenia skuteczności hamowania wraz z nagrzewaniem się hamulców; w tej próbie liczba cyklicznych hamowań wynosi 20, a czas pomiędzy poszczególnymi cyklami wynosi s, - badanie typu II badanie skuteczności działania hamulców podczas hamowania na długich spadkach drogi, które jest prowadzone na odcinku drogi długości 6000 m i o nachyleniu 6%, przy średniej prędkości jazdy równej 30 km/h. Hamulec roboczy Konstrukcja tego układu powinna umożliwiać oddziaływanie na wszystkie koła pojazdu z możliwością stopniowego powiększania lub zmniejszania skuteczności hamowania przez działanie kierowcy na sterowanie układem. Układ hamulca roboczego powinien być podzielony na niezależne obwody w taki sposób, aby przy awarii jednego z nich pozostały zapewniał przynajmniej 30% skuteczności pełnej układu roboczego (30% wymaganego opóźnienia). Rozdział sił hamowania na koła poszczególnych osi powinien być symetryczny. Warunek ten ma być spełniony przy dobrych warunkach przyczepności kół jezdnych do nawierzchni. Podobne wymagania obowiązują hamulce robocze przyczep. Jeżeli współczynnik przyczepności z prawej i lewej strony osi jest zróżnicowany, to we współczesnych pojazdach wyposażonych w urządzenia przeciwblokujące (ABS) siły hamowania powinny odpowiednio dostosować się do warunków przyczepności.

4 Hamulec awaryjny Powinien być tak sterowany, aby umożliwić kierowcy stopniowe powiększanie i zmniejszanie skuteczności hamowania, której wartość nie powinna być mniejsza od 50% skuteczności hamulca roboczego (50% wymaganego opóźnienia). W zespole pojazdów złożonych z ciągnika samochodowego i przyczepy uruchomienie hamulca roboczego lub awaryjnego powinno zapewnić odpowiednie dopasowanie hamowania obu pojazdów tak, aby siła na sprzęgu pomiędzy obu pojazdami była bliska zera. Hamulec postojowy Ten układ powinien umożliwiać utrzymanie pojazdu w spoczynku na wzniesieniu lub spadku terenu również w czasie nieobecności kierowcy w pojeździe. Siła utrzymująca pojazd powinna być uzyskana tylko środkami mechanicznymi. Jeżeli sterowanie układu hamulca roboczego i awaryjnego jest wspólne, to układ hamulca postojowego powinien być tak skonstruowany, aby umożliwiał użycie tego hamulca w czasie ruchu pojazdu. Skuteczność hamulca postojowego mierzy się minimalnym dopuszczalnym spadkiem drogi, przy którym pojazd samochodowy lub zespół pojazdów powinien być utrzymany w bezruchu. Zgodnie z Regulaminem nr 13 spadek ten mierzony w procentach pochylenia drogi wynosi dla pojazdu samochodowego 18%, a dla zespołu pojazdów 12%, przy odpowiedniej dla kategorii pojazdu sile przyłożonej przez kierowcę do sterowania hamulca postojowego. Hamulec o długotrwałym działaniu (zwalniacz) Podczas badań autobusów turystycznych i międzymiastowych oraz pojazdów przeznaczonych do przewozu ładunków niebezpiecznych, sprawdza się dodatkowo skuteczność hamulców o długotrwałym działaniu (zwalniaczy), tj. urządzeń zmniejszających lub stabilizujących prędkość pojazdu na długim spadku drogi (badania typu II i IIA). Zasadnicza treść Regulaminu nr 13 jest uzupełniona kilkunastoma załącznikami dotyczącymi procedur homologacji oraz wybranych problemów hamowania. Załącznik 4 obejmuje wymagania dotyczące warunków badań skuteczności hamulców (jakość drogi, warunki atmosferyczne, stan techniczny pojazdu) oraz określa minimalne, dopuszczalne wartości skuteczności hamowania dla poszczególnych rodzajów hamulców różnych kategorii pojazdów. Podstawowym kryterium oceny układu hamulcowego pojazdu jest skuteczność hamowania zmierzona w czasie badań drogowych. Skuteczność hamowania określa się w Regulaminie nr 13 jako drogę hamowania mierzoną w metrach lub opóźnienie w m/s2. Zależność między drogą hamowania i opóźnieniem określa się za pomocą wzoru: Dokładność pomiarów prędkości początkowej V i drogi hamowania S powinna wynosić ±1%, a opóźnienia ±3%. Pojazd należy badać w stanie pełnego obciążenia i bez obciążenia (według danych katalogowych). Badania należy wykonywać na drodze poziomej, o nawierzchni suchej i o dobrej przyczepności. Ogumienie pojazdu powinno być przed badaniami zimne, a ciśnienie w ogumieniu odpowiednie do obciążenia przenoszonego przez koła pojazdu na postoju. Pomiar skuteczności hamowania powinien być prowadzony z początkowej prędkości odpowiedniej do kategorii pojazdu badanego i przy użyciu siły przyłożonej do sterowania układu hamulcowego, nie przekraczającej dopuszczalnej, maksymalnej wartości. Skuteczność hamowania przyczep oblicza się jako iloraz sumy sił hamowania na wszystkich kołach przyczepy do całkowitego ich nacisku na drogę. Wskaźnik ten, w zależności od rodzaju ciągniętego pojazdu powinien być nie mniejszy niż 0,50 (dla przyczepy) i 0,45 (dla naczepy). Przyczepy, których masa całkowita nie przekracza 750 kg, nie muszą być wyposażone w hamulce, ale wtedy skuteczność zespołu (samochodu osobowego i przyczepy) nie może być mniejsza niż 5,4 m/s2. Zgodnie z Regulaminem nr 13, pełny cykl badań obejmuje pomiary skuteczności hamulca roboczego, awaryjnego oraz postojowego. Skuteczność hamulca roboczego jest badana zarówno w stanie zimnym (badania typu 0), jak i nagrzanym (badania typu I). Dla różnych kategorii pojazdów szczegółowo opisano warunki nagrzewania hamulców przed pomiarami skuteczności. Określono, że

5 skuteczność hamulców po nagrzaniu nie powinna spaść poniżej 80% skuteczności przypisanej dla danej kategorii pojazdu, ale do nie mniejszej niż 60% wartości zmierzonej w badaniach typu 0 (dla hamulców zimnych). Ponadto przeprowadza się badania skuteczności hamulca roboczego, symulując częściową jego niesprawność. Pojazdy w czasie ruchu są poddawane obserwacji, w celu wykrycia nadmiernych odchyleń od prostoliniowości toru jazdy i wykrycia wszelkich niepożądanych zjawisk, np. nadmiernych drgań elementów podwozia podczas hamowania, a w przypadku zespołu pojazdów skłonności do najeżdżania przyczepy na ciągnik samochodowy lub składania się zespołu ciągnika siodłowego z naczepą. Opisany zakres wymagań i badań, który dotyczy pojazdów zgłoszonych do homologacji zapewnia, że układ hamulcowy, który przejdzie procedurę homologacji z wynikiem pozytywnym będzie umożliwiał bezpieczną eksploatację pojazdu w ruchu drogowym. Rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych pojazdów (zgodne z obowiązującą w krajach Unii Europejskiej Dyrektywą 96/96/WE) zawiera wymagania dotyczące skuteczności hamulców ujęte mniej rygorystycznie niż w Regulaminie nr 13. Natomiast wymagania związane z konstrukcją układu hamulcowego określone w tym rozporządzeniu pokrywają się z odpowiednimi wymaganiami, zawartymi w przepisach homologacyjnych (Regulamin nr 13). Podczas badań eksploatacyjnych (w stacjach kontroli pojazdów) skuteczność hamowania wyraża się stosunkiem całkowitej siły hamowania do siły nacisku pojazdu na drogę lub stosunkiem opóźnienia hamowania (uzyskanego w badaniach drogowych) do przyspieszenia ziemskiego. Instrukcja zamieszczona w załączniku nr 2 do rozporządzenia ministra infrastruktury nakazuje określać wskaźnik skuteczności hamowania na podstawie zmierzonej siły hamowania wg wzoru: Tak określona skuteczność hamowania daje możliwość zastąpienia badań drogowych pomiarami sił hamowania na rolkowych lub płytowych urządzeniach diagnostycznych. Porównanie wymaganych opóźnień hamowania w odniesieniu do poszczególnych kategorii pojazdów w rozporządzeniu o warunkach technicznych pojazdów oraz w przepisach homologacyjnych (regulamin nr 13) przedstawiono w formie tabelarycznej (patrz tabela). Porównanie wymaganych opóźnień hamowania (skuteczności hamowania) podczas badań homologacyjnych i eksploatacyjnych (na stacjach kontroli pojazdów) Z przedstawionego zestawienia wynika, że w badaniach homologacyjnych występują bardziej rygorystyczne wymagania niż w badaniach stanu technicznego w okresie eksploatacji pojazdów (na stacjach kontroli pojazdów). Różnica ta jest szczególnie wyraźna w grupie samochodów osobowych i samochodów ciężarowych o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t. Wyniki pomiarów sił hamowania uzyskane na urządzeniach diagnostycznych są obarczone niedokładnością wynikającą z techniki pomiarowej nie uwzględniającej wielu czynników związanych z hamowaniem na rzeczywistej drodze (inne warunki przyczepności i obciążenia dynamiczne, znaczne różnice prędkości kół na stanowisku i na drodze, pominięcie oporów powietrza itd.). Z danych publikowanych przez Przemysłowy Instytut Motoryzacji wynika, że różnice wyników pomiarów uzyskanych na stanowiskach kontrolnych i w badaniach drogowych mogą osiągnąć 12% do 15%. W przypadku wystąpienia wątpliwości zaleca się wykonanie pomiarów skuteczności hamowania obiema metodami. Nie należy również zapominać, że skuteczność hamowania na drodze mokrej lub pokrytej lodem znacząco spada w porównaniu do zmierzonej na urządzeniu kontrolnym (rolkowym lub płytowym). Pomiaru skuteczności i równomierności działania hamulców w warunkach eksploatacyjnych (na stacjach kontroli pojazdów) dokonuje się zgodnie z instrukcją zamieszczoną w załączniku nr 2 do rozporządzenia ministra infrastruktury z r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach (Dz.U. Nr 227 z 2003r., z późn. zm.).

6 dr inż. Kazimierz Sitek Źródło: