DOZOROWANIE STANU ZDATNO CI UKŁADÓW HAMULCOWYCH SAMOCHODÓW OSOBOWYCH PIOTR STANOWSKI

DOZOROWANIE STANU ZDATNO CI UKŁADÓW HAMULCOWYCH SAMOCHODÓW OSOBOWYCH PIOTR STANOWSKI Streszczenie Układy hamulcowe w pojazdach mechanicznych maj du e znaczenie zachowania bezpiecze stwa w ruchu drogowym. Słu do skutecznego zatrzymania pojazdu b d cego w ruchu. W niniejszym opracowaniu przedstawiono koncepcj innowacyjnego zastosowania klasycznego układu zacisku hamulca tarczowego oraz rozwi zania maj ce na celu zminimalizowanie drga wysokiej cz stotliwo ci a tak e podniesienia skuteczno ci hamulca. Zgromadzone w sposób do wiadczalny dane s informacj wst pn do dalszych bada i uzasadnienia mo liwo ci zastosowania utylitarnego w przemy le samochodowym. Słowa kluczowe: układ hamulcowy, tarcza, zacisk, klocek, drgania, hamowanie 1. Wprowadzenie Hamulec urz dzenie słu ce do zmniejszania pr dko ci, zatrzymywania pojazdów i ruchomych cz ci maszyn. Podstawowe poj cia zwi zane z procesem hamowania i wyst puj cymi tam zjawiskami tribologicznymi to [3]: Tarcie zjawisko wyst powania oporu (sił hamuj cych sił tarcia) podczas wzgl dnego przemieszczania si dwóch stykaj cych si ciał. Siła tarcia (T, Ft) siła wyst puj ca na styku powierzchni dwóch ciał i przeciwdziałaj ca ich wzgl dnemu lub zamierzonemu ruchowi. Tarcie statyczne (Ts) najprostszy rodzaj tarcia zewn trznego, które pojawia si w momencie próby przemieszczenia ciała wzgl dem podło a. Siła tarcia statycznego równowa y składow siły przyło onej do ciała równoległa do powierzchni styku, dopóki jej warto nie przekroczy pewnej maksymalnej warto ci. Tarcie kinetyczne (dynamiczne, ruchowe) tarcie zewn trzne wyst puj ce mi dzy powierzchniami stykaj cych si ciał stałych b d cych wzgl dem siebie w ruchu[3]. Pierwsze rozwi zania tarczowych układów hamulcowych pojawiły sie w seryjnych pojazdach w 1955r. Przykładowy schemat działania hamulca tarczowego pokazano na rys. 1. Obecnie hamulec tarczowy jest dominuj cym rozwi zaniem. W systemie hydraulicznym, pompa hamulcowa przetłacza płyn hamulcowy poprzez przewód do osadzonego na jego drugim ko cu zacisku hamulcowego. Poniewa ciecz jest nie ci liwa, tłok przesuwa sie na zewn trz o te sam obj to cieczy jaka została wyparta z pompy [2].

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 49 ródło: [2]. Rysunek 1. Schemat działania układu hamulca tarczowego Po naci ni ciu pedału hamulca pompa tłoczy płyn hamulcowy pod wysokim ci nieniem. W wyniku tego tłok znajduj cy si w zacisku zostaje wypchni ty co powoduje doci ni cie klocków hamulcowych do tarczy, która obraca sie razem z kołem. W wyniku tarcia wyst puj cego mi dzy tymi dwoma elementami samochód zwalnia, a do momentu zatrzymania. Klocki hamulcowe wykonane z materiału o bardzo wysokim współczynniku tarcia. W wyniku wyst powania tego zjawiska zostaje wytworzona bardzo du a ilo ciepła. Dlatego wa ne jest aby hamulce były dobrze chłodzone. W tym celu nowoczesne tarcze wykonywane s z bardzo skomplikowanych materiałów co powoduje lepsze odprowadzanie ciepła. Mog by równie wentylowane, nawiercane oraz frezowane, lecz takie tarcze s wykorzystywane w ekstremalnych warunkach np. w sportach samochodowych. Okładziny hamulcowe niezale nie od typu hamulców musz mie wysok wytrzymało ciepln, wysokie temperatury nie mog wpływa na zmian współczynnika tarcia, (który z reguły ma warto rz du 0,3 0,4) [3]. Okładziny cierne klocków hamulcowych s odpowiednio dobrane co do twardo ci i nie powinny zmienia własno ci pod wpływem czynników zewn trznych takich jak: zanieczyszczenia, woda itp. Wymaga si równie wydłu onej trwało ci takich elementów. Obecnie na klocki hamulcowe stosuje si specjalnie dopasowane nakładki maj ce na celu zapobiegania drga o wysokiej cz stotliwo ci a tym samym obni enia jako- ci działania hamulców. Ta szym rozwi zaniem spotykanym na rynku klocków hamulcowych jest natryskiwanie cz ci metalowej preparatem bitumicznym. Rozwi zanie jest skuteczne ale nie trwałe[3]. Problem z uci liwym hałasem pochodz cym z układów hamulcowych jest powa nym zagadnieniem zarówno po stronie producentów samochodów jak i dostawcy cz ci w trybie posprzeda nym. Cz sto spotykanym zjawiskiem jest prawidłowo działaj cy układ hamulcowy w nowym poje dzie i okres 45000 km jego u ytkowania. Czas i kilometry przyj te dla u ytkownika eksploatuj cego pojazd w trybie mieszanym oraz umiarkowanym temperamencie. Po obsłudze serwisowej i wymianie klocków hamulcowych mog pojawi si niepo dane odgłosy akustyczne

50 Piotr Stanowski Dozorowanie stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych w postaci drga o wysokiej cz stotliwo ci tak zwanych (pisków). Przyczyn takiego stanu rzeczy jest bł dne dobranie przez producenta klocków hamulcowych materiału ciernego lub powierzchnia styczna klocka i tarczy hamulcowej nie jest wła ciwie ukształtowana. Zatem mo na zaobserwowa zale no, i brak kompatybilno ci tych dwóch elementów w ukł. ham. sprawia wiele kłopotów. Rozwi zanie zaprezentowane w dalszej cz ci opracowania skłania do przemy lenia innowacyjnego rozwi zania, którego zastosowanie w badaniach i testach wst pnych dało ciekawe rezultaty. Zaproponowany zestaw modernizacji klocka hamulcowego i zacisku w trybie testów podniósł skuteczno działania hamulca a tak e nie stwierdzono pojawienia si drga o wysokiej cz stotliwo ci. 2. Wybrane warunki techniczne Dz.U. z 2003r NR32 ze zmianami Rozporz dzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jest ustaw reguluj c prawnie wyposa enie pojazdu dopuszczonego do ruchu drogowego w sprawny i kompletny układ hamulcowy [1]. 14.1. Pojazd samochodowy, z wyj tkiem motocykla i trzykołowego pojazdu samochodowego o dopuszczalnej masie całkowitej nieprzekraczaj cej 1 t, wyposa a si w nast puj ce rodzaje układów hamulcowych, zwanych dalej "hamulcami": 1) hamulec roboczy działaj cy na wszystkie koła przeznaczony do zmniejszania pr dko ci pojazdu i zatrzymywania go w sposób niezawodny, szybki i skuteczny, niezale nie od jego pr dko ci i obci enia oraz od k ta wzniesienia lub spadku jezdni, z mo liwo ci : a) regulowania intensywno ci hamowania, b) dokonywania hamowania z miejsca kierowcy bez u ycia r k; w odniesieniu do pojazdu inwalidzkiego dopuszcza si u ycie jednej r ki; 2) hamulec awaryjny działaj cy na koła co najmniej jednej osi pojazdu, przeznaczony do zatrzymania pojazdu w razie awarii hamulca roboczego, z mo liwo ci : a) regulowania intensywno ci hamowania, b) dokonywania hamowania z miejsca kierowcy z mo liwo ci trzymania kierownicy przynajmniej jedn r k ; 3) hamulec postojowy, przeznaczony do unieruchamiania pojazdu na wzniesieniu i spadku, z mo liwo ci : a) działania podczas nieobecno ci kierowcy, przy czym robocze cz ci hamulca powinny pozostawa w poło eniu zahamowania za pomoc wył cznie mechanicznego urz dzenia, b) dokonywania hamowania z miejsca kierowcy; 15. 1. Hamulce pojazdu powinny zachowywa wymagan sprawno niezale nie od drga i wpływów atmosferycznych, na jakie s nara one w normalnych warunkach eksploatacji. 2. Hamulce powinny ponadto odpowiada nast puj cym warunkom: 1) równoczesne uruchomienie hamulca roboczego i awaryjnego nie mo e ujemnie wpływa na działanie adnego z nich, zarówno w przypadku, gdy obydwa hamulce s sprawne, jak i w przypadku uszkodzenia jednego z nich; 2) w przypadku uszkodzenia hamulca roboczego w poje dzie samochodowym powinna by zapewniona mo liwo hamowania takiej liczby kół przez działanie na hamulec roboczy, aby skuteczno hamowania nie była mniejsza ni 30% wymaganej skuteczno ci; w poje dzie, w którym mo na uzyska skuteczno hamowania wymagan dla hamulca awaryjnego, nie wymaga si oddzielnego jego sterowania; przepis stosuje si do zarejestrowanych po raz pierwszy [1]:

Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 51 3) działanie hamulca roboczego powinno by odpowiednio rozło one mi dzy osie; powinno ono by jednakowe dla kół tej samej osi; 4) zu ycie hamulców powinno by łatwo kompensowane systemem r cznej lub samoczynnej regulacji; elementy układu hamulcowego powinny mie taki zapas ruchu, aby po nagrzaniu hamulców lub po osi gni ciu okre lonego stopnia zu ycia okładzin mo liwe było hamowanie bez konieczno ci natychmiastowej regulacji; 5) w przypadku hamulca uruchamianego za pomoc energii znajduj cej si w zbiorniku, je eli hamowanie z wymagan skuteczno ci nie jest mo liwe bez u ycia zgromadzonej energii, pojazd powinien by wyposa ony, poza manometrem, w urz dzenie wysyłaj ce wietlne lub akustyczne sygnały, ostrzegaj ce o obni eniu zapasu energii do poziomu równego lub mniejszego ni 65% normalnego poziomu; 6) w przypadku hamulca pneumatycznego poł czenie pojazdu ci gn cego z przyczep powinno składa si co najmniej z dwóch przewodów (zasilaj cego i steruj cego); przepis stosuje si do pojazdu zarejestrowanego po raz pierwszy po dniu 31 grudnia 1985 r.; 7) w przypadku hamulca hydraulicznego zbiorniczek płynu hamulcowego powinien by umieszczony w miejscu łatwo dost pnym dla kontroli. 16. 1. Skuteczno hamowania okre la si wska nikiem, który jest stosunkiem siły hamowania do siły wynikaj cej z dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu lub stosunkiem opó nienia hamowania (uzyskanego na drodze poziomej o nawierzchni twardej, suchej i czystej) do przyspieszenia ziemskiego. 2. Wska nik skuteczno ci hamowania nie mo e by mniejszy ni podany w tabeli "Wska niki skuteczno ci hamowania", stanowi cej zał cznik nr 7 do rozporz dzenia. 3. Hamulce uwa a si za sprawne, je eli wymagana skuteczno jest uzyskiwana bez nadmiernego odchylenia prostoliniowego toru ruchu pojazdu i nadmiernych drga. 4. Hamulec postojowy powinien zapewnia unieruchomienie całkowicie obci onego pojazdu na wzniesieniu i spadku o pochyleniu co najmniej 16%, a całkowicie obci onego zespołu pojazdów co najmniej 8% [1]. 3. Rozwi zanie zmodernizowanego tarczowego układu hamulcowego Głównym zadaniem pracy badawczej, jest obni enie drga cz ci wiruj cej tarczy hamulcowej a zatem zminimalizowanie podczas hamowania powstaj cych niepo danych efektów akustycznych. Wykorzystanie w maksymalnym stopniu powierzchni roboczej tarczy hamulcowej przez zastosowanie dwuczłonowego klocka hamulcowego oraz podniesienie skuteczno ci układu hamulcowego. Do przeprowadzenia badania posłu ono si konstrukcj zespołu zacisku hamulcowego, tarczy hamulcowej, klocków hamulcowych, wykorzystuj c elementy zastosowane w samochodzie Daewoo Leganza CDX 2,0 wyposa on w układ ABS.

52 Piotr Stanowski Dozorowanie stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych 3.1. Elementy tarczowego układu hamulcowego 2 6 5 4 6 1 Rysunek 2. Cz ci u yte do przeprowadzenia badania 1. Tarcza ham., 2. Jarzmo zacisku ham., 3. Dwuczłonowy klocek ham., 4. Zmodernizowany tłok zacisku ham., 5. Korpus zacisku ham., 6. Spr yna wkładek ciernych Rysunek 3. Układ zamontowany na poje dzie z charakterystycznym tłokiem

53 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 Wprowadzona zmiana wypełnienia tłoka zacisku jest rozwi zaniem maj cym na celu tłumienie drga dwuczłonowej wkładki ciernej. Zastosowany materiał jest wysokotemperaturowym kompozytem zachowuj cym wła ciwo ci mechaniczne wtłoczonym na prasie hydraulicznej, wypełniaj cy w cało ci tłok. Wierzchnia cz wypełnienia wystaje ponad obwód kraw dzi tłoka na 1 mm. Rysunek 4. Tłok zacisku hamulcowego Rysunek 5. Dwuczłonowy klocek hamulcowy

54 Piotr Stanowski Dozorowanie stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych Klocek hamulcowy został podzielony na dwie cz ci składowe. rodkowa cz i zewn trzna wkładki ciernej tworz zestaw dwóch elementów maj cych na celu podczas hamowania wykorzystanie w jak najwi kszym stopniu powierzchnie tarczy hamulcowej. Istnieje mo liwo dobierania ró nej kompozycji materiału ciernego cz ci rodkowej. W badaniu posłu ono si tym samym gatunkiem i rodzajem okładziny. Rysunek 6. Układ hamulca tarczowego zamontowany na poje dzie

55 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 3.2. Badanie porównawcze zmodernizowanego układu hamulcowego koła prawego i lewego bez zmian Badanie siły hamulca na urz dzeniu HEKA-KALLINICH BREMS-SPUR. Linia diagnostyczna HEKA jest elektronicznym, płytowym urz dzeniem diagnostycznym, przeznaczonym do kontroli układu hamulcowego, zbie no ci i amortyzatorów pojazdów osobowych, dostawczych, ci gników rolniczych i busów o DMC 3500 kg. Badanie pojazdu na urz dzeniu HEKA jest procesem dynamicznym, odpowiadaj cym rzeczywistym warunkom jazdy. HEKA mo e stanowi integraln cz składow punktu przyj cia pojazdu w serwisie. Sterowanie procesem badania odbywa si za pomoc pilota o zasi gu do 200 metrów. Zastosowanie nowoczesnej, energooszcz dnej tablicy 16:9 o grubo ci 3,5 cm pozwala na odczyt wyników bada ze znacznej odległo ci. Płyty diagnostyczne montowane s w podłodze, a ich grubo wynosi zaledwie 4 cm Urz dzenia HEKA zapewniaj krótki przebieg diagnozowania pojazdów do 30 sekund. Zastosowanie czujników typu "High-Speed" umo liwia wykonywanie bada pojazdów ze wspomaganiem układu hamulcowego oraz nap du 4x4. Rysunek 7. Widok urz dzenia pomiarowego HEKA 3.3. Warunki bada Podczas przeprowadzania pomiarów hamulców kół osi przedniej pojazdu wyposa onego w standardowy hamulec tarczowy na kole lewym oraz zmodernizowany układ przedstawiony w punkcie 3.1 opracowania na kole prawym. Dokonano czterech pomiarów siły hamulców w ró nym stopniu temperatury tarcz hamulcowych. W celu uzyskania wy szej temperatury pojazd został wprowadzony w tryb jazdy testowej, gdzie układ hamulcowy został obci ony jednakowym naciskiem na pedał hamulca w okre lonym czasie i miejscu, tak aby ka dy kolejny pomiar mógł dostarczy informacji czy nast puje spadek skuteczno ci działania hamulca. Jednocze nie badano poziom d wi ku mikrofonem pomiarowym prawego i lewego koła, tak aby oceni gło no pracy tych układów. W tym opracowaniu uj to wyniki z bada dotycz cych tylko siły hamowania. Pozostałe dane zgromadzone posłu do dalszych bada, stanowi tak e zach t do rozszerzenia zakresu pozyskania danych.

56 Piotr Stanowski Dozorowanie stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych 3.4. Wyniki bada WARTO SIŁY HAMOWANIA KÓŁ OSI PRZEDNIEJ (N) SIŁA HAMOWANIA (N) 800 600 400 200 0 KOŁO LEWE KOŁO PRAWE ZMODERNIZOWANE Rysunek 7. Pierwszy pomiar (tarcze hamulcowe temp 15 o C) WARTO SIŁY HAMOWANIA KÓŁ OSI PRZEDNIEJ W (N) 6000 SIŁA HAMOWANIA ( N ) 5000 4000 3000 2000 1000 0 KOŁO LEWE LOŁO PRAWE ZMODERNIZOWANE Rysunek 8. Drugi pomiar (tarcze hamulcowe temp 85 o C)

57 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 WARTO SIŁY HAMOWANIA KÓŁ OSI PRZEDNIEJ (N) 6000 SIŁA HAMOWANIA ( N ) 5000 4000 3000 2000 1000 0 KOŁO LEWE KOŁO PRAWE ZMODERNIZOWANE Rysunek 9. Pomiar trzeci (tarcze hamulcowe temp 165 o C) WARTO SIŁY HAMOWANIA KÓŁ OSI PRZEDNIEJ (N) 6000 SIŁA HAMOWANIA ( N ) 5000 4000 3000 2000 1000 0 KOŁO LEWE KOŁO PRAWE ZMO0DERNIZOWANE Rysunek 10. Pomiar czwarty (tarcze hamulcowe temp 209 o C)

58 Piotr Stanowski Dozorowanie stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych 4. Omówienie wyników bada Przedstawiony na wykresach graficznych przebieg narastania siły hamowania kół osi przedniej w czterech cyklach pomiarowych z uwzgl dnieniem temperatury tarczy hamulcowych. Wykresy charakteryzuj przebieg działania i sprawno układu hamulcowego a tak e warto ci siły hamowania dla ka dego koła niezale nie. Wyniki bada obrazuj pocz tek działania hamulców kół, gdzie prawe koło uzyskuje wi cej punktów oceny w porównaniu z kołem lewym. Podobny wynik oceny dotyczy pocz tku narastania siły gdzie mo na wnioskowa, i jest to miejsce absorpcji najwi kszych drga układu. Przebieg i ko cowa faza zatrzymania pojazdu przebiega poprawnie. W ka dym pomiarze wyniki s zadowalaj ce na korzy koła zmodernizowanego niezale nie od temperatury tarczy hamulcowej. 5. Podsumowanie Zaproponowany innowacyjny układ hamulca tarczowego został poddany próbie na dystansie 10 000 km. w którym nie stwierdzono pogorszenia skuteczno ci działania hamulców badanego pojazdu. Elementy składowe zmodernizowanego układu ham. nie uległy odkształceniom mechanicznym i termicznym. Nie stwierdzono zu ycia i uszkodzenia tarczy hamulcowej. Opracowanie takiego systemu modernizuj cego układ hamulcowy wymaga rozszerzenia bada i testów. Zaprezentowane rozwi zanie jest koncepcj innowacyjn, która została zweryfikowana w badaniu eksperymentalnym. Zacytowane przepisy ustawy warunki techniczne Dz.U. z 2003r NR32 ze zmianami, w tym opracowaniu mog posłu y jako przewodnik w dozorowaniu stanu zdatno ci układów hamulcowych samochodów osobowych. Bibliografia 1. Buczy ski M., Poradnik diagnosty SKP 2007 obowi zkowe i zalecane akty prawne. Regionalne centrum szkolenia motoryzacji PZM, Pozna 2007. 2. Eugeniusz Mazanek, Podstawy Konstrukcji Maszyn Wyd. Politechniki Cz stochowskiej. Cz stochowa 1997 3. Janecki J., Dasiewicz J., Pawelec Z., Podwy szenie eksploatacyjnych wła ciwo ci pary hamulcowej droga przekształcenia warstwy wierzchniej partnera metalowego. Tribologia Nr 3/2005

59 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 48, 2011 VIDEO MONITORING OF FITNESS CAR BRAKE SYSTEMS Summary Braking systems in motor vehicles are important to preserve safety in traffic. They serve to effectively stop the vehicle in motion. This paper will present an innovative application of the classical concept of disc brake caliper and apply solutions to minimize high-frequency vibrations and raise the efficiency of the brake. Collected in an experimental way the data are preliminary information for further study and justify the applicability of utilitarian in the automotive industry. Keywords: brake, disc, caliper, brake pad, vibration, braking Piotr Stanowski Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy w Bydgoszczy e-mail: p-stanowski@tlen.pl