Jihočeská univerzita v Českých BudějovicíchZemědělská fakulta

MDP

Semestrální práce

Brzdové soustavy nákladních automobilů, přívěsů a návěsů

Brzdové ústrojí

Brzdové ústrojí je povinnou výbavou nákladních automobilů pro zajištění bezpečnosti při dopravě po komunikacích.

Požadavky a rozdělení brzdových ústrojí

Účelem brzd je zajistit snížení rychlosti jízdy nebo zastavení automobilu a zabránit samovolnému rozjetí stojícího vozidla. Brzdy musí rychle a účinně zastavit vozidlo při všech rychlostech a za všech provozních podmínek. Vozidlo se přitom nesmí vychýlit z daného směru jízdy. Brzdy musí mít vysokou provozní spolehlivost, vysokou životnost, musí být nenáročné na obsluhu a údržbu se snadným ovládáním.

Brzdný účinek se u většiny brzd dosahuje přeměnou kinetické energie pohybujícího se vozidla na energii tepelnou třením rotujících a pevných částí brzd. Pro zvýšení účinku je na jedné z těchto částí obložení z materiálu s vysokým součinitelem tření. Požadavky na brzdové ústrojí vozidel jsou dány vyhláškou Ministerstva dopravy č.341/2002 Sb., o schválení technické způsobilosti a technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích.

Brzdy lze rozdělit podle mnoha hledisek. Podle účelu použití se brzdy dělí na:

· Provozní – používané při jízdě

· Parkovací – zajišťují vozidlo proti rozjetí při stání na svahu

· Nouzové – musí zajistit zastavení vozidla při selhání provozní brzdy, tuto funkci plní většinou parkovací brzda

· Zpomalovací (odlehčovací - retardéry) – Tato brzda slouží k udržení stálé rychlosti jízdy vozidla nebo zpomalení při sjíždění svahu. Nejčastější technická realizace bývá buď klapkou ve výfukovém potrubí, elektromagnetickým retardérem (např. Telma), nebo hydrodynamickým způsobem, a to zástavbou samostatného hydrodynamického retardéru do převodné soustavy, nebo využití hydrodynamického měniče momentu v převodovce.

Provozní brzdy lze dále dělit podle způsobu přenosu ovládací síly na:

· Přímočinné

· Mechanické – ovládané přes mechanický převod (pákový, lanový,…)

· Hydraulické – s hydraulickým převodem

· Strojní – působí jiný zdroj energie než síla řidiče; podle druhu energie se dál dělí na

· Hydraulické – působí tlak kapaliny z jiného zdroje

· Pneumatické – působí tlak stlačeného vzduchu

· Polostrojní – spolu se svalovou silou řidiče působí další zdroj energie (posilovač); podle použitého druhu energie se dělí na brzdy s posilovačem:

· Hydraulickým – ke zvýšení ovládací síly je využito tlaku kapaliny z jiného zdroje

· Pneumatickým – přetlakovým nebo podtlakovým

Podle konstrukce se třecí brzdy děli na:

· Bubnové – čelisťové nebo pásové

· Kotoučové – třmenové nebo s kotoučem s třecím obložením

· Lamelové – s více kotouči (lamelami) bez obložení a s obložením

Podle pracovního prostředí jsou brzdy:

· Mokré – pracující v olejové lázni

· Suché – pracující v suchém prostředí

Brzdové ústrojí umožňuje také dodávání energie a ovládání brzd přívěsu nebo jiného přípojného zařízení. Brzdění přívěsů je zajišťováno buď brzdami hydraulickými nebo pneumatickými.

Dynamika brzdění

Kinetická energie pohybujícího se vozidla závisí na jeho hmotnosti a rychlosti. Brzděním se pohybová energie přeměňuje na energii tepelnou. Zvětšení hmotnosti vozidel a jejich rychlosti klade zvýšené nároky na brzdy a zejména na jejich chlazení.

Pohybovou energii vozidla můžeme vyjádřit pomocí vztahu:

kde: Ek – kinetická energie vozidla [J]

m – hmotnost vozidla [kg]

v – rychlost vozidla [m/s]

Přímočinné brzdové soustavy s mechanickým převodem

Používají se dnes pouze u parkovacích brzd osobních automobilů (příp. provozní brzdy motocyklů). Síla řidiče se přenáší na páky brzdových klíčů pomocí táhel nebo lanovodů. Funkce mechanické brzdy je proto velmi jednoduchá.

Řidič sešlápne pedál, a tím zatáhne lankem lanovodu za páku klíče brzdy (3). Klíč brzdy rozevře čelisti (4), které se svým obložením (5) přiblíží k brzdovému bubnu (8), začnou se o něj třít, a buben se začne zpomalovat. Protože je buben spojen s vozidlovým kolem, začne se snižovat rychlost vozidla.

Mechanická brzda

Přímočinné brzdové soustavy s kapalinovým převodem

Přímočinné brzdové soustavy s mechanickým převodem (kapalinové (hydraulické) brzdy) se dnes používají u většiny osobních automobilů (M1) jako provozní brzdy. Síla řidiče se převádí jednoduchým hydraulickým převodem. Pohyb pedálu brzdy působí na píst hlavního válce brzdy, který vytlačuje brzdovou kapalinu z válce a tlačí ji potrubím do brzdových válečků v kolech u bubnových brzd, nebo do třmenů brzd, u brzd kotoučových.

Provozní brzda, kapalinová, dvouokruhová s diagonálním propojením, bez podtlakového posilovače brzdného účinku

Přímočinné brzdové soustavy s kapalinovým převodem a podtlakovým posilovačem

Kapalinová brzdová soustava, která se dnes používá u všech automobilů se skládá: z hlavního brzdového válce, podtlakového posilovače, vyrovnávací nádržkou na brzdovou kapalinu a příslušným spojovacím potrubím. Hydraulická část soustavy je rozdělena do dvou samostatných okruhů, ovládaným řidičem společným ovládacím orgánem (brzdovým pedálem). Při normální činnosti jsou brzděná všechna kola vozidla, při poruše v kterémkoliv okruhu je neporušeným okruhem brzděn určitý počet kol. Podle dnešních zákonných předpisů musí mít osobní vozidla nejméně dvouokruhovou ovládací soustavu, která splňuje požadavek nouzového brzdění.

Posilovač brzdného účinku a hlavní brzdový válec

Zapojení dvouokruhových ovládacích soustav mohou být:

a) jednookruhová soustava

b) standardní zapojení TT – v každém okruhu je brzděna jedna náprava

c) diagonální zapojení K – v každém okruhu je brzděno jedno přední a diagonálně proti ležící zadní kolo

d) zapojení HT – jeden okruh ovládá přední nápravu a zadní nápravu, druhý okruh ovládá jen přední nápravu

e) zapojení LL – každý okruh ovládá přední nápravu a jedno zadní kolo

f) zapojení HH – každý okruh ovládá přední nápravu a zadní nápravu

Vzduchové (pneumatické) brzdy

Vzduchové (pneumatické) ovládání se nejčastěji používá u středních a těžkých nákladních automobilů

Jednoduché schéma vzduchové brzdy nákladních automobilů

Schéma vzduchového rozvodu tříokruhové brzdy nákladního automobilu s vývody pro přívěs/návěs.

Vzducho-kapalinové (pneumaticko-hydraulické) brzdy

Vzducho-kapalinové brzdy se používají u automobilů kategorie N2 a některých typů autobusů. Využívají vzduchového ústrojí stejného jako brzdy pneumatické, na vlastních nápravách jsou však vzducho-kapalinové převaděče, kde se mění typ pracovního media z plynu na kapalinu. Rozvod tlakové kapaliny pokračuje z převaděčů do brzdových válečků na vlastních kolových brzdách.

Jednoduché schéma vzducho-kapalinové brzdy nákladních automobilů

Kotoučové brzdy

Kotoučové brzdy se v současnosti nejčastěji používají jako přední, nebo přední a zadní brzdy osobních automobilů. Za jejich největší přednost se považuje stálost brzdného účinku, jež je dosažena lepším odvodem tepla z kotouče. Konstrukční provedení kotoučové brzdy se liší v realizaci jejího třmenu. Z tohoto pohledu rozlišujeme kotoučové brzdy:

· S pevným třmenem

· S plovoucím třmenem

Výsledkem řešení s plovoucím třmenem je úspora místa a menší zális vlastního kotouče.

Kotoučová brzda s pevným a plovoucím třmenem

Kotoučová brzda

Zajímavým řešením kotoučové brzdy je řešení vycházející z výzkumu v oblasti letadel a je založeno na historickém principu brzdění koňských povozů – klínová brzda

Klínová brzda používá elektronickou regulaci, má kratší reakční dobu (téměř 2x) než brzda kotoučová, je lehčí a zabírá méně místa.

Brzdová kapalina

Nároky na její vlastnosti jsou značně vysoké. K zaručenému ovládání brzdové soustavy za všech v provozu se vyskytujících teplotních podmínek je zásadním požadavkem neměnnost složení a hustoty kapaliny v rozmezí od –50 oC do +200 oC i více. Při běžném brzdění se přenáší z brzdových částí do kapaliny tolik tepla, že její teplota dosahuje hodnoty 100 oC až 130 oC. Při prudkém nebo dlouhodobém brzdění je možno dosáhnout i hodnot vyšších. Neměnnost složení znamená, že všechny složky, z nichž je kapalina vyrobena, musejí být dokonale vzájemně smísitelné a nesmějí se ani při mezních teplotách oddělovat. Mimoto nesmí kapalina ani při náhlých změnách tlaku a teploty pěnit.

Nesmí mít korozívní účinky na kovové díly ani agresivní účinky na díly pryžové, v brzdové soustavě použité. Kapalina musí mít i přiměřené vlastnosti mazací a z bezpečnostních důvodů vysoký bod vzplanutí. Mezi požadované vlastnosti patří i částečná schopnost konzervační a schopnost vzájemné mísitelnosti s kapalinami stejné klasifikace, ale rozdílných výrobců. Výše uvedené vlastnosti si kapalina musí uchovat co nejdéle, minimálně však 2 roky. V současné době se používají brzdové kapaliny glykolové. Jedná se o směsi éterů, polyglykolů a různých inhibitorů. Tyto a mnohé další nároky na brzdovou kapalinu obsahují mezinárodní normy (např.DOT 3, DOT 4, DOT 5, SAE J 1703, ISO 4925, FMVSS 116, apod.), které respektují prakticky všechny státy, které kapaliny vyrábějí.

Při manipulaci s brzdovou kapalinou je nutno dodržovat bezpečnostní pokyny, uvedené na obalu výrobku. Brzdové kapaliny jsou zdraví škodlivé látky a hořlaviny IV. Třídy.

Celou náplň brzdové soustavy vyměňujeme v intervalech stanovených výrobcem vozidla. Velmi důležité je pravidelně kontrolovat hladinu brzdové kapaliny v zásobní nádobce a podle potřeby ji doplňovat na stanovenou úroveň.

Motorová brzda (možné způsoby u výrobce Volvo)

1. EPG - lapka ve výfukovém potrubí, ovládaná elektropneumatickým ventilem, většinou 3-stupňová.

2. VEB (Volvo engine brake)

3. VEB+

Motorová brzda VEB+

Vyšší brzdný účinek, menší opotřebení brzdových kotoučů a bezpečnější vozidlo. Motorová brzda Volvo je inteligentní zařízení, které využívá výfukových plynů při zpomalení motoru k brzdění vozidla. Jde o patent společnosti Volvo, který výrazně zlepšuje brzdný účinek. Na jakém principu tento systém funguje?

Výfukové plyny, které vycházejí z motoru, jsou zachyceny zařízením EPG (Exhaust Pressure Governor), což je výfuková brzda zařazená za turbodmychadlo. EPG také pomáhá naplnit větší množství vzduchu do válců motoru při brzdění. Tento dodatečný vzduch je využíván kompresní brzdou VCB (Volvo’s Compression Brake) k dalšímu zvýšení brzdného výkonu. Kompresní brzda je spouštěna vačkou výfukového ventilu tak, aby bylo dosaženo přídavného brzdného účinku. Při brzdění se během jediné otáčky vačkové hřídele otevře výfukový ventil celkem třikrát, namísto jediného otevření během aktivní činnosti motoru v záběru. Tento princip je u obou systémů VEB a VEB+ shodný.

Motorová brzda Volvo pracující tímto způsobem je velmi výkonná, přičemž ke zpomalení vozidla je využíván vzduch, a nikoli palivo. Platí jednoduchá rovnice: EPG + VCB = VEB.

Rozdíl mezi systémy VEB a VEB+ spočívá ve vylepšení mechanických komponent. Zatímco u systému VEB je použito vždy pouze jedno výfukové vahadlo na válec, u systému VEB+ jsou výfukové ventily při brzdění otevírány pomocí dvou výfukových vahadel na válec. Díky tomu lze při brzdění použít vyšší tlak ve válci a vytvořit tak vyšší brzdný účinek. Použití dvojitých vahadel umožňuje zvýšit též proudění masy vzduchu při brzdění, takže i přes vyšší brzdný účinek nedochází ke zvýšení teploty motoru.

Podobně jako další motorové brzdy vozů Volvo je systém VEB+ plně integrovaným systémem. Může jej aktivovat řidič ručně, nebo může být spuštěn automaticky, například tempomatem. Brzdný účinek systému VEB+

u motoru D13A byl v porovnání s předchozím modelem zvýšen téměř o 30 procent. Pokud motor pracuje při 1500 otáčkách, brzdný výkon systému VEB+ u nového motoru D13A je 225 kW. U motoru D16E v modelu Volvo FH16 činí maximální brzdný výkon systému VEB+ impozantních 425 kW. To v praxi znamená, že u nákladního vozu může při jízdě z kopce zůstat zařazen vyšší rychlostní stupeň, což umožňuje dosažení vyšší průměrné rychlosti a nižší spotřeby paliva.

Kromě toho dochází k nižšímu opotřebení brzdového obložení, což pro majitele vozu představuje další úsporu. Zvýšení brzdného výkonu znamená v neposlední řadě také zvýšení bezpečnosti při jízdě.

Brzdy (Volvo)

Ať už potřebujete dupnout na brzdy nebo jen zpomalit, abyste na ně dupat nemuseli, elektronicky řízený brzdový systém EBS vám pomůže vyvarovat se nebezpečí. EBS je elektronicky řízený protiblokovací systém kotoučových brzd s vysokým brzdným účinkem a okamžitou pohotovostí dosahovanou díky elektronickému přenosu signálů. Systém EBS zvyšuje bezpečnost provozu u vozů s nástavbou i u tahačů s návěsem a souprav s přívěsem. Spolupráce mechanických brzd kol s pomocnými brzdami zlepšuje bezpečnost i účinnost brzdění. Tento systém je dodáván ve standardní výbavě vozů s vzduchovým odpružením a lze jej nainstalovat i do některých modelů s listovými pružinami. Po stlačení pedálu jsou signály pro brzdy odesílány do řídicí jednotky EBS. Další informace dodá množství senzorů pro rychlost otáčení kol a opotřebení brzdového obložení a řídicí jednotka určí brzdicí tlak pro jednotlivé nápravy a kola. Modulátory přitom regulují tlak vzduchu přiváděný do brzdových válců. Součástí systému EBS je také pneumatický záložní systém. Systém EBS je součástí dvou různých programových sad - Medium a High. Druhá z nich je určena pro tahače s návěsem. Některé funkce systému EBS zaměřené na bezpečnost a pohodlí:

· Protiblokovací brzdy ABS.

· Snímač opotřebení obložení (LWS) upozorní řidiče, když zbývá méně než cca. 20 % brzdového obložení.

· Řízení systému opotřebení obložení (LWC) vyrovnává rozdíly vzniklé různým opotřebením brzdového obložení u jednotlivých náprav.

· Varování při zvýšené teplotě brzd (BTW).

· Kombinování brzd - v případě potřeby je účinek brzd kol posílen aktivací pomocné brzdy.

· Synchronizace uzávěrky diferenciálu (DLS) - před aktivací uzávěrky diferenciálu jsou synchronizovány otáčky poháněných kol.

· Systém řízení trakce (TCS) s protiprokluzovým a synchronizačním účinkem - distribuuje záběrovou sílu rovnoměrně mezi jednotlivá poháněná kola.

· Externí požadavky na brzdu (EBD) z jiných systémů.

· Analýza opotřebení obložení vypočítává počet kilometrů zbývajících do konce životnosti obložení.

· Řízení brzdicího momentu (DTC) zabraňuje zablokování poháněných kol na kluzkém povrchu při uvolnění pedálu plynu.

· Řízení uzávěrky diferenciálu (DLC) - automatické zapojení uzávěrky diferenciálu při nízkých rychlostech u samostatných i zdvojených náprav.

· Pomoc při rozjezdu do kopce - brzdy se uvolní po dosažení nastaveného točivého momentu motoru nebo po uvolnění pedálu spojky u vozů s manuální převodovkou či přibližně jednu sekundu po uvolnění brzdového pedálu u vozů s automatickou převodovkou.

· Asistence při nouzovém brzdění zvyšuje brzdný tlak s cílem optimalizovat brzdění a zkrátit brzdnou dráhu.

· Monitorování brzd kol průběžně kontroluje funkčnost brzd.

· Sledování stavu systému EBS prostřednictvím elektronického systému vozidla TEA a systému VCADS Pro.

· Varování při poklesu výkonu brzd - systém, který řidiče upozorní v případě, že je brzdný účinek příliš nízký ve srovnání s tlakem na pedál.

· Elektronický stabilizační program (ESP) - stabilizace brzd pro tahače s návěsem

· Kontrola síly na spojovacím zařízení (CFC) mezi tahačem a přívěsem.

· Brzda přívěsu (TB) umožňuje provádět bezpečnostní kontrolu při výměně přívěsů.

Spojovací hadice tažný vůz – přívěs/návěs

Vlečená vozidla, ať už jde o přívěsy či návěsy, nejsou zpravidla vybavena vlastním zdrojem energie, který by měl za úkol vytvářet tlakový vzduch pro brzdový okruh, případě pro odpružení vzduchovými vaky, a elektrické napětí pro správnou funkci osvětlení a dalších elektrických systémů vozidla. Výjimkou jsou návěsy chladírenské, jejichž chladící zařízení má vlastní motor i palivovou nádrž a na energii tažného vozidla jsou nezávislé. V ojedinělých případech může být návěs vybaven i spalovacím motorem pro pohon jiných důležitých součástí, například hydraulického čerpadla pro sklápění nebo kompresoru pro plnění a vyprazdňování cisterny. Tyto případy jsou ale omezené a proto se v drtivé většině případů spoléhají přípojná vozidla na tažné vozy jako na zdroj všech potřebných energií. To je především tlakový vzduch a elektřina.

Vzduchová vedení: rozlišená buď barvami koncovek nebo rovnou celých hadic (rozlišující barvy jsou žlutá a červená). Jedna hadice zásobuje přípojné vozidlo tlakovým vzduchem, druhá zprostředkovává ovládání brzd vozidla. Hadice jsou od ostatních kabelů snadno rozeznatelná díky kovovým spojovacím kohoutům. Vzduchové hadice jsou obvykle vybaveny kohouty pouze na jedné straně a na straně druhé jsou napevno připojeny k vozidlu (u spojení tahač-návěs jsou hadice napevno připojeny k tahači, u přívěsů jsou obvykle hadice pevně připojeny k přívěsu). Aby se zabránilo jejich "zlomení", jsou jejich konce obvykle chráněny kovovou pružinou nebo plastovým obalem.

Pohled na žlutý spojovací kohout (Renault Magnum). Na obrázku je patrná odklopená žlutá krytka, která chrání vnitřní prostor nezapojeného kohoutu před znečištěním.

Celkový pohled na spojení tahače Iveco EuroStar Cursor10 (vlevo) a návěsu Kögel s kotoučovými brzdami

Volvo FH12 + tandem - celkový pohled na spojovací kabely a hadice.

Zdeněk Doležel

Stránka 12