Устройство и принцип работы гидравлического и пневматического тормозного привода автомобиля

В современных автомобилях доминируют два основных типа приводов рабочей тормозной системы: гидравлический и пневматический. Каждый из них обладает уникальными характеристиками, определяющими область применения. Гидравлический привод характеризуется высоким быстродействием, простотой конструкции, малыми габаритами и массой. Его недостатком является ограниченное силовое передаточное число. Пневматический привод способен создавать значительные усилия и легко интегрируется с тормозными системами прицепов, но отличается сложностью конструкции, большими размерами и массой, а также более низким быстродействием.

Для повышения надежности гидравлический привод выполняется разделенным на два независимых контура. Выход из строя одного контура должен сохранять заданную эффективность торможения. Выбор конкретной схемы разделения зависит от допустимой степени потери эффективности и несимметричности тормозных сил. Например, схема с разделением на контуры передних и задних тормозов (рис. 198, а) при отказе переднего контура приводит к значительному снижению эффективности.

Более совершенными являются диагональная схема (рис. 198, б) и схема с дополнительным приводом к передним тормозам (рис. 198, в). Они сохраняют не менее 50% эффективности при отказе любого контура. Однако диагональная схема может вызывать несимметричность тормозных сил на передних колесах, что требует применения отрицательного плеча обкатки для сохранения устойчивости. Наибольшей эффективностью обладает схема с одновременным приводом всех тормозных механизмов от двух независимых источников (рис. 198, г), но она наиболее сложна конструктивно.

Рис. 198. Схемы двухконтурных раздельных гидравлических приводов: а — передних и задних тормозных механизмов; б — диагональный; в — с дополнительным приводом к передним тормозным механизмам; г — одновременное торможение всех тормозных механизмов; 1 — двухсекционный главный тормозной цилиндр; 2 и 3 — магистрали к тормозным механизмам

Расчет гидравлического привода включает определение диаметров главного и колесных цилиндров, усилия и хода педали, передаточного числа привода. Диаметр колесного цилиндра определяется исходя из требуемой приводной силы и давления жидкости, которое обычно составляет 8–12 МПа. Усилие на педали управления рассчитывается с учетом передаточного числа рычажного привода, КПД системы и соотношения площадей поршней цилиндров.

В конструкциях автомобилей отношение диаметра колесного цилиндра к диаметру главного цилиндра обычно находится в диапазоне 0,9–1,2. Увеличение давления в системе позволяет уменьшить габариты, но предъявляет высокие требования к прочности трубопроводов и соединений. Рабочий ход педали рассчитывается с учетом ходов поршней рабочих цилиндров, зазоров и износа фрикционных накладок. Для гарантированного срабатывания полный ход педали делают на 40–60% больше рабочего.

Ключевым элементом системы является двухсекционный главный тормозной цилиндр. Его конструкция может различаться способом фиксации поршней и наличием компенсационных отверстий. В простейшей конструкции (рис. 200, а) поршни разделены и имеют независимые возвратные пружины. Более совершенные конструкции, как на автомобиле ВАЗ-2101 (рис. 200, в), лишены недостатка, связанного с истиранием уплотнений о кромки компенсационных отверстий.

Рис. 200. Двухсекционные главные тормозные цилиндры с поршнями: а - с несвязанными; б — со связанными; в — автомобиля ВАЗ-2101

Для обеспечения надежного возврата поршней усилия возвратных пружин делают разными. Во избежание неравенства давлений в контурах дисковые тормозные механизмы, срабатывающие практически мгновенно, подключают к камере со слабой пружиной. В контуре с барабанными тормозами для предотвращения подтекания может устанавливаться обратный клапан. Основные детали цилиндров изготавливают из чугуна, алюминиевых сплавов или стали.

Для снижения усилия на педали широко применяется вакуумный усилитель. Он действует на шток главного цилиндра, усиливая усилие в обоих контурах. Его работа основана на использовании разрежения во впускном коллекторе двигателя. Клапанное реле усилителя со следящим устройством (диском) обеспечивает пропорциональность между усилием на педали и создаваемой дополнительной силой.

При нажатии на педаль открывается атмосферный клапан, и давление воздуха воздействует на диафрагму поршня усилителя. Реактивный диск передает это усилие на шток главного цилиндра, одновременно обеспечивая обратную связь. Когда установившееся давление уравновешивает деформацию диска, атмосферный клапан закрывается, что характеризует следящее действие системы (рис. 202).

Рис. 202. Схема работы клапанного реле вакуумного усилителя: а — педаль тормоза отпущена; 6 — начальный момент торможения; в — процесс торможения с усилением; 1 — шток главного цилиндра; 2 — реактивный диск; 3 — плунжер; 4 — манжета клапана

Пневматический тормозной привод (рис. 203) включает компрессор, регулятор давления, влагоотделитель, ресиверы, тормозной кран и тормозные камеры. Компрессор нагнетает воздух в ресиверы до давления около 1,0 МПа. Объем ресиверов выбирают с запасом, чтобы компрессор работал с полной нагрузкой не более 10–30% времени движения.

Для автопоездов применяют однопроводный, двухпроводный или комбинированный приводы. В однопроводной системе тягач и прицеп соединены одной магистралью, которая в расторможенном состоянии используется для зарядки ресиверов прицепа. Торможение или обрыв магистрали вызывает срабатывание воздухораспределителя прицепа и подачу воздуха из его ресивера в тормозные камеры.

Двухпроводная система использует отдельные питающую и управляющую магистрали. Питающая магистраль постоянно поддерживает давление в ресиверах прицепа, а по управляющей передается сигнал на торможение. Такая система обладает более высоким быстродействием и надежностью, но сложнее и дороже в обслуживании. Комбинированный привод объединяет преимущества обеих схем, предоставляя три соединительные головки для максимальной гибкости.

Таким образом, выбор типа тормозного привода является компромиссом между требованиями к компактности, стоимости, надежности и величине передаваемых усилий. Гидравлические системы доминируют на легковых автомобилях, в то время как пневматические являются стандартом для тяжелых грузовиков и автопоездов, где важны высокие приводные силы и удобство соединения с прицепами.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.