Регуляторы тормозных сил

Применение регуляторов тормозных сил исключает опережающее блокирование задних колес и повышает устойчивость движения заторможенного автомобиля, а также улучшает эффективность торможения за счет более рационального использования сцепной массы автомобиля при всех нагрузочных состояниях.

Регуляторы давления устанавливаются в приводе тормозов задних колес и снижают вероятность их блокирования на сухом асфальте, что обеспечивает высокую устойчивость движения на дорогах с усовершенствованным покрытием. Корректируя соотношение давлений в приводе передних и задних тормозов, регуляторы тормозных сил полностью не исключает возможности блокирования колес в отличие от противоблокировочных устройств. Однако достаточно высокая эффективность при простоте конструкции и малой стоимости определила весьма широкое их распространение, особенно на легковых автомобилях.

Несмотря на многочисленность конструктивных решений таких устройств, общность функциональных признаков позволяет систематизировать их в небольшое количество групп (рис.10.26).

В приводе тормозов легковых автомобилей нашли применение регуляторы давления (клапаны-ограничители и клапаны-редукторы) с кусочно – линейной характеристикой регулирования тормозных сил (рис. 10.28…рис.10.37); в приводе тормозов грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности применяются регуляторы с лучевой характеористикой регулирования (рис. 10.38).

Клапаны-ограничители

Клапаны – редукторы

Редукторы даления с лучевой характеристикой

С постоянной точкой включения

Спеременной точкой включения

Регулятры тормозных сил

Рис.10.26. Типы и классификация регуляторов тормозных сил

Клапаны - ограничители, настроенные на постоянное давление срабатывания, в качестве управляющего сигнала имеют приводное давление (рис.10.27) или замедление торможения (рис.10.28). Ограничители, настроенные на постоянное давление срабатывания (рис.10.27), представляет собой клапан 1, опирающийся на пружину 2, предварительное сжатие которой определяет момент включения. При открытом клапане давление на входе регулятора p₁ равно давлению на выходе p₂. При достижении давления срабатывания сила, действующая на клапан 1, преодолевает силу упругости пружины 2, в результате чего клапан закрывается. Дальнейшее увеличение давления p₁ происходит при постоянном значении давления p₂.

Рис. 10.27. Клапан-ограничитель с постоянным давлением срабатывания (тип 1)

В клапане-ограничителе инерционного типа (рис.10.28) срабатывание настроено на определенное замедление (3…4 м/с²) соответствующим выбором массы шара 1 и угла наклона α цилиндрической расточки в корпусе 2. До установленной величины замедления клапан 3 такого регулятора открыт и обеспечивается равенство p₁ = p₂. При достижении заданного значения замедления торможения в результате смещения инерционной массы 1 клапан 3 закрывается пружиной 4, после чего рост давления в магистрали задних тормозов прекращается.

Рис. 10.28. Клапан-ограничитель с постоянным замедлением срабатывания (тип 1)

Ограничители давления с фиксированной точкой срабатывания обеспечивают характеристику вида, показанного на рис.10.29, а. Такой регулятор не обеспечивает полное использование сцепных возможностей задних колес, что приводит к снижению показателей эффективности торможения. Однако при наличии такого регулятора устойчивость движения заторможенного автомобиля повышается.

Рис.10.29. Характеристики ограничителя давления (тип 1): а – с фиксированной точкой срабатывания; б – с переменной точкой срабатывания

Для улучшения приспосабливаемости ограничителей давления к изменению полной массы автомобиля или нагрузки на колеса заднего моста их соединяют упругим элементом с подвеской задних колес. В таком регуляторе (рис.10.30) упругий элемент 1 через толкатель 2 воздействует на клапан 3, перемещающийся внутри корпуса 4. Давления срабатывания такого регулятора определяется величиной деформации упругого элемента связи 1, а, следовательно, изменением нагрузки на колеса. Такие регулирующие устройства реализуют характеристику, состоящую из семейства горизонтальных прямых (рис.10.29,б).

Рис.10.30. Клапан-ограничитель с переменной точкой срабатывания

Лучшее приближение к кривым идеального распределения тормозных сил достигается за счет установки редукторов давления, уменьшающих темп роста давления на выходе (p₂) по отношению к изменению давления на входе (p₁).

Редукторы давления с фиксированной точкой срабатывания (рис.10.31), обеспечивающие характеристику типа 2 (рис.10.32, а), содержат в конструкции дифференциальный (ступенчатый) поршень 2 , поджатый пружиной 1 и соприкасающийся с корпусом 4 поверхностью ступени меньшего диаметра. В исходном положении клапан 3 открыт и магистрали задних и передних тормозов сообщаются между собой; в этом случае p₁ = p₂.

При достижении давления включения, определяемого силой предварительного сжатия пружины 1, поршень 2 смещается вниз и клапан 3 закрывается. Дальнейший рост давления на входе вызывает обратное смещение поршня и открытие клапана 3, в результате чего дополнительный объем жидкости поступает в магистраль задних тормозов. При непрерывном изменении p₁ устанавливается динамическое равновесие поршня 2 с определенным открытием клапана, обеспечивающим редуцирование жидкости, при котором p₁ < p₂.

Рис. 10.31. Редуктор давления с фиксированной точкой срабатывания (тип 2)

Рис.10.32. Характеристики редуктора давления (тип 2): а - с фиксированной точкой срабатывания; б – с переменной точкой срабатывания

На стадии роста давления на входе р₁ клапан 3 регулятора (рис.10.33), сообщающий между собой привод передних и задних тормозов, будет открыт до тех пор, пока силы, действующие на поршень 2, удовлетворяют неравенству:

, (10.38)

где - больший и меньший диаметры дифференциального поршня;

- сила упругости торсиона 4 связи с подвеской;

- сила трения между поршнем 2 и корпусом регулятора 5;

- сила упругости внутренней пружины регулятора 3.

При этом давление на входе и выходе регулятора одинаково, то есть p₁ = p₂.

В регуляторе с внешним упругим элементом (рис.10.33) сила внутренней пружины в сравнении с силой мала, поэтому ей пренебрегают. Нанесение смазки на поверхность поршня 2 в его сопряжение с корпусом 5 позволяет существенно снизить силу трения и из неравенства (10.33) её исключить. Тогда данное неравенство упростится до вида

. (10.39)

Для регуляторов давления с фиксированной точкой срабатывания (рис..1.7а) внешняя упругость отсутствует, то есть =0, а сила внутренней пружины обеспечивает заданное давление срабатывания регулятора. Для такого регулятора давления неравенство (10.38) принимает вид

. (10.40)

При равенстве сил, действующих на поршень со стороны входа и выхода, клапан 1 (рис.10.33) закрывается, разобщая между собой привод передних и задних тормозов. Приравняв давление в приводе p₁ и p₂ давлению срабатывания регулятора, можем найти величину этого давления

- (10.41)

для регуляторов давления с упругим элементом связи с подвеской колес;

(10.42)

для редуктора давления с фиксированной точкой срабатывания (рис. 10.31).

Необходимо отметить, что уравнения (10.41) и (10.42) могут быть использованы при определении давления срабатывания клапанов ограничителей переменной или постоянной точками включения.

Большое распространение на легковых и легких грузовых автомобилях получили регуляторы тормозных сил типа клапан-редуктор, снабжение упругой связью с подвеской задних колес (рис. 10.33). Управляющим сигналом такого регулятора является изменяющаяся нагрузка на задние колеса автомобиля. Эти регуляторы обеспечивают кусочно-линейную характеристику, представленную на рис. 10.32, б. В любой конструкции такого регулятора дифференциальный поршень 3 размещен в корпусе 2 и упруго связан c подвеской задних колес торсионом (рис.10.34) или пружиной (рис.10.35), шарнирно соединенными с балкой ведущего моста или рычагом подвески. В регуляторах могут использоваться клапаны с затвором в виде резинового уплотнения (рис.10.33, а) или затвора шарикового типа (рис.10.33, б). При этом наиболее четкую отсечку и быстрый переход к режиму редуцирования обеспечивают клапаны, которые не используют в качестве затвора сам ступенчатый поршень, например, шариковые.

Рис.10.33. Регулятор тормозных сил с переменной точкой срабатывания автомобили ВАЗ: 1 – клапан, 2 – ступенчатый поршень, 3 – пружина, 4 – торсион, 5 - корпус

Рис. 10.34. Упруго – передаточный механизм регулятора торсионного типа (ВАЗ): 1 - торсион, 5 – регулятор, 7 – кронштейн крепления

Рис. 10.35. Упруго-передаточный элемент регулятора типа пружина кручения (Москвич): 1 – пружина, 2 – стойка, 3 – кронштейн крепления к балке моста, 4 – коромысло, 5 - регулятор, 6 – регулировочный винт

Распространение на легковых автомобилях двухконтурных, Г-образных или диагональных схем разделения привода тормозов при непременной установке регуляторов давления задних тормозов явилось толчком к разработке конструкций двухсекционных регуляторов тормозных сил.

На рис. 10.36 приведена схема двухсекционного регулятора тормозного усилия с постоянной точкой включения. В корпусе 2 регулятора имеются впускные отверстия 1а и 1б, связанные с секциями главного цилиндра, и выпускные отверстия 3а и 3б, связанные соответственно с цилиндрами правого и левого задних колес. Жидкость в контуры привода задних тормозов при торможении подается через зазоры между уплотнительными манжетами 4а и 4б и выступами 5а и 5б подпружиненных золотников 6а и 6б. Действием жидкости на торцы плунжеров 7а и 7б поршни 6а и 6б смещаются против усилия пружин; при этом выбираются зазоры между выступами 5а и 5б и соответствующими манжетами 4а и 4б. После срабатывания клапанов каждая из двух секций такого регулятора обеспечивает ограничение давления в приводе задних тормозов. Отказ одного из контуров не влияет на работоспособность другого.

Рис. 10.36. Двухсекционный регулятор давления с постоянной точкой срабатывания.

Рассмотренный принцип параллельного соединения секций регулятора может быть использован и в конструкциях с переменной точкой включения.

Более компактна конструкция двухсекционного регулятора с последовательным соединением секций в одном корпусе (рис.10.37). В этой конструкции шток 8 регулятора контактирует с рычагом 9, упруго связанным с подвеской одного из задних колес. В качестве первой секции использованыдетали односекционного регулятора давления ВАЗ. Клапан этой секции образован уплотнительным кольцом 2 и буртиком 3 ступенчатого поршня 8 и при своем срабатывании обеспечивает характеристику типа 2 (рис.10.32,б).

Клапан второй секции состоит из подпружиненного шарика 4 и шайбы с седлом 5. При срабатывании клапана первой секции толкатель 6 освобождает шариковый клапан 4, который закрывается. При перемещениях поршня 8 шариковый клапан 4 следит за работой первой секции, обеспечивая, в свою очередь, редуцирование жидкости по той же характеристике. Каждая из секций обслуживает одно из задних колес при Г- образном и диагональном разделении привода или свой контур при двухконтурной магистрали.

Рис. 10.37. Регулятор с переменной точкой включения и последовательным расположением секции.

В пневматическм приводе тормозов устанавливаются регуляторы тормозных сил (рис. 10.38, а) с лучевой характеристикой (рис. 10.38, б). Схема показывает взаимное положение деталей регулятора при отсутствии торможения. Тормозные камеры верез вывод В, трубчатый толкатель 4, торец которого не касается клапана 1, вывод Б сообщается с атмосферой.

В корпусе 10 регулятора зажаты края мембраны 6, в центре которой закреплен поршень 2., имеющий радиально расположенные ребра 3. В верхней части корпуса регулятора имеются ребра 5 , которые могут входить между ребрами поршня.

а) б)

Рис. 10.38. Пневматический регулятор (а) с лучевой характеристикой (б):

При торможении воздух под давлением р₁ через вывод А заставляет поршень 2 и мембрану 6, закрепленную на поршне и корпусе, опускаться. При этом поршень садится на полый толкатель 4, прерывая связь тормозных камер с атмосферой. Дальнейшее опускание поршня 2 вызывает открытие клапана 1, вследствие чего сжатый воздух начинает поступать через вывод В в тормозные камеры. Одновременно сжатый воздух поступает в полость под мембрану 6, что заставляет перемещаться мембрану вверх до тех пор, пороется, оставаясь в касании с толкателем 4.

Закрытие клапана соответствует равновесному положению поршня, при котором усилие, создаваемое сжатым воздухомна поршень сверху, станет равным усилию, созданному сжатым воздухом на мембрану снизу. Соотношение давлений при этом будет определяться соотношением площади поршня и активной площади мембраны, которая переменна и зависит от положения поршня. Когда поршень находится в верху, ребра поршня не касаются мембраны, которая в этом случае лежит полностью на ребрах корпуса. В этом положении активная площадь мембраны практически ничтожна. При опускании поршня его ребра начинают опираться на мембрану, которая при этом отходит от ребер корпуса – активная площадь мембраны увеличивается.

При полной нагрузке автомобиля рычажный привод регулятора, воздействующий при помощи кулачка 7 на полый толкатель 4, переместит последний в верхнее положение.В этом положении открытие клапана 1 произойдет при верхнем положении поршня, когда площадь мембранфы минимальная. Поэтому рановесие будет достигнуто при максимальном значении давления под мембраной. При уменьшении нагрузки, когда расстояние между регулятором, закрепленным на кузове, и задним мостом увеличивается, рычажный привод регулятора заставляет кулачок 7 опускаться вместе с толкателем 4. При торможении для открытия клапана 1 поршень вместе с мембраной должн опустиься вслед за толкателем. Следовательно, равновесне поение будет достигнуто пи большей аледовательно, равновесне поение будет достигнуто пи большей актвной площади мембраныледовательно, равновесне поение будет достигнуто пи большей актвной площади мембраныледовательно, равновесне поение будет достигнуто пи большей активной площади мембраны, что соответствует определенному соотношению давлений в выводах А и В.

Равновесное состояние, когда клапан 1 закрывется, определяется выражением:

= . (10.43)

где d_п – диаметр поршня;

d_м – диаметр мембраны;

k – коэффициент пропорциональности, определяющий активную площадь мембраны и зависящий от положения полого толкателя 4, связанного срычажной системой.

Передаточное число ргулятора характеризуется тангенсом угла наклона регуляторной ветви над горизонтальной оью

k_ус = tgα = . (10.44)

Регуляторы тормозных сил обеспечивают опережающее блокирование передних колес при экстренных торможениях, снижают вероятность блокирования задних колес, тем самым повышая устойчивость автомобиля. Однако они не гарантируют отсутствие блокирования колес. Недотормаживание задних колес снижает степень использования сцепной массы автомобиля и соответственно эффективность торможения.

К более эффективным и безопасным средствам торможения автомобиля относятся антиблокировочные устройства (АБС).