Obecnie eksploatowane pojazdy – w porównaniu do swoich poprzedników sprzed kilkudziesięciu lat – posiadają jednostki napędowe o większych mocach, pozwalające na transport dużej ilości ładunków przy znacznych prędkościach przewozowych. Przewóz dużych, często kilkudziesięciotonowych ładunków powoduje większe obciążenia hamulców w tych samochodach.
Pamiętać należy, że dwukrotny wzrost prędkości samochodu powoduje czterokrotny wzrost jego energii kinetycznej. Podczas hamowania energia ta nie zanika, lecz zamienia się prawie w całości w energię cieplną, którą trzeba z kolei skutecznie odprowadzić do otoczenia. W ostatnich latach konstrukcje układów hamulcowych zostały znacznie unowocześnione i są o wiele bardziej efektywne, lecz niestety ograniczenia konstrukcyjne powodują, że nawet w najnowocześniejszych samochodach – w niektórych ekstremalnych przypadkach – i one są niewystarczające. W efekcie zagrożone może być bezpieczeństwo kierowców, pasażerów oraz innych uczestników ruchu lub otoczenia naturalnego. Aby zmniejszyć to niebezpieczeństwo, już w latach siedemdziesiątych Europejska Komisja Gospodarcza ECE wprowadziła przepisy nakazujące producentom samochodów ciężarowych, autobusów turystycznych i samochodów przewożących ładunki niebezpieczne zainstalowanie w swoich pojazdach dodatkowych hamulców, działających niezależnie od hamulców zasadniczych i je odciążające. Osobne przepisy określają wymagania, jakie te hamulce muszą spełniać. Podstawowym warunkiem dopuszczającym ich zastosowanie jest możliwość ciągłego użycia podczas długotrwałego zjazdu ze wzniesień. Stąd określane są one jako “hamulce długotrwałego działania”.
Na podstawie doświadczeń producentów samochodów, uzyskanych po latach prób i eksploatacji, stwierdzono ponadto, że zastosowanie hamulców długotrwałego działania powoduje nawet siedmiokrotnie mniejsze zużycie elementów ciernych w układach hamulców zasadniczych. Stało się to możliwe dzięki zmniejszeniu ich obciążenia i ma wpływ na poprawę bezpieczeństwa jazdy oraz obniżenie kosztu eksploatacji pojazdów. Mechanizm hamulcowy jest tym zespołem układu hamulcowego pojazdu, w którym podczas hamowania zachodzi przemiana energii kinetycznej w energię cieplną. Wywiązujące się wówczas znaczne ilości ciepła odprowadzane są do otoczenia. Zazwyczaj wystarcza to do utrzymywania stosunkowo niskiej temperatury na powierzchni styku elementów trących i temperatury samych elementów. Zdarza się jednak, że temperatury te potrafią przekraczać bezpieczne granice. W normalnych warunkach pracy temperatury okładzin ciernych wahają się w granicach od 400 do 2000C, w zależności od warunków użytkowania. Największe temperatury przy zjazdach z długich pochyłości mogą osiągać 350oC i więcej. Oczywiście mowa tutaj o pojazdach użytkowych, bowiem w samochodach sportowych temperatury elementów układu hamulcowego osiągają 600oC. Tak wysokie temperatury powodują występowanie wielu niekorzystnych zjawisk, tj.:
1) fading, czyli zjawisko polegające na spadku współczynnika tarcia pomiędzy materiałem ciernym i bębnem lub tarczą hamulca co powoduje zmniejszenie momentu hamowania;
2) odkształcenia cieplne bębna hamulcowego – powodują nieprawidłowe przyleganie okładziny do powierzchni bębna;
3) przyspieszone zużywanie się okładzin ciernych szczęk lub klocków hamulcowych;
4) pęknięcia powierzchniowe bieżni ciernej w bębnach hamulcowych. Naprawa uszkodzenia przez wytaczanie jest niemożliwa. Konieczna wówczas jest wymiana bębna na nowy;
5) powstawanie pęcherzy parowych w przewodach hamulców hydraulicznych, czego skutkiem może być częściowy, a nawet całkowity zanik siły hamowania.
Aby ustalić, kiedy elementy mechanizmu hamulcowego nagrzewają się najwięcej, należy uporządkować różnorodne formy przebiegu hamowań i ustalić typowe przebiegi. Proces hamowania może być więc realizowany jako:
- hamowanie jednorazowe – przeważnie krótkotrwałe, powodujące całkowite zatrzymanie się pojazdu;
- hamowanie wielokrotne – powtarzane w pewnych okresach czasu (przebieg charakterystyczny dla jazdy miejskiej);
- hamowanie długotrwałe ciągłe.
Elementy mechanizmu hamulcowego najbardziej nagrzewają się przy drugim i trzecim przebiegu hamowania. Aby ograniczyć częstotliwość użycia hamulca zasadniczego w tych okresach, pojazdy samochodowe wyposaża się w dodatkowy układ hamulcowy. Jest to tzw. hamulec długotrwałego działania (zwalniacz). Coraz częściej w nazewnictwie technicznym określana jest również angielska nazwą “retarder”.
Zastosowanie w samochodach ciężarowych i autobusach hamulców pomocniczych długotrwałego działania spowodowane zostało potrzebą zachowania płynności ruchu tych pojazdów w terenie górzystym lub miejskim, przy jednoczesnym odciążeniu głównego układu hamulcowego. Zwalniacze działają na układ napędowy pojazdu z pominięciem mechanizmu hamulcowego.
Zwalniacze stosowane są w samochodach ciężarowych o dużych masach całkowitych oraz w autobusach turystycznych, zwłaszcza poruszających się na długich i górzystych trasach (trzeci rodzaj przebiegu hamowania). Jak wspomniano, silne nagrzewanie się hamulców występuje również w ruchu miejskim. W tym przypadku wielokrotne, częste hamowanie wykonywane jest również za pomocą zwalniaczy. Z tego powodu zwalniacze montowane są w autobusach komunikacji miejskiej, pojazdach komunalnych, pojazdach zaopatrzenia itp.
Oprócz dodatniego wpływu na zwiększenie bezpieczeństwa w ruchu drogowym, zwalniacze wywierają korzystny wpływ na ekonomikę transportu przez stworzenie możliwości utrzymania wyższej średniej prędkości przejazdu na drogach górzystych oraz zmniejszenie kosztów napraw, na skutek kilkukrotnego wydłużenia okresu żywotności okładzin ciernych. Jest to bardzo ważne dla pojazdów ciężkich, w przypadku których liczą się nie tylko koszty nowych okładzin i ich wymiany, ale również straty finansowe, związane z wyeliminowaniem pojazdu z eksploatacji.
Zwalniacze są hamulcami o stosunkowo niewielkiej skuteczności działania. Uzyskiwane przy ich użyciu maksymalne opóźnienia są rzędu 1,5…2 m/s2. Wystarczy to do utrzymania podwyższonej szybkości pojazdu podczas długich i częstych przyhamowań podczas jazdy w ruchu miejskim. Wykluczają jednak w normalnych warunkach eksploatacji możliwość zablokowania kół osi napędzanej, na które zwalniacze przenoszą siły hamowania.
Dotychczas układy sterowania zwalniaczy były oddzielone od układów uruchamiających hamulce zasadnicze. Obecnie coraz częściej dąży się do automatycznego łączenia pracy hamulców zasadniczych ze zwalniaczami (przy normalnym hamowaniu). Hamowanie rozpoczyna się wówczas od włączenia zwalniacza, natomiast hamulce zasadnicze zostają uruchomione dopiero wtedy, gdy zwalniacz nie ma już możliwości uzyskania niezbędnej siły i opóźnienia hamowania.
Wymagania techniczne odnośnie własności retardera w państwach należących do Unii Europejskiej, a więc również w Polsce, definiowane są przez podanie parametrów zewnętrznych drogi:
- pochylenie drogi czyli spadek p=7%,
- prędkość minimalna pojazdu 30 km/h,
- dystans minimalny drogi 6 km.
Oznacza to więc, że pojazd przy użyciu tylko hamulca długotrwałego działania na odcinku drogi o długości 6 km i spadku 7% nie może przekroczyć dopuszczalnej prędkości 30 km/h. Warunki te dotyczą samochodów ciężarowych o DMC (dopuszczalna masa całkowita) ponad 12 ton i autobusów o DMC ponad 10 ton i regulowane przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z 2003 r. Nr 32, poz. 262) z późniejszymi zmianami. Wszystkie obecnie i dawniej użytkowane zwalniacze podzielić można na cztery podstawowe grupy:
- hamulce silnikowe,
- hamulce cierne,
- zwalniacze elektromagnetyczne,
- zwalniacze hydrokinetyczne.
W kolejnej części omówimy budowę i działanie wybranych urządzeń stosowanych dziś w pojazdach użytkowych.
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
współpraca mgr inż. Tomasz Łasecki
Pamiętać należy, że dwukrotny wzrost prędkości samochodu powoduje czterokrotny wzrost jego energii kinetycznej. Podczas hamowania energia ta nie zanika, lecz zamienia się prawie w całości w energię cieplną, którą trzeba z kolei skutecznie odprowadzić do otoczenia. W ostatnich latach konstrukcje układów hamulcowych zostały znacznie unowocześnione i są o wiele bardziej efektywne, lecz niestety ograniczenia konstrukcyjne powodują, że nawet w najnowocześniejszych samochodach – w niektórych ekstremalnych przypadkach – i one są niewystarczające. W efekcie zagrożone może być bezpieczeństwo kierowców, pasażerów oraz innych uczestników ruchu lub otoczenia naturalnego. Aby zmniejszyć to niebezpieczeństwo, już w latach siedemdziesiątych Europejska Komisja Gospodarcza ECE wprowadziła przepisy nakazujące producentom samochodów ciężarowych, autobusów turystycznych i samochodów przewożących ładunki niebezpieczne zainstalowanie w swoich pojazdach dodatkowych hamulców, działających niezależnie od hamulców zasadniczych i je odciążające. Osobne przepisy określają wymagania, jakie te hamulce muszą spełniać. Podstawowym warunkiem dopuszczającym ich zastosowanie jest możliwość ciągłego użycia podczas długotrwałego zjazdu ze wzniesień. Stąd określane są one jako “hamulce długotrwałego działania”.
Na podstawie doświadczeń producentów samochodów, uzyskanych po latach prób i eksploatacji, stwierdzono ponadto, że zastosowanie hamulców długotrwałego działania powoduje nawet siedmiokrotnie mniejsze zużycie elementów ciernych w układach hamulców zasadniczych. Stało się to możliwe dzięki zmniejszeniu ich obciążenia i ma wpływ na poprawę bezpieczeństwa jazdy oraz obniżenie kosztu eksploatacji pojazdów. Mechanizm hamulcowy jest tym zespołem układu hamulcowego pojazdu, w którym podczas hamowania zachodzi przemiana energii kinetycznej w energię cieplną. Wywiązujące się wówczas znaczne ilości ciepła odprowadzane są do otoczenia. Zazwyczaj wystarcza to do utrzymywania stosunkowo niskiej temperatury na powierzchni styku elementów trących i temperatury samych elementów. Zdarza się jednak, że temperatury te potrafią przekraczać bezpieczne granice. W normalnych warunkach pracy temperatury okładzin ciernych wahają się w granicach od 400 do 2000C, w zależności od warunków użytkowania. Największe temperatury przy zjazdach z długich pochyłości mogą osiągać 350oC i więcej. Oczywiście mowa tutaj o pojazdach użytkowych, bowiem w samochodach sportowych temperatury elementów układu hamulcowego osiągają 600oC. Tak wysokie temperatury powodują występowanie wielu niekorzystnych zjawisk, tj.:
1) fading, czyli zjawisko polegające na spadku współczynnika tarcia pomiędzy materiałem ciernym i bębnem lub tarczą hamulca co powoduje zmniejszenie momentu hamowania;
2) odkształcenia cieplne bębna hamulcowego – powodują nieprawidłowe przyleganie okładziny do powierzchni bębna;
3) przyspieszone zużywanie się okładzin ciernych szczęk lub klocków hamulcowych;
4) pęknięcia powierzchniowe bieżni ciernej w bębnach hamulcowych. Naprawa uszkodzenia przez wytaczanie jest niemożliwa. Konieczna wówczas jest wymiana bębna na nowy;
5) powstawanie pęcherzy parowych w przewodach hamulców hydraulicznych, czego skutkiem może być częściowy, a nawet całkowity zanik siły hamowania.
Aby ustalić, kiedy elementy mechanizmu hamulcowego nagrzewają się najwięcej, należy uporządkować różnorodne formy przebiegu hamowań i ustalić typowe przebiegi. Proces hamowania może być więc realizowany jako:
- hamowanie jednorazowe – przeważnie krótkotrwałe, powodujące całkowite zatrzymanie się pojazdu;
- hamowanie wielokrotne – powtarzane w pewnych okresach czasu (przebieg charakterystyczny dla jazdy miejskiej);
- hamowanie długotrwałe ciągłe.
Elementy mechanizmu hamulcowego najbardziej nagrzewają się przy drugim i trzecim przebiegu hamowania. Aby ograniczyć częstotliwość użycia hamulca zasadniczego w tych okresach, pojazdy samochodowe wyposaża się w dodatkowy układ hamulcowy. Jest to tzw. hamulec długotrwałego działania (zwalniacz). Coraz częściej w nazewnictwie technicznym określana jest również angielska nazwą “retarder”.
Zastosowanie w samochodach ciężarowych i autobusach hamulców pomocniczych długotrwałego działania spowodowane zostało potrzebą zachowania płynności ruchu tych pojazdów w terenie górzystym lub miejskim, przy jednoczesnym odciążeniu głównego układu hamulcowego. Zwalniacze działają na układ napędowy pojazdu z pominięciem mechanizmu hamulcowego.
Zwalniacze stosowane są w samochodach ciężarowych o dużych masach całkowitych oraz w autobusach turystycznych, zwłaszcza poruszających się na długich i górzystych trasach (trzeci rodzaj przebiegu hamowania). Jak wspomniano, silne nagrzewanie się hamulców występuje również w ruchu miejskim. W tym przypadku wielokrotne, częste hamowanie wykonywane jest również za pomocą zwalniaczy. Z tego powodu zwalniacze montowane są w autobusach komunikacji miejskiej, pojazdach komunalnych, pojazdach zaopatrzenia itp.
Oprócz dodatniego wpływu na zwiększenie bezpieczeństwa w ruchu drogowym, zwalniacze wywierają korzystny wpływ na ekonomikę transportu przez stworzenie możliwości utrzymania wyższej średniej prędkości przejazdu na drogach górzystych oraz zmniejszenie kosztów napraw, na skutek kilkukrotnego wydłużenia okresu żywotności okładzin ciernych. Jest to bardzo ważne dla pojazdów ciężkich, w przypadku których liczą się nie tylko koszty nowych okładzin i ich wymiany, ale również straty finansowe, związane z wyeliminowaniem pojazdu z eksploatacji.
Zwalniacze są hamulcami o stosunkowo niewielkiej skuteczności działania. Uzyskiwane przy ich użyciu maksymalne opóźnienia są rzędu 1,5…2 m/s2. Wystarczy to do utrzymania podwyższonej szybkości pojazdu podczas długich i częstych przyhamowań podczas jazdy w ruchu miejskim. Wykluczają jednak w normalnych warunkach eksploatacji możliwość zablokowania kół osi napędzanej, na które zwalniacze przenoszą siły hamowania.
Dotychczas układy sterowania zwalniaczy były oddzielone od układów uruchamiających hamulce zasadnicze. Obecnie coraz częściej dąży się do automatycznego łączenia pracy hamulców zasadniczych ze zwalniaczami (przy normalnym hamowaniu). Hamowanie rozpoczyna się wówczas od włączenia zwalniacza, natomiast hamulce zasadnicze zostają uruchomione dopiero wtedy, gdy zwalniacz nie ma już możliwości uzyskania niezbędnej siły i opóźnienia hamowania.
Wymagania techniczne odnośnie własności retardera w państwach należących do Unii Europejskiej, a więc również w Polsce, definiowane są przez podanie parametrów zewnętrznych drogi:
- pochylenie drogi czyli spadek p=7%,
- prędkość minimalna pojazdu 30 km/h,
- dystans minimalny drogi 6 km.
Oznacza to więc, że pojazd przy użyciu tylko hamulca długotrwałego działania na odcinku drogi o długości 6 km i spadku 7% nie może przekroczyć dopuszczalnej prędkości 30 km/h. Warunki te dotyczą samochodów ciężarowych o DMC (dopuszczalna masa całkowita) ponad 12 ton i autobusów o DMC ponad 10 ton i regulowane przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z 2003 r. Nr 32, poz. 262) z późniejszymi zmianami. Wszystkie obecnie i dawniej użytkowane zwalniacze podzielić można na cztery podstawowe grupy:
- hamulce silnikowe,
- hamulce cierne,
- zwalniacze elektromagnetyczne,
- zwalniacze hydrokinetyczne.
W kolejnej części omówimy budowę i działanie wybranych urządzeń stosowanych dziś w pojazdach użytkowych.
mgr inż. Ireneusz Kulczyk
współpraca mgr inż. Tomasz Łasecki
Komentarze (0)