Основи на хидравличните спирачни системи в автомобилното инженерство
Спирачната система е един от най-важните компоненти в автомобилното инженерство, защото тя пряко влияе върху безопасността на водача, пътниците и другите участници в движението. От различните видове спирачни системи, използвани в съвременните превозни средства, хидравличните спирачки са най-разпространени в леките автомобили и много лекотоварни превозни средства. Хидравличните спирачки работят, като използват налягане на течността, за да предадат сила от спирачния педал към спирачния механизъм в колелата. Тази статия разглежда основите на хидравличните спирачни системи, техните принципи на работа, основните компоненти, видовете и често срещаните проблеми с поддръжката и отстраняването на неизправности.
1. Разбиране и основни принципи на хидравличните спирачки
Хидравличните спирачки са спирачна система, която използва спирачна течност за предаване на налягане. Когато водачът натисне педала на спирачката, механичната сила от крака на водача се преобразува в хидравлично налягане. След това това налягане се предава през спирачни тръби и маркучи към спирачния апарат (при дискови спирачки) или към колесния цилиндър (при барабанни спирачки), където спирачната накладка притиска повърхността на триене (дискова или барабанна) и превозното средство забавя или спира.
Основният използван принцип е законът на Паскал, който гласи, че налягането, приложено върху флуид в затворено пространство, се предава еднакво във всички посоки. Това означава, че дори ако началната сила, приложена върху педала, не е много голяма, системата може да „умножи“ ефекта си, като използва разликите в площта на напречното сечение на буталото. Ето защо хидравличните спирачки са способни да произвеждат силна и равномерна спирачна сила на всяко колело.
2. Основни компоненти на хидравличната спирачна система
За да работи оптимално, хидравличната спирачна система се състои от няколко взаимосвързани компонента:
а. Педал на спирачката
Педалът на спирачката е началната точка на действие на водача. При натискане педалът активира бутало, което натиска бутало в главния цилиндър. При много превозни средства педалът е свързан и с усилвател/вакуумен сервоусилвател, за да се намали необходимата сила.
б. Усилвател на спирачките (Сервоусилвател на спирачките)
Усилвателят на спирачките увеличава силата на педала, като използва вакуум от всмукателния колектор (при бензинови двигатели) или вакуумна помпа (обикновено при дизелови двигатели). С усилвател водачът не е необходимо да натиска педала толкова силно, за да постигне ефективно спиране.
c. Главен цилиндър
Главният спирачен цилиндър е сърцето на хидравличната система. В него се намират буталото и резервоарът за спирачна течност. Когато педалът е натиснат, буталото компресира течността, генерирайки хидравлично налягане. Съвременните превозни средства обикновено използват тандем главен спирачен цилиндър (две вериги), така че ако едната верига тече, другата все още може да функционира.
г. Резервоар за спирачна течност
Резервоарът съхранява спирачна течност и осигурява резерв за поддържане на системата доливане. Поддържането на нивото на течността е от решаващо значение, тъй като спадът в нивото може да показва износване на спирачните накладки или теч в системата.
д. Спирачни тръби и маркучи
Спирачните тръби (обикновено метални) и спирачните маркучи (гъвкави гумени) предават налягане от главния спирачен цилиндър към колелата. Гъвкави маркучи са необходими в областта на колелата поради движението на окачването и волана.
f. Пропорционален вентил и разпределение на налягането
Някои превозни средства имат клапан, който регулира разпределението на налягането между предните и задните колела. Това е важно, защото при спиране теглото на автомобила се измества напред, което изисква по-голяма спирачна сила от предните колела. Този клапан помага да се предотврати преждевременното блокиране на задните колела.
ж. Спирачни апарати и цилиндри на колелата
– Спирачен апарат (дискова спирачка): спирачният апарат съдържа бутало, което притиска спирачните накладки към диска.
– Спирачен цилиндър на колелото (барабанна спирачка): буталото притиска спирачната челюст към стената на барабана.
з. Спирачни накладки и триещи повърхности
Спирачните накладки (накладки на дискове, накладки на барабани) са фрикционни компоненти, които преобразуват кинетичната енергия на превозното средство в топлина чрез триене. Фрикционната повърхност е или дисков ротор, или барабан.
3. Как работят хидравличните спирачки
Работната последователност на хидравличните спирачки може да се обясни по следния начин:
1. Шофьорът натиска педала на спирачката.
2. Бустерът помага за увеличаване на силата на натиск (ако има такава).
3. Буталото избутва буталото на главния цилиндър.
4. Спирачната течност е под налягане и създава хидравлично налягане.
5. Налягането протича през тръбата/маркуча към спирачния апарат или цилиндъра на колелото.
6. Буталото в спирачния апарат/цилиндъра на колелото се движи, притискайки спирачната накладка към диска/барабана.
7. Възниква триене, което намалява скоростта на колелото.
8. Когато педалът се освободи, пружината и обратното налягане връщат буталото обратно, обувката леко се отдалечава от повърхността на триене и колелото отново се върти свободно.
4. Видове хидравлични спирачни системи в превозните средства
а. Дискови спирачки
Дисковите спирачки обикновено се използват на предните колела и стават все по-често срещани и на задните. Техните предимства:
– По-добро охлаждане (по-устойчиво на избледняване).
– Стабилно спиране при мокри условия.
– Поддръжката е сравнително лесна.
Дисковите спирачки обаче могат да бъдат по-скъпи и някои конструкции изискват допълнителни компоненти за ръчната спирачка, ако се използват на задните колела.
б. Барабанна спирачка
Барабанните спирачки все още се използват широко на задните колела на икономични автомобили и някои търговски превозни средства. Техните предимства включват:
– По-ниски производствени разходи.
– Добро сцепление за ръчната спирачка.
– Компонентите са по-добре защитени от прах/вода (въпреки че могат да издържат на топлина).
Недостатък: лошо охлаждане и по-голяма склонност към отслабване на спирачките при продължително силно спиране.
в. Двуконтурна система
В съвременните системи има два отделни хидравлични кръга. Конфигурацията им може да бъде:
– Отпред-назад, или
– Кръст (диагонален) за стабилност в случай на повреда на една от веригите.
Основната цел на двуконтурната спирачна система е безопасността: ако възникне теч в едната линия, другата линия все още може да спре превозното средство, дори ако спирачната сила е намалена.
5. Ролята на спирачната течност
Спирачната течност трябва да има специфични характеристики:
– Висока точка на кипене, така че не се изпарява лесно, когато е горещо.
– Не се компресира лесно, така че реакцията на педала остава стабилна.
– Притежава смазочни и антикорозионни свойства за вътрешните компоненти.
Повечето спирачни течности са хигроскопични (абсорбират вода от въздуха). В резултат на това съдържанието на вода се увеличава с времето и понижава точката на кипене, което увеличава риска от образуване на парни мехурчета (парни блокировки), които причиняват усещане при натискане на педала и загуба на спирачна мощност. Следователно, спирачната течност трябва да се сменя периодично според препоръките на производителя.
6. Често срещани проблеми с хидравличните спирачки
Ето някои често срещани проблеми и техните симптоми:
1. Теч на спирачна течност
Симптоми: нивото в резервоара пада, педалът на спирачката е мек, има следи от течност по колелата или под превозното средство.
2. В системата навлиза въздух (вятър)
Симптоми: Педалът е мек и изисква натискане, за да се осигури правилно спиране. Решение: кървене.
3. Затихване на спирачките (спирачната ефективност намалява при загряване)
Симптоми: Спирачките губят сцепление след многократно спиране/дълго каране по наклон. Причини: прегряване, вряща спирачна течност, прегряти спирачни накладки.
4. Износен главен цилиндър или повредено уплътнение
Симптоми: педалът пада бавно при натискане, въпреки че няма външен теч.
5. Спирачният апарат е заседнал или цилиндърът на колелото тече.
Симптоми: превозното средство дърпа на една страна при спиране, бързо износване на спирачните накладки, прегряване на колелата или дърпане на спирачките.
7. Основна поддръжка на хидравличната спирачна система
В автомобилното инженерство поддръжката на хидравличните спирачки трябва да се извършва периодично и систематично:
– Проверете нивото и състоянието на спирачната течност: твърде тъмен цвят може да показва замърсяване.
– Сменяйте спирачната течност през подходящ интервал: обикновено на всеки 1–2 години, в зависимост от спецификациите.
– Проверете дебелината на спирачните накладки и състоянието на диска/барабана: тънките спирачни накладки намаляват производителността и повреждат ротора/барабана.
– Проверете за течове в тръбите, маркучите и връзките: особено в областта на колелото и главния цилиндър.
– Обезвъздушаване след сервизно обслужване: ако има разглобяване или навлизане на въздух.
– Пътен тест и тест за спиране: уверете се, че няма вибрации, шум или дърпане на едната страна.
Заключение
Хидравличните спирачни системи са ключова технология в съвременните превозни средства, разчитайки на налягането на спирачната течност, за да предава спирачната сила ефективно и равномерно. Чрез разбирането на принципите на закона на Паскал, функцията на компоненти като главни спирачни цилиндри, усилватели, спирачни маркучи, апарати/цилиндри на колелата и значението на спирачната течност, студентите и практикуващите автомобилно инженерство могат да анализират работата на системата, да извършват поддръжка и да диагностицират проблеми по-точно. Рутинната поддръжка – особено проверката за течове, състоянието на накладките и смяната на спирачната течност – е ключова за поддържането на безопасна, бърза и надеждна хидравлична спирачна система при различни условия на шофиране.
