Cum funcționează frânele de aer

Galerie de imagini: Frâne Crezi că poți muta unul dintre acești băieți răi într-o înțepătură? Vezi mai multe poze cu frâne. Greg Pease / Getty Images

Imaginați-vă că este prima dvs. săptămână la job ca un dockhand la o companie de camioane rundown. Toată lumea aleargă în jurul încercării de a termina încărcarea ultimei palete de marfă pe spatele unui imens camion cu remorcă, destinat coastei opuse. Dintr-o dată, unul dintre maiștri vă spune să mutați unul dintre camioane în afara drumului, astfel încât un alt șofer să poată să se întoarcă pe docul de încărcare. Presupunând că știi să conduci un astfel de vehicul, șeful continuă să meargă, dar faci o pauză - pentru că nu.

Încercând să-i mulțumesc pe cei mai înalți și să ignore faptul că nu ai permis de șofer de camion, urci în cabină, închizi ușa și întorci cheia. Înainte de manivelele motorului diesel, sunteți uimiți de un sonerie care-și amorțește mintea și o lumină intermitentă pe tabloul de bord. Aprindeți motorul, dar zgomotul și lumina continuă să vă atragă atenția.

Ai mai condus un schimb de stick înainte, deci crezi că îl ai acoperit. În ciuda supraîncărcării senzoriale, împingeți ambreiajul, înșelați ceea ce credeți că este un angrenaj scăzut și ușurați ambreiajul. În loc să lenevești înainte cum aștepți, ești întâmpinat cu o lovitură violentă, motorul moare și ești aproape aruncat prin parbriz.

Reporniți motorul, închipuind că puneți camionul într-o viteză greșită și selectați ceea ce credeți că este cel potrivit. Totuși, zgomotul și lumina produc rău în interiorul cabinei. Poate că frâna de urgență este încă aprinsă. Nu vedeți nicio mâner de frână sau o manetă pe care o vedeți în mod normal într-o mașină, așa că decideți să lăsați ambreiajul și să-i dați o altă lovitură.

Mult la jenă, se întâmplă același lucru. Din colțul ochiului, îl vedeți pe același maistru care te plimbă de pe docul de încărcare. Frustrat, sări din cabină și aruncă mâinile în dezmăgăduire, în timp ce supraveghetorul înfiorător se aruncă spre tine.

Bine ați venit în lumea frânelor de aer. În acest articol, veți afla cum funcționează frânele de aer și componentele lor, cum să întrețineți un sistem de frâne de aer și de ce nu puteți muta camionul respectiv. În continuare, să vedem cum te-a făcut George Westinghouse în această situație.

cuprins

1. George Westinghouse și istoricul frânei cu aer
2. Înțelegerea frânelor
3. Componentele frânei de aer din camioane și autobuze
4. Frâne de aer: întreținere preventivă
5. Diagrama frânei de aer

Aerul este peste tot. Lichidul hidraulic nu este. Trenurile, autobuzele și remorcile de tractoare folosesc sisteme de frânare a aerului, astfel încât nu trebuie să se bazeze pe fluidul hidraulic în sistemele de frânare auto, care se poate scurge în caz de scurgere. Toate aceste tipuri de transport sunt cântărite de sarcini mari de pasageri sau marfă, astfel încât siguranța este de cea mai mare importanță. O locomotivă cu viteză care s-a bazat pe frâne hidraulice s-ar transforma într-un glonț mortal din oțel dacă sistemul de frânare ar bloca brusc o scurgere.

Înainte de frânele de aer, trenurile foloseau un sistem de frânare primitiv care necesita un operator sau un frân în fiecare mașină pentru a aplica o frână de mână la semnalul directorului sau inginerului trenului. Acest sistem manual ineficient a fost înlocuit cu sisteme de frânare directă cu aer, care folosea un compresor de aer pentru a introduce aerul printr-o conductă de frână în rezervoarele de aer din fiecare autoturism. Când inginerul a aplicat aceste frâne, conducta s-a umplut de aer și a stors frânele.

În 1869, un inginer pe nume George Westinghouse și-a dat seama de importanța siguranței în industria feroviară relativ nouă și a inventat primul triple valve sistem de frâne cu aer pentru utilizarea autovehiculelor. Sistemul Westinghouse a funcționat în sens opus unui sistem de frâne cu aer direct. Sistemul cu trei supape a îndeplinit trei funcții, astfel numele acestuia. Să aruncăm o privire la aceste funcții.

1. Încărcarea: Sistemul trebuie presurizat cu aer înainte ca frânele să se elibereze. În repaus, frânele rămân cuplate. Odată ce sistemul atinge presiunea de funcționare, frânele sunt eliberate și gata de utilizare.
2. Punerea în aplicare: Pe măsură ce se frânează, presiunea aerului scade. Pe măsură ce cantitatea de aer scade, supapa permite aerul înapoi în rezervoarele de rezervor, în timp ce frânele se deplasează în poziția aplicată.
3. Eliberarea: Odată ce frânele sunt aplicate și aerul scapă după frânare, presiunea crescută eliberează frânele.

În loc să folosească forța sau aerul direcționat pentru a aplica frânele la fel ca lichidul hidraulic în mașinile noastre, sistemul cu trei supape umple un rezervor de alimentare și folosește presiunea aerului pentru a elibera frânele. Cu alte cuvinte, frânele dintr-un sistem cu triple valve rămân complet acționate până când aerul este pompat în întregul sistem. Destul de ingenios, având în vedere dacă acest tip de sistem are o pierdere completă de aer, frânele s-ar angaja și opri trenul. Gândiți-vă la asta când faceți zoom pe autostradă și atingeți pedala de frână. Dacă lichidul de frână al automobilului tău scade, frânele nu ar funcționa.

Sistemul cu trei supape este conceptul de bază care funcționează în sistemele de frână cu aer din zilele noastre, în trenuri, autobuze și tractoare. Să schimbăm angrenajele și să aflăm cum funcționează frânele de aer din vehiculele rutiere în secțiunea următoare

Ar putea fi evitat trenul fugit

La 27 iunie 1988, un tren de navetă a trântit într-un tren staționar la stația Gare de Lyon din Paris, Franța, ucigând 56 de persoane și rănind încă 32 [sursa: AP, National Geographic]. Dezastrul a avut loc după ce o serie de greșeli au părăsit trenul cu o capacitate de frânare mult redusă. După ce un pasager a scos din greșeală frâna de urgență la ieșirea ei, șoferul a închis o supapă de frână, crezând că sistemul are un blocaj de aer. După ce a eliberat aerul din sistem, trenul a rulat liber, dar mașinile rămase care aveau un sistem încărcat nu aveau suficientă putere de oprire. Într-o panică, șoferul nu a reușit să activeze sistemul electric de frânare de urgență, iar trenul s-a ciocnit cu un tren de odihnă la stație. Dacă nu pentru un șofer curajos în trenul staționar care a rămas până la coliziune, ajutând evacuarea pasagerilor, numărul morților ar fi fost mult mai mare [sursa: AP, National Geographic]

Înainte de a afla despre frânele de aer ale vehiculelor rutiere, să analizăm cum funcționează frânele din mașina dvs. Oricine a condus o mașină știe când împinge pedala de frână spre podea, mașina încetinește și se oprește în cele din urmă. Dar cum în lume poate piciorul nostru să oprească o mașină de 3.000 de kilograme (1.361 kg) care circulă pe drum cu viteze mari?

Pentru început, să discutăm diferitele tipuri de frâne și apoi putem explora diferitele componente. Fiecare vehicul rulant, inclusiv trenuri, remorci, autobuze și mașini conțin unul dintre cele două tipuri de sisteme. Hidraulic frâne, care se găsesc în autovehicule ușoare și autoturisme, utilizează lichid hidraulic sau ulei pentru a acționa frânele. Frânele de aer, pe care le vom descompune în secțiunea următoare, folosesc aerul pentru a acționa frânele. Să analizăm diferențele.

Într-un sistem hidraulic, lichidul este depozitat într-un rezervor denumit în mod obișnuit ca cilindrul principal. Când împingeți pedala de frână, fluidul este pompat prin furtunuri sau linii de frână în pistoane montate pe fiecare roată. Acești pistoane de frână fie apasă împotriva a două saboți de frână, care se extind și provoacă frecare în interiorul a tambur de frână, sau împotriva a placa de frana, care se fixează pe a rotor de frână. Mai jos sunt componentele unui sistem hidraulic de frână cu disc.

• Rezervorul de frână: Conține lichid de frână hidraulic
• Cilindrul principal: Dispozitiv care pompează lichidul din rezervor către liniile de frână care circulă pe întregul vehicul
• Linii de frână: Furtunuri împletite din cauciuc sau din oțel care pornesc de la cilindrul principal la fiecare etrier
• Placuta de frana: Carcasă din oțel care se montează pe un punct fix al rotorului de frână care conține un piston și plăcuțe de frână
• Piston de frână: O tijă rotundă care se extinde și se împinge împotriva unei plăcuțe de frână atunci când lichidul hidraulic este alimentat din cilindrul principal
• Placă de frână: Un suport metalic cu o acoperire semi-metalică care prinde rotorul de oțel
• Rotor de frână: Un disc de oțel montat pe fiecare roată și butuc pe care se prind plăcuțele pentru a opri rotirea roților

[sursa: Frâne]

Iată un aspect despre cum se potrivesc unele dintre piese în cadrul unei frâne cu disc.

Înainte de frânele cu disc, mașinile se bazau pe frâne cu tambur. Mecanica principală a fost aceeași, dar frânele cu tambur au folosit pantofi de frână în interiorul unui tambur care a fost montat pe butuc, față de un rotor. Frânele cu disc cresc puterea de oprire, deoarece acestea sunt mai ușor răcite și au mai multă suprafață de apucat. În plus, praful de frână, care se formează pe măsură ce plăcuțele de frână se poartă și scade capacitatea de frânare, este aerisit mai ușor cu frâne cu disc decât cu frâne cu tambur. Pentru mai multe informații despre frâne cu disc și frâne cu tambur, citiți cum funcționează frânele cu disc și cum funcționează frânele cu tambur.

Acum că am înțeles fundamentele frânelor din trenuri și mașini, să vorbim despre marile platforme și autobuze.

Diagrama componentelor frânei cu aer

fundație frânele sunt cele mai obișnuite sisteme de frâne de aer care se găsesc în camioane și autobuze și funcționează la fel ca în mașinile feroviare. Folosind principiul cu trei valve, aerul se acumulează în interiorul conductelor de frână sau a liniilor de aer, eliberând frânele. Aproape toate vehiculele rutiere echipate cu frâne de aer au un sistem de eliberare gradat unde o creștere parțială a presiunii dictează o eliberare proporțională a frânelor.

Următoarele componente sunt exclusive pentru un sistem de frâne cu aer de fundație dintr-un camion sau un autobuz:

• Compresor de aer: Pompează aerul în rezervoarele de depozitare pentru a fi utilizate în sistemul de frânare
• Guvernatorul compresorului de aer: Controlează punctul de intrare și decupaj al compresorului de aer pentru a menține o cantitate de aer setată în rezervor sau rezervoare
• Rezervoare de rezervor de aer: Țineți aer comprimat sau sub presiune pentru a fi utilizat de sistemul de frânare
• Robinete de scurgere: Eliberați supapele în rezervoarele de aer utilizate pentru scurgerea aerului atunci când vehiculul nu este utilizat
• Supapă pentru picioare (pedală de frână): Când este deprimat, aerul este eliberat din rezervoarele de acumulare
• Camere de frână: Recipient cilindric care găzduiește un regulator slab care mișcă un mecanism cu diafragmă sau cu came
• Tijă de împingere: O tijă de oțel asemănătoare cu un piston care conectează camera de frână la reglarea slabă. Când este apăsat, frânele sunt eliberate. Dacă este extins, se aplică frâne.
• Reglaje slabe: Un braț conectează tija de împingere la cama de frână pentru a regla distanța dintre pantofii de frână
• Frână S-cam: O camă în formă de s, care împinge pantofii de frână în afară și împotriva tamburului de frână
• Pantof de frână: Mecanism din oțel cu căptușeală care provoacă frecare împotriva tamburului de frână
• Reveniți primăvara: Un arc rigid conectat la fiecare dintre pantofii de frână care întoarce pantofii în poziția deschisă atunci când nu este răspândit de cameră sau diafragmă.

La ralanti (piciorul frânei și al sistemului de aer încărcat al vehiculului), presiunea aerului depășește diafragma sau camara s este în poziție închisă, rezultând un sistem de frână eliberat. Imediat ce apăsați pedala de frână, presiunea aerului scade, întorcând s-camul și răspândind pantofii de frână împotriva tamburului. Compresorul reumple rezervoarele de rezervor și atunci când permiteți pedala să se retragă, presiunea aerului crește înapoi la starea inițială.

De urgență frâne de aer completează sistemele standard de frână cu aer și pot fi activate prin tragerea unui buton pe bord (lângă cel cu lumina pe care am văzut-o în introducere). Înainte de a putea conduce un vehicul cu frâne de aer, trebuie să apăsați butonul de frână de urgență pentru a umple sistemul cu aer. Atâta timp cât sistemul de urgență este sub presiune, frâna de urgență va rămâne liberă. Dacă sistemul are o scurgere, presiunea poate scădea suficient pentru a acționa frâna de urgență. În plus, camioanele grele sunt adesea echipate cu frână de evacuare care ajută procesul de frânare, dar acest lucru se bazează pe motor, nu pe sistemul de frânare cu aer.

Am învățat cum funcționează frânele de aer. Acum să ne uităm la modul în care întreținerea poate preveni defectarea frânei în secțiunea următoare.

Ce sună?

V-ați întrebat vreodată de ce camioanele și autobuzele fac acele sunete amuzante și scârțâitoare? Strigarea este scurgerea aerului după frânare, iar sunetul ppsss este automat supapele de siguranță ocolitoare la locul de muncă, asigurarea presiunii aerului rămâne la nivelul corect. Întrucât un avantaj principal al sistemelor de frâne de aer este capacitatea lor de a folosi aerul pentru a funcționa, compresorul este în continuă pornire și se dă afară pentru a reumple rezervoarele cu aer sub presiune. Atunci când compresorul construiește prea mult aer, supapele se deschid, producând un zgomot puternic.

Întreținerea necorespunzătoare a frânelor de aer poate duce la accidente. Andy Sacks / Getty Images

Fiecare stat din SUA are linii directoare specifice pentru exploatarea unui vehicul cu frâne de aer. Testele pentru obținerea permisului de conducere comercial sunt solicitante, precum și etapele pentru menținerea unui astfel de vehicul. Iată câțiva pași pe care doriți să îi faceți înainte de a porni pe drum:

• Asigurați-vă că presiunea minimă de funcționare pentru un sistem de frânare cu aer al vehiculului nu este mai mică de 85 psi (lire pe unchi pătrat) pentru un autobuz și 100 psi pentru un camion.
• Verificați dacă nu durează mai mult de două minute pentru ca presiunea aerului să crească de la 85 psi la 100 psi la 600 până la 900 rpm. (Aceasta se numește viteza de acumulare a presiunii aerului.)
• Confirmați că presiunea corectă de reglare a compresorului de aer este cuprinsă între 120 psi și 135 psi. Presiunea de tăiere este între 20 psi și 25 psi sub presiunea de tăiere.

De asemenea, veți dori să urmăriți apa în sistemul de frâne cu aer, un produs secundar al aerului condensat. Liniile de frână cu aer nu le place apa, mai ales în zonele mai reci, unde gheața poate bloca aerul să ajungă la mecanismul de frână și să determine blocarea roții. Pentru a preveni această problemă, multe dintre sistemele moderne au supape de evacuare automate instalate în fiecare rezervor de aer.

Cuplurile de aer pot prezenta, de asemenea, o problemă. Garniturile uzate din cauciuc vor provoca scăparea aerului. În timp ce compresorul poate depăși o scurgere mică, rularea compresoarelor prea puternice poate duce la defecțiuni. Din nou, după cum am aflat, pierderea de aer nu este neapărat un lucru rău, dar va însemna că ești blocat. În cazul șoferilor de camioane, a fi blocat în mijlocul unui pas de munte, probabil, nu este pe itinerariu.

Sensibilitatea la frânare, un alt produs secundar al frânelor de aer, poate duce la accidente, în special pentru șoferii fără experiență. Sistemele de frânare cu aer sunt proiectate să funcționeze pe vehicule care transportă sarcini grele. V-ați întrebat vreodată de unde provin toate acele patinute duble de pe autostradă? Acesta este un produs al remorcilor ușoare sau goale care blochează roțile din spate. Probabil cea mai mare teamă pentru șoferul unui camion este jackknifing. Nu este niciodată bine când capătul din spate al remorcii se înalță alături de cabină. Camioanele care călătoresc pe ploaie și zăpadă pot fi ușor conectate dacă se aplică prea mult frână.

Majoritatea vehiculelor moderne cu frâne de aer utilizează un sistem dual. În esență, astfel de vehicule echipate au două sisteme în cazul în care unul ar trebui să defecteze. Frânele anti-blocare pot fi găsite acum în platformele de remorcă și funcționează la fel ca și sistemele ABS găsite în mașinile de pasageri.

Fundamental vorbind, frânele de aer sunt eficiente și fiabile. Cu toate acestea, nu vă mai țineți respirația dacă sperați să le găsiți în mașina dvs. în curând. Sistemele de frânare cu aer ocupă prea mult spațiu și atenție pentru a fi considerate practice în mașini. Uită-te doar la un camion Peterbilt, în timp ce se deplasează pe stânga. Ați văzut rezervoarele mari ascunse în spatele rezervoarelor de combustibil? Încercați să găsiți un loc pentru cei sub capota unui Honda Civic.

Dacă doriți să aflați mai multe despre frâne de aer și să citiți câteva articole conexe, explorați linkurile de pe pagina următoare.

Întreținerea necorespunzătoare duce la camionul fugit

Pe 25 aprilie 1996, un camion de ciment Mack din 1988 s-a ciocnit cu un sedan mic Subaru în Plymouth Meeting, Pa. În timp ce șoferul camionului de ciment se apropia de o intersecție la capătul unei coborâri în afara rampei, frânele sale au eșuat și camionul a intrat în intersecția, lovind Subaru și ucigându-l pe șoferul său. Consiliul Național pentru Siguranța Transporturilor a investigat incidentul și a găsit mai multe probleme cu camionul, în special liniile de frână inversate și o defecțiune a sistemului secundar. Aceste două probleme au părăsit camionul cu doar 17% până la 21% din capacitatea totală de frânare estimată. Din păcate, șoferul nu avea habar că a avut o pană de frână. Întreținerea slabă a dus la o moarte fără sens, care ar fi putut fi evitată. [sursa: NTSB]

Componentele frânei de aer

Acum, să punem piesele la un loc pentru a vedea cum funcționează frânele de aer în ansamblu. Această diagramă oferă atât o vedere de aproape, cât și un exemplu de locație a frânelor din vehicul.

Articole similare

• Cum funcționează frânele
• Cum funcționează frânele anti-blocare
• Cum funcționează frânele cu disc
• Cum funcționează frânele cu tambur.
• Cum funcționează frânele de putere
• Care sunt diferitele tipuri de lichid de frână?
• Când îmi pun mașina în parc, ceea ce o împiedică să se miște?

Mai multe legături grozave

• Consiliul Național pentru Siguranța Transporturilor din SUA
• Departamentul de Transport al SUA (DOT)

surse

• Presă asociată. "Un alt accident mortal de tren parizian." The New York Times. 7 august 1988. (20 mai 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• Departamentul de autovehicule din California. "Manual comercial pentru conducătorii auto din California, secțiunea 5: frâne de aer." 1 ianuarie 2006. (21 mai 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. "Frână (dispozitiv)." MSN Encarta. 2008. (17 mai 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• CDX Online eTextbook. "Sisteme de frânare." (24 mai 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• CDX Online eTextbook. "Frâne de evacuare." (24 mai 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Frâne de aer". (18 mai 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• Canalul geografic național. "Secunde de la dezastru; trenul fugit." (21 mai 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Oviewview
• Comitetul național pentru siguranța transporturilor. "Raport de accident rutier PB97-916202." 17 octombrie 1997. (19 mai 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• Muzeul feroviar din San Diego. "Descrierea și istoricul frânelor de aer tren." (18 mai 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Underwriter canadian. "Punerea frânelor la defectarea frânei de aer." Mai 2007. (20 mai 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=