Redaktor:M2k/Brzdove zariadenia (automobil)

Brzdy vozidiel:
Brzdové zariadenia vozidiel sú určené na ich spomalenie, úplne zastavenie počas jazdy alebo na zaistenie proti ich nežiaducemu rozjazdu. Patria k najdôležitejším ústrojenstvám vozidla, lebo podstatnou mierou rozhodujú o bezpečnosti jeho prevádzky. Brzdy pracujú na princípe marenia pohybovej energie vozidla. Najčastejšie sa využíva trenie len odľahčovacie brzdy využívajú iné druhy odporu ( napr. výfuková brzda pracuje s pretlakom uzavretých výfukových plynov, elektromagnetická brzdí pomocou vírivých prúdov, kvapalinová využíva hydraulický odpor prúdenia, aerodynamická zvýšený odpor vzduchu). Pri brzdení sa marí pohybová energia vozidla a mení sa na teplo. Vzhľadom na veľkú hmotnosť a rýchlosť brzdených vozidiel je množstvo marenej energie a vznikajúceho tepla väčšie, než si zvyčajne uvedomujeme. Napríklad pri zastavení osobného automobilu strednej triedy celkovej hmotnosti m = 1500kg z rýchlosti 80km.h-1 treba zmariť toto množstvo pohybovej energie :

$E={\dfrac {mv^{2}}{2}}={\dfrac {1500\times (22.2)^{2}}{2}}=370000\,$ [J]

Ak zanedbáme účinky odporov vozidla pri jazde, môžeme predpokladať, že celé množstvo tejto energie sa premení na teplo bŕzd. Takéto množstvo tepelnej energie by stačilo na zohriatie takmer 1l vody z 0 stupňov na teplotu varu. Keďže podľa predpisu musí dané vozidlo zastaviť najneskôr o 4,2 s, znamená to, že teplo odvedené brzdami by dokázalo za takýto krátky čas priviesť liter ľadovej vody do bodu varu.

Priebeh brzdenia: Sily, ktoré na vozidlo pri brzdeni pôsobia, znázorňuje obr. Brzdné sily Bp a Bz pôsobiace na kolesách vozidlách spomaľujú vozidlo a vyvolávajú v jeho ťažisku zotrvačnú silu, ktorá je s brzdnými silami v rovnováhe. Od veľkosti brzdných síl závisí brzdné spomalenie ax, ktoré vozidlo dosiahne. Platí teda vzťah:

B = Bp + Bz = m.ax

Kde m je hmotnosť brzdného vozidla. Brzdenie vozidla je obyčajne veľmi krátky okamih, preto môžeme zjednodušene predpokladať, že brzdné spomalenie sa počas deja nebude meniť, budeme ho teda považovať za konštantné. Zo základov fyziky vieme, že takéto brzdné spomalenie bude vyvolávať rovnomerne spomalený pohyb, pre dráhu ktorého platí vzťah:

    s = 

kde vo je zrýchlenie na začiatku brzdenia.

Druhy bŕzd

podľa použitia v prevádzke

- prevádzkové (pedál)

- pomocné - núdzové

- zaisťovacie

podľa konštrukcie brzdového ústrojenstva

- čeľusťové

- kotúčové

- pásové

podľa prenosu sily

- mechanické

- kvapalinové

- priebežné

- vzduchové

Bubnové brzdy

Menšia účinnosť ako u kotúčových. Pri brzdení sa obloženie roztláčaním valčeka opiera o trecí bubon. Pri týchto brzdách dochádza k vädnutiu bŕzd (fading). Je to pokles brzdového účinku, ktorý je spôsobený deformačnou zmenou v kruhovitosti bŕzd. Prejavuje sa hlavne pri vyšších rýchlostiach.

Pri naznačenom zmysle rotacie bubna čelusť na ktorú pôsobí ovladacia sila F v zmysle otáčania bubna, nazvame nábežnou čelustou. Naopak, čelusť, kde je zmysel ovladacej sily opačný ako zmysel rotacie bubna, nazývame úbežná čelusť.

Rozdelenie bubnových brzd:

• jednoduchá brzda SIMPLEX - 1 nabežná a úbežna čelusť
• dvojnábežná brzda DUPLEX - 2 nábežné čeluste
• brzda so spriahnutými čelusťami - nebezpečenstvo samosvornosti
• obojsmerná nábežná brzda DUO DUPLEX - 2nábežné čelust obojsmerná so sprihnutými čelusťami – DUO *SERVO – oboj nábežná

Výhody:

- velky samoposilujúci účinok

- jednoduchá konštrukcia

- zabranuje znečisteniu

- jednoduchá konštrukcia parkovacej brzdy

- velká životnosť obloženia

- silný brzdný učinok pri studených brzdách

Nevýhody:

- zlé odvádza teplo

- zlý prístup k ústrojenstvu

- velká hmotnosť

Čeľuste bubnových bŕzd sú zakotvené vo veku brzdy a rozoberajú sa brzdovým klúčom. Vlastný brzdiaci účinok určuje trenie brzdového obložení vo vložke bubnu. Silové pomery oboch čeľustí môžeme nejlepšie sledovať na obrázku1 a obrázku2. Smer otáčania kolesa je na obrázku vyznačený šípkou, lebo je pre silový rozbor rozhodujúci. Čeľusť je uložená na kotúčovom čape a je pritláčovaná k bubnu kľúčom silou označenou P1, napr. P2. Ide o tlakovú silu, a preto je jej smer kolmý na rovinu opornej plochy brzdové čelisti. Presné určenie výslednej normálnej sily tlaku obložení na bubon je veľmi zložité. V naši úvahe sa vyhneme použití vyšší matematiky a vyjdeme z predpokladu, ktorý platí jen približne, že smer normálnej sily polí celkový uhol obloženia. Výsledná sila z tlaku obloženia musí ešte zahrnúť tečnou silu T1 (T2). Tlaková sila je kolmá na normálny a jej veľkosť je daná súčinom súčiniteľa trenia medzi obložením a bubnom a normálny sily. Súčtom vektorov týchto dvoch síl dostaneme výslednú silu V1. Ta musí byť v rovnováhe s rozovierajúcou silou P1 a tretí, doteraz neznámou silou, prechádzajúcou osou kotúčového čapu. Pre rovnováhu síl platí, že tri sily môžu byt v rovnováhe len v tety, keď prechádza ich vektory jedným bodom. Sila reakcie kotúčového čapu musí teda prechádzať stredom paprsku výslednice a paprsku rozovierajúcej sily. Veľkosti jednotlivých síl vychádzajú z trojuholníku síl na obr.1 a obr.2. Porovnáme trojuholníky síl pre prvú a druhú čeľusť, zistíme, že pri rovnakej rozovierajúcej sile bude mať prvý - nábežná - čeľusť mnohom väčší brzdiaci účinok než druhá - úbežná - čeľusť. Je to spôsobené tým, že vznikajúci tlaková sila  pomáha pri brzdení  u nábežnej čeľusti  rozovierajúcej sily  a naopak u úbežnej čeľusti pôsobí proti nej. Tj. tzv. svorný účinok brzdové čelisti. Účinok závisí ďalej na polohe obložení. Približujeme obloženie smerom ku kľúču, mení sa smer normálnej  a výslednej sily a brzdový účinok čeľusti vzrastá. V krajnom prípade sa nábežná čeľusť stane samosvornou a dôjde k zablokovaniu brzdy. U úbežnej čeľusti nie je poloha brzdového obloženia nebezpečná, lebo k blokovaniu tejto čeľusti nemôže dojsť. Vhodným umiestnením brzdového obloženia na čeľustiach (obr. 3) i zmenou polohy oporných čapov  môžeme podľa potreby zvyšovať, nebo znižovať brzdiaci účinok i bezpečnosť proti blokovaniu. U bŕzd závodných, terénnych i súťažných motocyklov sa preto často stretávame s rôznym usporiadaním  nábežnej aúbežnej čeľusti. Zhodnosť čeľustí sa u sériových motocyklov  volí z výrobných dôvodov Jednoduché zvýšenie účinnosti brzdy, ktoré môže ľahko urobiť každý, spočíva iba v skrátení, alebo zúžení obloženia na úbežnej časti.

Bubnové brzdy Program bubnových bŕzd zahrnuje bubnové brzdy s priemerom od 115 do 500 mm pre brzdové momenty od 200 do 40 000 Nm, ktoré sú vyrábané ako: hydraulické simplex brzdy hydraulické servo brzdy brzdy s brzdovým kľúčom brzdy s rozperným kľúčom brzdy s rozperným klinom brzdy s rozperkou (bez alebo s cúvacou automatikou)

Kotúčové brzdy

Kotúč býva vyrobený z teplovzdornej zliatiny hlavne zo sivej liatiny, alebo z oceľo-liatiny. Ích výhoda je najmä väčšia účinnosť, ale aj lepší prístup k chladeniu kotúčov.

Typy kotúčových brzd:

• pevný strmeň – napevno zachytený na nerotujúcej časti zavesenia.Strmeň obsahuje dva brzdové piestiky, ktoré pôsobia na kotúč cez brzdové segmenty
• volný strmeň – má hydraulický valček len s jednej strany brzdového kotúča, trecie dostičky na druhej strane pritlací reakčná sila
• otáčavý strmeň -natáča sa okolo čapu – čap pevne upevnený, menšie trenie na čap, nerovnomerné opotrebenie

Výhody:

- dobre chladenie

- dobre dávkovanie brzdovej sily

- mala hmotnosť

- nevyskytuje sa fading

- jednoduchá údržba a montáž

- samočinne vymedzenie vôle

- brzdný účinok nezávislý od smeru otáčania

- samočistiaci efekt

Nevýhody:

- nedochádza k samoposilovaciemu efektu

- potrebné väčšie prítlačné sily

- väčšie opotrebenie

- sklon k tvoreniu bubliniek v systéme

- náročná konštrukcia parkovacej brzdy

KOTÚČOVÉ BRZDY 

Program kotúčových bŕzd zahrnuje kotúčové brzdy v prevedení jak: Hydraulické kotúčové brzdy sa dvoma až šiesti brzdovými valčeky o priemeru 40 až 85 mm, pre rozsah obvodových síl do 180 000 N. Mechanicky ovládané kotúčové brzdy Suchom alebo v olejovom kapely bežiacom lamelové servo brzdy o priemeru 6,5" nebo 8,75", pre brzdové momenty do 5 000 Nm.

Kotúčová brzda s pevným strmeňom

Poznáme dvojpiestikové a štvorpiestikové. Pevný brzdový strmeň, nosič brzdových valčekov, obopína brzdový kotúč. Je priskrutkovaný k závesu kolesa. Skladá sa z dvoch prírubových častí. V každej časti strmeňa je jeden alebo dva brzdové valčeky, ktoré ležia v páre oproti sebe. Vo valčekoch je brzdový piest s tesniacim krúžkom a ochrannou manžetou. Brzdové valčeky sú prepojené kanálikmi na prívod kvapaliny pod piest, na vrchnej časti je odvzdušňovacia skrutka. Tlakom kvapaliny na dno piestikov sú tlakom piestikov brzdové segmenty pritláčané k brzdovému kotúču Spätný pohyb piestikov je zabezpečený jednak vibráciou brzdového kotúča a jednak pružnosťou tesniacich krúžkov. Tesniaci krúžok je umiestnený v drážke brzdového valčeka. Vnútorný priemer krúžka je o niečo menší ako priemer piestika, obopíma ho s predpätím. Pri brzdiacom pohybe piestika sa tesniaci krúžok trením o piestik elasticky deformuje. Vznikne v ňom predpätie, ktoré pri poklese tlaku vracia piestik do východiskovej polohy. Dráha, o ktorú sa piestik vráti sa označuje ako vôľa brzdy naprázdno, jej veľkosť je asi 0,15 mm a postačuje na uvoľnenie kotúčovej brzdy. Rozpínacia pružina pritláča brzdové segmenty k piestikom, zamedzuje ich tlčeniu, klepaniu, podporuje vracanie piestikov pri poklese tlaku.

Kotúčová brzda s plávajúcim (volným) strmeňom

Skladá sa z držiaka priskrutkovaného k závesu kolesa a plávajúceho strmeňa s jedným alebo dvoma piestikmi. Má nasledujúce znaky: nízku hmotnosť malé konštrukčné rozmery (je možný menší zális kolesa, negatícny polomer riadenia) dobrý odvod tepla (masívny strmeň) veľké plochy brzdných segmentov brzdové segmenty a kotúče sú ľahko demontovateľné nižšia tvorba bublín v brzdovej kvapaline (jeden brzdový segment sa opiera o strmeň) bezúdržbové vedenie strmeňa vedenie strmeňa môže byť pomocou čapov, zubov, čapom so sklopným strmeňom Na niektorých konštrukciách sa namiesto plávajúceho strmeňa používa plávajúci kotúč (napr. na motocykloch). Na obr. Je konštrukcia kotúčovej brzdy s plávajúcim kotúčom z nápravy na automobilové návesy, ktorú vyvinula firma BPW

Kvapalinové brzdy

Priamočinné kvapalinové brzdy

Priamočinné kvapalinové brzdy využívajú princíp Pascalovho zákona o rovnomernom šírení tlaku v kvapalinách všetkých smermi, navyše v príslušnej kvapaline sa šíri rýchlosťou zvuku, t.j. okamžite. Tým sa skracuje čas nábehu brzdenia, teda i celková brzdná dráha, nehľadiac na to, že kvapalina – nahrádza i nevyhnutné rozdeľovacie a vyrovnávacie zariadenie mechanických bŕzd. Predovšetkým však na dosiahnutie rovnakého brzdného účinku vyžaduje mnohonásobne menšiu silu pôsobiacu na brzdový pedál.

Kvapalinové (hydraulické)

brzdy sa skladajú z brzdového pedála, hlavného brzdového valca s posilňovačom brzdnej sily, systému potrubí, prípadne obmedzovača brzdného účinku zadných kolies a brzdového ústrojenstva kolies s brzdnými valcami. Z bezpečnostných dôvodov sú v súčasnosti predpísané dvojokruhové brzdové zariadenia s dvojokruhovým hlavným brzdovým valcom. Keď v jednom brzdovom okruhu nastane porucha, možno druhým, neporušeným brzdovým okruhom vozidlo ešte zabrzdiť.Sila na brzdový pedál, zosilnená posilňovačom, pôsobí na piest v hlavnom brzdovom valci, vytvorí tlak kvapaliny v sústave. Tak sa príslušným vedením prenesie do brzdového ústrojenstva kolies, kde vyvinie požadovanú brzdovú silu. Ako už bolo spomenuté na základe Pascalovho zákona je tlak v celom brzdnom systéme rovnaký. S hydraulickým prenosom síl súvisí tzv. ,,hydraulický prevod síl”. Sily sú proti sebe v rovnakom pomere ako plochy piestikov v hlavnom brzdovom valci a kolesových valcoch. To znamená, že na piestik sa väčšou plochou pôsobí väčšia sila a naopak. Dráhy piestov sú naproti tomu v opačnom pomere, menšia sila vyžaduje väčšiu dráhu.

Časti:

• nádoba na brzdovú kvapalinu
• hlavný brzdový valec - tandemový
• paralelný
• tlakové rúrky a hadičky
• brzdové valčeky
• brzdové ústrojenstvo
• tlakový spínač brzdového svetla

Pri údržbe kontrolujeme tesnosť sústavy, hladinu brzdovej kvapaliny, vymedzujeme vôľu medzi obložením a bubnom a pri mäkkom pedáli odvzdušníme. Po dvoch rokoch vymeníme brzdovú kvapalinu znižuje sa jej bod varu.

Vzduchové brzdy

používajú sa pri brzdení ťažkých nákladných automobilov, prívesov, autobusov.

Časti:

• kompresor
• odlučovač oleja s plničom pneumatík
• proti mrazové čerpadlo
• regulátor tlaku vzduchu s prepúšťačom
• vzduchojem
  • pohotovostný - menší, nižší tlak
  • zásobný
• hlavný brzdič - ovládaný pedálom
• brzdový valec - cez páku ovláda brzdové kľúče a tie roztláčajú čeľuste s obložením
• záťažový regulátor
• uzavieracie kohúty
• brzdič prívesu
• rýchlospínacie hlavice hadíc
• prepúšťací ventil brzdiča prívesov

Prívesy môžeme brzdiť cez jedno, alebo dvoj hadicový rozvod. Zabrzdia vtedy, ak z hadice unikne tlak vzduchu. Parkovacie brzdy sa spravidla ovládajú ručne. Medzi pákou a brzdovým ústrojenstvom musí byť mechanický prevod- sústava pák, ťahadiel, lán a lanovodov.

Údržba: vypúšťať kondenzát zo vzduchojemov, nástrek etylalkoholu pri prechode do zimy, súčiastky bŕzd sa nesmú tepelne ovplyvniť

Pásové brzdy

Pásová brzda sa v súčasnosti uplatňuje už len výnimočne. Skladá sa z oceľového alebo liatinového brzdového bubna, okolo ktorého je opásaný oceľový pás. Na vnútornej strane oceľového pásu je prinitované obloženie. Konce pásu sú zapojené na ovládaciu pálku (jeden koniec je spojený s pákou cez nastavovaciu skrutku).Zatiahnutím páky sa obidvaja konce pása súčastne pritláčajú k bubnu. Oceľový pás je v prostriedku zakotvený, takže brzda je pri otáčaní bubna v oboch smeroch rovnako účinná. Iným typom je brzda so zakotvenou pákou a bez zakotveného pása. Okrem toho poznáme ešte pásové brzdy s jedným zakotveným koncom pása. Tieto brzdy však brzdia len vtedy, keď je smer otáčania bubna súčasný so smerom ťahu pása, trecia sila pomáha pritláčať pás k bubnu. Pri rovnakej ovládacej sile sú pásové brzdy účinnejšie čeľusťové, ale majú veľmi tvrdý záber. Väčšinou sa používajú ako prevodové. Sú to pomocné brzdy a stojace vozidlo zabezpečujú proti pohybu. Na pásových traktoroch plnia funkciu smerových bŕzd

Podtlakový posilňovač brzdnej sily

Na vozidlách s benzínovým motorom môže byť podtlak odoberaný z nasávacieho potrubia. Malý rozdiel tlaku medzi atmosférickým tlakom a tlakom v nasávacom potrubí (asi 20kPa) vyžaduje veľké plochy pracovného piesta, aby sa sila tlačnej tyče zväčšila (napr. až 4-násobne) Na vozidlách so vznetovým čerpadlom (vývevou) poháňaným od motora

Konštrukcia

Hlavný brzdový valec je väčšinou pripevnený prírubou k telesu posilňovača. Pracovný piest rozdeľuje skriňu na podtlakovú komoru a pracovnú komoru. Pracovná komora je striedavo spojená cez podtlakový ventil a ventil vonkajšieho vzduchu s vonkajším vzduchom alebo s podtlakovou komorou. Dvojitý ventil je ovládaný brzdovým pedálom cez piestnicu. Tá tlačí cez vložku ventilu a reakčný krúžok (guma) na tlačnú tyč hlavného brzdového valca. Na ňu pôsobí aj pracovný piest svojou znásobenou silou.

Antiblokový systém ABS

Najstarším a najznámejším elektronickým systémom ovplyvňujucím jazdnú stabilitu je protiblokovacie zariadenie bŕzd ABS (Anti-lock Brake System), brániací blokovaní kôl pri brzdení. Dnes sa používa taktiež výhradne štvorkanálové usporiadanie, ktoré umožňuje regulovať každé kolo zvlášť. Deje sa tak individuálnym obmedzovaním tlaku v brzdách jednotlivých kôl na základe informácií z čísel ich otáčok. Elektronika z nich počíta uhľové zrýchlenie každého kola a začne niektoré prudko spomalovať, znižuje tlak v jeho brzde tak dlho, pokiaľ nezačnú otáčky opäť stúpať. Potom brzdný tlak zvyšuje, pokiaľ sa kolo opäť nepriblíži stavu blokovania. Tento cyklus sa môže opakovať až dvadsaťkrát za sekundu. Nedeliteľnou súčasťou moderného štvorkanálového ABS býva elektronický rozdeľovač brzdného účinku. Ten rozdeľuje brzdný tlak na nápravy podľa ich okamžitého zaťaženia. Alternatívne sa označuje buď EBV (Elektronische Bremskraftverteilung), alebo EBD (Electronic Brake Force Distribution).

Regulačný okruh ABS

Regulačný okruh ABS sa skladá z nasledujúcuch prvkov: regulačná dráha – hmota automobilu pripadajúca na koleso, trecí pár pneumatika – vozovka rušivé veličiny – jazdné pomery, stav bŕzd, zaťaženie vozidla, stav pneumatík regulátor – snímače otáčok kolies a riadiaca jednotka ABS regulačné veličiny – tlak na brzdový pedál (vodičom určený brzdový tlak) nastavovacia veličina – brzdný tlak v brzdovom valčeku