Frânarea este procesul prin care se reduce parțial sau total viteza de deplasare a autovehiculului. Capacitatea de frânare prezintă o importanță… [303259]

Introducere

Frânarea este procesul prin care se reduce parțial sau total viteza de deplasare a autovehiculului. Capacitatea de frânare prezintă o importanță deosebită ce determină direct necesitatea activă a automobilului și posibilitatea de monitorizare integrală a vitezei și accelerației acestuia în timpul exploatarii. În timpul frânării o [anonimizat] o parte se consumă pentru învingerea rezistențelor la rulare și a aerului care se opune mișcării.

Sistemele de frânare ale automobilelor sunt într-o [anonimizat]-se ameliorarea securității și a [anonimizat], costuri și masă pe vehicul. Principalele caracteristici ce sunt căutate:

confort, sau plăcerea de a conduce:

[anonimizat]: eforturi, cursa și acuratețea comenzii frânei;

absența zgomotelor și vibrațiilor;

performanțe, eficacitatea reală:

distanța de oprire;

anduranța termică;

stabilitatea și capacitatea de menținere a traiectoriei în timpul frânarii vehiculului;

costuri (privit prin prisma constructorului de vehicule):

costul sistemului pe vehicul (la livrare);

întreținerea (flote de vehicule închiriate);

masa sistemului și gabarit pe vehicul:

diminuarea consumului vehiculului prin diminuarea masei sistemului (40 kg, 0,1 l/100 km);

un control permanent al forței de frânare reziduale (15 N forță reziduală, 0,1 l/100 km);

găsirea celui mai mare volum de amplasare a sistemului si a [anonimizat].

[anonimizat]-o permanentă creștere.

CAPITOLUL 1.

[anonimizat] 1700 și toate aveau nevoie de un sistem care să le reducă viteza. [anonimizat], [anonimizat]-o [anonimizat]. Astfel, primele autovehicule care au luat naștere la sfârșitul anilor 1800 să împrumute sisteme de la aceste vehicule.

Până în 1846, toate roțile erau din oțel sau din lemn cu o bandă de oțel. Trenurile și trăsurile acelor vremuri frânau printr-o metodă numită "Shoe Brake", [anonimizat] a roții metalice. Acestea erau de obicei niște blocuri din lemn legate de un levier acționat manual.

[anonimizat]. [anonimizat]-Motorwagen din 1885 (fig. 1.1.), care se oprea cu ajutorul unui levier ce acționa două blocuri din lemn asupra roților din spate. Însă, [anonimizat] a fost îmbunătățită; în locul frecării directe fiind instalată o bandă din piele de bovină cu mai multe straturi. [anonimizat].

Figura 1.1. [anonimizat], primul vehicul dotat cu frână pe bandă

Începând cu anul 1895, [anonimizat]é si Édouard, [anonimizat] (fig. 1.2., fig. 1.3.) a început să fie tot mai utilizată.

[anonimizat], a [anonimizat] asupra cardanului sau direct asupra motorului, nu asupra roților cum se intamplă acum.

Figura 1.2. Frână pe bandă ce acționează asupra diferențialului

În anul 1899 au început să fie utilizate frâne specializate, adică niște tamburi instalați lângă roată, asupra cărora acționau niște benzi metalice.

Figura 1.3. Bandă metalică ce acționează asupra tamburilor

Benzile erau flexibile și erau dotate cu material de fricțiune, piele sau cauciuc și acționau fie pe o singură roată, fie pe ambele, printr-o pedală sau levier. De-a lungul timpului au fost experimentate diverse materiale de fricțiune, cum ar fi benzi căptușite cu plumb, lemn, bumbac sau păr de cămilă.

Problema cu aceste sisteme de frânare prin întindere era că își pierdeau complet eficiența pe timp de ploaie. Din cauză că erau expuse, materialul de fricțiune devenea alunecos și frânarea era ineficientă. Astfel, la începutul anilor 1900, când ploua, în unele țări utilizarea vehiculelor autopropulsate în zilele ploioase a fost interzisă.

Herbert Frood a inventat în 1897 un material de fricțiune din care au derivat ulterior plăcuțele moderne de frânare. Tot în același an, el a fondat compania Ferodo, specializată în benzi și saboți de frânare căptușiți cu un material de fricțiune realizat dintr-un amestec de bitum și păr de animal.

În anul 1899 Gottlieb Daimler a inventat servo-frâna, un cablu de metal înfășurat pe un tambur, cu un capăt prins de caroserie, iar unul de manetă. Astfel, și-a dat seama că e nevoie de o forță de apăsare mult mai mică și că frâna poate fi acționată progresiv, fără bruscarea autovehiculului.

Wilhelm Maybach este inventatorul primului sistem de frânare cu sabot și tambur, sistem folosit și în zilele noastre. Sistemul lui Maybach utiliza niște role ce apăsau un inel pe partea interioară a tamburului care era încastrat în puntea spate a mașinii. E vorba de un Mercedes Simplex 1902 cu motor de 40 cp (fig. 1.4.) care avea acest sistem acționat manual pentru puntea spate și o frână auxiliară la pedala ce acționa asupra lanțului de transmisie. Pentru răcire, exista un rezervor cu apă care răcea punctele de fricțiune când era apăsată frâna.

Figura 1.4. Mercedes Simplex, primul autovehicul cu frâne pe tamburi

În 1903 putem spune că a fost inventată cu adevărat servo-frâna pe o mașină numită Tincher, dezvoltată în Statele Unite de americanul Thomas L. Tincher. El nu folosea lichidul ca în zilele noastre ci aerul comprimat. Mașina lui avea o frână acționată pneumatic, dar aceasta nu și-a dovedit eficiența din cauză că aerul se comprima și forța de apăsare trebuia să fie foarte mare.

Chiar dacă Maybach a fost cel care a venit cu ideea unui tambur cu saboți interni, francezul Louis Renault a fost cel care a dus acest design la un nou nivel, mai apropiat de forma actuală. Designul din 1902 realizat de Renault se baza pe doi saboți curbați fixați într-o parte și a căror parte opusă pivota, acționând asupra tamburului.

Cam din aceeași perioadă datează și sistemul de frânare cu disc și etrier inventat de Frederick Lanchester. Era același design ca și în zilele noastre, dar patentul lui Lanchester era compus din plăcuțe din cupru, care produceau un zgomot foarte puternic la apăsarea pedalei.

Câțiva ani mai târziu, în 1907, compania Ferodo a lui Herbert Frood a venit cu o soluție la plăcuțele de frână zgomotoase: le-a căptușit cu azbest. Placuțele aveau o autonomie de 15.000 de kilometri, iar acest lucru le-a făcut un real succes pe piață.

Americanul Malcolm Lougheed a realizat un design de frâne hidraulice pentru care a obținut 7 patente între 1917 și 1923. Primul autovehicul dotat cu acest sistem a fost în 1921 un Duesenberg Model A (fig. 1.5.) care însă a demonstrat că acest sistem complicat suferea de pierderi ale lichidului hidraulic. Malcolm a îmbunătățit designul și a apelat la garnituri de cauciuc.

Figura 1.5. Duesenberg Model A, primul autovehicul de serie cu frâne hidraulice

Chiar dacă în 1919, cei de la Hispano-Suiza au montat pe modelul H6 un sistem mecanic acționat de un cardan din transmisie care să asiste frânarea și să o facă mai ușoară pentru șofer, abia în anul 1926 patentul de servo-frână așa cum o știm noi azi a fost înregistrat de General Motors. Sistemul era format dintr-o pompă pe vacuum care acționa lichidul hidraulic din conductele de frânare (fig. 1.6.). Se pare că sistemul de la acea vreme îi permitea șoferului să aplice o forță de 3 ori mai mare decât cea normală, ducând astfel la o oprire mult mai eficientă a vehicului la viteze mari.

Figura 1.6. Pompa de servo din prezent, sistem numit „brake booster” (1963)

Deși ideea de a frâna un disc fixat pe planetare cu ajutorul unor plăcuțe dintr-un etrier datează înca din 1903, primul autovehicul de serie dotat cu acest sistem a fost modelul Hotshot (fig. 1.7.), fabricat în 1949 de către compania americană Crosley Motors.

Figura 1.7. Crosley Hotshot, primul autovehicul cu frâne pe disc

Frâna cu disc a rămas și în prezent cea mai eficientă și cea mai folosită. Toate vehiculele au, cel puțin pe puntea din față, frâne cu disc. Cele cu o putere mai mare au și pe puntea din spate. Nu contează dacă sistemul folosește etriere simple sau cu 4 pistonașe, dacă discurile sunt din oțel, ceramice sau din carbon. Pentru că funcționează la fel, rezistă în timp și la temperaturi înalte.

Figura 1.8. Frâna cu disc în prezent

Sistemul de ABS este un sistem pentru vehicule motorizate ce previne blocarea roților în timpul frânării și datează din 1936, fiind inventat de compania Bosch. Numele vine de la Antiblockiersystem și prezintă două avantaje: permite șoferului să păstreze controlul direcției în timpul frânării și scurtează distanța de frânare.

Chiar dacă au rezistat mai bine de un secol, frânele pe discuri și tamburi vor dispărea la un moment dat. Cel mai probabil viitorul mașinilor va fi mult mai diferit față de prezent. și dacă acum frâna este legată direct la senzorii și camerele masinii și se acționează automat în caz de impact iminent, în viitor lucrurile vor evolua și mai mult. Se pare că viitorul frânelor de mașină va fi unul similar cu cel utilizat de trenurile moderne de tip Maglev (magnetic levitation) care ating chiar și 600 km/h. Adică am putea să oprim mașina cu ajutorul unor magneți, fără să existe nicio piesă în mișcare și nicio frecare fizică. [9]

CAPITOLUL 2.

Noțiuni generale

Rolul, condițiile impuse și clasificarea punților din față

Puntea din față are rolul de a prelua și de a transmite cadrului sau caroseriei forțele și momentele ce apar din interacțiunea roților cu calea și de a permite schimbarea direcției de deplasare a autovehiculului. Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească puntea din față sunt:

să fie suficient de rezistentă;

să asigure o bună stabilitate a roților de direcție;

să prezinte o uzură mică a părților componente;

să aibă greutate proprie cât mai mică pentru a reduce cât mai mult greutatea proprie a autovehiculului.

La aceasta, mecanismele de transmitere a cuplului de la diferențial la roată trebuie să asigure atât bracarea acesteia în scopul efectuării virajelor, cât și deplasarea pe verticală, sub acțiunea denivelărilor drumului. Pentru transmiterea mișcării se utilizează cuplajele unghiular-axiale. Acestea au posibilitatea transmiterii mișcării sub un unghi, dar permit și unele mici deplasări axiale. Transmisiile universale se obțin, obișnuit, prin inserarea unor cuplaje unghiulare cu cuplaje axiale.

Clasificarea punților din față se poate face după următoarele criterii:

După rolul pe care îl au:

punți de direcție;

punți de direcție și motoare.

După tipul mecanismului de ghidare:

rigide, cu oscilația dependentă a roților;

articulată, cu oscilația independentă a roților.

Constructiv, puntea rigidă se obține prin articularea fuzetelor cu ajutorul pivoților de grindă rigidă, ghidată față de cadru sau caroserie de obicei prin intermediul arcurilor în foi ale suspensiei. Puntea din față rigidă nemotoare se compune din grindă, având la capetele articulate prin pivoți, fuzetele. Pentru coborârea centrului de greutate al autovehiculului, grinda punții are partea centrală coborâtă. Pentru obținerea unei rigidități mari la greutăți mici, forma secțiuni grinzii este de dublu T (la unele punți se utilizează secțiuni tubulare, iar capetele, realizate separat, sunt fixate prin presare sau sudură). Transmiterea momentului motor la roți se face printr-o transmisie homocinetică bimobilă, formată din arborele planetar, cuplajul unghiular de tip Weiss și arborele condus. Grinda rigidă în cazul punților motoare este înlocuită printr-un carter, legat prin articulațiile cilindrice de fuzetă. Pe fuzeta tubulară se montează, prin rulmenții conici, butucul roții, într-o soluție de arbori planetari total descărcați de momentele încovoietoare.

Puntea din față articulată nemotoare este compusă din mai multe brațe fixate de cadru sau de caroserie, formând o suspensie independentă pentru fiecare roată. În funcție de planul de oscilație, există mai multe variante de punți articulate:

Plan de oscilație vertical:

paralel cu pivoții;

cu bară de oscilație.

Plan de oscilație transversal:

prin paralelogram;

prin patrulater;

cu mecanism cu culisă.

Plan de oscilație longitudinal:

printr-o bară de oscilație;

prin paralelogram.

Plan de oscilație diagonal:

prin bare dispuse înclinat.

Fuzeta este solidară cu cilindrul amortizorului hidraulic telescopic (care reprezintă biela mecanismului). Axa de pivotare (axa pivotului fals) la virarea roții este determinată de axa comună a articulației sferice de legătură dintre bielă și brațul inferior (manivelă) și a articulației tijei (culisa) pistonului amortizorului. Mecanismele transmiterii fluxului de putere al motorului sunt transmisia principală și diferențialul (dispuse în carterul comun cu al cutiei de viteze) și transmisia universală de tip tripodă dublă formată din cuplajul unghiular-axial și unghiular, legate de arborele planetar. Butucul roții se montează prin caneluri pe arbore, iar prin rulmenți și pe fuzetă. [23]

Sistemul de frânare

Punerea în valoare a performanțelor de viteză și accelerație ale autovehiculului în

condiții de siguranță depind într-o măsură hotărâtoare de capacitatea de frânare a acestuia. Cu cât sistemul de frânare este mai eficace, cu atât vitezele medii de deplasare cresc, iar indicii de exploatare ai autovehiculului au valori mai ridicate. De asemenea, calitățile bune de frânare asigură evitarea unor accidente care se pot produce chiar în cazul vitezelor relativ mici, provocate de apariția neprevazută a unui obstacol. Statisticile accidentelor de circulație arată importanța pe care o are un sistem de frânare eficace în eliminarea consecințelor grave ale funcționării nesatisfăcătoare a altor părți componente ale autovehiculului.

Pentru reducerea vitezei autovehiculului trebuie create forțe care se opun mișcării. Deoarece unele rezistențe la înaintare au efecte reduse, iar rezistența la accelerare, în cazul frânării devine forță activă, rezultă necesitatea ca autovehiculul să fie prevăzut cu dispozitive care să realizeze forțe de sens opus mișcării. Aceste forțe se numesc forțe de frânare; ele trebuie să aibă valori suficient de mari care să poată fi reglate de către conducător în funcție de necesități. Forțele de frânare sunt create de mecanismele de frânare incluse în sistemul de frânare al autovehiculului.

Sistemul de frânare al autovehiculului este destinat:

micșorării până la o anumită valoare sau anulării progresive a vitezei autovehiculului;

imobilizării autovehiculului în staționare pe un drum orizontal precum și pe pantele pe care acesta le poate urca și coborâ;

stabilizării vitezei autovehiculului la coborârea unor pante lungi.

Sistemul de frânare este compus din:

pompa centrală de frână;

servofrână;

frâne cu disc pentru roțile anterioare, respectiv frâne cu disc sau tambur pentru roțile posterioare.

Frânele anterioare cu disc sunt dotate cu etrieri mobili. În acest caz, pentru apăsarea plăcuțelor de frână pe disc este necesar un singur piston. La frâna posterioară cu disc există doi etrieri ficși. Pentru apăsarea plăcuțelor de frână, în cazul etrierului fix, este nevoie de două pistoane.

Deosebirea constructivă pentru frânele cu disc

După construcția și funcționarea etrierului:

etrier fix pe fuzetă, cu pistoane pe ambele părți ale discului;

etrier flotant (culisează transversal față de disc), cu piston pe o singură față a discului;

După construcția discului:

disc simplu;

disc autoventilat.

În figura 2.1 se prezintă schema la frânele cu disc de tip deschis, compusă din discul 2, montat pe butucul roții 3, precum și din cadrul (etrierul) 5, în care se găsesc pistoanele 4 și bacurile (placheții) 6, prevăzute cu garniturile de fricțiune 1. Cadrul monobloc se montează flotant sau fix de punte. În cazul de față, cadrul este fixat rigid și prevăzut cu doi cilindri de acționare. La soluțiile la care cadrul se montează flotant pe punte există un singur cilindru de acționare, dispus pe una din fețele discului. Cadrul trebuie să fie suficient de robust pentru a nu se deforma sub acțiunea unor forțe mari.

Datorită faptului că discul se dilată puțin în planul axial, această frână permite ca jocul dintre disc și garniturile de fricțiune să fie menținut la valori mult mai mici decât la frânele cu tambur. Discul de frână la frânele cu disc poate fi montat pe butucul roții fie pe circumferința interioară, fie pe circumferința exterioară. În primul caz există posibilitatea deformării discului sub acțiunea fluxurilor termice create la frânare. În cazul al doilea, acest pericol este mai redus, iar butucul roții, sub formă de ventilator, creează un curent de aer care favorizează răcirea mai rapidă a discului.

Legenda:

garnituri de fricțiune;

disc;

butucul roții;

pistoane;

etrier;

placheți.

În general, frânele cu disc  de tip deschis nu posedă efect servo și, prin urmare, au o eficacitate slabă. Sunt însă și frâne cu disc de tip deschis care pot asigura un anumit efect servo, care este însă menținut la valori moderate. Din acest motiv, pentru a realiza același moment de frânare ca o frână cu tambur, presiunea în conducte va trebui să fie de circa două ori mai mare, iar diametrele cilindrilor de acționare de 2-2,5 ori mai mari decât valorile

Figura 2.1. Frână cu disc de tip deschis corespunzătoare ale frânei cu tambur. Datorită

acestui fapt, în unele cazuri, în loc de un cilindru

cu diametru mare (de fiecare parte a discului), se utilizează doi cilindri de acționare de diametre mai mici pentru a nu reduce raza medie a discului frânei. Există frâne cu disc prevăzute cu trei sau chiar patru perechi de cilindri de acționare. Datorită faptului că forțele de acționare trebuie să fie sensibil mai mari decât cele de la frânele cu tambur, în multe cazuri se utilizează un servo-mecanism în transmisia dispozitivului de frânare.

În general, discul nu este protejat, fiind expus prafului, impurităților și apei, ceea ce constituie unul dintre dezavantajele principale ale acestei frâne. De aceea este necesar ca pistoanele cilindrilor de lucru să aibă o etanșare sigură. La acest tip de frână piesele care se rotesc au greutate minimă, iar condițiile de răcire sunt optime. Fixarea garniturilor de fricțiune pe bacuri se face exclusiv prin lipire.

În figura 2.2. se prezintă construcția la frânele cu disc cu etrier fix, precum și modul de funcționare a acestuia.

Figura 2.2. Frână cu disc cu etrier fix

Schema constructivă la frânele cu disc cu ertier fix:

carcasă;

șurub de prindere;

garnitură;

canal pentru trecerea lichidului de frână;

plăcuțe de frână;

disc de frână;

garnitură de etanșare;

piston;

carcasă;

orificiu de alimentare;

flanșa de prindere.

Presiunea hidraulică provenită de  la cilindrul principal este transmisă la etrierul fix,  care produce forțele de frânare pentru plăcuțele de frână. Etrierul fix susține plăcuțele de frâna, preia forțele de frânare și ajustează automat distanța dintre plăcuțe și disc.
Corpul etrierului este construit din două jumătăți  (Figura 2.2., elementul 1 și 9) care sunt montate împreună prin intermediul bolțurilor (2). În fiecare jumătate a etrierului pot fi unul sau mai multe pistoane (8) ce presează  plăcuțele de frână (5) pe suprafața discului (6).  Lichidul de frână intră în etrier și trece în camera pistonului prin intermediul orificiului de alimentare (10) și a canalului de legătură (4). Fiecare piston este etanșat față de etrier prin intermediul unei garnituri (3) și protejat împotriva prafului, impurităților, particulelor provenite de la plăcuțele de frână de o garnitură specială (7). Frâna cu etrier fix este montată pe suportul sau prin intermediul flanșei de montare (11).

Atunci când frânele sunt acționate, presiunea hidraulică provenită de la pompa centrală  trece prin orificiul (10) la ambele pistoane (8),  producând astfel forța de împingere  cu care plăcuțele de frână (5) sunt presate pe suprafața de fricțiune a discului (6). Mărimea variabilă a acestei forțe este determinată de presiunea exercitată de piciorul conducătorului pe pedala de frână. Atunci când frâna este eliberată, pistonul pompei centrale revine la poziția inițială datorită arcului său împingător și astfel, presiunea transmisă plăcuțelor de frână prin intermediul conductelor și racordurilor de legătură, este scăzută. Pistoanele (8) sunt apoi retrase la poziția inițială de către garniturile de etanșare (3). Fiind eliberat de către plăcuțele de frâna, discul de frână (6) este din nou liber să se rotească. Dacă distanța dintre disc și plăcuțele de frână este mai mare decât cea normală din cauza uzării plăcutelor, pistonul alunecă printre garnitura sa când sunt acționate frânele și este astfel poziționat mai în față, distanța fiind în acest fel corectată.

Ajustarea sau reajustarea frânelor cu etrier fix nu este necesară datorită capacității de autoreglare prin intermediul garniturilor pistoanelor. Datorită înaltului grad de rezistență  mecanică, frânele cu etrier fix sunt larg folosite la autovehiculele de mare viteză. Dezavantajul acestora constă în sensibilitatea la căldură după perioade lungi de frânare.  Frânele cu etrier fix necesită mai mult spațiu în interiorul jantei roții, motiv pentru care se preferă folosirea etrierelor flotante sau flotant-culisante.

În figura 2.3. se prezintă construcția pentru frânele cu disc cu etrier flotant.
Frâna cu etrier flotant e formată din două componente principale.

Figura 2.3. Frână cu disc cu etrier flotant

Schema constructivă la frânele cu disc cu ertier flotant:

disc de frână;

etrier flotant;

suport;

plăcuță exterioară de frână;

plăcuță interioară de frână;

orificiu de alimentare de la pompa centrală;

piston;

cilindru;

garnitură de etanșare.

Suportul etrierului (3) susține cilindrul (8) și pistonul (7) și plăcuțele de frână (4), (5) și

etrierul flotant (2) care glisează în interiorul suportului. Un arc ajută suportul și etrierul flotant să culiseze lin și silențios între ele. Lichidul de frână intră în camera dintre corpul cilindrului și piston prin orificiul de alimentare (6).

Atunci când frânele sunt  acționate, presiunea hidraulică de la pompa centrală este transmisă prin orificiul de alimentare (6) la pistonul (7), care se deplasează din cilindru, micșorând distanța dintre disc (1) și plăcuța interioară de frână (5), ulterior apăsându-le pe cele două una de cealaltă. Presiunea hidraulică acționează simultan asupra corpului cilindrului (8), mișcând etrierul flotant (2) în direcția opusă pistonului, și indirect presează plăcuța din exterior (4) pe disc după ce se apropie de el. Când pedala de frână este eliberată, presiunea hidraulică din orificiul de alimentare (6) scade. Ca și la frâna cu etrier fix, garnitura pistonului (9) retrage pistonul (7) cu o distanță suficientă pentru eliberarea discului, dându-i astfel posibilitatea de a se roti liber.

Construcția celor două variante pentru frânele cu disc este prezentată în figura 2.4.

Figura 2.4. Frână cu disc cu etrier fix (stânga) și frână cu disc cu etrier flotant (dreapta)

Construcția pentru frânele cu disc:

cu etrier fix:

disc neventilat;

ventil de aerisire;

manson de protecție;

garnitura de etanșare;

piston;

camera de presiune;

plăcuța cu garnitură de fricțiune;

știft de ghidare pentru plăcuțe.

cu etrier flotant:

disc autoventilat;

portetrier;

etrier;

plăcuța cu garnitură de fricțiune;

știft de ghidare pentru plăcuțe;

arc de menținere a etrierului pe portetrier;

ventil de aerisire;

piston.

În figura 2.5. este prezentată construcția etrierului culisant la frânele cu disc.

Figura 2.5. Etrierul culisant la frânele cu disc

Schema constructivă la frânele cu disc cu ertier culisant:

suport;

element de ghidare;

corpul etrierului;

plăcuță exterioară de frână;

discul de frână;

plăcuță interioară de frână;

garnitură de etanșare;

orificiu de alimentare de la pompa centrală;

piston;

corp etrier;

garnitură de etanșare.

La fel ca frâna cu etrier flotant, are  un etrier mobil  (3), (10) și un singur piston (9). Similar este și modul în care presiunea hidraulică deplasează pistonul spre plăcuța de frână din interior simultan împingând corpul etrierului (3) în sens opus astfel încât acesta presează, indirect, plăcuța de frână din exterior (4) pe discul de frână (5). Etrierul însă, glisează pe două tije de ghidare (2) în locul unui suport. Pistonul (9) acționează direct asupra plăcuței de frână din interior (6) și indirect asupra celei din exterior (4). Orificiul de alimentare (8) conectează etrierul la pompa centrală.Când pedala de frână este apăsată, presiunea hidraulică de la pompa centrală trece prin orificiul de alimentare (8) la pistonul (9) care deplasează etrierul și presează direct plăcuța de frână din interior (6) pe discul de frână (5). Presiunea lichidului de frână acționează în mod egal atât asupra pistonului cât și asupra etrierului (10), etrierul glisant este împins în sensul opus pistonului. Etrierul apoi glisează pe tijele de ghidare (2) și trage plăcuța de frână din exterior (4) acționând discul de frână. Ambele plăcuțe de frână sunt presate pe discul de frână cu o forță egală. Când frâna este eliberată, garnitura de etanșare a pistonului (7) retrage pistonul la poziția sa inițială.

În figura 2.6. se prezintă construcția la frânele cu disc cu etrier culisant, având totodată integrat mecanisul de acționare a frânei de staționare. Corpul etrierului glisant (Figura 2.6., elementul 8) este montat pe două tije de ghidare (2) pe care poate glisa înainte și înapoi. Pistonul (6) presează pe plăcuța de frână din interior (5) și plăcuta de frână din exterior (3), acționând discul de frână (4). Pistonul este deplasat hidraulic de lichidul de frână ce intră prin orificiul de alimentare (11). O carcasă de metal (10) și o garnitură (13) izolează sistemul hidraulic de mecanismul frânei de staționare care este acționat de levierul frânei de parcare (17).

Figura 2.6. Frână cu disc cu etrier culisant și mecanism de acționare a frânei de staționare

Schema constructivă pentru frânele cu disc cu ertier culisant și mecanism de acționare a franei de staționare:

corp etrier;

element de ghidare;

plăcuță exterioară de frână;

disc de frână;

plăcuță interioară de frână;

piston;

garnitură de etanșare;

corp etrier;

mecanism de autoreglare;

carcasă;

orificiu de alimentare;

tijă;

garnitură de etanșare;

capac;

camă;

mecanism de acționare;

levier frână de staționare;

garnitură;

arc;

jocul.

Când frâna de serviciu este acționată, presiunea lichidului hidraulic provenită de la pompa centrală pătrunde prin orificiul (1) la pistonul (6) care deplasează etrierul și presează direct plăcuța de frână din interior (5) pe discul de frână (4). În același timp, presiunea lichidului hidraulic acționează cu o forță egală asupra corpului etrierului. Corpul etrierului (8) glisează pe tijele de ghidare (2) trăgând astfel plăcuța de frână din exterior (3), presând-o pe discul de frână. Presiunea la plăcuțele de frână este egală în ambele părți ale discului. Când frâna este eliberată, garnitura pistonului (18) retrage pistonul înapoi la poziția inițială, iar discul de frână se poate roti din nou liber. Când frâna de staționare este acționată, un cablu trage levierul frânei de staționare (17) astfel încât cama (15) se rotește și presează excentricul (16) și tija de împingere (12) pe piston, care presează la rândul său direct plăcuța de frână din interior pe discul de frână. Plăcuța de frână din exterior presează cealaltă parte a discului de frână. [17]

Sistemul de frânare cu ABS

În cazul blocării roților la frânarea automobilului pot să apară următoarele neajunsuri: pierderea stabilității la blocarea roților punții spate; pierderea controlului direcției când se blochează roțile din față; creșterea spațiului de frânare, deoarece coeficientul de aderență la alunecarea roții este mai redus decât cazul în care roata se rotește. Pentru a mării eficacitatea frânării și a îmbunătății stabilitatea și maniabilitatea autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frânării prin care se evită blocarea roților indiferent de momentul de frânare aplicat și de coeficientul de aderență.

Figura 2.7. Dependența coeficientului de frecare de alunecarea roții unui automobil

Sistemul ABS trebuie să mențină alunecarea roții în domeniul stabil pentru a utiliza coeficientul de frecare optim. În cazul în care roata se blochează alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil iar distanța de frânare crește datorită unei forțe de frecare mai mici.

La frânarea unui vehicul, centru de greutate se deplasează spre puntea din față, acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frânări în curbă. Din acest motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderența mult mai ușor decât cele de pe puntea din față. Dacă roțile din spate derapează direcția în care se mișcă automobilul nu mai poate fi controlată prin sistemul de direcție.

Sistemul de control automat permite reglarea frânării în următoarele limite:

la frânare sub limita de aderență a drumului, sistemul de control automat nu intervine, momentul de frânare menținându-se la valoarea maximă comandată de conducătorul auto.

în cazul frânării la limita de aderență a drumului, sistemul de control automat sesizează tendința de blocare a roții frânate și comandă menținerea sau scăderea presiunii în sistemul de frânare astfel încât să fie utilizată aderența maximă a drumului. La apariția tendinței de blocare a roții sistemul de control automat comandă izolarea cilindrului de frână corespunzător, de restul sistemului de frânare. În funcție de accentuarea sau dispariția tendinței de blocare a roților se comandă reducerea sau creșterea presiunii în cilindrul de frânare, executându-se astfel o succesiune de cicluri de frânare-defrânare ce vor menține roata în zona optimă de aderență.

frânarea combinată are loc la parcurgerea zonelor cu aderență diferită, sistemul de control automat asigurând prevenirea blocării roților, pe porțiunile cu aderență scăzută, și frânare maximă, pe porțiunile cu aderență ridicată. De asemenea sistemul de control automat acționează eficace și în cazul în care o parte a automobilului se află cu roțile pe porțiuni de drum cu coeficienți de frecare diferiți.

2.4.1 Principiul de funcționare al sistemului de frânare cu ABS

Figura 2.8. Componentele sistemului de frânare cu ABS pentru autovehicule

Sursa:Bosch

Componentele sistemului de frânare cu ABS sunt:

Unitatea de control electro-hidraulică;

Senzori de turație montați pe roțile autovehiculului.

Din cele prezentate anterior, reiese că componentele principale ale unui sistem ABS sunt: o unitatea electronică de calcul, senzori de viteză pentru fiecare roată și modulatoare hidraulice de presiune. Partea hidraulică este alcătuită din două subsisteme simetrice, fiecare dintre ele acționând asupra unei perechi de roți (de obicei opuse pe diagonală).

Figura 2.9. Circuitul hidraulic al unui sistem de frânare prevăzut cu ABS

Pompă centrală;

Cilindrul de frânare;

Modul hidraulic;

Supape de admisie;

Supape de evacuare;

Pompă de retur;

Acumulator hidraulic;

Electro-motor.

Cele două pompe de retur (6) sunt acționate de un singur motor electric (8). Rolul acestor pompe este de a evacua rapid lichidul de frână din cilindrii de frânare (2) înapoi în pompa centrală (1).  Pentru a preveni ca presiunea în cilindrii de frânare să depășească presiunea din pompa centrală supapele de admisie (4) sunt prevăzute cu supape de sens.

Dacă sistemul ABS este inactiv, atunci sistemul de frânare se comportă ca un sistem de frânare obișnuit, menținând presiunea din cilindrii receptori în timpul apăsării pedalei de frână. În acest fel doar circuitul prima (pompă centrală – supapă admisie – cilindru de frânare) este activ, supapele de refulare (5) fiind închise. Dacă ABS-ul se activează, atunci scăderea presiunii pe cilindrii receptori, de frână, este realizată de implicarea componentelor circuitului secundar (cilindru de frânare – supapă de refulare – acumulator – pompă centrală).

Din punct de vedere hidraulic controlul presiunii este realizat, trecând prin următoarele etape, cum este arătat în figura de mai jos.

Figura 2.10. Modularea presiunii într-un sistem de frânare cu ABS

aplicarea presiunii – pentru fiecare roată creșterea presiunii este realizată prin deschiderea unei supape de aspirație și închiderea unei supape de refulare (mod de frânare obișnuit)

menținerea presiunii – supapa de aspirație este închisă

scăderea presiunii – supapa de refulare este deschisă, acumulatorul se umple rapid; totodată pompa de retur începe să transporte fluidul înapoi spre cilindrul principal (în acestă etapă se simt pulsațiile la pedala de frână)

Pentru a evita frânarea insuficientă a roții presiunea din sistem este mărită iar ciclul de control a presiunii este reluat.

2.4.2 Componentele principale ale sistemului ABS pentru autovehicule

Dezvoltare electronicii a permis utilizarea pe scară largă a sistemelor de acționare electrice.  Și pentru sistemele ABS controlul presiunii hidraulice se face prin controlul curentului electric în solenoizii supapelor. În funcție de caracteristica supapei (presiune funcție de curent) aceste se clasifică în:

electro-supape proporționale: deschiderea supapelor este proporțională cu curentul electric aplicat;

electro-supape releu: au doar două poziții, deschis sau închis.

Figura 2.11. Componentele unui modul electro-hidraulic de control pentru ABS

Sursa: Bosch

motor electric;

bloc de electro-supape;

electro-supape;

unitatea de control electronica;

capac de protecție.

Componentele indispensabile sistemului de frânare cu ABS sunt senzorii de turație pentru fiecare roată. Prin compararea valorilor între cele patru roți unitatea electronică de control determină care din roți tinde să se blocheze. [18]

Figura 2.12. Senzori de turație roti pentru ABS (evoluție)

Sursa: Bosch

Suspensia

Suspensia MacPherson este cel mai răspândit sistem de suspensie față la mașinile europene. El constă într-un arc elicoidal care înfășoară amortizorul. În viraje întreg ansamblu se rotește, lucru permis de existența unui rulment în partea superioară și de a unui pivot în partea inferioară.

La fiecare roată din față, portfuzeta este fixată între brațul inferior și brațul superior al punții din față, prin intermediul unor rotule (pivoți).

Suspensia din față se compune din:

arcuri elicoidale cu diametrul exterior foarte mare;

amortizoare hidraulice telescopice;

bară stabilizatoare în fața punții față.

Principalele avantaje ale suspensiei McPherson sunt simplitatea ei și dimensiunile compacte. Cu roți independente, ea permite un control mai precis al mișcărilor roții, absoarbe șocurile și vibrațiile și crește confortul.

Când întâlnește un obstacol roata absoarbe șocul și în același timp menține stabilitatea maximă pe direcție, în linie dreaptă sau în curbă. Această suspensie îmbunătățește redresarea mașinii după manevre bruște de direcție și sporește echilibrul general.

În cazul acestei suspensii amortizorul este unit cu bucșa roții, astfel încât mișcarea cadrului în relație cu roata are aceeași direcție ca și axul perpendicular al amortizorului. Ca și element între roată și cadru, suspensia McPherson are nevoie, în afară de amortizor, de legături în partea inferioară a bucșei.

Figura 2.13. Suspensia MacPherson

CAPITOLUL 3.

Teste efectuate asupra sistemului de frânare. Simulări în CarSim

3.1. Software-ul CarSim

CarSim este un pachet software comercial care prevede perfomanța autovehiculelor, ca răspuns la comenzile șoferului (direcție, accelerație, frâne, ambreiaj și deplasare) într-un mediu dat (geometria drumului, coeficienți de frecare, vânt). CarSim este produs și distribuit de o companie americană, Mechanical Simulation Corporation, folosind tehnologie care provine de la Institutul de Cercetare în Transporturi al Universității din Michigan, din Ann Arbor, Michigan.

Figura 3.1. Software-ul CarSim

Software-ul este utilizat de pese 30 de producători de autovehicule (General Motors, Toyota, Honda, Ford, etc.), peste 60 de furnizori și peste 150 de laboratoare de cercetare și universități. Modelele matematice simulează teste fizice, care permit inginerilor să vadă rezultate similare cu cele provenite din testarea autovehiculelor, dar care pot fi obținute repetat, în condiții de siguranță și mult mai rapid decât este posibil efectuând teste fizice. Modelele de simulare sunt adesea folosite pentru evaluarea autovehiculelor care nu au fost construite încă. Rezultatele sunt vizualizate prin intermediul animației, reprezentate grafic pentru analiză (fig. 3.2.) sau exportate în alte aplicații software pentru analiză folosind aceleași metode care sunt aplicate datelor testelor fizice.

Figura 3.2. Vizualizarea rezultatelor prin intermediul animației și a graficelor

Modelele matematice reproduc comportamentul la nivel de sistem cu înaltă fidelitate. Ele conțin efectele majore care determină modul în care anvelopa vine în contact cu drumul și cum forțele rezultate din interacțiunea pneu/drumsunt transferate suspensiei prin șasiu. Cu toate acestea, ele nu oferă detalii despre conexiunile transmisiei sau conformitatea structurii. Modelele au fost validate în repetate rânduri de către producători pentru reproducerea în general a mișcărilor autovehiculelor necesare evaluării manevrabilității, stabilitatea, frânarea și accelerarea. Pe de altă parte, acestea nu includ detaliile componentelor necesare pentru determinarea durabilității, oboselii sau a vibrațiilor de înaltă frecvență.

Modelele matematice sunt generate de VehicleSim Lisp (numit inițial AutoSim), un generator de cod care a fost dezvoltat de către o companie fondatoare a Institutului de Cercetare în Transporturi. Codul generat este puternic optimizat pentru a putea efectua calcule rapide, astfel încât modelele matematice rulează mult mai rapid decât în timp real.

Începând din 1998, versiuni CarSim în timp real au fost disponibile pentru testare. Modelele sunt utilizate în peste 350 de simulatoare de conducere pentru a oferi modele fizice care au fost validate pentru majoritatea condițiilor de interes.

Principalele aplicații ale software-ului CarSim sunt:

Inginerii în testare simulează sute de teste înainte de producția unui autovehicul pentru a identifica probleme sau a demonstra că acesta este sigur;

Dezvoltatorii de sisteme de control avansate (frâne, stabilitate, tracțiune, etc.) își testează proiectele pe un autovehicul simulat. În aceste aplicații, CarSim simulează comportamentul dinamic de bază al autovehiculului ca un plug-in pentru software-uri de proiectare cum ar fi Simulink (de la Mathworks), LabVIEW (de la National Instruments) sau cod personalizat (MATLAB, Visual Basic, C/C++, etc.);

Producătorii de autovehicule și furnizorii care folosesc sistemele în timp real;

Cercetătorii și alți utilizatori folosesc modelele matematice CarSim în simulatoare de conducere, care variază de la sisteme low-cost folosind un controler de jocuri până la o scară completă de simulatoare de mișcare de mari dimensiuni cum ar fi simulatorul Toyota. [19]

3.2. Simulări efectuate asupra sistemului de frânare

În continuare, vor fi prezentate rezultatele unor simulări efectuate în CarSim, asupra solicitărilor termice și mecanice ale mecanismului de frânare.

Utilizarea mai frecventă a frânelor are loc în condițiile de circulație din orașe. Astfel, în cazul unui oraș de mărime medie, în 30-40 % din timpul total de mers, autovehiculul este frânat sau rulează liber.

Bilanțul energetic al procesului de frânare arată că aproape toată energia cinetică a autovehiculului se transformă în energie termică. La o frânare intensivă puterea care trebuie absorbită de către frâne depășește adesea puterea motorului de 4-5 ori.

Cantitatea mare de căldură care se degajă în timpul frânării contribuie la înrăutățirea calităților de frânare ale autovehiculului și grăbește uzarea garniturilor de frecare și a discurilor mecanismului de frânare. La încălzirea excesivă a frânelor eficacitatea acestora se diminuează datorită apariției așa numitului fenomen „fading“. Tot datorită supraîncălzirii discurile de frână se deformează sau se pot fisura, iar materialul din care sunt confecționate poate să-și modifice structura.

Toate aceste defecte conduc la trepidații și zgomote în timpul frânării, la reducerea coeficientului de frecare, respectiv la diminuarea eficacității mecanismului de frânare, respectiv la micșorarea siguranței circulației.

Modelul de vehicul folosit în acest studiu a fost dezvoltat ca o unealtă de testare a sistemelor active de control ale șasiului în stadiul de dezvoltare, dar și pentru hardware în simulările repetate. Modelarea dinamicii autovehiculului este baza unui design pentru sistemul de control, un model dinamic de autovehicul cu 7 grade de libertate, incluzând viteza longitudinală, viteza laterală, viteza de girație și mișcarea de rotație a celor 4 roți. Parametrii ca și ruliul și tangajul sunt neglijați pentru simplificarea cercetării. Structura modelului vehiculului este prezentată în fig. 3.3.

Figura 3.3. Structura modelului de vehicul cu 7 grade de libertate.

Ecuațiile de stare ale vehiculului sunt următoarele:

Unde este viteza de virare (rad/s), și este viteza longitudinală, respectiv laterală (m/s), este viteza unghiulară a roții (rad/s), este forța longitudinală și laterală a anvelopei (N), R este raza roții (m), este momentul de inerție al autovehiculului față de axa de girare (kg m), a este distanța de la centrul de greutate la puntea față (m), b este distanța de la centrul de greutate la puntea spate (m), și este ampatamentul față, respectiv ampatamentul spate (m), este unghiul de bracare frontal (rad), și este cuplul de frânare, respectiv cuplul motor (Nm).

Unghiurile de derapaj pentru fiecare roată sunt următoarele:

, (f-față; i=stânga, dreapta)

, (r-spate; i=stânga, dreapta)

Vitezele centrului roții din față, respectiv roții din spate sunt următoarele:

, (f-față; i=stânga, dreapta)

, (r-spate; i=stânga, dreapta)

În următoarele figuri sunt reprezentate grafic simulările testelor efectuate asupra sistemului de frânare.

Figura 3.4. Deplasarea pedalei de frână dupa acționarea și intervenția sistemului ABS

După acționarea frânei și intervenția ABS, acesta din urmă, pentru a controla independent fiecare roată, întrerupe presiunea pe o anumită roată care pierde aderența apărând variații de presiune în servofrână, acestea resimțindu-se în pedală ca o vibrație.

Figura 3.5. Forța de apăsare la pedală

Pentru obiectivitatea testului, în grafic, forța cu care este acționată pedala este de 140 N la fiecare frânare.

Figura 3.6. Deplasarea membranei interioare din servofrână

Figura 3.7. Transmiterea forței de acționare din servofrână – intrare/ieșire

Conducătorul auto aplică o forță de apăsare pe pedala de frână de 600 N deplasând tija pistonului servomecanismului. Servomecanismul amplifică forța de apăsare pe pedală la 2800 N și o transmite pistonului pompei centrale care transformă forța din tijă în presiune.

Figura 3.8. Presiunea din pompa centrala (Mpa) pe durata frânării

Figura 3.9. Temperatura discurilor de frână.

La o frânare intensivă, de la 100 km/h până la oprire, temperatura discului atinge valori ridicate într-un timp scurt, repetarea acestei acțiuni face ca discurile să fie supuse la solicitări termice extreme, eficacitatea acestora diminuându-se datorită apariției așa numitului fenomen „fading”.

Figura 3.10. Modificarea cuplului de frânare în funcție de timp

Figura 3.11. Variația accelerației centrului de greutate sub efectul acționării sistemului de frânare

Figura 3.12. Viteza roților

În concluzie, aceste exemple demonstrează legătura dintre eficacitatea sistemului de frânare și temperatură, în diferite situații. Un ciclu de testare este cuprins între 0-100-0 km/h, iar din figurile prezentate se observă că sunt opt astfel de cicluri.

Totodată, se poate observa că sistemul de frânare trebuie să atingă temperatura optimă de funcționare pentru a genera un cuplu de frânare necesar pentru activarea sitemului ABS (ciclurile 3, 4, 5 și 6). Pe măsură ce temperaturile discului, respectiv a plăcuțelor de frână (fig. 3.10. și fig. 3.11.) depășesc limita de funcționare optimă, cuplul de frânare generat de sistem se reduce.

Sursa principală de riscuri date de mecanismul de frânare în aceste cazuri este generată de variația distribuției de temperaturi pe suprafețele discului de frână în timpul scurt în care se efectuează decelerarea.

Regimul termic generat în cursul unei astfel de frânări intensive prezintă o importanță deosebită pentru asigurarea siguranței traficului modern actual. Riscurile solicitărilor termice în mecanismul de frânare (prin apariția de tensiuni interne la diferite regimuri de frânare și diferite tipuri de discuri, fisurări și uzuri premature) se pot evalua prin analiza distribuției de temperaturi pe suprafața discului de frână.

Pentru aceste regimuri specifice de frânare, energia termică emisă prin convecție și radiație este dependentă atât de arhitectura discului (care permite o ventilare mai mult sau mai puțin accentuată cu aer), cât și de caracteristicile de material ale acestuia, între care variațiile de emisivitate locală ale suprafeței discului sunt esențiale în disiparea rapidă a căldurii acumulate în masa discului.

Materialele utilizate în construcția discului de frână pot deveni surse de tensiuni interne la variațiile termice produse de frânare, îndeosebi datorită neomogenității aliajului și a geometriei structurilor granulare din compoziție, ceea ce favorizează dilatări și constrângeri termoelastice neuniforme în masa discului.

Defectele discurilor de frână, ce apar pe parcursul frânarii sunt variate și se referă cu precădere la fisuri la suprafață, la crăparea completă a discului de frână, la uzura excesivă a acestuia sau la deformații mecanice remanente. Consecințele imediate ale unor astfel de manifestări sunt oboseala prematură a discului, trepidații și zgomot, apariția fenomenului de fading etc.

CAPITOLUL 4.

Realizarea standului didactic

În acest capitol se vor prezenta etapele realizării standului “Punte față independentă. Stand didactic”.

Scopul dezvoltării acestei lucrări practice este acela de a deservi laboratorului de "întreținere și reparare". Standul a fost conceput cu scopul realizării unui număr de cel puțin 3 lucrări de laborator:

Sistemul de frânare – demontarea și verificarea caracteristicilor geometrice ale discului de frână;

Întreținerea elementelor transmisiei cu arbori planetari – înlocuirea burdufului de planetară;

Întreținerea și repararea suspensiei – înlocuirea arcului elicoidal.

Am ales și identificat tipului de autovehicul care să corespundă caracteristicilor constructive studiate: soluție constructivă totul față (punte motoare față cu suspensie cu brațe independente).

Figura 4.1. Ford Puma

S-a optat pentru un autovehiucul compact, de clasă mică, având o caroserie coupé marca Ford, model Puma (fig. 4.1.).

Caracteristici Ford Puma:

Fabricat între anii 1997-2002;

Motorizări: 1.4, 1.6 16V, 1.7 Zetec VCT;

Amplasare grup propulsor: transversal, tracțiune față.

Etapa 1: Demontarea părților mobile a punții față: braț, fuzetă, arbore planetar, ansamblu arc-amortizor, bară stabilizatoare, conducte frână, sistem frânare, anexe (fig. 4.2.).

Figura 4.2. Demontarea părților mobile

Etapa 2: Decuparea din caroseria autovehicului a elementelor de susținere: lonjeron, oală telescop (fig.4.3), cadru motor (fig.4.4).

Figura 4.3. Decupare lonjeron, oală telescop

Figura 4.4. Punte motoare secționată

Etapa 3: Recondiționarea pieselor.

Recondiționarea brațului inferior (fig. 4.5.):

Demontarea pivotului de pe braț prin tăierea niturilor;

Îndepărtarea mecanizată a ruginei cu perii de sârmă rotative montate pe un polizor unghiular;

Pregătirea pentru vopsit: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.5. Recondiționarea brațului inferior

Recondiționarea pivotului:

Demontarea pivotului de pe braț;

Îndepărtarea manuală a ruginei cu perii de sârmă și hârtie abrazivă;

Pregeatirea pentru vopsit: degresare, aplicare grund;

Vopsit (fig. 4.6.).

Figura 4.6. Vopsirea pivotului

Recondiționarea fuzetei:

Demontarea de pe fuzetă a pieselor: suport etrier, butuc roată;

Îndepărtarea manuală și mecanizată a ruginei (fig. 4.7.);

Pregatirea pentru vopsit: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.7. Îndepărtarea ruginei de pe fuzetă

Recondiționarea butucului:

Demontarea butucului de pe fuzetă;

Scoaterea rulmentului din butuc;

Îndepărtarea mecanizată a ruginei cu perii de sârmă rotative (fig. 4.8.);

Pregatirea pentru vopsit: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.8. Îndepărtarea mecanizată a ruginei cu perii de sârmă rotative, vopsirea piesei

Recondiționarea discului de frână (fig. 4.9.):

Demontarea discului de frână de pe butuc;

Îndepărtarea manuală a ruginei cu perii de sârmă;

Îndepărtarea uzurii de pe suprafața discului prin strunjire;

Degresarea;

Vopsirea zonei de contact a discului de frână cu butucul și janta.

Figura 4.9. Recondiționarea discului de frână

Recondiționarea etrierului și a suportului de etrier (fig. 4.10. și fig. 4.11.):

Se desfac conductele de frână;

Se demontează etrierul de pe suport;

Se demontează suportul de etrier de pe fuzetă;

Se scoate pistonașul și garniturile acestuia din etrier;

Se îndepartează mecanizat rugina de pe piesele demontate;

Pregatirea pentru vopsire: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.10. Etrier

Figura 4.11. Suport etrier

Reconditionarea transmisiei planetare (fig. 4.12 și fig. 4.13):

Se demontează arborele planetar din cutie, respectiv fuzetă;

Se înlătură burdufurile de cauciuc de pe tripoda dinspre cutia de viteze, respectiv burduful de pe capul de planetară;

Se înlătură rugina de pe tripodă, ax planetar, cap de planetară, cu ajutorul periilor de sârmă;

Se înlocuiesc burdufurile și se adaugă vaselina grafitată din kitul de reparație.

Figura 4.12. Cap de planetară

Figura 4.13. Tripoda

Recondiționarea arcului elicoidal (fig. 4.14.):

Se demontează arcul de pe amortizor;

Se înlătură mecanizat rugina de pe arc cu perii de sârmă rotative montate pe un polizor unghiular;

Pregatirea pentru vopsire: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.14. Arc elicoidal

Recondiționare amortizor:

Demontare arc de pe amortizor (fig. 4.15.);

Demontare burduf protecție;

Înlăturare mecanizată rugină cu perii de sârmă;

Pregatirea pentru vopsire: degresare, aplicare grund;

Vopsit.

Figura 4.15. Amortizor

Forma finală a standului didactic este prezentată în fig. 4.16.

Figura 4.16. Vedere de ansamblu și în detaliu a standului experimental

CAPITOLUL 5.

Întreținerea și repararea sistemului de frânare

5.1. Defecte în exploatarea și întreținerea sistemului de frânare

5.1.1 Defecte în exploatare

Defecțiunile sistemului de frânare influențează sistemul frânării și se pot manifesta sub forma:

Frâna „nu ține”, este „slabă” sau nu acționează;

Frâna „freacă”, desi pedala de frână nu este acționată;

La frânare, autovehiculul „trage” într-o parte;

În timpul frânării, se blochează una sau toate roțile;

Frânarea are loc cu trepidații;

Frânarea este însoțită de zgomote.

Frâna „nu ține”, este „slabă” sau nu acționează. Defecțiunea este efectul unor cauze multiple care se referă la reglajul incorect al frânelor, la deteriorarea sau uzarea unor organe, precum și la pierderile de lichid sau aer, in cazul frânării hidraulice, respectiv pneumatice.

Uzura garniturii pistonului pompei centrale și a pistoanelor cilindrilor receptori face ca, la apăsarea pedalei de frână, lichidul, în loc să fie trimis spre cilindrii receptori sau să împingă pistoanele acestora, scapă pe lângă garnituri, astfel ca frâna nu se mai realizează corespunzator. În acest caz se demontează cilindrii receptori sau pompa centrală, se curăță asperitățile, se înlocuiesc garniturile, se spală instalația și se introduce lichid nou.

Aer sau vapori în conducte ori pierderi de lichid din instalație. Aceste defecte se datorează:

lipsei de lichid din instalație;

folosirii exagerate și îndelungate a frânelor, astfel că datorită încălzirii, alcoolul etilic sau metilic s-a evaporat și a format dopuri;

desfacerii, fisurării sau deteriorării racordurilor, a garniturilor cilindrilor sau conductelor metalice.

Unele defecțiuni se pot înlătura pe parcurs, prin completarea lichidului și prin evacuarea aerului sau vaporilor din conducte. Conductele sau racordurile fisurate sau deteriorate se înlocuiesc la stația de întreținere.

În timpul frânării autovehiculul trage într-o parte. Acest defect apare în general, datorită dereglării frânelor, precum și unor defectiuni ale sistemului de frânare, cum ar fi:

înfundarea, deformarea sau fisurarea racordului flexibil;

pătrunderea unsorii la garniturile de frecare;

spargerea membranei sau deteriorarea garniturii cilindrului de frânare al unei roti;

presiunea în anvelope diferită.

Blocarea roților. Acest defect poate apărea la una sau la toate roțile pe timpul deplasării sau după efectuarea frânării, chiar după ce conducătorul auto a eliberat pedala de frână. Cauzele care duc la blocarea roților sunt:

înțepenirea sau griparea pistonului cilindrului uneia sau mai multor roți;

înfundarea racordului flexibil.

Frâna se întrerupe (autovehiculul trepidează). Acest defect are drept cauze:

existența unor jocuri mari la rulmenții roților sau la arborii planetari;

jocul excesiv al arcurilor suspensiei;

deformarea arborilor planetari;

garniturile de frânare unse, prea lungi sau prea dure.

Frânarea este însoțită de zgomote. Defecțiunea se manifestă sub forma unor „scârțâituri” ascuțite și puternice, uneori fiind însoțite de vibrații.

Aceste zgomote pot avea urmatoarele cauze:

folosirea unor discuri de frână prea elastice sau insuficient strânse în șuruburile de fixare;

negresarea articulațiilor;

fisurarea discului de frână sau deteriorarea lui.

5.1.2. Întreținerea sistemului de frânare cu acționare hidraulică

Întreținerea sistemului de frânare cu acționare hidraulică cuprinde următoarele lucrări:

controlul etanșeității instalației hidraulice;

verificarea și completarea nivelului lichidului din rezervorul pompei centrale;

verificarea și reglarea jocului dintre tija și pistonul pompei centrale;

evacuarea aerului din instalație.

Controlul etașeității instalației hidraulice constă în urmărirea nivelului lichidului din rezervorul pompei centrale și urmărirea presiunii în instalație.

Urmărirea nivelului lichidului în rezervorul pompei centrale la frânari repetate, pe loc, dă posibilitatea să se constate eventualele neetanșeități ale instalației. Dacă nivelul scade se urmăresc canalizațiile, racordurile flexibile, pompa centrala, cilindrii receptori, în scopul depistării locului prin care se produc pierderile. La apăsarea pedalei de frâna, nivelul lichidului scade în rezervorul pompei centrale proporțional cu jocul dintre saboți si tambur, respectiv placheți și disc. La eliberarea pedalei nivelul scade cu încă 2-6 mm, datorită compensării volumului retras al pistonului pompei centrale, după care revine continuu în 2-3 s la nivelul inițial, pe măsura revenirii saboților în poziția de frânat.

Urmărirea presiunii in instalație dă indicații mai ales asupra modului de etanșare a garniturii pistonului pompei centrale. În locul unui ventil de aerisire de la un cilindru receptor se montează un manometru de control de înalta presiune (0…160) x 105 N/m2 sau de joasă presiune (0…16) x 105 N/m2.

În cazul verificării la presiune înaltă, apăsându-se progresiv pedala, cresc continuu și indicațiile aparatului. Dacă prin menținerea apăsată a pedalei presiunea scade, garnitura pistonului pompei centrale nu etanșează și lichidul returnează în rezervor.

În cazul verificării la presiune joasă acționând ușor pedala cu mâna, dacă garnitura pompei centrale nu este corespunzătoare, pedala cedează până la podea, iar indicațiile manometrului scad. Dacă se apasă asupra pedalei până când presiunea indicată de manometru este de (2,5…3) x 105 N/m2, la eliberare se constată că, la frânele cu disc, presiunea remanentă este nulă datorită soluției de reglare automată a jocului.

Dacă presiunea remanentă este exagerată, cauzele pot fi:

arcul pistonului pompei centrale rupt;

orificiul de compensare obturat;

jocul dintre tijă și piston nul.

Verificarea nivelului lichidului din rezervorul pompei centrale.

Nivelul lichidului în rezervor este necesar să fie cuprins între reperele de maxim și minim ale acestuia. Datorită uzurilor garniturilor de frânare, nivelul lichidului în timpul exploatării scade. Dacă garniturile au o uzură avansată, nu este indicat a se completa lichid până la nivelul maxim.

Scăderea nivelului la frânari succesive este cauzată de scurgeri din circuit.

În general, lichidul de frână se înlocuiește la un interval de doi ani. Culoarea maronie sau cenușie neagră indică degradarea în timp sau prin supraîncălzire și, în acest caz, lichidul trebuie înlocuit. Lichidul trebuie să fie limpede, de culoare galbenă-verzuie, uneori albastră.

Verificarea și reglarea jocului dintre tija și pistonul pompei centrale.

Jocul dintre tija și pistonul pompei centrale trebuie să se încadreze în limitele prescrise. Acest joc oferă certitudinea că orificiul de compensare este întotdeauna deschis când pedala de frâna este liberă.

Evacuarea aerului din instalație.

În cazul înlocuirii lichidului de frâna, în instalație pătrunde aer, care trebuie eliminat. Pentru evacuarea aerului din instalație, inițial se completează lichid din rezervor până la un nivel cu 10-15 mm sub marginea gurii de umplere. Apăsându-se pe pedala de frâna, o dată cu lichidul se evacuează și aerul, a cărui prezență se constată prin degajarea unor bule în vasul cu lichid de frâna, care ies prin capătul furtunului.

Apăsarea pe pedală continuă de câteva ori, până ce în vas nu mai apar bule de aer.

5.2. Tehnologia de reparare a sistemului de frânare. Lucrare de laborator

Pentru repararea sistemului de frânare, respectiv înlocuirea discului de frână, se parcurg următoarele etape:

se măsoară discurile față;

valorile obținute se compară cu valorile din tabelul de mai jos;

se înlocuiesc discurile de frână.

În fig. 5.1 se prezintă standul didactic pe care se efectuează lucrarea de laborator propusă, precum și dornul proiectat special în vederea efectuarii lucrărilor pe standul respectiv (fig. 5.2).

Figura 5.1. Vedere de ansamblu a standului experimental

Figura 5.2. Prezentarea dornului multifuncțional

DISC DE FRÂNĂ FAȚĂ: DESCRIERE

ETAPĂ DE PREGĂTIRE LA CONTROL

se pune autovehiculul pe un elevator cu două coloane;

se demontează roata.

ETAPĂ DE CONTROL AL PIESEI STUDIATE

ATENȚIE! Pentru a se controla grosimea discului, se utilizează un dispozitiv de tip Palmer.

Se pune dispozitivul Palmer (1) pentru a se măsura grosimea discului.

se măsoră în ordine grosimea discului în 4 puncte (distanțate la 90˚);

se compară valorile cu cele ale constructorului.

Tabelul 5.1. Caracteristici frână

Discurile de frâne nu sunt rectificabile. Zgârieturi sau uzuri importante impun înlocuirea acestora.

ETAPĂ FINALĂ

se înlocuiesc discurile dacă este necesar.

DISC DE FRÂNĂ FAȚĂ: DEMONTARE – REMONTARE

Tabelul 5.2. Cupluri de strângere

În momentul înlocuirii unui disc de frână, se înlocuiește obligatoriu și discul din partea opusă. În momentul înlocuirii discurilor de frână se înlocuiesc obligatoriu și plăcuțele de frână.

DEMONTARE

ETAPĂ DE PREGĂTIRE LA DEMONTARE

se pune autovehiculul pe un elevator cu două coloane;

se demontează roțile față.

ETAPĂ DE DEMONTARE

Se demontează șurubul inferior (1) al colonetei menținând piulița (2);

Se pivotează etrierul de frână față în sus.

Se demontează plăcuțele de frână față.

ETAPĂ DE DEMONTARE A PIESEI STUDIATE

Se demontează:

cele două șuruburi (1) ale discului;

discul de frână.

REMONTARE

ETAPĂ DE PREGĂTIRE LA REMONTARE

Se curăță discurile cu ajutorul unei lavete cu diluant.

REMONTAREA PIESEI STUDIATE

ETAPĂ DE PREGĂTIRE LA REMONTARE

Se curăță cu ajutorul unei perii metalice și a unui agent de curățare a frânelor:

suporturi etrier frână față;

etrierele de frână față;

discurile de frână.

Se împinge pistonul (după ce se aplică un strat de unsoare furnizată în kitul de reparație) cu ajutorul dispozitivului împingător piston etrier de frână față (1) până când o să fie la capătul alezajului său.

Piese de înlocuit sistematic:

șurubul știft ghidare etrier de frână față,

lamelele antizgomot.

ETAPĂ DE REMONTARE A PIESEI STUDIATE

Se remontează:

discul;

cele două șuruburi ale discului.

Se strâng la cuplu șuruburile discului de frână 14 N.m.

ETAPĂ FINALĂ

Se remontează:

suporturile etrierelor.

ETAPĂ DE REMONTARE

Se pun plăcuțele de frână începând din interior;

ETAPĂ FINALĂ

Se remontează roțile față.

CAPITOLUL 6.

Concluzii și contribuții personale

În concluzie, prin această lucrare de licență s-a realizat un studiu asupra sistemului de frânare și construcția standului didactic pe care vor fi efectuate diverse lucrări de laborator. Acestea permit vizualizarea/conștientizarea interdependențelor componentelor ansamblului.

Fiind un stand compact, spațiul ocupat în cadrul laboratorului este minim, astfel se creează un front de lucru mai mare în jurul său.

Standul permite extinderea numărului de lucrări de laborator efectuate în vederea studierii și altor subansamble ale punții față independentă.

Operațiunile demontare/montare se efectuează identic cu operațiunile realizate în mediul real de lucru datorită caracteristicilor standului.

Există toate elementele de susținere și fixare ale punții față independentă, cadru motor, lonjeron, oală telescop.

Se respectă în totalitate tehnologia de întreținere și reparare, procedurile specifice de lucru, cu respectarea etapelor demontare/montare și momentele de strângere ale pieselor conjugate.

Ideea acestui material didactic este în strânsă legatură cu legislația referitoare la proprietatea intelectuală, clasa a 9-a NICE OSIM în cadrul căreia se reglementează protecția categoriei destinată aparatelor și instrumentelor științifice, dar și materialelor didactice.

Necesitatea eficientizării procedurilor demontare/montare, dar și creșterea normelor de protecție a muncii au condus la realizarea unui dispozitiv concept propriu denumit dorn multifuncțional.

Prin corelarea între modelul de simulare și standul de test se pot obține informații extrem de importante în vederea îmbunătățirii siguranței și maniabilității autovehiculului.

Contribuția personal a fost crearea acestui stand didactic, pe suportul căruia rezultatele simulării pot fi puse în practică, deoarece contrucția lui permite înlocuirea fizică a pieselor studiate virtual, dovadă fiind lucrarea de laborator propusă.

Referitor la standul didactic, asupra acestuia se pot face modificări ulterioare în cadrul laboratoarelor Facultății de Inginerie din Hunedoara cu scopul de a aprofunda cunoștiințele teoretice de specialitate prin practică.

BIBLIOGRAFIE

[1] Frățilă Gh. ș.a., Automobile – Cunoaștere, întreținere și reparare, manual an I, II și III, București, Editura Didactică și Pedagogică R. A.,1995

[2] Frățilă Gh., Calculul și construcția automobilelor, București, Editura Didactică și Pedagogică, 1977

[3] Ghiță I., Groza Al., Întreținerea și repararea automobilelor. Manual pentru licee de specialitate și școli de maiștri, București, Editura Didactică și Pedagogică, 1975

[4] Macarie T. N., Automobile. Dinamica, Pitești, Editura Universității din Pitești, 2003

[5] Mondiru C., Automobile Dacia – diagnosticare, întreținere și reparare , București, Editura Tehnică, 1998;

[6] Pinca-Bretotean C., Fabricarea și asamblarea autovehiculelor rutiere, Iași, Editura Cermi, 2008

[7] Stratulat M. ș.a., Diagnosticarea automobilului, București, Societatea Știință și Tehnică S.A., 1998

[8] Ștefan-Ionescu R., Chiru A., Rosescu A., Sistemele de frânare ale automobilelor. Situația actuală și perspective, Buletinul AGIR nr. 1/2014 ianuarie-martie

[9] ***https://www.4tuning.ro/istorie-auto/istoria-franelor-auto-de-la-par-si-piele-de-camila-la-discuri-de-carbon-26107.html

[10] *** https://www.4tuning.ro/tehnica-auto/totul-despre-tipurile-de-punti-si-suspensii-pe-care-le-au-masinile-noastre-21310.html

[11] *** http://www.agir.ro/buletine/2080.pdf

[12] *** https://autoexcello.wordpress.com/tag/macpherson/

[13] ***https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/transporturi/solutii-constructive-posibile-pentru-puntea-din-fata-mecanica-organe-de-masini-217731.html

[14] *** https://www.carsim.com/

[15] *** http://carsim.jp/category/1275944.html

[16] *** www.corneliugroup.ro

[17] *** http://docauto.ro/franele-cu-disc-pentru-automobile/

[18] *** http://www.e-automobile.ro/categorie-dinamica/41-sistem-abs-frane-auto.html

[19] *** https://en.wikipedia.org/wiki/CarSim

[20] *** http://www.keyfound.us/view/134448/CarSim%2B8.1%2BBuild%2B8141

[21] *** http://www.mec.tuiasi.ro/ro/images/OMM/Mecatronica%20Automobilului.pdf

[22] *** https://newpartsauto.wordpress.com/2012/07/07/sistemul-de-franare/

[23] *** https://newpartsauto.wordpress.com/2012/09/04/puntea-fata/

[24] *** http://www.referat.ro/referate/Sistemul_de_franare_e9714.html

[25] *** http://www.ultimatecarpage.com/img/Ford-Puma-ST160-8081.html