Sistemul Principal de Franare
CUPRINS
INTRODUCERE
Capitolul I
SISTEMUL PRINCIPAL DE FRÂNARE
1.1. Sistemul de frânare cu antrenare prin lichid
1.1.1. Construcția generală a sistemului de frânare cu antrenare prin lichid
1.1.2. Cilindrul principal de frânare
1.2. Sistemele de frânare cu antrenare pneumatică
1.2.1. Compresorul
1.2.2. Regulatorul de presiune
1.3. Construcția și funcționarea frânelor propriu-zise
1.3.1. Frânele cu tambur și saboți interiori
1.3.2. Frâne cu disc
1.3.3. Frâne suplimentare
1.4. Constructor mondial de produse pentru sistemul de frânare cu disc
1.5. Întreținerea sistemului principal de frânare
1.6. Sistemul de frânare ABS
1.6.1. Schema și funcționarea sistemului de frânare ABS
1.6.2. Avantajele sistemului de frânare ABS
Capitolul II
PERFORMANȚELE DE FRÂNARE ALE AUTOVEHICULELOR
2.1. Parametrii capacității de frânare a autovehiculului
2.1.1. Determinarea decelerației
2.1.2. Determinarea spațiului de frânare
2.1.3. Determinarea timpului de frânare
2.2. Calculul sistemului de frânare
2.2.1. Repartizarea forțelor de frânare între punțile autovehiculului
2.2.2. Valorificarea rezultatelor
2.2.3. Calculul frânei disc față
2.2.4. Verificarea dimensionării frânelor
2.2.5. Calculul termic a frânelor
2.3. Calculul și construcția mecanismului de acționare a sistemului de frânare
Capitolul III
ITINERARIUL DE FABRICAȚIE A DISCULUI DE FRÂNĂ
3.1. Analiza constructivă și funcțională a discului de frână
3.2. Alegerea materialului
3.3. Stabilirea formei, a dimensiunilor și a preciziei dimensionale
3.4. Alegerea semifabricatului
3.5. Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare mecanică prin așchiere
Capitolul IV
DIAGNOSTICAREA ȘI REPARAREA SISTEMULUI DE FRÂNARE
4.1. Simptomele și cauzele probabile ale defecțiunilor sistemelor de frânare
4.2. Imagini cu un atelier destinat expertizei sistemului de frânare
4.3. Controlul etanșeității cilindrului etrier
4.4. Controlul etanșeității servofrânei
4.5. Controlul jocului dintre garniturile de frână ale saboților și tamburul de frână spate
4.6. Demontarea, repararea și remontarea pompei centrale de frână
4.7. Demontarea, repararea și remontarea etrierului de frână față
4.8. Repararea discului de frână față
CONCLUZII – Modalități de creștere a calității sistemului de frânare
Bibliografie
INTRODUCERE
Sistemul de frânare are rolul:
– de a reduce viteza automobilului până la o valoare dorită sau chiar până la oprirea lui.
– de a imobiliza automobilul în staționare, pe un drum orizontal sau în pantă.
– de a menține constantă viteza automobilului în cazul coborârii unor pante lungi.
Frânele sunt cu atât mai eficiente cu cât distanța parcursă până la oprire este mai mică. Sistemul de frânare permite realizarea unor decelerații maxime de 6…6,5 m/s2 – pentru autoturisme și de 6 m/s2 – pentru autocamioane.
Condițiile ce trebuiesc îndeplinite de sistemul de frânare:
– să asigure o frânare sigură;
– să asigure imobilizarea automobilului în pantă;
– să fie capabil de anumite decelerații impuse;
– frânarea să fie progresivă, fără șocuri;
– efortul de a frâna autovehiculul să nu fie mult prea mare;
– frâna să acționeze în ambele sensuri de mișcare a autovehiculului;
– să aibă o construcție simplă și să fie ușor de întreținut;
– să se regleze ușor sau chiar automat;
– să poată evacua căldura degajată în timpul frânării.
Calitățile sistemului de frânare – eficacitatea, stabilitatea, fidelitatea, confortul.
Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea în valoare a performanțelor de viteză ale automobilului, deoarece de el depinde siguranța circulației la viteze mari.
Stabilitatea care constituie calitatea automobilului de menținere a traiectoriei în procesul frânării, depinde de tipul frânelor, natura și starea căii de rulare.
Fidelitatea este calitatea frânelor de a obține decelerații identice la toate roțile, pentru un efort de acționare determinat.
Confortul este calitatea care contribuie la creșterea securității circulației rutiere (progresivitatea fânării, eforturi reduse la pedală, absența zgomotelor și vibrațiilor).
Sistemul de frânare (Fig.I.1) trebuie să asigure decelerarea maximă a automobilului, permisă de aderență, cu condiția ca automobilul să rămână manevrabil, adică sistemul de direcție să poată realiza traiectoria comandată.
Conform legii circulației pe drumurile publice, autoturismele trebuiesc echipate cu două sisteme de frânare independente:
– sistemul de frânare de serviciu, care trebuie să acționeze pe toate roțile;
– sistemul de frânare de staționare, care trebuie să asigure frânarea sigură a automobilului staționat pe panta maximă.
Fig.I.1. Sistemul de frânare al unui autoturism
Fig.I.2. Ansamblu disc frână
Sistemele de frânare, după rolul pe care-l au, se clasifică astfel:
– sistemul principal de frânare, care se utilizează la reducerea vitezei de deplasare sau la oprirea automobilului. Datorită acționării, de obicei prin apăsarea unei pedale cu piciorul, se mai numește și frâna de picior.
– sistemul staționar de frânare sau frâna de staționare care are rolul de a menține automobilul imobilizat pe o pantă, în absența conducătorului, un timp nelimitat, sau suplinește sistemul principal în cazul defectării acestuia. Datorită acționării manuale, se mai numește și frâna de mână. Frâna de staționare este întâlnită și sub denumirea de frână de parcare sau de ajutor. Frâna de staționare trebuie să aibă un mecanism de acționare propriu, independent de cel al frânei principale. Decelerația recomandată pentru frâna de staționare trebuie să fie egală cu cel puțin 30% din decelerația frânei principale. În general frâna de staționare preia și rolul frânei de siguranță.
– sistemul suplimentar de frânare sau dispozitivul de încetinire care are rolul de a menține constantă viteza automobilului la coborârea unor pante lungi, evitând utilizarea îndelungată a frânelor. Acest sistem de frânare se utilizează în cazul automobilelor cu mase mari sau destinate special să lucreze în regiuni de munte, contribuind la micșorarea uzurii frânei principale și la sporirea securității circulației.
Sistemul principal de frânare se compune din frânele propriu-zise și mecanismul de acționare a frânelor.
După locul unde este creat momentul de frânare (de dispunere a frânei propriu-zise) se deosebesc: frâne pe roți și frâne pe transmisie.
După forma piesei care se rotește, frânele propriu-zise pot fi: cu tambur (radiale), cu disc (axiale) și combinate.
După forma pieselor care produc frânarea, se deosebesc: frâne cu saboți, frâne cu bandă și frâne cu discuri.
După mecanismul de acționare, frânele pot fi: cu acționare directă, pentru frânare folosindu-se efortul conducătorului; cu servomecanism, efortul conducătorului folosindu-se numai pentru comanda unui agent exterior care produce forța necesară frânării; cu acționare mixtă, pentru frânare folosindu-se atât forța conducătorului, cât și forța dată de un servomecanism.
CAPITOLUL I
SISTEMUL PRINCIPAL DE FRÂNARE
1.1. Sistemele de frânare cu antrenare prin lichid
1.1.1. Construcția generală a sistemului de frânare cu antrenare prin lichid, principiul de frânare. Destinația părților componente ale sistemului de antrenare cu lichid.
În prezent, la automobile, acționarea hidraulică a frânelor este cea mai răspândită, datorită următoarelor avantaje:
– repartizarea efortului de frânare între punți, proporțional cu greutatea ce le revine, se realizează foarte ușor;
– repartizarea uniformă a presiunii pe saboți;
– randament ridicat; construcție simplă și ușor de întreținut.
Principiul de funcționare se bazează pe transmiterea forței de acționare, exercitată de conducător asupra pedalei, lichidului închis în instalația sistemului și folosirea presiunii dezvoltate în masa lichidului pentru acționarea cilindrilor de frână.
Sistemele de acționare hidraulică pot fi: cu un circuit sau cu un circuit dublu (soluție generalizată în prezent).
Dezavantajele acționării hidraulice sunt:
– imposibilitatea realizării unui raport de transmisie ridicat;
– scoaterea din funcțiune a întregului dispozitiv de frânare în cazul spargerii unei conducte;
– scăderea randamentului transmisiei la temperaturi joase;
– pătrunderea aerului în circuitul hidraulic duce la mărirea cursei pedalei și reduce foarte mult eficiența frânării.
În general, sistemul de frânare al automobilului se compune din:
– dispozitivul de frânare;
– dispozitivul de încetinire;
– mecanismul de frânare;
– elementul de comandă.
Transmisia hidraulică a dispozitivului de frânare este compusă din următoarele elemente principale (Fig.1.1): cilindrul principal 1, cilindrul de lucru 2 și conductele de legătură 3 și 4. Elementul de comandă îl constituie cilindrul principal 1, care este o pompă hidraulică simplă, al cărei piston se acționează, printr-o tijă, de către pedala de frână 5. Lichidul sub presiune se transmite prin conductele 3 și 4 către frânele din față și din spate, acționând prin intermediul pistonașelor cilindrilor de lucru 2, saboții sau plăcuțele pe care se află garniturile de fricțiune. Pentru eliminarea aerului care eventual ar pătrunde în coloana de lichid, cilindrii de lucru sunt prevăzuți cu supape speciale destinate acestui scop. La apăsarea pedalei de frână se transmite o presiune egală la toți cilindrii de lucru, iar eforturile de acționare a frânelor depind de diametrele pistoanelor.
Fig.1.1. Schema de principiu a dispozitivului de frânare cu acționare hidraulică
În Fig.1.2 se prezintă schemele dispozitivelor de frânare cu transmisie hidraulică în cazul folosirii unui singur circuit pentru ambele punți (Fig.1.2,a) și în cazul a două circuite (Fig.1.2,b).
Fig.1.2. Schemele dispozitivului de frânare cu acționare hidraulică cu unul sau două circuite de frânare
1 – cilindru principal; 2 – pedală; 3 și 4 – conducte de legătură; 5 și 6 – cilindrii de frână
Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea în valoare a performanțelor de viteză ale automobilului. In practică, eficiența frânelor se apreciază după distanța pe care se oprește un automobil având o anumită viteză.
Pentru a rezulta spații de frânare cât mai reduse este necesar ca toate roțile automobilului să fie prevăzute cu frâne (frânare integrală). Efectul frânării este maxim când roțile sunt frânate până la limita de blocare.
Sistemul de frânare este compus din pompa centrală de frână, servofrâna și frânele cu disc, pentru roțile anterioare, respectiv frânele cu tambur, pentru roțile posterioare. In funcție de puterea motorului, automobilul poate fi echipat cu frâne cu disc și la roțile posterioare. Sistemul hidraulic de frânare este compus din două circuite, care funcționează în diagonală. Adică un circuit acționează frânele față dreapta/spate stânga și celălalt acționează frânele față stânga/spate dreapta. Prin aceasta, în cazul defectării unui circuit de exemplu din cauza neetanșeității, automobilul poate fi frânat prin intermediul celui de-al doilea circuit de frânare, nefiind afectată stabilitatea acestuia pe traiectoria de deplasare. Presiunea pentru ambele circuite de frânare este creată în pompa centrală de frână tandem, prin intermediul pedalei de frână.
Rezervorul de lichid de frână, care este dispus în compartimentul motorului, deasupra pompei centrale de frână, alimentează întregul sistem de frânare cu lichid de frână. Un nivel de lichid de frână prea scăzut în rezervor este indicat la automobile prin aprinderea unui bec de control în tabloul de bord. În orice caz, nivelul de umplere al rezervorului de lichid de frână ar trebui verificat în mod regulat.
Servofrâna la modelele cu motoare pe benzină utilizează o parte din vacuumul creat de motor în colectorul de aspirație. La acționarea pedalei die hidraulică în cazul folosirii unui singur circuit pentru ambele punți (Fig.1.2,a) și în cazul a două circuite (Fig.1.2,b).
Fig.1.2. Schemele dispozitivului de frânare cu acționare hidraulică cu unul sau două circuite de frânare
1 – cilindru principal; 2 – pedală; 3 și 4 – conducte de legătură; 5 și 6 – cilindrii de frână
Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea în valoare a performanțelor de viteză ale automobilului. In practică, eficiența frânelor se apreciază după distanța pe care se oprește un automobil având o anumită viteză.
Pentru a rezulta spații de frânare cât mai reduse este necesar ca toate roțile automobilului să fie prevăzute cu frâne (frânare integrală). Efectul frânării este maxim când roțile sunt frânate până la limita de blocare.
Sistemul de frânare este compus din pompa centrală de frână, servofrâna și frânele cu disc, pentru roțile anterioare, respectiv frânele cu tambur, pentru roțile posterioare. In funcție de puterea motorului, automobilul poate fi echipat cu frâne cu disc și la roțile posterioare. Sistemul hidraulic de frânare este compus din două circuite, care funcționează în diagonală. Adică un circuit acționează frânele față dreapta/spate stânga și celălalt acționează frânele față stânga/spate dreapta. Prin aceasta, în cazul defectării unui circuit de exemplu din cauza neetanșeității, automobilul poate fi frânat prin intermediul celui de-al doilea circuit de frânare, nefiind afectată stabilitatea acestuia pe traiectoria de deplasare. Presiunea pentru ambele circuite de frânare este creată în pompa centrală de frână tandem, prin intermediul pedalei de frână.
Rezervorul de lichid de frână, care este dispus în compartimentul motorului, deasupra pompei centrale de frână, alimentează întregul sistem de frânare cu lichid de frână. Un nivel de lichid de frână prea scăzut în rezervor este indicat la automobile prin aprinderea unui bec de control în tabloul de bord. În orice caz, nivelul de umplere al rezervorului de lichid de frână ar trebui verificat în mod regulat.
Servofrâna la modelele cu motoare pe benzină utilizează o parte din vacuumul creat de motor în colectorul de aspirație. La acționarea pedalei de frână, forța de apăsare este amplificată, prin intermediul unor supape. Deoarece la modelele cu motoare Diesel nu există depresiune în colectorul de aspirație, o pompă de vacuum montată în partea posterioară a chiulasei creează depresiunea necesară funcționării servofrânei. Pompa de vacuum este antrenată de către arborele cu came.
Frânele anterioare cu disc sunt dotate cu etriere mobile. În acest caz, pentru apăsarea plăcuțelor de frână pe disc este necesar un singur piston. La frâna posterioară cu disc există două etriere fixe. Pentru apăsarea plăcuțelor de frână, în cazul etrierului fix, este nevoie de două pistoane.
Plăcuțele de la frânele cu disc, cât și saboții de la frânele posterioare cu tambur se reglează automat, astfel încât reglarea frânei roților posterioare devine necesară doar în cazul în care la reparație s-a demontat sistemul de frânare.
Frâna de mână este acționată prin intermediul unor cabluri și acționează asupra roților posterioare (Fig.1.3). La modelele cu frâne cu disc la puntea posterioară, sunt montate tambure de frână suplimentare în discurile de frână pentru frâna de mână. Acest lucru este necesar deoarece frâna cu disc nu se dovedește a fi o frână de staționare eficientă.
Elementul principal este o pârghie, care, prin intermediul unor tije, acționează asupra unei frâne cu bandă sau disc, sau prin intermediul unor cabluri, direct asupra frânelor roților din spate.
Fig.1.3. Mecanism de acționare cu cablu a frânei de mână (de parcare), fixat pe suport de magneziu
Pentru menținerea frânei în stare acționată se prevede un sistem de blocare cu clichet. Cablul frânei de mână (Fig.1.4) este un cablu articulat ce folosește la transmiterea mișcării levierului de frânare de parcare către sistemul de frânare de parcare.
Fig.1.4. Cablul frânei de mână
1.1.2. Cilindrul principal de frânare
Pompa centrală sau cilindrul hidraulic principal constituie elementul de comandă al acționării hidraulice. Construcția ei depinde de numărul circuitelor de frânare, de tipul servomecanismului. În Fig.1.5 se reprezintă construcția pompei centrale folosite la acționarea hidraulică a frânelor de la roțile din față ale autocamioanelor ROMAN.
Pompa centrală este formată de corpul 1 în care este prelucrat cilindrul pompei, pistonul 16, rezervorul compensator cu lichid 3 (demontabil) cu capacul 4, prevăzut cu orificiul de aerisire, supapa dublă, formată din supapa de refulare 12 și supapa de reținere 11. Pistonul 16 are o construcție specială, având prevăzute niște canale care permit trecerea lichidului la revenire, și două garnituri: garnitura principală sau de pompare 14 și garnitura secundară de etanșare 17. Pistonul, la spate, este prevăzut cu șaiba de limitare 18 și cu inelul de siguranță 19. Pentru ca trecerea lichidului să nu fie blocată de garnitura 14, între acesta și capul pistonului se montează șaiba 15 (care dezlipește garnitura de piston în timpul cursei de revenire). Garnitura pistonului și supapa 11 au arcuri separate 6 și 13, ambele sprijinindu-se pe discul găurit 7.
Legătura dintre cilindrul pompei și rezervorul de compensare se realizează prin două orificii: 2 (compensator) și 5 (de egalizare). Orificiul 2 alimentează pompa cu lichid din rezervor, la revenirea pistonului, și permite evacuarea aerului din compartimentul pistonului. Orificiul 5 permite trecerea lichidului între cilindru și rezervor, atunci când are loc dilatarea lichidului și evacuarea aerului din pompa centrală.
Fig.1.5. Pompa centrală
La acționarea sistemului de frânare, pistonul 16 este deplasat spre dreapta, împingând lichidul. Arcul supapei 12 va ceda forței exercitate de lichid și va deschide supapa de refulare, iar lichidul va fi împins prin conducte. La încetarea efortului de frânare, dacă eliberarea pedalei se face lent, o dată cu deplasarea pistonului 16, sub acțiunea arcului 6, spațiul din fața pistonului se umple cu lichid reîntors prin conducte, ce deschide supapa de reținere 11 (ca urmare a revenirii arcurilor de la saboți). Dacă eliberarea pedalei se face brusc, deplasarea rapidă a pistonului spre stânga face ca în față să se formeze o depresiune. Ajutată de șaiba 15, garnitura 14 se dezlipește de piston, iar, prin canalele pistonului, lichidul trece din compartimentul pistonului și umple spațiul din fața pistonului. Prin supapa 8, se face aerisirea pompei, iar prin reducția 10, etanșată cu garnitura 9, legarea conductei de frână la corpul pompei.
În Fig.1.6 este reprezentată o pompă centrală în tandem cu două pistoane, pistonul 2 deservind circuitul frânelor roților din față, iar pistonul 5 circuitul frânelor roților din spate. Cele două pistoane se deplasează în cilindrul principal 1.
Fig.1.6. Pompa centrală în tandem utilizată la acționarea cu dublu circuit
1 – corp; 2 – piston primar; 3 – resort pentru pistonul primar; 4 – racorduri circuit față; 5 – piston secundar; 6 – resort pentru pistonul secundar; 7 – racord circuit spate; 8 – supapă dubla (refulare și reținere);
9 – supapă de purjare; 10 – racorduri de comunicare cu rezervorul de lichid frână; 11 – știfturi
1.2. Sistemele de frânare cu antrenare pneumatică
1.2.1. Compresorul
În general, la sistemele de frânare ale automobilelor se folosesc compresoare cu piston, cu o singură treaptă, mono sau bicilindrice. În Fig.1.7 este reprezentat compresorul monocilindric (cu capacitatea cilindrică de 213 cm3) utilizat la autocamioanele ROMAN. La coborârea pistonului 8, aerul este aspirat în cilindru, din atmosferă sau din galeria de aspirație a motorului, prin supapa de aspirație 2. La ridicarea pistonului, aerul este comprimat și refulat, prin supapa 1 și racordul D către rezervoarele de aer comprimat.
Fig.1.7. Construcția compresorului monocilindric
D – racord de refulare, S – racord de aspirație, 1 – supapa de presiune cu discuri, 2 – supapa de aspirație cu discuri, 3 – suportul pompei, 4 – arbore cotit, 5 – inel de etanșare radial, 6 – rulment, 7 – contragreutate, 8 – piston, 8 – biela, 10 – lagăr de alunecare
1.2.2. Regulatorul de presiune
Regulatorul de presiune are rolul de a menține în sistemul de conducte al sistemului de frânare presiunea prescrisă pentru orice regim de turație al compresorului. Regulatorul de presiune utilizat la autocamioanele ROMAN (Fig.1.8) are incluse în construcție un filtru de aer și un racord pentru umplerea cu aer comprimat a pneurilor automobilului. Aerul debitat de compresor intră în regulator prin orificiul L, după care este trecut prin filtrul de aer 7 și apoi trimis prin supapa de reținere 2 și racordul V spre rezervorul de aer comprimat.
Când presiunea aerului comprimat atinge valoarea de 7,3 bar, membrana 16 se ridică și permite aerului să pătrundă prin duza 14 spre pistonul 12. Pistonul coboară și deschide, supapa de suprapresiune 11, care descarcă în atmosfera aerul comprimat, prin racordul 10. Scăderea bruscă a presiunii din amonte de supapa de reținere 2 face ca aceasta să se închidă, împiedicând ieșirea în atmosferă a aerului comprimat din sistemul de frânare.
Dacă presiunea aerului comprimat din conducte scade sub valoarea prescrisă (6,2 bar la frânele cu două conducte și 4,8 bar la cele cu o conductă) presiunea de deasupra pistonului 12 scade, aerul iese prin duza de aerisire 13, iar membrana 16 închide duza 14. In acest caz, compresorul debitează aerul comprimat prin supapa de reținere direct spre rezervoare.
Pentru umplerea cu aer comprimat a pneurilor, se desface piulița-fluture 4 și se montează un furtun adecvat. La desfacerea piuliței se deschide în mod automat și supapa de umplere din racord.
Fig.1.8. Construcția regulatorului de presiune cu filtru
L – racordul de la compresor; V – racordul spre rezervoarele de aer comprimat;
1 – regulatorul de presiune; 2 – supapa de reținere; 3 – orificiu de trecere; 4 – piulița-fluture;
5 – distribuitor; 6 – intrarea I; 7 – filtru; 8 – arc de precomprimare; 9 – evacuarea;
– racord pentru evacuarea impurităților; 11– supapa de suprapresiune; 12 – piston de deconectare; 13 – duza de aerisire, 14 – duza membranei; 15 – intrarea II; 16 – membrană; 17 – racord pentru dispozitivele de declanșare
1.3. Construcția și funcționarea frânelor propriu-zise
1.3.1. Frânele cu tambur și saboți interiori
Părțile componente și principiul de funcționare. Datorită simplității lor, frânele cu tambur și saboți interiori sunt foarte răspândite la automobile. În Fig.1.9 este reprezentată schema de principiu a frânei cu tambur și saboți interiori a unei roți. Solidar cu roata 1, încărcată cu sarcina G, se află tamburul l care se rotește în sensul indicat pe figură cu viteza unghiulară ω. Saboții 3 sunt articulați în punctele 4 pe talerul frânei care nu se rotește cu roata, fiind fix.
La apăsarea pedalei 7, cama 6, prin intermediul pârghiei 8, se rotește și apasă saboții asupra tamburului 2. În această situație, între tamburi și saboți apar forțe de frecare ce vor da naștere la un moment de frânare Mf care se opune mișcării automobilului.
Sub acțiunea momentului Mf în zona de contact a roții cu drumul, ia naștere reacțiunea Fr îndreptată în sens opus mișcării. Tot în zona de contact apare reacțiunea verticală a drumului Zr.
Fig.1.9. Schema de principiu a frânei cu tambur și saboți interiori
În timpul frânării, datorită frecării ce ia naștere între tambur și garniturile frecare ale saboților, energia cinetică a automobilului se transformă în căldură. În momentul opririi apăsării asupra pedalei, arcul 5 readuce saboții în poziția inițială, iar frânarea încetează.
Tipuri de saboți utilizați la frânele cu tambur.
În Fig.1.10 sunt reprezentate forțele care acționează asupra unei frâne cu doi saboți simetrici 1 și 2, articulați la un punct comun fix 4. În timpul frânării, saboții apasă pe tamburul 4 cu forța S, care determină reacțiunile normale N1 și N2. Dacă tamburul se rotește cu viteza unghiulară ω forțele N1 și N2 ce apasă asupra suprafețelor de frecare, vor da naștere la două forțe de frecare F1 și F2 care, pentru saboți au sensul din figură, iar pentru tambur sens invers. Pentru simplificare, se consideră că atât reacțiunile normale N1 și N2, cât și forțele de frecare F1 și F2 sunt aplicate la jumătatea suprafețelor de frecare.
Față de punctul de articulație al sabotului 2, forța dă un moment de sens contrar momentului dat de forța S, micșorând apăsarea sabotului pe tamburul roții și reducând astfel efectul de frânare corespunzător forței S. Efectul de autoamplificare duce la mărirea forței N1 în comparație cu N2 deci și a lui F1 față de F2, pentru aceeași apăsare S a saboților. Datorită acestui fapt, la mersul corespunzător sensului indicat pe figură, sabotul 1 se va uza mai mult decât sabotul 2. Dacă se schimbă sensul de rotație, fenomenul se petrece invers.
Fig. 1.10. Forțele care acționează asupra saboților în timpul frânării
Sabotul care apasă mai mult asupra tamburului se întâlnește sub denumirea de sabot primar (activ), iar celălalt de sabot secundar (pasiv). Pentru a egaliza uzurile la cei doi saboți, se folosesc diverse soluții constructive, ca: forțe de apăsare mai mici sau garnituri de frecare de dimensiuni mai mari la sabotul primar față de cel secundar.
În funcție de natura și tipul reazemului saboților, frânele cu tambur și saboți interiori pot fi: cu saboți articulați și cu saboți flotanți. În cazul sabotului articulat, apropierea acestuia de tambur se realizează prin rotirea în jurul unui punct fix. Sabotul flotant se apropie de tambur printr-o mișcare compusă dintr-o rotație și o translație.
Tipuri uzuale de frâne cu tambur și saboți interiori.
Frâna simplex. Frâna simplex are în compunere un sabot primar și unul secundar, care pot fi articulați sau flotanți. În Fig.1.11, a este reprezentată frâna simplex la care ambii saboți 7 și 2 sunt articulați în reazemele 3 (saboți articulați). Indiferent de sensul de rotație, unul din saboți va apăsa mai mult asupra tamburului 6. Excentricele 4 și 5 servesc în reglarea jocului dintre saboți și tambur.
Saboții sunt apăsați pe tambur cu forțe egale S produse de acțiunea lichidului sub presiune asupra pistonașelor ce se găsesc în cilindrul 7.
La frâna simplex din Fig.1.11, b acționarea saboților 1 și 2 (articulați în reazemele 3) se face prin intermediul camei 4 cu forțele S1 și S2. În Fig.1.11, c este reprezentată frâna simplex la care ambii saboți 4 și 5 sunt articulați la un punct comun fix 6, prin intermediul a două pârghii articulate oscilante 1 și 2 (saboți flotanți). În acest caz, în timpul funcționării, capetele interioare ale saboților ocupă poziția în care întreaga lungime apasă pe tamburul 6, producându-se o uzare mai uniformă.
Fig. 1.11. Frâna simplex
a și b – cu saboți articulați; c – cu saboți flotanți
Frâna duplex. Frâna duplex are în compunere doi saboți primari care pot lucra ca saboți primari la rotația într-un singur sens (frâna uni-duplex) sau în ambele sensuri (duo-duplex).
Frâna duo-duplex (Fig.1.12) prezintă particularitatea că ambii saboți lucrează cu efect de autoamplificare (ca saboți primari) indiferent de sensul de rotație.
Fig.1.12. Frâna duplex
La frânare, pistoanele din cilindrii 5 și 6 apasă saboții 1 și 2 pe tamburul 4, iar aceștia, sub acțiunea forțelor de frecare, se deplasează pe direcția de rotație. Dacă sensul de rotație este cel indicat pe figură, atunci sabotul 1, sub acțiunea pistonului cilindrului 6 și a forței de frecare, se va sprijini pe opritorul 3. În același timp sabotul 2, sub acțiunea pistonului cilindrului 5 și a forței de frecare, se va sprijini pe opritorul 3. La rotația în sens invers, sabotul 1 se va sprijini în opritorul 3, iar sabotul 2 în opritorul 3.
Frâna servo. Frâna servo sau frâna cu amplificare are doi saboți primari, sabotul posterior fiind acționat de sabotul anterior. Datorită forțelor de frecare dintre sabotul anterior și tambur, forța de acționare a sabotului posterior este mai mare în comparație cu forța de acționare a sabotului anterior, în acest fel, momentul de frânare se mărește substanțial.
În cazul în care saboții sunt primari numai la mersul înainte, frâna poartă denumirea de uni-servo, iar în cazul în care saboții sunt primari pentru ambele sensuri de mers, frâna este întâlnită sub numele de duo-servo.
În Fig.1.13, a este reprezentată frâna uni-servo utilizată la roțile punții din față la unele autocamioane. Sabotul 4 este articulat la partea superioară în reazemul 2 și este acționat de sabotul 3, prin intermediul dispozitivului 8 de reglare a jocului. Datorită forțelor de frecare dintre sabotul 3 (acționat de pistonul cilindrului 6) și tamburul 1, forța cu care este acționat sabotul 4 este mai mare decât forța cu care este acționat sabotul 3. De asemenea, și momentul de frânare va fi mai mare.
Fig.1.13. Frâne servo
a – uni-servo; b –duo-servo;
1-tambur; 2-bolț pentru articulația sabotului 4; 3 și 4 – saboți; 5 și 7 – arcuri; 6 – cilindru receptor; 8-dispozitiv de reglare a jocului dintre saboți și tambur
Frâna duo-servo se caracterizează prin faptul că fiecare sabot îl acționează pe celălalt cu efect de servo acțiune, în funcție de sensul de rotație, ambii saboți lucrând ca saboți primari. Saboții 3 și 4 sunt legați în serie și acționați de la un cilindru hidraulic. La frânare, saboții se deplasează în sensul de rotație până când unul dintre ei ajunge cu capătul superior în opritorul 2. În funcție de sensul de rotație, sabotul 3 acționează sabotul 4 prin intermediul dispozitivului de reglare 8 sau sabotul 4 acționează sabotul 3.
În Fig.1.14 se prezintă dispozitivul pentru reglarea automată a jocului dintre saboți și tambur. La acționarea pedalei de frână, pistoanele cilindrului receptor deplasează saboții spre tambur, în aceste condiții, bieleta l (care este menținută în contact cu sabotul cu ajutorul arcului 5) se deplasează o dată cu sabotul spate acționând asupra pârghiei 2 și a sectorului dințat 3, deplasându-1 spre centru. Dacă jocul între garniturile saboților și tambur este mai mic, pârghia 2 rămâne angrenată cu sectorul 3, iar dacă jocul este mare, arcul 4 acționează sectorul dințat 3 pe angrenajul pârghiei 2, cu un dinte spre stânga. După eliberarea pedalei, saboții revin la poziția inițială, datorită bieletei 1 care îi ține îndepărtați.
Fig.1.14. Dispozitiv pentru reglarea automată a jocurilor dintre saboți și tambur
1.3.2. Frânele cu disc
Extinderea utilizării frânelor cu disc la automobile se explică prin numeroasele avantaje pe care le prezintă în raport cu frânele cu tambur, cele mai importante fiind: posibilitatea măririi suprafețelor garniturilor de frecare; distribuția uniformă a presiunii pe suprafețele de frecare și, drept consecință, uzarea uniformă a garniturilor și necesitatea reglării mai rare a frânei; suprafață mare de răcire și condiții bune pentru evacuarea căldurii; stabilitate în funcționare la temperaturi joase și ridicate; echilibrarea forțelor axiale și lipsa forțelor radiale; posibilitatea funcționării cu jocuri mici între suprafețele de frecare, ceea ce permite să se reduci timpul de intrare în funcțiune a frânei; înlocuirea ușoară a garniturilor de frecare realizează reglarea automată a jocului dintre suprafețele de frecare printr-o construcție mai simplă; nu produc zgomot în timpul frânării.
Frânele cu disc pot fi de tip deschis sau închis. Cele de tip deschis se utilizează mai ales la autoturisme, pe când cele de tip închis în special la autocamioane și autobuze.
Frâna cu disc deschisă. Frâna cu disc deschisă reprezentată în Fig.1.15, este compusă din discul 2 montat pe butucul roții 3 și din cadrul (suportul) 5 la care se găsesc pistoanele, prevăzute cu garniturile de fricțiune 1. Cadrul monobloc se montează flotant sau fix de talerul frânei, în cazul de față, cadrul este fixat rigid și prevăzut cu doi cilindri de acționare.
Fig.1.15. Frâna cu disc deschisă cu pistoane de acționare pe ambele fețe ale discului
La soluțiile la care cadrul 7 se montează flotant pe punte (Renault) există un singur cilindru de acționare, dispus numai pe una din fețele discului (Fig.1.16). În acest caz, cursa pistonului de acționare este dublă față de aceea de la frânele cu cadrul fix. Cadrul trebuie să fie suficient de robust spre a nu se deforma sub acțiunea unor forțe mari.
Această frână, datorită faptului că discul se dilată puțin în planul axial, permite ca jocul dintre disc și garniturile de fricțiune să fie menținut la valori mai mici decât la frânele cu tambur.
În general, frânele cu disc deschise nu posedă efect servo și prin urmare au o eficacitate slabă. Unele frâne cu disc deschise pot asigura un anumit efect servo, care este menținut însă la valori moderate.
Fig.1.16. Dispozitiv pentru reglarea automată a jocului la frâna cu disc
La frâna cu disc de la puntea din față a autoturismelor Dacia (Fig.1.17), cadrul monobloc (etrierul) 1 este flotant, putându-se deplasa față de discul 6. În orificiul etrierului se găsește pistonul 2, prevăzut cu garnitura 3, având rolul de etanșare și de readucere a pistonului în poziția inițială. Manșonul 4 împiedică pătrunderea impurităților. Discul 6 este fixat cu șuruburi de butucul roții, rotindu-se o dată cu acesta.
La apăsarea pe pedala de frână, lichidul pătrunde în cilindrul etrierului și deplasează pistonul 2, care, la rândul său, apasă garnitura de frecare 7 pe disc. În același timp se produce și o deplasare laterală a etrierului astfel încât și a doua plăcuță de frână 5 va fi apăsată pe disc. Datorită frecării dintre cele două plăcuțe și disc ia naștere forța de frânare ce se distribuie în așa fel, încât asigură o uzare uniformă a garniturilor de fricțiune.
Fig.1.17. Funcționarea frânei cu disc de la autoturismele Dacia
Frâna cu disc închisă. Acest tip de frână, față de frâna cu disc deschisă, prezintă avantajul unei bune protejări împotriva pătrunderii apei și murdăriei, putând fi ușor ermetizată. Aceste frâne pot fi cu sau fără efect servo. În Fig.1.18 este reprezentată frâna cu disc închisă, cu efect servo, utilizată la automobile. Ea se compune din carcasa 5, fixată pe butucul roții, discurile 1 și 2 (cu garnituri de fricțiune), bilele 3 și cilindrii de acționare 4. În timpul frânării, discurile de fricțiune 1 și 2 sunt apăsate pe carcasa rotitoare 5. Corpul cilindrului de lucru este fixat pe discul 2, iar tija pistonului se reazemă pe discul 1. La frânare, când discul 1 se deplasează în raport cu discul 2, bilele 3 se deplasează pe planurile înclinate în partea mai îngustă a șănțulețelor, distanțând discurile și obligându-le să apese cu garniturile de fricțiune pe carcasa rotitoare. Frâna este prevăzută cu un dispozitiv de reglare automată a jocului dintre suprafețele de frecare.
Fig.1.18. Frâna cu disc închisă utilizată la automobile
a – părți componente; b – principiul de funcționare
Frânele cu disc închise, având suprafețele de fricțiune foarte mari, prezintă avantajul unei uzuri foarte reduse, datorită lucrului mecanic specific de frecare foarte mic. De asemenea, regimul termic este mai scăzut decât la o frână cu saboți, echivalentă din punctul de vedere al performanțelor.
1.3.3. Frânele suplimentare
La autovehiculele cu masă mare, destinate transportului urban, cu opriri dese, sau circulației pe drumuri de munte – unde trebuie să coboare pante lungi – este necesar să se prevadă frâne suplimentare (dispozitive de încetinire), care să permită scăderea gradului de solicitare a frânelor de serviciu. După principiul de funcționare, aceste frâne pot fi: de motor, electrodinamice și hidrodinamice. Fiind mai simplă din punct de vedere constructiv, se utilizează mai mult frâna de motor.
Frâna de motor. În Fig.1.19 este reprezentată schema de principiu a frânei de motor utilizată la autocamioane și autobuze. Această frână produce obturarea galeriei de evacuare cu ajutorul unei clapete, concomitent cu blocarea admisiei combustibilului, ceea ce face ca motorul să funcționeze ca un compresor, producând frânarea automobilului prin intermediul transmisiei. Frâna este prevăzută cu doi cilindri, legați în paralel: cilindrul 1 pentru acționarea clapetei de obturare 2, iar cilindrul 10 pentru blocarea admisiei combustibilului, fiind acționați pneumatic de la supapa de aerisire 7.
Fig.1.19. Schema frânei de motor la autocamioane și autobuze
cilindru pentru acționarea clapetei din galeria de evacuare; 2 și 3 – pozițiile clapetei de obturare; 4 – racord de la compresor; 5 – rezervor de aer comprimat; 6 – sursa de energie electrică; 7 – supapă de aerisire; 8 – clemă; 9 – tijă către pedala de accelerație; 10 – cilindru pentru blocarea combustibilului; 11 – poziția închis; 12 – poziția deschis; 13 – pompa de injecție
Frâna hidrodinamică sau retarder. Acest tip de frână are, față de celelalte sisteme de frânare, cea mai mare putere specifică de frânare. Frâna hidrodinamică formată numai din pompă și din stator constituie frâna hidraulică sau retarder care funcționează ca un hidroambreiaj la care turbina este blocată. Energia de frânare transformată în energie calorică înmagazinată în ulei, poate fi ușor evacuată prin trecerea uleiului prin schimbătoare de căldură.
Frâna electromagnetică se recomandă pentru automobilele și autotrenurile cu masă mare, mai ales dacă instalația electrică a acestora include un generator de curent alternativ. De asemenea, frâna electromagnetică se utilizează și la punțile remorcilor sau semiremorcilor cu sarcină utilă mare. Acționarea acestor dispozitive este simplă și poate fi automatizată.
Frânele electromagnetice mai răspândite sunt de două tipuri: cu indusul sub formă de disc și cu indusul sub formă de tambur (clopot).
1.4. Constructor mondial de produse pentru sistemul de frânare cu disc
Materiale utilizate în construcția sistemului de frânare:
a) Discul de frână din fontă cenușie simplă sau aliată, din tablă ambutisată de oțel;
b) Garniturile de fricțiune se execută din ferodou;
c) Niturile de fixare se execută din cupru sau alamă.
În prezent se folosește și metoda de lipire a garniturii de fricțiune, având avantajele:
– suprafața de frecare este mai mare cu 7-15%;
– garniturile se pot utiliza până la o uzură egală aproape cu grosimea lor;
– lipsesc vibrațiile la frânare;
– durată de folosire a tamburului crește cu până la 20-100%.
d) Cilindrii pompelor centrale și ai pompelor receptoare ale mecanismului de acționare hidraulică se execută din fontă cenușie.
e) Pistoanele pompelor centrale ale pompelor receptoare se toarnă din aliaj de aluminiu.
Ferodo este una dintre cele mai cunoscute mărci, un lider în domeniul elementelor de fricțiune pentru sisteme de frânare, care este integrat acum în grupul de renume mondial, Federal-Mogul, producător de elemente de fricțiune. Dezvoltând tehnologii la scară cu adevărat globală, atât pentru clienții OE cât și Aftermarket, renumitele mărci Federal-Mogul, care includ Ferodo, Abex, Beral și Necto, oferă soluții de frânare pentru pretențioșii specialiști auto din ziua de azi. Această varietate deosebită de produse, pe lângă care există și celelalte produse de calitate superioară Ferodo – discuri de frână, saboți de frână, accesorii, componente hidraulice și lichide de frână – reprezintă cea mai bună alegere, indiferent de cerințele legate de frânare.
1.5. Întreținerea sistemului principal de frânare
Întreținerea sistemului de frânare cu acționare hidraulică comportă următoarele etape:
a) Se verifică etanșeitatea instalației hidraulice;
b) Se verifică și se completează nivelul lichidului din rezervorul pompei centrale;
c) Se verifică și se reglează jocul dintre tija și pistonul pompei centrale;
d) Se evacuează aerul din instalație (dacă există);
e) Se verifică uzura garniturilor de fricțiune;
f) Se reglează frâna de mână.
a) Controlul etanșeității instalației se poate face prin urmărirea nivelului lichidului în rezervorul pompei centrale și urmărirea presiunii în instalație. Urmărirea nivelului lichidului în rezervorul pompei centrale la frânări repetate pe loc dă posibilitatea de a se constata eventualele neetanșeități ale instalației. La apăsarea pedalei de frână nivelul lichidului din pompa centrală scade cu 3-6 mm, fiind proporțional cu jocul dintre placheți și disc. Dacă nivelul scade și mai mult se urmăresc canalizațiile, racordurile flexibile, pompa centrală, cilindrii receptori în scopul depistării locului în care se produc pierderi.
b) Nivelul lichidului din rezervor trebuie să fie cuprins între intervale de minim și maxim. Datorită uzurilor în timpul exploatării nivelul lichidului scade. Lichidul de frână se înlocuiește la doi ani. Culoarea maronie sau cenușie a lichidului indică degradarea în timp prin supraîncălzire, în acest caz lichidul trebuie schimbat.
c) Jocul dintre tija și pistonul pompei centrale trebuie să se încadreze în limitele prescrise.
d) La înlocuirea lichidului de frână în instalație pătrunde aer care trebuie eliminat. Pentru evacuarea aerului din instalație se deșurubează aerisitorul și se apăsă de câteva ori pedala de frână, evacuându-se atât aer cât și lichid de frână. Se completează cu lichid de frână în rezervorul pompei centrale. Această operație se repetă pentru toate roțile autovehiculului, începându-se de obicei cu roata cea mai îndepărtată de pompa centrală.
1.6. Sistemul de frânare ABS
În a doua parte a secolului XX producția de autovehicule s-a dezvoltat foarte mult prin construcția unor motoare foarte puternice, care sunt capabile să realizeze accelerații și viteze foarte mari ale mașinilor. Din această cauză a apărut necesitatea conceperii unor sisteme moderne, care să facă mai sigură circulația pe drumurile publice. Paralel cu aceste sisteme de securitate s-au dezvoltat și sistemele pentru confortul pasagerilor și bineînțeles sistemele pentru managementul motorului, care au asigurat forțe și performanțe și mai mari ale motoarelor. Totalul sistemelor clasice și mecatronice formează autovehiculul mecatronic.
Unul dintre cele mai importante dintre aceste sisteme mecatronice este sistemul de frânare cu ABS, care face posibilă oprirea autovehiculelor în condiții de siguranță. Denumirea ABS vine de la Anti-Lock Braking System (sistem de frânare cu anti-blocare).
Compania germană Robert Bosch GmbH (cunoscută popular Bosch) dezvoltă tehnologia ABS din anii 1930, dar primele automobile de serie care să folosească sistemul electronic Bosch au fost disponibile în 1978. Au apărut prima dată pentru camioane și limuzine germane Mercedes-Benz. Ulterior sistemele au fost portate și pentru motociclete.
Sistemul de frânare ABS a jucat un rol foarte important în creșterea siguranței active a automobilului. Cel mai mare avantaj al ABS-ului față de sistemul de frânare convențional este că la o frânare puternică, pe un carosabil alunecos, evitând deraparea, sistemul de frânare ABS face ca vehiculul să poată efectua viraje și schimbări de direcție în timpul frânarii, respectiv poate să reducă distanța de frânare în anumite condiții nefavorabile (de exemplu: pe zăpadă sau pe gheață având cauciucuri de iarnă cu lanțuri), mașina adaptându-se la condițiile de trafic și de drum. Totuși, nu trebuie să ne așteptăm ca ABS-ul să scurteze distanța de frânare în orice condiții de drum. Când conducem pe criblură, nisip sau mai ales zăpadă proaspătă depusă pe un strat de gheață, mașina trebuie condusă mai încet și cu multă grijă, pentru că distanța de oprire poate să fie mult mai mare.
1.6.1. Schema și funcționarea sistemului de frânare ABS
Sistemul de frânare ABS este compus din senzori, o unitate ECU, o unitate HCU și din actuatori hidraulici. Cei 4 senzori, câte unul pe fiecare roată (sunt variante în care la roțile din spate se pune doar un singur senzor, mai ales când acestea sunt roțile motoare) au rolul de a măsura turația roților și de a trimite informațiile obținute la o unitate centrală ECU (Electronic Control Unit).
Unitatea ECU are rolul de a prelucra aceste informații și de a trimite altele, obținute din cele prelucrate, către unitatea HCU (Hydraulic Control Unit). Această unitate are rolul de a scade (pentru o secvență și la perioade de timp bine stabilite) presiunea uleiului, în acel circuit de frânare, de la care informațiile trimise de senzori, către ECU, au fost diferite față de cele prestabilite a fi corecte, printr-un actuator hidraulic. Unitatea HCU va efectua această operație până când unitatea ECU va primi, de la senzori, informații diferite față cele prestabilite a fi corecte.
Fig.1.20. Schema de distribuție (în plan) a sistemului de frânare ABS
Fig.1.21. Unitatea de comandă (ECU + HCU)
Sistemul de frânare ABS nu funcționează decât la o viteză mai mare de 7 km/h. La o frânare bruscă, atunci când turația uneia dintre roți atinge un anumit nivel minim, care este prea scăzută fața de viteza mașinii și roata tinde să se blocheze, presiunea de la frânele aferente scade cu ajutorul actuatorului hidraulic comandat de unitatea de control HCU (pentru o secvență și la perioade de timp bine stabilite).
La cealaltă variantă constructivă, cu 3 senzori (cu un singur senzor la roțile din spate), la roțile din față această presiune este reglată separat la fiecare dintre ele, iar la roțile din spate împreună. Efectul frânării în același timp pentru ambele roți din spate face ca stabilitatea mașinii să fie menținută cât mai mult posibil (exclusiv momentele când una dintre roțile din spate părăsește șoseaua, din cauza unui carosabil accidentat, blocându-se și ABS-ul slăbește frânarea pentru o fracțiune de secundă și pentru roata cealaltă). Unitatea ECU începe să preia informațiile de la senzorii roților și să le prelucreze, din momentul apăsării pedalei de frână.
Dacă intervine vreun defect în funcționarea sistemului ABS, pe bordul mașinii se aprind unul sau două becuri de semnalizare.
Fig.1.22. Componentele sistemului de frânare ABS
1- becul de semnalizare; 2 – senzorii spate-stânga și spate-dreapta; 3 – unitatea de control; 4 – senzorii față-stânga și față-dreapta
Vehiculele echipate cu ABS pot fi prevăzute și cu un sistem EDL (Electronic Differential Lock). Sistemul EDL înlesnește accelerarea și urcarea vehiculului pe o pantă abruptă în condiții nefavorabile. Acest sistem funcționează total automat, șoferul nefiind obligat să acționeze nici un buton de pe bordul mașinii. Sistemul EDL folosește ca elemente de preluare a informațiilor senzorii sistemului ABS. Dacă la o viteză mai mare de 40 km/h apare o diferență de turație dintre roțile tractoare, mai mare de 100 rpm (ceea ce înseamnă aproximativ 1/3 din turația normală a roții la această viteză), deci apare patinarea uneia dintre roți din cauza unei părți de carosabil alunecos, sistemul EDL reduce turația roții care patinează prin acționarea ABS-ului asupra acestuia și în consecință prin intermediul diferențialului aplică o forță de tracțiune mai mică pe roata cealaltă. Din cauza funcționării sistemului EDL, prin frânarea uneia dintre roțile tractoare (cea care patinează), acesta are în vedere că în cazul unor patinări dese ale aceleiași roți, acesta se auto-decuplează pentru perioade scurte de timp, evitând astfel supraîncălzirea elementelor de frânare (discuri și plăcuțe de frână). Având în vedere acest lucru, se recomandă conducătorilor auto să evite accelerările bruște și dese în condițiile unui carosabil alunecos, și mai ales când există posibilitatea ca amândouă roțile tractoare să patineze cu aproximativ aceeași turație, când nici EDL-ul nu poate ajuta.
1.6.2. Avantajele sistemului de frânare ABS
Avantajele sunt:
– împiedică blocarea de lungă durată a roților;
– controlul asupra direcției la frânare puternică;
– protejarea cauciucurilor;
– asigură aderența roților pe șosea (dacă amortizoarele sunt bune);
– oprirea în condiții de siguranță și scurtarea distanței de frânare;
– destinderea șoferului în timpul conducerii (siguranța activă);
– evitarea derapării în cazul frânării pe carosabil umed sau alunecos;
– reduce distanța de frânare în condiții defavorabile de drum (acoperit cu zăpadă).
Tehnologia modernă are un rol foarte important în dezvoltarea autovehiculelor și a diferitelor sisteme mecatronice, dar sunt unele cazuri rare, când nici sistemul de frânare ABS și nici alte sisteme de securitate nu pot asigura siguranța maximă. În aceste cazuri extreme (viteze foarte mari, condiții de drum și de trafic foarte rele) trebuie să conducem prudent, adaptându-ne la condițiile de trafic și de drum. Totodată, conducând o mașină cu ABS pe un drum accidentat (cu gropi sau denivelări) și amortizoare uzate, când roțile pot să părăsească suprafața șoselei, trebuie să avem în vedere faptul că ABS-ul va mări distanța de frânare.
CAPITOLUL II
PERFORMANȚELE DE FRÂNARE ALE AUTOVEHICULELOR
Frânarea este procesul prin care se reduce parțial sau total viteza autovehiculului. Ea se realizează prin generarea în mecanismele de frânare ale roților a unui moment de frânare ce determină apariția unei forțe de frânare la roți îndreptată după direcția vitezei autovehiculului, dar de sens opus ei.
Aprecierea și compararea capacității de frânare a autovehiculului se face cu ajutorul decelerației maxime absolute af sau relative df, a timpului de frânare tf și a spațiului minim de frânare Sf, în funcție de viteza inițială a autovehiculului.
Pentru determinarea acestor mărimi găsim în literatura de specialitate relații analitice de calcul care se referă la un autovehicul la care repartiția forțelor de frânare este ideală, adică decelerațiile relative realizate de fiecare punte au mărimi egale. Deoarece acest lucru se întâmplă în realitate doar în cazuri particulare, în construcția sistemelor de frânare sunt introduse dispozitive de reglare a forței de frânare pe punți în funcție de sarcina dinamică (sau statică). Astfel s-a introdus pe scară internațională (Regulamentul ECE-ONU nr.13 seria de amendamente 05) diagrama privind repartizarea forțelor de frânare pe punți în condiții de compatibilitate pentru elementele constructive și de utilizare ale autovehiculului.
Îndeplinirea acestor condiții, reglementate la noi prin STAS 11960-89, este obligatorie și pentru faza de predimensionare dinamică a autovehiculului, reprezentând criteriile de apreciere a capacității de frânare prin performanțele de frânare.
Normativele privitoare la capacitatea de frânare, cu valabilitate în țara noastră, acordă atenție deosebită eficacității dispozitivelor de frânare evaluate pe baza spațiului de frânare. În Tabelul 2.1 sunt prezentate performanțele de frânare ale sistemelor de frânare ale autovehiculelor din categoriile M și N.
Tabelul 2.1. Performanțe ale sistemelor de frânare ale autovehiculelor STAS 11960-89
Pentru acest proiect vom alege pentru puntea față și spate a unui autoturism cu caroseria tip limuzină, cu viteza maximă constructivă v = 185 km/h, frâne pe disc ventilate, de tip deschis (Fig.2.1).
Fig.2.1. Frână pe disc ventilat
Pentru autoturismul din tema de proiectare se vor determina principalele mărimi de performanță pentru capacitatea de frânare, valorile mărimilor de calcul fiind date în Tabelul 2.2.
Tabelul 2.2. Parametrii de calcul ai autoturismului
2.1. Parametrii capacității de frânare a autovehiculului
Parametrii ce caracterizează frânarea autovehiculului sunt: decelerația, spațiul și timpul de frânare. Pentru aprecierea capacității de frânare, respectiv a posibilităților maxime, se folosesc decelerația maximă și spațiul minim de frânare.
La frânarea cu ambreiajul decuplat, ecuația diferențială a mișcării este:
(2.1)
unde: af – decelerația maximă absolută;
– coeficientul de influență al maselor aflate în rotație la frânarea cu motorul decuplat;
ma – masa autoturismului ;
Ff –forța de frânare;
R – suma rezistențelor la înaintarea autoturismului.
Acest parametru se exprimă uneori în procente:
După cum se observă din Fig.2.2, procesul de frânare poate fi împărțit în patru etape caracterizate de timpii t1, t2, t3, t4:
t1 – timpul de reacție al conducătorului din momentul sesizării necesității frânării până la începerea cursei utile a pedalei de frână;
t1’ – timpul în care conducătorul percepe apariția obstacolului și ia hotărârea de a frâna;
t1’’ – timpul necesar mutării piciorului pe pedala de frână;
t2 – timpul de răspuns al dispozitivului de frânare (timpul total de intrare în acțiune a dispozitivului de frânare);
t2’ – timpul din momentul apăsării pe pedala de frână până la începerea acțiunii de frânare;
t2’’ – în acest interval decelerația crește de la zero la valoarea maximă;
t3 – timpul de frânare propriu-zis cu menținerea forței de frânare la o valoare constantă;
t4 – timpul de la slăbirea pedalei până la anulare.
Acest indice nu prezintă importanță mare, parametrul de bază al capacității de frânare fiind spațiul minim de frânare.
Fig.2.2. Procesul de frânare
La frânarea cu motorul nedecuplat, decelerația absolută afm este dată de relația:
(2.2)
unde: Ffm – forța de frânare datorată motorului.
Frânarea cu motorul nedecuplat este mai eficace decât cea cu motorul decuplat deoarece afm af. De aici rezultă că nu întotdeauna este rațional să se frâneze cu motorul nedecuplat, ci de la caz la caz, de la o anumită viteză.
În practica conducerii autoturismelor este indicat să se folosească întotdeauna frânarea cu motorul nedecuplat, deoarece inerția volantului și a celorlalte piese acționează ca un regulator al forței de frânare dezvoltate la roți și menține stabilitatea autoturismului în procesul frânării.
2.1.1. Determinarea decelerației
a) Cazul în care frânează roțile ambelor punți
Decelerația maximă, în cazul în care frânează roțile ambelor punți, se obține atunci când toate roțile ajung simultan la limita de aderență. Decelerația maximă obținută în aceste condiții poartă denumirea de decelerație maximă posibilă sau decelerație maximă ideală și se exprimă prin relația:
(2.3)
unde: g = 9,81 m/s2 – accelerația gravitațională;
– unghiul de înclinare longitudinală a drumului (pentru un drum orizontal ;
– coeficientul de aderență a drumului.
Se obține în acest caz:
b) Cazul în care frânează numai roțile punții din față
Decelerația maximă, în cazul în care frânează numai roțile punții din față, se obține atunci când roțile frânate ajung la limita de aderență, în timp ce roțile punții din spate rulează liber. Decelerația maximă obținută în aceste condiții se exprimă prin relația:
(2.4)
unde: b – distanța pe orizontală de la centrul de greutate la puntea spate;
– înălțimea centrului de greutate al autovehiculului;
L – ampatamentul autovehiculului.
Se obține în acest caz:
c) Cazul în care frânează numai roțile punții din spate
Decelerația maximă, în cazul în care frânează numai roțile punții din spate, se obține atunci când roțile frânate ajung la limita de aderență, în timp ce roțile punții din față rulează liber. Decelerația maximă obținută în aceste condiții se exprimă prin relația:
(2.5)
unde: a – distanța pe orizontală de la centrul de greutate la puntea față.
Se obține în acest caz:
2.1.2. Determinarea spațiului de frânare
Spațiul de frânare determină în modul cel mai direct calitățile de frânare în strânsă legătură cu siguranța circulației.
La frânarea ambelor punți spațiul minim de frânare obținut când roțile ajung simultan la limita de aderență se numește spațiu minim posibil de frânare și se determină în cazul frânării între vitezele V1 și V2 cu relația:
(2.6)
În cazul frânării până la oprire V2 = 0 pe un drum orizontal relația de calcul este:
(2.7)
În relațiile (2.6) și (2.7) viteza se introduce în km/h.
Pentru autoturismul din tema proiectului spațiul de frânare până la oprire corespunzător unei viteze inițiale V1= 185 km/h este:
Din relația spațiului minim de frânare până la oprirea autovehiculului rezultă că acesta este proporțional cu pătratul vitezei inițiale. În cazul în care viteza crește cu 22,5% viteza crește cu 50%. De asemenea, asupra spațiului minim de frânare o influență mare o are și coeficientul de aderență. Astfel, pentru un drum orizontal, scăderea coeficientului de aderență cu 30% determină creșterea spațiului minim de frânare cu 43%.
2.1.3. Determinarea timpului de frânare
Timpul de frânare prezintă importanță mai ales în analiza proceselor de lucru ale dispozitivelor de frânare și mai puțin este utilizat pentru aprecierea capacității de frânare a autovehiculelor.
La frânarea ambelor punți timpul de frânare poartă denumirea de timp minim posibil de frânare și se determină în cazul frânării între vitezele V1 și V2 cu relația:
(2.8)
În cazul frânării până la oprire V2 = 0 pe un drum orizontal relația de calcul este:
(2.9)
În relațiile (2.8) și (2.9) viteza se introduce în km/h.
Pentru autoturismul din tema proiectului timpul minim posibil de frânare până la oprire corespunzător unei viteze inițiale V1= 185 km/h este:
2.2. Calculul sistemului de frânare
2.2.1. Repartizarea forțelor de frânare între punțile autovehiculului
Considerând autovehiculul în mișcare rectilinie frânată în condițiile în care forțele de frânare la roți ating simultan limita aderenței (caz ideal), reacțiunile normale la punți (Fig.2.3) au următoarele expresii:
pentru puntea față (2.10)
pentru puntea spate (2.11)
unde: Ga, G1, G2 sunt greutatea autovehiculului, respectiv greutățile statice repartizate punții din față sau din spate;
– înălțimea centrului de greutate al autovehiculului;
L – ampatamentul autovehiculului;
– coeficientul de aderență a drumului.
În cazul în care performanța de frânare impune realizarea unei anumite decelerații relative df, relațiile de mai sus devin:
pentru puntea față (2.12)
pentru puntea spate (2.13)
Fig.2.3. Determinarea reacțiunilor și a momentelor de frânare
Corespunzător relațiilor (2.10) și (2.11) se obțin reacțiunile tangențiale maxime la frânare sub forma:
; (2.14)
În acest caz forța tangențială specifică de frânare – sau coeficientul de utilizare a aderenței – este:
pentru puntea din față (2.15)
pentru puntea din spate (2.16)
Notând cu iF raportul de repartizare a forței de frânare pe puntea din față și cu iS raportul de repartizare a sarcinii statice pe puntea din față , coeficienții de utilizare a aderenței rezultă sub forma:
pentru puntea din față (2.17)
pentru puntea din spate (2.18)
Din expresiile celor doi coeficienți de utilizare a aderenței la frânare se constată următoarele:
dacă ζ1 > ζ2 la frânare roțile punții din față ating limita aderenței înaintea celor din spate, respectiv la frânare roțile punții din față sunt suprafrânate față de roțile punții din spate;
dacă ζ1 = ζ2 la frânare roțile ambelor punți ating simultan limita aderenței;
dacă ζ1 < ζ2 la frânare roțile punții din spate ating limita aderenței înaintea celor din față, respectiv la frânare roțile punții din spate sunt suprafrânate față de roțile punții din față.
Pentru autoturismul din tema proiectului coeficienții de utilizare a aderenței la frânare rezultă sub forma:
– pentru puntea față
;
– pentru puntea spate
Concluzie: deoarece ζ1 > ζ2 înseamnă că la frânare roțile punții din față ating limita aderenței înaintea celor din spate, respectiv la frânare roțile punții din față sunt suprafrânate față de roțile punții din spate.
2.2.2. Valorificarea rezultatelor
În Fig.2.4 se prezintă, în forma în care se regăsesc în normativele elaborate de CE, valorile admise pentru coeficienții de utilizare a aderenței ζ1 și ζ2 pentru autoturisme (categoria M1 de automobile din STAS 11960-89).
Pentru aceste autovehicule se impune încadrarea coeficienților de utilizare a aderenței în culoarul (2.19)
Fig.2.4. Valorile admise pentru coeficienții de utilizare a aderenței la autoturisme
Pentru toate stările de încărcare ale autovehiculului, curba de aderență utilizată la puntea din față ζ1 trebuie să se găsească deasupra celei pentru puntea din spate ζ2.
Normativele enumerate mai sus admit o inversare a curbelor de aderență utilizată în zona cu condiția ca această curbă de aderență pentru puntea din spate să nu depășească cu mai mult de 0,05 dreapta de ecuație , denumită dreapta de echiaderență.
2.2.3. Calculul frânei disc față
La calculul frânei disc deschise se pleacă de la ipoteza că presiunea exercitată asupra garniturii de fricțiune este uniformă. În Fig.2.5 se reprezintă forțele care solicită frâna cu disc de tip deschis și principalii parametri geometrici.
Fig.2.5. Schema de calcul pentru frâna cu disc deschisă
Ținând seama de definiția raportului de transmitere interior al frânelor, rezultă:
(2.20)
unde: U – forța de frecare dintre plăcuțe și disc;
S – forța care acționează asupra plăcuțelor de frână;
– coeficientul de frecare dintre plăcuțe și discul frânei.
În mod corespunzător sensibilitatea frânei se obține conform definiției prin derivarea relației raportului de transmitere C în raport cu coeficientul de frecare, adică:
(2.21)
Frâna cu disc se caracterizează printr-o sensibilitate constantă și relativ mică, comparativ cu frâna cu saboți. Raportul de transmitere interior al frânei cu disc deschise se încadrează în intervalul C = (0,5…0,65).
Momentul de frecare al frânei rezultă din relația:
(2.22)
în care: α – unghiul central în care se încadrează garnitura de fricțiune; de regulă .
re – raza exterioară re = 14 cm; ri – raza interioară; ri =(0,6…0,75)re;
Deoarece repartizarea presiunii pe garniturile de fricțiune este uniformă se alege de obicei produsul .
Se obține astfel momentul de frecare al frânei:
Pentru presiunea de contact dintre plăcuța de fricțiune și disc rezultă: .
Pentru calculul forței de apăsare aleg o frână disc servo prezentată în Fig.2.6:
Fig.2.6. Calculul forței de apăsare
Reacțiunea N se calculează cu relația:
(2.23)
de unde se obține:
Echilibrul forțelor pentru montajul servo este:
; (2.24)
unde: – coeficient de frecare dintre plăcuță și cilindru.
2.2.4. Verificarea dimensionării frânelor
Unul dintre parametrii de apreciere a solicitării frânelor îl constituie puterea specifică disipată de garnitura de fricțiune.
Puterea de frânare necesară la frânarea unui autovehicul de masă de la viteza Vmax până la oprire cu decelerația dfmax este dată de relația:
(2.25)
iar puterea specifică de frânare este:
(2.26)
Verificarea se face pe fiecare punte având în vedere distribuirea forței de frânare exprimată prin coeficienți cu relațiile:
(2.27)
unde: A1, A2 – reprezintă suprafețele garniturilor de fricțiune ale punții față și respectiv spate;
pentru puntea față –
pentru puntea spate –
Ga = 15941,25 N – greutatea totală a autovehiculului încărcat;
g = 9,81 m/s2 – accelerația gravitațională;
dfmax = 7,85 m/s2 – decelerația maximă a autovehiculului la frânare;
1, 2 – coeficienții de repartiție a forțelor de frânare pe punți; 1 = 0,75; 2 = 0,25.
Se obține:
Limitele uzuale pentru puterea specifică pentru frânele cu disc sunt .
Durabilitatea garniturilor de frecare se apreciază cu ajutorul lucrului mecanic specific de frânare dat de relația: (2.28)
unde: Lf – lucrul mecanic al forțelor de frânare;
A – suprafața garniturilor de frecare de la toate frânele.
Lucrul mecanic al forțelor de frânare se determină cu relația: (2.29
unde: V – viteza automobilului la începutul frânării.
Ga – greutatea totală a autovehiculului încărcat;
g = 9,81 m/s2 – accelerația gravitațională.
Rezultă: , respectiv .
Pentru frânele cu disc solicitările mecanice pure nu prezintă o importanță deosebită, însă solicitările termice sunt intense, prezentând variații rapide în timp și cu gradienți de temperatură foarte mari.
2.2.5. Calcul termic al frânelor
Calculul termic al frânelor unui automobil se poate face numai pe baza unor date experimentale referitoare la condițiile reale de răcire a frânelor în timpul frânării. Calculele termice efectuate pe baza acestor date chiar dacă nu reflectă în mod fidel solicitarea termică a frânelor autovehiculului proiectat, constituie un mijloc de evitare a unor neconcordanțe mari între dimensionare și cerințele de exploatare.
Calculul termic al frânelor la frânarea intensivă
În cazul frânării intensive, izolate de scurtă durată, se neglijează schimbul de căldură cu exteriorul, considerându-se că întreaga cantitate de căldură care se degajă contribuie la ridicarea temperaturii frânei propriu-zise. Datorită conductivității termice foarte reduse a garniturilor de fricțiune, aproape întreaga cantitate de căldură este preluată de discul de frână.
Creșterea de temperatură a discului la o frânare intensivă, izolată, de la viteza V până la oprire este:
(2.30)
unde: ζ – coeficient ce reprezintă fracțiunea de căldură preluată de disc, ζ = 99 %;
c = 630 J/kg.K – căldura masică a fontei;
Gd – greutatea discului, ;
nf = 4 – numărul roților frânate;
ρfontă = 7250 kg/m3 – densitatea discului de frână;
h = 8 mm – grosimea discului de frână;
de = 280 mm – diametrul exterior al discului de frână;
V – viteza autovehiculului;
Ga = 15941,25 N – greutatea totală a autovehiculului încărcat.
Se obține creșterea de temperatură a discului la o frânare intensivă de la viteza V= 30 km/h până la oprire , valoare care se încadrează în limitele admise.
Calculul termic al frânelor în cazul frânărilor îndelungate
În acest caz se ia în considerare schimbul de căldură cu aerul exterior, neglijându-se transmiterea căldurii prin radiație. În cazul unei frânări îndelungate temperatura maximă a discului este:
(2.31)
unde: – coeficient de repartiție a căldurii între garniturile de frecare și disc;
df max – decelerația maximă a autovehiculului la frânare;
a = 0,00613 m2/s – difuzivitatea termică a fontei;
qd – densitatea fluxului de căldură;
ρ = 7250 kg/m3 – densitatea discului de frână.
Suplimentând exemplul folosit la frânarea intensivă cu un regim de frânare de durată, constând din coborârea unei pante de 8% pe o lungime de 6 km cu o viteză constantă de Va=30 km/h se obține densitatea fluxului de căldură:
(2.32)
unde: Rp = 100 daN, Rr , Ra =0 – rezistențele automobilului (pantă, rulare, aer)
Ag = 368 cm2 – aria garniturilor de frecare.
Rezultă: ;
Se recomandă ca temperatura maximă a discului să nu depășească 3000C, condiție care este îndeplinită.
2.3. Calculul și construcția mecanismului de acționare a sistemului de frânare
Dispozitivele de frânare cu acționare hidraulică sunt în prezent cele mai răspândite la automobile. Avantajele principale ale dispozitivelor de frânare cu transmisie hidraulică sunt următoarele:
– frânarea concomitentă a tuturor roților;
– repartizarea dorită a raportului de frânare între punți se realizează mult mai ușor;
– randament ridicat datorită faptului că lichidul din circuitul hidraulic este incompresibil (cursa reală a pedalei de frână nu depășește cursa teoretică cu mai mult de (4…7) % chiar la o frânare intensivă);
– posibilitatea tipizării dispozitivelor de frânare pentru automobile cu diferiți parametri;
– masă redusă și construcție simplă;
– timp redus la intrarea în acțiune;
– cost redus și întreținere ușoară;.
Dintre dezavantajele acționării hidraulice se pot enumera:
– imposibilitatea realizării unui raport de transmitere ridicat;
– scoaterea din funcțiune a întregului sistem de frânare în cazul spargerii unei conducte (la dispozitivul cu un singur circuit);
– scăderea randamentului la temperaturi joase (sub -30 0C);
– pătrunderea aerului în circuit duce la mărirea cursei pedalei și reduce foarte mult eficiența frânării.
Fig.2.7. Schema acționării hidraulice a sistemului de frânare
Calculul transmisiei hidraulice se face pornind de la forțele necesare pentru acționarea bacurilor de la frânele cu disc. Forța la pedală Fp, care realizează cu ajutorul cilindrului principal presiunea p din circuitul hidraulic, se determină cu relația:
(2.33)
unde: h – randamentul transmisiei hidraulice;
ip = b/a – raportul de transmitere a pedalei;
ih = – raport de transmitere hidraulic;
Cursa pedalei este limitată din considerente de comoditate a acționării astfel încât valoarea sa maximă să fie de 150 mm la autoturisme.
În cazul unui automobil cu două punți, cu frâne la toate roțile, cursa totală a pedalei de frână, neglijând deformațiile conductelor, se determină cu relația:
(2.34)
unde: S1, S2 – cursele pistoanelor cilindrilor de lucru;
jp – jocul dintre pistonul cilindrului principal și tija de acționare;
– distanța dintre buza garniturii primare a pistonului cilindrului principal și marginea opusă a orificiului de compensare.
CAPITOLUL III
ITINERARIUL DE FABRICAȚIE A DISCULUI DE FRÂNĂ
În acest capitol se va prezenta în detaliu discul de frână pentru care se prezintă în Fig.3.1 modelul constructiv.
Fig.3.1. Model constructiv pentru discul de frână
3.1. Analiza constructivă și funcțională a discului de frână
Analiza constructiv – funcțională a discului de frână se realizează cu scopul înțelegerii rolului constructiv al pieselor și condițiile în care acestea funcționează.
Discul de frână este solidar cu butucul roții și are un rol de importanță majoră în funcționarea sistemului de frânare. Garniturile de fricțiune din componența etrierului acționează asupra suprafețelor laterale ale discului și astfel se realizează frânarea. Forțele de frecare dintre disc și garniturile de fricțiune dau naștere la solicitări mari, atât mecanice cât și termice, ce actionează asupra suprafețelor laterale ale discului. Zonele din jurul găurilor de prindere ale discului de frână sunt puternic solicitate dinamic, reprezentând niște concentratori de tensiune, în cazul frânărilor bruște fiind vulnerabile la rupere.
Principalele suprafețe funcționale ale discului de frână sunt reprezentate în Fig.3.2.
Fig.3.2. Principalele suprafețe funcționale ale discului de frână
1, 2 – suprafețe de frecare cu garniturile de fricțiune; 3 – suprafață filetată; 4 – suprafață interioară cilindrică; 5, 8 – suprafețe cilindrice exterioare ce nu intră în contact cu alte piese; 6 – suprafața interioară cilindrică de centrare cu butucul roții; 7 – suprafață plană.
3.2. Alegerea materialului
Stabilirea materialului este o problemă complexă, acesta trebuind să asigure piesei rezistență, durabilitate, fiabilitate ridicată și în același timp să aibă și un preț de cost scăzut. Alegerea materialului trebuie să țină cont și de factori cum ar fi: posibilitățile tehnologice de prelucrare, destinația piesei și numărul pieselor ce urmează a fi fabricate.
Materialele din care poate fi realizat discul de frână sunt următoarele: Fc 200, Fc 250, Fgn 700-2. În Tabelul 3.1 sunt prezentate proprietățile acestor materiale.
Tabelul 3.1.
Criteriile care au stat la baza alegerii materialului au fost în primul rând cele legate de îndeplinirea cerințelor funcționale ale piesei. Materialul din care va fi realizată piesa trebuie să aibă o rezistență înaltă la uzarea abrazivă și corozivă, proprietăți antifricțiune superioare, rezistență satisfăcătoare la solicitări mecanice.
Materialul optim ales pentru realizarea discului de frână este fonta cenușie Fc 250, datorită proprietăților pe care acesta le are, având un modul de elasticitate ridicat, rezistență la coroziune, cât și un preț de cost bun. Acest material este cel mai des utilizat de către constructorii de autovehicule pentru confecționarea acestei piese.
3.3. Stabilirea formei, a dimensiunilor și a preciziei dimensionale
După cum s-a stabilit în cadrul capitolului 2, la frâna de la puntea față s-a ales varianta de discuri ventilate ce sunt prevăzute cu canale radiale de răcire, iar pentru frâna de la puntea din spate s-a ales varianta de discuri solide. În cazul frânei cu disc de tip deschis utilizată la puntea față a autovehiculului s-a ales varianta de discuri ventilate pentru a se realiza o răcire mai bună, având în vedere solicitările termice ridicate la care sunt supuse acestea. Cele două variante de discuri utilizate în cadrul sistemului de frânare ce echipează autovehiculul considerat în tema de proiectare sunt prezentate în Fig.3.3.
a)
b)
Fig.3.3. Discuri de frână
a) disc simplu; b) disc ventilat
Principalele condiții tehnice care se impun acestor piese se referă la precizia dimensională, abaterea de formă, de poziție reciprocă dintre diferite suprafețe și calitatea prelucrării suprafețelor.
În cazul discului de frână se impun următoarele condiții tehnice:
– toleranța dimensională a diametrului suprafeței 1: 0,5
– toleranța dimensională a diametrului supafeței 6 de sprijin a butucului roții: +0,05
– toleranța dimensională a diametrului cercului de dispunere a găurilor de prindere a discului: 0.1
– abaterea de la paralelismul suprafețelor de frecare ale discului de cel mult 0,01;
– abaterea de la perpendicularitatea suprafețelor de frecare ale discului de cel mult 0,01;
– abaterea de la bătaia frontală a suprafețelor de frecare ale discului de cel mult 0,01;
– abaterea de la perpendicularitate față de axa discului de cel mult 0,01;
– abaterea de la planeitate de cel mult 0,02;
– abaterea de la cilindricitatea diametrelor de cel mult 0,002;
– abaterea de la concentricitatea diametrului de cel mult 0,01;
– rugozitatea suprafețelor de frecare 1,6;
– rugozitatea suprafețelor 5, 6 și 7 de 3,2;
– rugozitatea celorlalte suprafețe 6,3.
Din punct de vedere al tratamentelor termochimice la care sunt supuse piesele în cazul discului de frână se va realiza călirea superficială prin inducție urmată de revenire. Călirea se face prin aducerea la temperatura de 820 – 920 K urmată de răcirea în apă, ulei, săruri, aer aflate la o temperatură mult mai mică. Scopul este de a obține o structură uniformă cu proprietăți mecanice foarte bune.
3.4. Alegerea semifabricatului
Costul de prelucrare este, de cele mai multe ori mai ridicat decât cel al semifabricatului, de aceea se recomandă metode și procedee care satisfac condițiile tehnice impuse și conduc la semifabricate mai apropiate de produsul finit. Alegerea corectă a metodei de elaborare a semifabricatului este una din principalele condiții ce determină eficiența procesului tehnologic. În general, alegerea metodei nu implică dificultăți, aceasta fiind în strânsă legătură cu alegerea materialului pentru execuția piesei.
La alegerea metodei de obținere a semifabricatului trebuie să se țină seama de mai mulți factori, cum ar fi: dimensiunile piesei / materialul ales /forma piesei /solicitările piesei / costul de fabricație / precizia de execuție / numărul de piese aflate în producție / cerințe de economicitate.
Ținând cont de caracteristicile discului de frână, procedeul optim de obținere a semifabricatului este turnarea. Turnarea cuprinde o serie de procedee tehnologice de realizare a pieselor semifabricat sau finite, care folosesc materiale în stare lichidă. Piesa se obține prin umplerea cavităților unei forme, urmată de solidificarea materialului.
Avantajele folosirii procedeului de turnare sunt următoarele:
– obținerea unei structuri uniforme a materialului piesei;
– rezistența pieselor obtinute;
– posibilitatea automatizării procesului și obținerii unui număr mare de piese într-un timp scurt;
– realizarea de piese cu diferite configurații;
– precizie bună;
– permite realizarea de piese cu proprietăți diferite în secțiuni.
Dezavantajele procedeelor de realizare a pieselor prin turnare sunt următoarele:
– costuri ridicate pentru materialele auxiliare;
– consum mare de energie pentru aducerea și mentinerea materialelor în stare lichidă la temperatura de turnare;
– consum mare de manoperă la turnarea în forme temporare.
Fig.3.4. Semifabricat pentru discul de frână
3.5. Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare mecanică prin așchiere
Pentru obținerea piesei finite se realizează prelucrarea mecanică a semifabricatului. În cazul discului de frână, suprafețele sunt prelucrate astfel:
1, 2 – strunjire de degroșare, strunjire de semifinisare și strunjire de finisare;
3 – găurire și filetare;
4 – găurire;
5, 6, 7 și 8 – strunjire de degroșare și strunjire de finisare;
Pentru fabricarea discului de frână se parcurg următoarele etape:
– Semifabricatul este turnat din fontă;
– Se fixează piesa în dispozitivul mașinii unelte;
– Se face strunjirea de degroșare a suprafețelor frontale, interioare și exterioare;
– Se face strunjirea de degroșare a suprafețelor cilindrice interioare și exterioare;
– Muchile ascuțite se vor teși și se vor face degajările;
– Se face strunjirea de finisare a suprafețelor frontale, interioare și exterioare;
– Se face strunjirea de finisare a suprafețelor cilindrice interioare și exterioare;
– Se prelucrează găurile pentru prezoane și pentru fixarea discului de butucul roții;
– Muchile ascuțite ale găurilor se vor teși;
– Controlul final al discului de frână înainte de ambalare în cutii.
CAPITOLUL IV
DIAGNOSTICAREA ȘI REPARAREA SISTEMULUI DE FRÂNARE
4.1. Simptomele și cauzele probabile ale defecțiunilor sistemelor de frânare
O primă acțiune de diagnosticare a sistemului de frânare o poate întreprinde însuși conducătorul automobilului prin observarea comportării sistemului de frânare și a automobilului în timpul procesului de frânare. Eventualele defecțiuni vor fi semnalate prin simptome specifice, a căror dependență de cauze este prezentată în Tabelul 4.1.
O asemenea diagnosticare este însă subiectivă și depinde de abilitatea șoferului de a sesiza apariția unor simptome specifice. In plus, aprecierile pot avea doar un caracter calitativ, fără a oferi informații concrete, cantitative și nici nu permit localizarea defecțiunii. Determinările cantitative ale capacității de frânare se pot efectua prin încercări pe drum, dar utilizând aparate și dispozitive speciale și respectând tehnologii de lucru bine definite.
Tabelul 4.1.
4.2. Imagini cu un atelier destinat expertizei sistemului de frânare
Principala zonă de expertiză a autovehiculelor rutiere este STAȚIA ITP care se referă la:
– testarea și diagnosticarea autovehiculelor și a sistemelor acestora (sistemul de direcție, sistemul de frânare, sistemul de iluminare și semnalizare);
– analiza gazelor de evacuare produse de autovehicule coroborată cu testarea și diagnosticarea elementelor de comandă și control;
– consultanță și analiză constructivă;
– activitate didactică.
Fig. 4.1. Linia de testare și reglaj direcție
Fig.4.2. Linia de testare a sistemului de frânare
Fig.4.3. Determinarea parametrilor roților
Fig.4.4. Măsurarea parametrilor sistemului de frânare
4.3. Controlul etanșeității cilindrului etrier
Controlul etanșeității cilindrului etrier se face după demontarea prealabilă din circuitul de frână, respectându-se condițiile tehnice:
– Se unge obligatoriu cu lichid de frână alezajul etrierului, pistonul, canalul și garnitura de etanșare;
– Se montează o garnitură de etanșare nouă în canalul din etrier, apăsându-se cu mâna pe piston în mod progresiv;
– În timpul controlului, garnitura de protecție va fi demontată.
Pentru verificarea etanșeității cilindrului etrier, se folosește: o sursă de aer comprimat la o presiune de maxim 2 bar, o baie în care se introduce lichid de frână sau alcool și un manometru cu un racord adaptabil la filetul flexibil (Fig.4.5).
Fig.4.5. Verificarea etanșeității etrierului de frână
Pentru verificare se fac următoarele operații:
– se înșurubează racordul manometrului în locul conductei flexibile;
– se conectează intrarea aerului la o presiune de 0,3 bar;
– se scufundă ansamblul etrier într-o baie cu alcool și se manevrează ușor pistonul în locașul din etrier, de cca cinci-șase ori pentru a scoate aerul din canalul garniturii etrierului;
– se interpune între piston și etrier o cală de lemn și se verifică etanșeitatea la presiuni diferite, valoarea nedepășind 2 bar. Neetanșarea poate fi observată prin apariția bulelor de aer în alcool și scăderea presiunii.
Interpretarea rezultatului – dacă etrierul prezintă scăpări de aer pe lângă piston, se demontează din nou etrierul și se înlocuiește etrierul sau pistonul, reluându-se probele de etanșare.
4.4. Controlul etanșeității servofrânei
Verificarea etanșeității mecanismului servofrână trebuie să se facă pe autoturism, iar circuitul hidraulic de frână trebuie să fie în stare de funcționare.
Pentru verificare, se branșează un vacuummetru între mecanismul servofrână și colectorul de admisie, cu un racord T și o țeavă foarte scurtă. Se pornește motorul, lăsându-l la turația de ralanti câteva minute, cu scopul de a se crea o depresiune în mecanismul servofrânei.
Se obturează tubul dintre colectorul de admisie și racordul T, folosindu-se o pensetă, după care se oprește motorul și se citește presiunea la depresiometru.
Dacă scăderea de presiune este mai mare de 25 mmHg (33 mbar) în 15 secunde, mecanismul servofrână nu este etanș, cauzele fiind:
– supapa de reținere defectă (se înlocuiește);
– membrana și tija mecanismului nu etanșează (se înlocuiește mecanismul servofrână).
Se precizează că și dacă mecanismul de servofrână nu funcționează, sistemul hidraulic la frânare funcționează, însă efortul la pedală este dublu pentru a obține o decelerație echivalentă cu o frânare normală folosind mecanismul servofrână.
4.5. Controlul jocului dintre garniturile de frână ale saboților și tamburul de frână spate
Pentru verificare se fac următoarele operații:
– se slăbește frâna de staționare;
– se ridică automobilul pe o punte elevatoare, astfel ca roțile să fie libere, sau se ridică pe rând fiecare roată, folosind un cric de la automobil;
– se rotește liber roata, căreia îi verificăm jocul dintre tambur și garnituri, observându-se eventuale frecări zgomotoase sau rețineri parțiale ale tamburului roții. Normal, tamburul trebuie să se rotească ușor.
Corectarea jocului (Fig.4.6) se face din excentrice, astfel: se rotesc capetele pătrate T și C în sensul săgeților cu cheia specială FRE-279-02, până ce garniturile de frână vin în contact cu tamburul de frână, apoi se desface în sens invers săgeților până ce roata se rotește liber.
Fig.4.6. Corectarea jocului dintre garniturile de frână și tamburul de frână la roțile din spate
4.6. Demontarea, repararea și remontarea pompei centrale de frână
Datorită unei uzuri exagerate a corpului interior al cilindrului principal de frână sau a garniturilor de etanșare este posibil ca frâna să nu mai fie eficace. Cilindrul principal de frână este reparabil prin înlocuirea setului de reparații (garnituri, piston, arcuri și siguranțe) sau a corpului cilindrului, toate piesele fiind originale, nepermițându-se recondiționări sau împerecheri de piese noi cu vechi.
Pentru demontarea cilindrului de la automobilele cu circuit simplu de frânare se procedează astfel:
– se scoate cu ajutorul unei seringi tot lichidul de frână din rezervorul compensator, se desfac cele trei racorduri rigide și piulițele de la suportul pedalier sau suportul servofrână și se scoate cilindrul principal;
– se dezasamblează cilindrul principal în piese componente;
– se verifică alezajul (19 mm) și ovalitatea cilindrului principal;
– se curăță în alcool toate piesele;
– se înlocuiesc piesele care prezintă uzuri importante, rizuri.
Pentru demontarea pompei centrale cu servofrână se fac operațiile: se deconectează bateria, se golește rezervorul compensator, se desfac cele trei conducte de la pompa centrală și furtunul de depresiune apoi se demontează axul furcii de legătură la pedală și piulițele de fixare a servofrânei pe tablier și se scoate mecanismul servofrână.
Reasamblarea pieselor pompei centrale pentru simplu sau dublu circuit se face în ordinea demontării, respectându-se următoarele condiții tehnice:
– înainte de reasamblare, toate piesele se introduc în lichid de frână;
– la pompa centrală tip IPA-tandem, pentru introducerea știfturilor elastice se comprimă pistoanele astfel ca fanta știfturilor elastice să fie orientată spre spatele pompei, respectiv spre tija împingătoare.
La remontarea mecanismului servofrână trebuie respectate cotele L=131 mm și X=9 mm (Fig.4.7).
Fig.4.7. Demontarea pompei centrale cu simplu circuit
a – demontarea conductelor rigide; b – dezasamblarea pompei;
1 – siguranță; 2 – rondelă; 3 – piston; 4 – inel; 5 – garnitură de etanșare; 6 – arc; 7 – supapă; 8 – corpul pompei; 9 – rezervor compresor; 10 – capac
4.7. Demontarea, repararea și remontarea etrierului de frână față
Principalele defecțiuni care pot conduce la înlocuirea etrierului de frână sau repararea acestuia sunt:
– garnitura de etanșare din corpul etrierului este ciupită, deformată sau neconformă din punct de vedere geometric sau al materialului, produce pierderi de lichid de frână, iar eficacitatea frânei la pedală se pierde la apăsarea bruscă;
– pori sau fisuri în corpul etrierului;
– filet deteriorat la bușonul de purjare aer;
– cilindrul hidraulic neconform din punct de vedere al formei geometrice, prezintă rizuri pe suprafață;
– impurități în canale care produc obturarea intrării lichidului de frână sau blocarea cilindrului.
La demontarea etrierului de frână față se execută următoarele operații principale:
– se demontează roata față;
– se scoate lichidul de frână din rezervorul compensator, se scot siguranțele și plăcile de fixare;
– se deșurubează racordul canalizației rigide pe racordul flexibil și se scoate blocul etrier, observându-se și starea de uzură a garniturilor de frână.
Repararea etrierului constă în înlocuirea blocului etrier, inclusiv a cilindrului cu garnituri, numai în cazul blocării sau spargerii acestuia.
4.8. Repararea discului de frână față
În procesul exploatării, la discul de frână față pot să apară defecțiuni de tipul:
– uzarea uniformă sau neuniformă a suprafețelor de frecare;
– existența rizurilor sau a canalelor inelare;
– fisuri sau crăpături;
– deformări.
Toate acestea conduc la necesitatea demontării, reparării sau înlocuirii discului de frână. Pentru demontarea ansamblului butuc – disc frână față se fac următoarele operații:
– se slăbesc piulițele de la roțile față, se ridică partea din față a automobilului, se așează pe capre și se scot roțile;
– se demontează etrierul, fără debranșarea racordului flexibil și se recuperează garniturile de frână;
– se demontează suportul etrierului și cele trei șuruburi de fixare a discului de frână;
– se imobilizează discul de frână și se scoate piulița fuzetei;
– se înșurubează trei șuruburi speciale în butuc și se verifică dacă sunt în contact cu portfuzeta;
– prin înșurubarea progresivă a șuruburilor se extrage ansamblul butuc – disc, apoi se separă butucul de discul de frână.
După demontarea discului, acesta se curăță și suflă cu aer în vederea constatării eventualelor defecțiuni enumerate mai sus, făcându-se următoarele măsurători:
– grosimea discului de frână (sub 9 mm se înlocuiește);
– bătaia axială, citită pe un comparator, la diametrul de 251 mm (mai mare de 0,11 mm, se înlocuiește discul).
Corectarea geometriei discului de frână privind grosimea și ovalitatea se poate realiza prin strunjirea sau rectificarea în limitele maxime admise.
CONCLUZII – Modalități de creștere a calității sistemului de frânare
Sistemul de frânare este cu atât mai eficient cu cât distanța până la oprire este cât mai mică. Folosirea a două sisteme de frânare (frâna de serviciu, frâna de staționare) sau mai multe sisteme de frânare crește eficiența sistemului de frânare.
În general se folosesc la autoturisme două circuite pentru frâna de serviciu, de obicei acestea fiind legate în paralel, pentru ca în cazul defecțiunii unui circuit autovehiculul să mai aibă posibilitatea de a frâna în siguranță. Folosirea unor dispozitive ce reglează automat jocul dintre garniturile de frecare și discurile de frână crește eficiența sistemului de frânare. Utilizarea limitatorului de presiune pentru puntea spate, care funcționează în funcție de încărcarea punții spate crește eficiența sistemului de frânare. La creșterea încărcării punții spate, presiunea în circuitul punții din spate este mai ridicată, la scăderea sarcinii punții spate presiunea în circuit pentru puntea spate este mai mică.
Folosirea unui element Control tracțiune (TC) este indicată pentru supravegherea vitezele roților motoare și recunoașterea derapajului la acționarea accelerației când valoarea acesteia depășește un anumit prag. Sistemul preia controlul asupra situației aplicând un cuplu de frânare pe roata care patinează, obținut prin creșterea presiunii în partea respectivă a circuitului de frână. Acest lucru permite diferențialului să transfere cuplul roții aderente, aducând autovehiculul la starea normală. TC rămâne activ până la viteze cuprinse între 40 și 60 km/h.
O modalitate de creștere a eficienței sistemului de frânare este folosirea sistemelor ABS (Anti Blocking System) și ESP (Electronic Stability Program). Mașinile care sunt dotate cu ABS, folosesc patru circuite hidraulice (câte unul pentru fiecare roată) sau trei circuite (circuite separate pentru roțile punții față și un circuit comun pentru roțile punții spate). Fiecare roată dispune de câte un disc danturat și traductor inductiv de turație, dar la sistemele cu trei circuite se poate folosi un singur traductor pentru ambele roți ale punții spate. Indiferent de condițiile de aderență autovehiculele care au ABS și ESP opresc în siguranță.
BIBLIOGRAFIE
1. IONESCU M. – Tehnologia de întreținere, exploatare și reparare a autovehiculelor rutiere, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1996
2. FRĂȚILĂ GH. – Automobile. Cunoaștere, întreținere și reparare – Editura Didactică și Pedagogică, București, 2005.
3. MONDIRU C. – Automobile. Diagnosticare, întreținere, reparare, Editura Tehnică, București, 2003.
4. PĂDURE G. – Autovehicule rutiere. Construcție și calcul, Vol. 1, Editura Politehnica Timișoara, 2004
5. Untaru, M. Frățilă, Gh. Poțincu, Gh., Seitz, N., Tabacu, I., Pereș, Gh., Macarie, T. – Calculul și construcția automobilelor – Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982.
6. Frățilă Gh., Mariana Frățilă, St. Samoilă – Automobile, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2005.
7. http://medias.schaeffler.com
8. http://en.wikipedia.org
9. http://www.autototal.ro
10. www.auto-tehnica.ro
BIBLIOGRAFIE
1. IONESCU M. – Tehnologia de întreținere, exploatare și reparare a autovehiculelor rutiere, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1996
2. FRĂȚILĂ GH. – Automobile. Cunoaștere, întreținere și reparare – Editura Didactică și Pedagogică, București, 2005.
3. MONDIRU C. – Automobile. Diagnosticare, întreținere, reparare, Editura Tehnică, București, 2003.
4. PĂDURE G. – Autovehicule rutiere. Construcție și calcul, Vol. 1, Editura Politehnica Timișoara, 2004
5. Untaru, M. Frățilă, Gh. Poțincu, Gh., Seitz, N., Tabacu, I., Pereș, Gh., Macarie, T. – Calculul și construcția automobilelor – Editura Didactică și Pedagogică, București, 1982.
6. Frățilă Gh., Mariana Frățilă, St. Samoilă – Automobile, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2005.
7. http://medias.schaeffler.com
8. http://en.wikipedia.org
9. http://www.autototal.ro
10. www.auto-tehnica.ro
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Sistemul Principal de Franare (ID: 163685)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.