Studiul tehnico-economic al solutiilor posibile pentru sistemul de proiectat [309090]

[anonimizat]

2.1 Destinatia, compunerea generala si clasificarea sistemelor de franare

2.1.1 Destinatia sistemului de franare

Punerea in valoare a performantelor de viteza si de acceleratie ale autovehiculului in conditii de siguranta deplina depind intr-o foarte mare masura de capacitatea de franare a autovehiculului. [anonimizat] a autovehiculului creste. [anonimizat], [anonimizat] a unui obstacol. [anonimizat] o are un sistem de franare eficient in eliminarea consecintelor grave ale functionarii nesatisfacatoare a altor parti din componenta autovehiculului.

Utilizarea mai frecventa a [anonimizat]. Astfel, in conditiile de circulatie ale unui oras de marime medie, 30-40% din timpul total de mers autovehiculul este franat sau ruleaza liber.

Istoria dezvoltarii industriei constructoare de autovehicule si a transporturilor auto ilustreaza in mod pregnant faptul ca tendinta spre marirea vitezelor de circulatie a fost legata strans de imbunatatirea performantelor sistemului de franare. Prin implicatiile pe care le are in protejarea “factorului uman” [anonimizat] a calitatilor dinamice ale autovehiculelor si a traficului rutier.

Pentru reducerea vitezei autovehiculului trebuie create forte care se opun miscarii. Deoarece unele rezistente la inaintare au efecte nesemnificative(rezistenta la rulare a pneurilor si rezistenta aerului), [anonimizat], rezulta necesitatea ca autovehiculul sa fie prevazut cu dispozitive care sa realizeze forte de sens opus miscarii. Aceste forte se numesc forte de franare; ele trebuie sa aiba valori suficient de mari si care sa poata fi reglate de catre conducator in functie de necesitati. Fortele de franare sunt create de mecanismele de franare incluse in sistemul de franare al autovehicului.

Tabelul 2.1 [anonimizat], prin franare trebuie sa se transforme partial sau aproape total energia cinetica si/sau potentiala a autovehiculului in energie termica. Aceasta transformare se realizeaza cel mai simplu prin frecare.

[anonimizat].

[anonimizat] a [anonimizat], [anonimizat]-o gravitate deosebita.

Sistemul de franare al autovehiculului este destinat:

-micsorarii pana la o anumita valoare sau anularii progressive a vitezei autovehiculului;

-imobilizarii autovehiculului in stationare pe un drum orizontal, precum si pe pantele pe care acesta le poate urca si cobora;

-stabilizarii vitezei autovehiculului la coborarea unor pante lungi.

2.1.2 Partile componente si clasificarea sistemelor de franare

Sistemul de franare este compus din dispozitivul de franare si dispozitivul de incetinire.

Dispozitivul de franare serveste la reducerea vitezei autovehiculului pana la o valoare dorita, inclusive pana la oprirea acestuia, cu o deceleratie cat mai mare si fara o deviere primejdioasa de la traictoria de mers, si la imobilizarea autovehiculului in stationare pe un drum orizontal, precum sip e pantele pe care acesta le poate urca si cobori.

Dispozitivul de incetinire serveste stabilizarea vitezei autovehiculului la coborarea unor pante lungi fara ca dispozitivele de franare de serviciu, de securitate sau de stationare sa fie folosite sau sa contribuie la aceasta stabilizare. Acest dispozitiv este utilizat in cazul unor automobile cu mase mari sau destinate sa fie utilizate in regimuri muntoase sau cu relief accidentat. Prin utilizarea dispozitivelor de incetinire autovehiculele realizeaza viteze medii mai ridicate, se reduce oboseala conducatorului, iar uzarea garniturilor de frictiune ale franelor de serviciu se reduce in medie cu 25-30%.

Partile componente si clasificarea dispozitivelor de franare

Dispozitivul de franare este compus din:

mecanismul de franare(franele propriu-zise);

transmisie si elementele de comanda.

Mecanismul de franare serveste la producerea fortelor de franare ce se opun miscarii sau tendintei de miscare a autovehiculului.

Transmisia dispozitivului de franare este compusa din ansamblul de elemente cuprinse intre elementul de comanda si frana propriu-zisa si care sunt legate in mod functional.

Elementul de comanda este piesa actionata direct de catre conducatorul autovehiculului pentru a furniza transmisiei energia necesara franarii.

Dispozitivele de franare se clasifica dupa utilizare, particularitatile constructive si locul de dispunere a mecanismului de franare, sursa de energie utilizata pentru actionarea franelor si dupa tipul si particularitatile transmisiei.

Dupa utilizare, dispozitivele de franare se clasifica in:

dispozitivul de franare principal;

dispozitivul de franare de siguranta;

dispozitivul de franare de stationare;

dispozitivul de franare auxiliar.

Dipozitivul de franare principal este intalnit si sub denumirea de frana principala sau de serviciu. In mod uzual, in exploatare, frana de serviciu poarta numele de frana de picior, datorita modului de actionare. Frana de serviciu trebuie sa permita reducerea vitezei autovehiculului pana la valoarea dorita, inclusive pana la oprirea acestuia, indifferent de viteza si de starea de incarcare. Frana de serviciu trebuie sa actioneze asupra tuturor rotilor autovehiculului .

Dupa particularitatile constructive ale mecanismului de franare, dispozitivele de franare se clasifica in functie de forma geometrica a pieselor rotitoare si fixe ale franei propriu-zise.

Dupa forma piesei care se roteste se deosebesc: frane cu tambur, frane cu disc si frane combinate.

Dupa forma pieselor fixe, franele pot fi: cu saboti, cu discuri si combinate.

Dupa locul de dispunere a mecanismului de franare se deosebesc: frane pe roti si frane pe transmisie. In primul caz, momentul de franare actioneaza direct asupra butucului rotii(prin intermediul piesei care se roteste impreuna cu acesta), iar in al doilea caz actioneaza asupra unui arbore al transmisiei autovehiculului.

Dupa tipul transmisiei se deosebesc: frane cu transmisie mecanica, frane cu transmisie hidraulica, frane cu transmisie pneumatica, frane cu transmisie electrica; frane cu transmisie combinata si frane cu transmisie cu servomecanism.

Sursa de energie utilizata pentru actionarea franelor poate fi: energia conducatorului(actionarea directa), o sursa independenta de energie controlata de conducatorul auto(servoactionare), o combinatie intre aceste tipuri de energii(actionarea mixta sau franele cu transmisie cu servomecanism).

Dupa numarul de circuite prin care efortul exercitat de sursa de energie se transmite mecanismului de franare se deosebesc frane cu un singur circuit si frane cu mai multe circuite.

In cazul transmisiei cu un singur circuit, o defectiune aparuta intr-un punct al acestuia scoate din functiune dispozitivul de franare

Figura 2.2 principalele scheme de grupare a franelor de autoturisme in cazul transmisiilor cu mai multe circuite

La transmisia cu mai multe circuite, la alegerea numarului de circuite si gruparea franelor pe circuite se tine seama de mentinerea unui anumit raport al fortelor de franare la puntile autmobilului care sa reduca cat mai putin stabilitatea miscarii chiar si in cazul in care unul dintre circuite s-a defectat. In figura 3.2 se prezinta principalele scheme de grupare a franelor autoturismelor in cazul transmisiilor cu mai multe circuite. Cel mai adesea se leaga la un circuit franele unei punti(a). In cazul (b) se prezinta tot o transmisie cu doua circuite, franele fiind legate in diagonala. Solutia este indicata la autoturismele care au diferente mari intre sarcinile pe puntea din fata si spate. In cazul (c) franele rotilor puntii din fata sunt prevazute cu doi cilindrii de actionare. La aceasta solutie un circuit actioneaza numai jumatate din cilindrii franei din fata. In felul acesta un circuit actioneaza asupra franelor rotilor din fata, iar celalalt asupra tuturor rotilor. Solutia (d) are doua circuite de franare “dublu L”, fiecare circuit actionand pe jumatate din cilindrii franelor din fata si pe o frana din spate. In cazul (e), franele rotilor din fata si din spate au doi cilindri de actionare. Si in acest caz se utilizeaza o transmisie cu doua circuite, fiecare circuit actionand jumatate din cilindrii de frana de la fiecare roata. In cazul (f) se prezinta un dispozitiv de franare cu trei circuite.

Dispozitivele de franare cu circuite multiple sporesc sensibil fiabilitatea acestora si securitatea circulatiei, fapt pentru care in unele tari este prevazuta obligativitatea “divizarii” circuitelor la anumite tipuri de autovehicule.

2.2 Studiul tehnico-economic al solutiilor posibile pentru mecanismul de franare

2.2.1 Tipuri constructive de mecanisme de franare

In prezent in constructia de automobile cele mai utilizate tipuri de mecanisme de franare propriu-zise sunt:

frana cu disc de tip deschis(folosita preponderent ca frana de serviciu la autoturisme si uneori ca frana de stationare pe transmisie) ;

Figura 3.5 Frana cu disc de tip deschis

2.2.2 Tipuri de mecanisme de actionare

Alegerea mecanismului de actionare al sistemului de franare se face in functie de tipul automobilului si destinatia franei propriu-zise.

Actionarea directa, la care forta de franare se datoreaza exclusiv efortului conducatorului autovehiculului este utilizata la autoturisme si la autocamioane cu sarcina utila mica, poate fi mecanica sau hidraulica. Actionarea hidraulica este foarte raspandita in prezent.

Actionarea mixta, la care forta de franare se datoreaza atat efortului conducatorului cat si unui servomecanism, se intalneste la autoturismele de clasa superioara si la autobuzele si autocamioanele cu capacitate mijlocie.

Servoactionarea, la care pentru franare se foloseste energia unui agent exterior, poate fi : pneumatica( cu presiune sau depresiune), electrica, electropneumatica etc.. Ea se utilizeaza la autocammioanele cu sarcina utila mare si la autobuze.

3.2.2.1 Actionarea mecanica a franelor

In prezent actionarea mecanica este pe cale de disparitie la franele de serviciu datorita urmatoarelor dezavantaje principale:

dificultatea asigurarii franarii concomitente a tuturor rotilor;

dificultatea realizarii distributiei dorite a fortelor de franare pe puntile automobilului;

necesitatea unor reglaje frecvente si relative complicate, datorita indeosebi deformatiilor elementelor componente;

randament scazut datorita numarului mare de articulatii care in general nu se ung in exploatare.

Datorita acestor dezavantaje actionarea mecanica este limitata numai la franele de stationare sau de siguranta.

2.2.2.2 Actionarea hidraulica a franelor

Actionarea hidraulica a franelor este in prezent cea mai raspandita la automobile. Avantajele principale ale actionarii hidraulice a franelor sunt:

franarea concomitenta a tuturor rotilor;

repartizarea dorita a efortului de franare intre punti cat si intre saboti se realizeaza foarte usor;

randamentul ridicat datorita in special rigiditatii mari a mecanismului de actionare;

posibilitatea tipizarii sistemelor de franare pentru automobile cu diferiti parametric;

timp redus la intrarea in actiune;

constructie simpla si intretinere usoara.

Dintre dezavantajele actionarii hidraulice se pot enumera:

imposibilitatea realizarii unui raport de transmitere ridicat;

scoaterea din functiune a intregului sistem de franare in cazul spargerii unei conducte(la sistemul cu un singur circuit);

scaderea randamentului mecanismului de actionare la temperature joase(sub -30 grade C);

patrunderea aerului in instalatie duce la marirea cursei pedalei si reduce foarte mult eficienta franarii.

Figura 3.7 Scheme de principiu ale actionarii hidraulice cu doua circuite de franare

2.2.2.3 Actionarea hidraulica cu servomecanism

La automobile cu greutatea totala mai mica de 3500 daN, precum si la autoturismele de clasa mmijlocie si mare, prevazute cu frane cu coeficient de eficacitate redus(frane disc), forta conducatorului aplicata pe pedala de frana nu mai asigura o franare suficient de eficace. Datorita acestui fapt actionarea hidraulica este asociata cu un servomecanism care amplifica forta aplicata de coducator asupra pedalei de frana.

In cazul utilizarii actionarii hidraulice cu servomecanism cursa maxima a pedalei in general nu depaseste 40-50 mm, ceea ce sporeste mult comoditatea conducerii automobilului.

In functie de sursa de energie utilizata se deosebesc urmatoarele tipuri de servomecanisme:

servomecanism cu depresiune(vacuumatic) care utilizeaza energia depresiunii create in colectorul de admisie al motorului cu aprindere prin scanteie sau de o pompa de vacuum antrebat de motorul automobilului;

servomecanism pneumatic care utilizeaza energia aerului comprimat, debitat de un compressor antrenat de motorul automobilului;

servomecanism hidraulic care utilizeaza energia hidraulica generata de o pompa antrenata de motorul automobilului. Servomecanismele hidraulice se folosesc in cazul cand pe automobil exista si alte agregate consumatoare de energie hidraulica(suspensie hidropneumatica, servodirectie etc.). datorita unor presiuni de lucru foarte mari (120 daN/cm2 sau chiar mai mult) servomecanismul este compact.

Figura 3.8 Tipuri de sisteme de actionare hidraulica, cu servomecanisme vacuumatice

2.4 Studiul tehnico-economic al solutiilor posibile pentru mecanismele de franare cu disc

In ultimul timp franele cu disc, sau pe scurt franele disc, au inceput sa fie utilizate frecvent. Ele se utilizeaza fie la toate rotile, fie sub o forma mixta, frane cu disc in fata si frane cu tambur in spate.

Extinderea utilizarii franelor cu disc la automobile se explica prin numeroasele avantaje pe care le prezinta in raport cu franele cu tambur, dintre care cele mai importante sunt urmatoarele:

– posibilitatea maririi suprafetelor garniturilor de frecare si, prin urmare, micsorarea presiunii specifice dintre ele;

– sensibilitate redusa fata de variatia coeficientului de frecare(la franele fara efect servo);

– distributia uniforma a presiuni pe suprafetele de frecare si , drept consecinta, uzura uniforma a garniturilor si necesitatea reglarii mai rare a franei;

– suprafeta mare de racire si conditii bune pentru evacuarea caldurii(in special la franele cu disc deschise) le permite sa disipeze sub forma de caldura energii mari;

– stabilitate in functionare la temperature joase si ridicate;

– echilibrarea fortelor axiale si lipsa fortelor radiale;

– posibilitatea functionarii cu jocuri mici intre suprafetele de frecare, ceea ce permite sa se reduca timpul de intrare in functiune a franei si sa se mareasca raportul de transmitere al mecanismului de actionare;

– independenta eficacitatii franarii de gradul de uzura al garniturilor de frecare;

– simplitatea asigurarii aceluiasi moment de franare indiferent de sensul de mers;

– greutatea redusa a franei pentru acelasi moment de franare ;

– caracterul mult mai favorabil al deformatiilor pieselor franei. Discul se deformeaza pe directie axiala spre deosebire de deformatia radiala a tamburului care provoaca modificarea formei sale si afectarea prin aceasta a jocurilor dintre suprafetele de frecare;

– inlocuirea usoara a garniturilor de frecare;

– realizeaza reglarea automata a jocului dintre suprafetele de frecare printr-o constructie mai simpla;

– nu produce zgomot in timpul franarii.

Introducerea pe scara larga a franelor cu discuri necesita rezolvarea unui sir de probleme ca: reducerea incalzirii lichidului din cilindrii receptori, alegerea justa a perechilor de placheti de frictiune etc.

2.4.1 Tipuri constructive de frane cu disc

Franele cu disc pot fi de tip deschis sau inchis. Cele de tip deschis se utilizeaza mai ales la autoturisme, pe cand cele de tip inchis in special la autocamioane si autobuze. Tinand seama de faptul ca, conform temei de proiect trebuie, sa proiectam un sistem de franare pentru un autoturism, ne vom concentra atentia asupra franelor cu disc de tip deschis.

In figura 3.18 se prezinta frana cu disc deschisa, compusa din discul 2 montat pe butucul rotii 3 precum si din cadrul (suportul) 5 in care se gasesc pistoanele 4, prevazute cu garniturile de frecare 1. Cadrul monobloc se monteaza flotant sau fix de talerul franei. In cazul de fata cadrul este fixat rigid si prevazut cu doi cilindrii de actionare.

La solutiile la care cadrul 1 se monteaza flotant, pe punte exista un singur cilindru de actionare, dispus numai pe una din fetele discului. In acest caz cursa pistonului de actionare 14 este dubla fata de aceea de la franele cu cadru fix. Cadrul trebuie sa fie suficient de robust spre a nu se deforma sub actiunea unor forte mari.

Datorita faptului ca discul se dilata putin in plan axial aceasta frana permite ca jocul dintre disc si garniturile de frictiune sa fie mentinut la valori mult mai mici decat la franele cu tambur.

Discul poate fi montat pe butucul rotii fie pe circumferinta interioara fie pe circumferinta exterioara. In primul caz exista posibilitatea deformarii discului sub actiunea fluxurilor termice create la franare. In cazul al doilea acest pericol este mai redus, iar butucul rotii, sub forma de ventilator, creaza un current de aer care favorizeaza racirea mai rapida a discului.

In general franele cu disc de tip deschis nu poseda efect servo si prin urmare au o eficacitate slaba. Sunt insa unele frane cu disc deschise care pot asigura un anumit efect servo, care este insa mentinut la valori moderate. Din acest motiv, pentru a realize acelasi moment de franare ca la o frana cu tambur, presiunea in conducte va trebui sa fie de circa 2 ori mai mare, iar diametrele cilindrilor de actionare de 2-2.5 ori mai mari, ca valorile corespunzatoare ale franelor cu tambur. Datorita acestui fapt in loc de un cilindru cu diametru mare (de fiecare parte a discului) se utilizeaza doi cilindri de actionare de diameter mai mici, pentru a nu reduce raza medie a discului franei. Sunt frane cu dic prevazute cu 3 sau chiar 4 perechi de cilindri de actionare.

Figura 2.18 Frana cu disc deschisa Figura 2.19 Frana cu disc deschisa cu un singur

cu pitoane de actionare pe ambele fete ale discului cilindru de actionare

Datorita faptului ca fortele de actionare trebuie sa fie sensibil mai mari fata de franele cu tambur, inmulte cazuri se utilizeaza servomecanisme in sistemul de actionare.

In general discul este protejat, fiind expus prafului, noroiului, apei ceea ce constituie unul dintre dezavantajele principale ale acestei frane. De aceea este necesar ca pitoanele cilindrilor de lucru sa aiba o etansare sigura.

La acest tip de frana piesele care se rotesc au greutate minima iar conditiile de racire sunt optime.

Fixarea garniturilor de frictiune pe placheti se face exclusiv prin lipire.

Reglarea automata a jocului dintre disc si garniturile de frecare este necesara mai ales datorita ritmului intens al uzurii garniturii. Sunt realizate practice mai multe tipuri de dispozitive pentru reglarea automata a jocului.

In figura 3.20,a se prezinta una dintre solutiile de reglare automata a jocului dintre disc si garniturile de frecare utilizate la autoturismele Renault si Dacia. In interiorul pistonului 4 se gasesc montate saibele 1 si 2. Boltul 9, concentric cu cilindrul, este fixat cu piulita 8 de cadrul 7. Pe acest bolt este montat inelul elastic 6, care se deplaseaza greu pe bolt datorita frecarii mari dintre ele. Mansonul de cauciuc 3 protejeaza pistonul si cilindrul de impuritati. In timpul franarii, pistonul 4 impreuna cu saibele 1 si 2 se deplaseaza spre stanga, dar inelul 6 ramane pe loc atat timp cat jocul dintre disc si garniture de frecare nu este mai mare ca j. Readucerea pistonului in pozitia initiala o face garniture inelara elastica 5, montata strans pe piston si mentinuta in locasul din cilindru. Boltul 9 este fixat in cadru cu piulita 8, iar pentru etansarea orificiului se utilizeaza garniture 7. daca garniture de frana se uzeaza, iar jocul dintre disc si aceasta depaseste valoarea stabilita, pistonul se deplaseaza spre stanga cu o cursa mai mare decat jocul j, iar saiba 2 va deplasa si inelul 6 catre stanga. La defranare, saiba 1 intalneste inelul 6 dupa parcurgerea unei curse egale cu j, iar pistonul nu mai poate reveni in pozitia initiala. In felul acesta se stabileste in mod automat jocul dintre disc si garnituri.

Figura 2.20 Dispozitive pentru reglarea automata a jocului la frana disc

In figura 3.20, b se prezinta un alt dispozitiv de reglare automata jocului. Si in acest caz dispozitivul este montat in interiorul pistonului 3 dispus in cilindrul 2 al cadrului. Pe boltul 7 se afla opritorul 5 a carei pozitie e determinate de de inelele elastice 6. Forta de frecare dintre bolt si inelele 6 este mai mare decat forta arcului de readucere 8 din interiorul bucsei 4.

La franare pistonul se deplaseaza spre dreapta impreuna cu bucsa 4 in limitele valorii j. Daca in urma uzarii garniturii cursa pistonului depaseste valoarea j, opritorul 5 forteaza inelele elastice 6 sa alunece pe boltul 7 cu o distanta corespunzatoare. Dupa incetarea franarii, sub actiunea arcului 8 pistonul revine in contact cu inelele elastice la noua pozitie a acestora, mentinand jocul j.

Solutia dispozitivului de reglare prezentat in figura 3.19 se utilizeaza la autoturismele Fiat. Dispozitivul este compus din axul 8 prevazut la un capat cu un filet cu mai multe inceputuri pe care se gaseste mansonul 12, arcul 13, rulmentul 11 si saiba 10. Mansonul 12 este montat pe portiunea filetata a axului 8. Saiba 10 este solidara cu pistonul 14 si asigurata in acesta cu un inel elastic.

In timpul franarii pistonul 14 se deplaseaza si apasa garniturile de frecare pe disc. Cursa pistonului va fie gala cu jocul j dintre mansonul 12 si rulmentul 11. In timpul deplasarii pistonului, garniture de etansare 3 montata intr-un locas din cilindru, se deformeaza. La defranare garniture 3 readuce pistonul in poztia initiala.in cazul in care garniturile de frictiune s-au uzat, iar jocul dintre acestea si disc depaseste jocul prescris de 0.42-0.60 mm, pistonul va efectua o cursa mai mare. Dupa deplasarea pistonului cu jocul j, acesta va actiona asupra mansonului 12, prin intermediul saibei 10 si a rulmentului 11, facandu-l sa se roteasca pe axul 8 si deci sa se deplaseze spre stanga. Arcul 13, montat pe mansonul 12 si solidarizat la partea din stanga cu pistonul 14, nu se opune rotatiei mansonului pe ax, deoarece prin aceasta rotatie el se decupleaza de acesta, ca urmare a maririi diametrului sau interior.

La eliberarea pedalei de frana, pistonul revine sub actiunea garniturii 3, care ia forma initiala. Cursa de revenire a pistonului va fie gala cu jocul de functionare. Pistonul se va opri in contact cu mansonul, care la randul sau, va fi blocat in noua pozitie de catre arcul 13 ce revine la diametrul initial.

In continuare se va prezenta un sistem de franare cu disc, realizat de cei de la Bosch, care in prezent, echipeaza o gama larga de autovehicule. Constructia si principiul de functionare al sistemului de franare cu disc sunt foarte simple: discurile de frana sunt montate pe axul rotii si se rotesc in timpul rularii. In etriere, presiunea hidraulica este transformata, prin intermediul unuia sau mai multor pistoane, in forta mecanica. Acestea apasa placutele de frana pe disc si astfel apare frecarea care incetineste rotile.

In figura de mai sus este prezentata o schema constructiva a sistemului de franare cu disc. Acesta este format din urmatoarele componente: disc de frana(fixat pe roata), suportul etrierului, etrier, placute de frana.

Discurile de frana- datorita faptului ca discurile de frana sunt expuse unor solicitari enorme, la fabricare acestora trebuie sa se aleaga materialul cel mai adecvat. Discurile de frana sunt fabricate in principal din oteluri turnate, deoarece aceste materiale dispun de o structura omgena, fara particule de aer si fara tensiuni interne. Pentru imbunatatirea caracteristicilor discurilor de frana si a rezistentei la uzura, exista posibilitatea utilizarii in multe cazuri a aliajelor de otel turnate.

Pretentiile legate de confort cresc in permanenta. De aceea, constructorii in domeniu, ofera deja de ani buni o gama completa de discuri cu ungrad inalt de carbon. Acestea sunt fabricate din fonta cenusie de inalta calitate, carbonizata si tratata, ce ofera un transfer mai efficient al caldurii. Acest fapt reduce caderile de temperature si astfel deformatiile termice. Rezulta o franare mia lina, o latenta imbunatatita, o durata de viata mia lunga si o rezistenta mai mare.

Discurile de frana ventilate cresc randamentul sistemului de franare. Intre cele doua straturi de franare exista un spatiu gol cu fante de ventilatie. Aceste fante sunt pozitionate astfel incat in timpul rularii sa apara un current de aer intre cele doua straturi(discuri). Astfel este evacuate caldura si suprafetele de franare sunt racite suplimentar si din interior. Eficienta franelor se pastreaza astfel pentru un timp mai indelungat.

Placutele de frana- de regula sunt alcatuite din:

materialul de frictiune-placutele frana sunt realizate de regula din 15 pana la 20 de materiale diferite; mixture acestor materiale este stabilita in mod individual pentru fiecare tip de autovehicul;

strat intermediar-asigura confortul si siguranta si influenteaza compresibilitatea si izolarea fonica;

adeziv- asigura imbinarea suportului cu materialul de frictiune; este responsabil pentru rezistenta la forfecare si asigura faptul ca materialul de frictiune nu se desprinde de pe suport nici in cele mai solicitante situatii;

cadru principal- in legatura cu acesta exista prevederi stricte legate de toleranta, pentru asigurarea unei functionari sigure a etrierului si pistonului; pentru evitarea coroziunii, acesta este acoperit cu vopsea;

strat de amortizare- pentru imbunatatirea caracteristicilor legate de confort, unele placute de frana sunt dotate cu un strat de amortizare; pentru aceasta se utilizeaza(in functie de necesitatea fizica) cauciuc, material plastic sau placute metalice.

Etrierul- transforma presiunea hidraulica in forta mecanica ce apasa placutele de frana pe discul de frana. Sunt utilizate etriere fixe, mobile si, cel mai des utilizate, etrierele pumn. In cadrul unei carcase mobile, pistonul apasa placuta interioara direct pe discul de frana. Forta de reactie produsa impinge carcasa si apasa indirect si placuta exterioara pe disc. La puntea spate se utilizeaza de obicei un etrier pumn cu sistem integrat pentru frana de parcare.

2.5 Studiul tehnico-economic al solutiilor posibile pentru mecanismele de transmitere a efortului de franare

Transmisia dispozitivului de franare este compusa din ansamblul de elemente cuprinse intre elemental de comanda(pedala sau maneta) si frana propriu-zisa si care sunt legate in mod functional.

Transmisiile dispozitivelor de franare se clasifica dupa sursa de energie utilizata pentru actionarea franelor si dupa modul de transmitere a comenzii.

Sursa de energie utilizata pentru actionarea franelor poate fi: energia musculara a conducatorului autovehiculului, o sursa independenta de energie controlata de conducatorul auto sau o combinatie intre aceste tipuri de energii.

Dupa modul de transmitere a comenzii de la elemental de comanda la frane, transmisia poate fi: mecanica, hidraulica, pneumatica, electrica si mixta.

Franele cu transmisie mecanica transmit efortul exercitat de conducator asupra pedalei sau manetei la elementele de actionare ale franelor printr-un sistem de tiranti, leviere, cabluri etc.

Franele cu transmisie hidraulica transmit efortul exercitat de conducator asupra pedalei de frana la elementele de actionare ale franelor prin intermediul unui lichid, inchis in conductele transmisiei.

Franele cu transmisie pneumatica utilizeaza pentru franare o sursa de energie controlata de conducatorul autovehiculului. Pentru transmiterea comenzii si actionarea franelor propriu-zise se utilizeaza aerul comprimat, iar in unele cazuri aer cu presiune inferioara celei atmosferice.

Franele cu transmisie electrica transmit comanda de la pedala la elementele de actionare ale franelor prin intermediul curentului electric.

Franele cu transmisie cu servomecanism se utilizeaza la transmisiile mecanice si hidraulice la care efortul exercitat de conducator asupra elementului de comanda nu este suficient pentru realizarea unor performante de franare acceptabile. In acest caz, efortul servomecanismului se adauga la efortul conducatorului.

Franele cu transmisie mixta utilizeaza o combinatie intre doua tipuri de transmisii, o o ilustrare tipica reprezentand-o transmisia pneumohidraulica.

Conditiile impuse transmisiilor dispozitivelor de franare sunt urmatoarele: asigurarea unui randament cat mai ridicat; fiabilitate ridicata; simplitate constructive; amplificarea efortului de comanda astfel incat cursele elementelor de comanda sa se mentina in limitele prescrise.

2.5.1 Analiza instalatiei de franare

In cele ce urmeaza se va analiza constructia si functionarea dispozitivului de franare cu transmisie hidraulica.

Dispozitivele de franare cu transmisie hidraulica sunt in prezent cele mai raspandite la automobile. Cu toate avantajele pe care le prezinta transmisia hidraulica, datorita imposibilitatii realizarii unui raport de transmitere ridicat, forta aplicat de conducator pe pedala, nu asigura intotdeuna o eficacitate suficienta a franarii. Din acest motiv, utilizarea transmisiei hidraulice la automobile cu masa mai mare de 3500 kg necesita in mod obligatoriu introducerea unui servomecanism. Utilizarea servomecanismului este necesara si in cazul automobilelor cu masa totala mai redusa daca sunt prevazute cu frane cu disc.

In cazul transmisiei hidraulice, efortul de la pedala la frane se transmite printr-o coloana de lichid, continuta in coonducte, care este practic incompresibil. Transmisia hidraulica a dispozitivului de franare este compusa din urmatoarele elemente principale(figura 3.23) : cilindrul principal 1, cilindrii de lucru 2 si conductele de legatura 3 si 4. elemental de comanda il constituie cilindrul principal 1, care este o pompa hidraulica simpla, al carei piston se actioneaza printr-o tija, de catre pedala de frana 5. Lichidul sub presiune se transmite prin conductele 3 si 4 catre franele din fata si din spate, actionand prin intermediul pistonaselor cilindrilor de lucru 2, sabotii sau bacurile (placutele) pe care se afla garniturile de frictiune. Pentru eliminarea aerului care eventual ar patrunde in coloana de lichid, cilindrii de lucru sunt prevazuti cu supape speciale destinate acestui scop. La apasarea pedelei de frana se transmite o presiune egala la toti cilindrii de lucru, iar eforturile de actionare a franelor depend de diametrele pistoanelor.

Figura 2.23 Schema de principiu a dispozitivului de franare cu transmisie hidraulica

In figura 2.24 se prezinta schemele dispozitivului de franare cu transmisie hidraulica in cazul folosirii unui singur circuit pentru ambele punti si in cazul a doua circuite.

Figura 2.24 Schemele dispozitivului de franare cu transmisie hidraulica cu unul si cu doua circuite de franare

2.5.2 Sistem de franare hidraulic cu servomecanism vacuumatic

Transmisia hidraulica cu servomecanism vacuumatic se utilizeaza mai ales la autoturismele de capacitate cilindrica medie si mare, precum si la unele autocamioane usoare.

In figura 3.25 se prezinta cateva scheme de dispozitive de franare cu transmisie hidraulica, cu servomecanism vacuumatic. Se deosebesc servomecanisme cu actionare directa de la pedala(cand servomecanismul formeaza cu cilindru principal un ansamblu comun, figura 3.25, b si c) si servomecanisme cu actionare indirecta, prin presiunea data de cilindrul principal care este o constructie separate(figura 3.25 a si d). Din analiza solutiilor prezentate rezulta ca servomecanismul poate actiona asupra ambelor circuite, cand acestea nu sunt independente(figura 3.25 a si b), separate pe fiecare circuit(figura 3.25 c) sau numai asupra circuitului franelor din fata (figura 3.25 d).

Figura 2.25 Tipuri de sisteme de actionare hidraulica, cu servomecanisme vacuumatice

In figura 2.26 se prezinta servomecanismul vacuumatic cu actionare indirecta, legat fiind cu cilindrul principal prin racordul 15 si cu colectorul de admisiune al motorului prin racordul 16. La apasarea pedalei de frana, lichidul din cilindrul principal intra in servomecanism prin racordul 15, ajungand in cilindrul 3 prin orificiul din pistonul 2. Sub presiunea lichidului, supapa de evacuare 4 se deschide, permitandu-i acestuia sa ajunga in cilindrii de actionare de la roti, care nu sunt cu circuite independente. In acelasi timp, o parte a lichidului ajunge in cilindrul pistonului 5 care este in legatura cu diafragma 6. La deplasarea spre dreapta a pistonului 5, si, deci si a diafragmei 6, supapa de vid 14 se inchide, iar supapa de aer 9 se dechide. In felul acesta aerul intra prin conducta 17(prevazuta la un capat cu un filtru) supapa 9 si conducta de egalizare 10 in camera de aer 11. Diferenta de presiune dintre camera de aer si camera vacuumatica 13 va deplasa membrana 12 cu tija 19 spre dreapta, comprimand arcul 8. prin deplasarea tijei membranei, orificiul din piston va fi astupat de bila 1 din capatul tijei. In felul acesta presiunea lichidului din cilindrul 3, care este trimis spre cilindrii de lucru, se datoreaza, pe de o parte, diferentelor de presiune dintre camerele 11 si 13 (ce actioneaza asupra membranei 12) si, pe de alta parte , efortului conducatorului care actioneaza asupra pedalei cilindrului principal. Presiunea din cavitatea 21 si camera 11, in anumite limite, este proportionala cu efortul de la pedala si deci cu presiunea lichidului din cavitatea 22. In cazul in care pedala de frana este deplasata partial(de exemplu 1/3 din cursa) si este oprita, atunci admisia aerului in cavitatea 21 si camera 11 va continua pana la realizarea echilibrului intre forta care actioneaza asupra partii din stanga a pistonului 5(determinata de efortul de la pedala) si forta determinata de diferenta de presiune ce actioneaza asupra partii din dreapta a diafragmei 6 si care depinde de cantitatea de aer din atmosfera ce a intrat in cavitatea 21. In pozitia de echilibru, atat supapa 14, cat si supapa 9 sunt inchise, iar forta data de servomecanism este constanta. Forta maxima data de servomecanism corespunde pozitiei extreme din dreapta a pistonului 5, cand supapa 9 ramane tot timpul deschisaiar in cavitatea 21 si camera 11 presiunea va fie gala cu presiunea atmosferica. La eliberarea pedalei de frana, presiunea din cilindrul principal descreste, iar arcul de readucere deplaseaza pistonul 5 spre stanga si deci si diafragma 6, permitand supapei de aer 9 sa se inchida sub actiunea arcului 20. In acelasi timp se va deschide supapa de vid 14, iar camera 13 va comunica cu camera 11(prin orificiile din partea de mijloc a diafragmei 6 si conducta 10), permitand arcului 8 sa readuca membrane 12, cu tija 19 in pozitia initiala. Pistonul 2 sub actiunea arcului 7, revine in pozitia initiala, iar lichidul se reantoarce in cilindrul 3 prin supapa de retinere 18. La defectarea servomecanismului, franarea se realizeaza numai sub actiunea presiunii lichidului trimis de cilindrul principal. Servomecanismul prezentat are avantajulca se monteaza ca un agregat suplimentar in transmisia hidraulica obisnuita. Ca dezavantaje mai importante ar fi complexitatea constructive si compactitatea insuficienta.

Figura 2.26 Servomecanismul vacuumatic cu actionare indirecta

In figura 2.27 se prezinta o sectiune prin ansamblul servomecanismului vacuumatic-cilindru principal, utilizat la autoturime, prevazute cu 2 circuite de franare. Acesta consta, in principiu, din cilindrul principal 1(in tandem) si dintr-o camera vacuumatica, impartita de pistonul 37, in camera anterioara 18 si camera posterioara 34. Depresiunea din colectorul de admisie al motorului se transmite servomecanismului prin racordul 16. servomecanismul este de tipul cu actionare directa. Cand pedala de frana este libera, camera anterioara 18 este in legatura cu camera posterioara 34, prin intermediul canalului 19 din piston, spatiului din jurul corpului supapei 20 si canalul 33. rezulta ca in cele doua camere exista aceeasi depresiune, iar pistonul 37 este mentinut de arcul 39 in partea drepta a camerei vacuumatice. La actionarea pedalei de frana, tija 26 se deplaseaza spre stanga si odata cu aceasta si corpul supapei 20, discul din cauciuc 35 si tija 17(care actioneaza pistonul primar al pompei centrale). Deplasarea spre stanga a corpului supapei 20 face ca garniture 22, sub actiunea arcului 28, sa se deplaseze pana se aseaza pe scaunul din corpul pistonului 37, izoland canalul 19 de canalul 33. prin deplasare in continuare, corpul 20 se desprinde de garniture(oprita pe scaunul de piston) si permite arcului, care patrunde prin filtrul 25, sa treaca pe langa tija 26 si canalul 33 in camera posterioara 34. Datorita diferentei de presiune dintre cele doua camere, pistonul 37 se va deplasa spre stanga, actionand prin intermediul discului 35 tija 17 si marind astfel fort ace se exercita pe tija. Sub actiunea tijei, discul de cauciuc 35 se va extruda, patrunzand in orificiul corpului 20, pe care-l deplaseaza spre dreapta, pana la contactul cu garniture 22, iar depresiunea din camera posterioarase reduce in functie la efortul la pedala. Daca efortul la pedala este mare, discul 35 este readus la forma initiala, iar supapa 20 este complet deschisa si in camera posterioara se stabileste presiunea atmosferica, cand servomecanismul dezvolta forta maxima.

Figura 2.27 Constructia ansamblului servomecanism vacuumatic-cilindru principal

2.5.3 Analiza pompei centrale de frana

Cilindrul principal sau pompa centrala. Constructia cilindrului principal depinde de numarul circuitelor de franare, de existenta si de tipul servomecanismului etc. Acesta constituie elementul de comanda a dispozitivelor de franare cu transmisie hidraulica.

Cilindrul principal trebuie sa permita: intrarea rapida in actiune a dispozitivului de franare; defranarea rapida; excluderea posibilitatilor de patrundere a aerului in circuitul hidraulic si prevenirea pierderii lichidului.

Cilindrul principal destinat dispozitivului de franare cu un singur circuit(figura 3.28) se compune din doua parti principale: cilindrul propriu-zis 16 si rezervorul de lichid 14. Cilindrul comunica cu rezervorul prin orificiul principal(de alimentare) 12 si orificiul de compensare 15. Diametrul orificiului principal este cu mult mai mare decat cel al orificiului de compensare.

Dimensiunile rezervorului trebuie astfel alese incat, la franarea automobilului, la urcarea sau coborarea unei pante, sa nu fie posibil ca orificiile 12 si 15 sa se deschida, in urma variatiei nivelului lichidului din rezervor. Rezervorul este astupat cu busonul 1, prevazut cu orificii de comunicare cu atmosfera si cu reflectorul 2, care nu permite lichidului sa ajunga la aceste orificii.

Unele rezervoare sunt prevazute cu mijloace de avertizare a scaderii nivelului lichidului sub o valoare prestabilita. Aceste constau, in principiu, din flotoare ghidate, a caror tija actioneaza un microintrerupator electric in cazul cand flotoarele au coborat cu o anumita distanta, ca urmare a scaderii nivelului lichidului.

In interiorul cilindrului principal se deplaseaza pistonul 9, prevazut cu orificiile 3, avand garniture primara 8, asezata pe arcul lamellar 17, si garnitura secundara 18. La capatul cilindrului se afla o supapa dubla, compusa din supapa de retinere 4 si supapa de evacuare 5.

Supapa de retinere 4 este compusa dintr-un inel de cauciuc si un disc metallic, fiind mentinuta pe scaun de catre arcul 7. Aceasta permite intoarcerea in cilindru a lichidului din conducte, in timpul defranarii. Supapa de retinere asigura mentinerea unei suprapresiuni in conducte de 0.5-1 daN/cm^2, suprapresiune care, pe de o parte, asigura raspunsul prompt al dispozitivului de franare la actionarea pedalei, reducand cursa libera a acesteia, iar pe de alta parte impiedica patrunderea aerului in circuitul hidraulic(chiar si in cazul unor neetanseitati foarte mici cand se pierde lichid ce se completeaza din rezervor). Daca in conducte apare o suprapresiune(datorita dilatarii termice a lichidului sau altei cauze), supapa 4 este ridicata de pe scaun, permitant unei cantitati de lichid sa treaca spre rezervor, prin cilindru si orificiul de compensare 15.

Supapa de evacuare 5 este montata intr-un orificiu al supapei de retinere. Este mentinuta pe scaun de catre arcul 6. Rapiditatea intrarii in actiune a franei este asigurata, in afara de alegerea corespunzatoare a sectiunilor de trecere, si de rigiditatea redusa a arcului 6, care permiterea supapei la cresterea presiunii cu 0.02-0.03 daN/cm^2. Daca in conducte apare o scadere a presiunii datorita contrctiei lichidului(la scaderea temperaturii) sau a unor pierderi de lichid, supapa de evacuare se deschide, permitand trecerea in conducte a cantitatii necesare de lichid.

La franare, apasand pedala, tija 10 deplaseaza pistonul 9 spre dreapta si, dupa ce garnitura 8 acopera orificiul de compensatie 15, presiunea lichidului din cilindru incepe sa creasca, iar supapa de evacuare 5 se deschide si permite lichidului sa treaca in conducte spre cilindrii de lucru, producand franarea rotilor. In timpul comprimarii lichidului, garniture 8 realizeaza o etansare foarte buna datorita formei speciale pe care o are, marginile sale fin apasate de lichid pe peretele cilindrului(figura 3.28, b) . Cu cat este mai mare presiunea lichidului, cu atat etansarea garniturii este mai sigura. Presiunea lichidului din instalatie, la franari obisnuite, ajunge la valori de 20-40 daN/cm^2 , iar la franari intensive pana la 60-80 daN/cm^2; in unele cazuri poate depasi 100 daN/cm^2. La defranare, pedala, pistonul cilindrului principal si sabotii revinin pozitia initiala, sub actiunea arcurilor de readucere.

La eliberarea lenta a pedalei de frana, arcul 7 readuce pistonul 9 in pozitia initiala. Depresiunea create in spatele pistonului 9, precum si actiunea arcurilor de readucere a sabotilor asupra lichidului prin intermediul pistonaselor cilindrilor de lucru fac ca supapa de retinere 4 sa se deschida, permitand revenirea lichidului in cilindrul principal. In cazul in care pedala de frana se elibereaza brusc, in spatele pistonului 9 se creeaza o depresiune mult mai mare datorita inertiei lichidului. Pentru a evita patrunderea aerului, lichidul din jurul pistonului(cavitatea 11), completat cu lichid ce poate intra din rezervor prin orificiul 12, trece in cavitatea 13(din dreapta pistonului) prin orificiile 3 si pe langa garniture 8(figura 3.28, c). Pentru ca trecerea lichidului sa se poata face prin orificiile din piston, garniture 8 este indoita de arcul lamellar 17. Lichidul revine in cavitatea 13 si in cilindrii de lucru, prin supapa4 care este deschisa datorita presiunii mai mari din conducte. Dupa deschiderea orificiului de compensare 15, surplusul de lichid trece in rezervor.

Prevenirea pierderilor de lichid din instalatie, respective realizarea unei etansari corespunzatoare a cilindrilor de lucru, se obtine prin alegerea corespunzatoare a garnirutilor si a arcului 7. Elasticitatea garniturilor cilindrilor de lucru si forta arcului 7 se aleg in asa fel incat suprapresiunea lichidului din conducte, cand frana este in repaus, sa fie suficienta pentru realizarea etansarii cilindrilor de lucru.

Figura 2.28 Constructia cilindrului principal al dispozitivului de franare cu un singur circuit

In figura 2.29 se prezinta functionarea unui alt tip de supapa dubla, compusa din supapa de retinere 1 si supapa de evacuare 2.

In cazul franelor cu disc nu se mai poate mentine in conducte o anumita suprapresiune, deoarece nu s-ar putea obtine defranarea completa(indepartarea garniturilor de disc), rezultand o uzura mai rapida a garniturilor, incalzirea franelor si reducerea performantelor autovehiculului. Datorita acestui fapt, in corpul supapei de evacuare se prevede un orificiu calibrat prin care se realizeaza anularea completa a suprapresiunii din conducte. La o franare brusca, prin acest orificiu trece o cantitate suplimentarade lichid spre cilindrii de lucru.

Cilindrul principal se monteaza intr-o pozitie orizontala, cu o toleranta de +/- 5 grade, intr-o zona ferita de lovituri, temperature inalte, murdarie. In cazul in care pedala nu este actionata, intre tija de actionare si fundul locasului corespunzator din piston trebuie asigurat un joc de 0.5-2.5mm, caruia ii corespunde o anumita cursa libera a pedalei. Pentru a nu depasi jocul prescris pedala are un limitator al cursei de revenire. Acest joc ofera certitudinea ca orificiul de compensare este intotdeauna deschis cand pedala de frana este libera. Pedala este prevazuta si cu un limitator pentru cursa active, care este corelata cu volumul de lichid necesar a fi vehiculat. Tija pistonului cilindrului principal se va amplasa in asa fel incat capatul ei fixat pe pedala, care se misca pe un arc de cerc(cu centrul in punctul de articulatie al pedalei), sa aiba inclinarile simetrice in raport cu axa pistonului. In felul acesta se evita lovirea tijei pe marginile locasului din piston si o incarcare laterala a pistonului.

Figura 2.29 Functionarea supapei duble a cilindrului principal

In figura 3.30 se prezinta constructia cilindrului principal utilizat la autoturismele Dacia 1300, prevazute cu un singur circuit de franare.

Figura 3.30 Constructia cilindrului principal utilizat la autoturismele Dacia 1300 prevazute cu un singur circuit de franare

Reglarea cursei libere a pedalei de frana comporta operatiile: deblocarea contrapiulitei 1(figura 3.31) ; rotirea tijei 2 pana ce la pedala de frana se realizeaza o cursa libera de la 4-15 mm la autoturisme, care corespunde unui joc intre tija si fundul locasului din pistonul 3 de 0.5-2.5 mm; se blocheaza din nou contrapiulita 1.

Daca cursa libera este prea mica, apare pericolul acoperirii orificiului de compensare al cilindrului principal de catre pistonul acesteia. La o cursa libera prea mare se poate reduce eficacitatea franei.

In cazul dispozitivelor de franare cu doua circuite independente se utilizeaza doi cilindrii principali dispusi alaturi(jumelati) si actionati de catre o singura pedala de frana, fie doi cilindri principali cu dispunere axiala(tandem), cuprinsi intr-un singur corp comun. Cilindrii principali in tandem se folosesc pe o scara mult mai mare decat cei jumelati.

Figura 3.31 Reglarea cursei libere a pedalei de frana

In figura 3.32 se prezinta cilindrul principal in tandem, la care pistonul intermediari 2 deserveste, prin dispozitivul cu supape 5, circuitul I al franelor rotilor din fata, iar pistonul primar 1 cu dispozitivul cu supape, amplasat intre pistoanele 1 si 2, deserveste circuitul II al franelor rotilor din spate. Cele doua pistoane se deplaseaza in cilindrul 7, turnat dintr-o bucata cu rezervorul de lichid, ce este impartit de peretele 6 in doua compartimente, astfel incat fiecare circuit are rezerva separate de lichid. La actionarea pistonului 1, dupa ce garniture 8 acopera orificiul de compensare A, presiunea din camera D incepe sa creasca. Aceasta presiune se transmite asupra pistonului 2, care incepe sa se deplaseze spre dreapta. Cand garnitura 9 inchide orificiul de compensare A’, presiunea lichidului incepe sa creasca si in camera D’, fiind in continuare egala cu aceea a lichidului din camera D. Daca in circuitul II apare o pierdere de lichid, atunci pistonul 1 se deplaseaza spre dreapta, pana cand tijele 3 vin in contact(cazul prezentat in figura), iar pistonul 2 va lucra normal. Daca pierderea de lichid a aparut in circuitul I, atunci la actionarea pedalei, pistonul 2 se va deplasa spre dreapta, pana cand tija 4 ajunge la opritor. Pierderea lichidului dintr-un circuit este sesizata de conducator printr-o cursa marita a pedalei de frana.

Figura 3.32 Cilindrul principal in “tandem”

In figura 3.33 este prezentat cilindrul principal cu doua trepte. Utilizarea unui asemenea cilindru principal este conditionata de diferitele cerinte impuse transmisie dispozitivului de franare in diferitele etape ale procesului de franare.

In prima etapa, cand sabotii se deplaseaza pana la realizarea contactului cu tamburul, forta de actionare trebuie sa fie redusa, iar aceasta deplasare sa se faca cat mai rapid. In acest caz este necesar un raport de transmitere mic pentru a grabi apropierea sabotilor de tambur si pentru a micsora cursa pedalei de frana. Pentru etapa a doua, cand se realizeaza franarea propriu-zisa(apasarea sabotilor pe tambur), este necesar un raport de transmitere mare, pentru ca forta de apasare a sabotilor pe tambur sa fie suficienta. Cilindrul principal are doua pistoane, 7 si 4, cu diametre diferite(pistonul 7 are diametrul mai mare), legate rigid intre ele. In prima etapa a franarii, la deplasarea spre dreapta, pistonul 7, la aceeasi cursa, evacueaza din cilindru un volum mai mare de lichid decat pistonul 4. Datorita acestui fapt o parte din lichid trece din cavitatea 6 in cavitatea 2 prin orificiile 3 din pistonul 4, deformand garniture acestuia. In acest caz, raportul de transmitereeste determinat de suprafata corespunzatoare diferentei dintre diametrele pistoanelor 7 si 4. Dupa ce sabotii vin in contact cu tamburul, forta rezistenta care se opune deplasarii pistoanelor creste mult. In consecinta, sub actiunea presiunii ridicate a lichidului se deschide supapa cu bila 5, iar presiunea lichidului din cavitatea 6 scade, deoarece lichidul trece prin canalul oblic din pistonul 7 in spatele acestuia. In aceasta etapa, raportul de transmitere se mareste, deoarece supapa pistonului 4 este mai mica.

Utilizarea cilindrului principal cu doua trepte permite sa se micsoreze cursa pedalei, sa se mareasca rapotul de transmitere, fapt ce conduce, intr-o serie de cazuri, la evitarea instalarii unui servomecanism. Ca o particularitate a cilindrului principal prezentat trebuie subliniat faptul ca rezervorul de lichid este separate de cilindrul propriu-zis. Alimentarea cu lichid a cilindrului se face prin racordul 8. In cazul in care rezervorul nu face corp comun cu cilindrul, acesta se poate monta in locuri mai usor accesibile.

Figura 3.33 Cilindrul principal in trepte

2.5.4 Conducte de legatura utilizate la actionarea hidraulica

Conductele de legatura. Se deosebesc doua tipuri de conducte de legatura: rigide si elastice. Acestea se dispun intre cilindrul principal si cilindrii de lucru pe trasee indepartate de surse de caldura, protejate de lovituri sau frecari ce pot produce uzura lor.

Conductele rigide sunt confectionate din otel, alama sau cupru. Cele mai utilizate sunt conductele din otel (sunt usoare si rezistente) avind suprafata interioara acoperita cu cupru iar suprafata exterioara cu o protectie anticoroziva. Conductele rigide trebuie sa reziste la o presiune de 150-200daN/cm2. Se fixeaza pe cadru cu cleme. Se recomanda evitarea indoirii acestora cu raze de curbura prea mici.

Conductele elastice sau furtunurile de frana se utilizeaza la asamblarea cu conductele rigide a elementelor dispozitivelor de franare care sunt dispuse pe partea nesuspendata a autovehiculului. Sunt confectionate din cauciuc cu insertii textile, avind la capete mansoane speciale, din otel pentru racordare. Conductele elastice ce fac legatura cu franele rotilor de directie sunt protejate, in exterior, cu spirale de sarma, iar lungimea lor se stabileste astfel incat, la bracajele maxime ale rotilor de directie, sa nu fie tensionate. Conductele elastice de la transmisia hidraulica trebuie sa reziste la o presiune de minimum 350 daN/cm2. Se impun de asemenea numeroase cerinte de calitate a materialului, deformatii etc. (v. STAS 7358-80)

2.5.5 Lichidul de frana

Lichidul de frana are rolul de a transfera presiunea de franare catre sistemul de franare al rotii. Lichidele de frana actuale contin o serie de aditi speciali pentru lubrifiere si protectie impotriva coroziunii, asigurand o durata prelungita de viata si o functionare sigura a tuturor componentelor sistemului de franare.

Lichidul de frana este higroscopic, deci absoarbe apa din atmosfera. Continutul de apa are o influenta puternica asupra punctului de evaporare. Astfel, o caracteristica importanta este punctual de fierbere: punctual de fierbere la uscat se refera la lichidul de frana nou, iar punctual de fierbere umed se refera la stadiul in care a fost deja captata o anumita cantitate (specificata in norme) de apa, in procente de greutate.

In timpul franarii, lichidul de frana se incalzeste puternic in cilindrii rotilor si in etriere, iar la aceste temperature situate peste punctual de fierbere se produc bule de gaz.

Astfel, presiunea de franare transferata scade si eficienta franarii coboara sub limitele impuse, fiind un real pericol. Acest lucru poate de asemenea conduce la defectarea completa a sistemului de franare.

Conform specificatiilor producatorului autoturismului, se recomanda inlocuirea lichidului de frana annual sau cel mult odata la doi ani in cazul utilizarii unui lichid special.

In cadrul sistemelor de franare dotate cu aggregate hidraulice ABS, ESP presiunea trebuie aplicata si evacuate foarte rapid. Pentru aceasta este necesara o vascozitate cat mai redusa.

Conditiile impuse lichidelor de frana utilizate la dispozitivele de franare cu transmisie hidraulica sunt: sa aiba o vascozitate mica, care sa nu varieze cu temperatura (in intervalul de la -50°C pana la + 70°C) decat in limite restranse; sa aiba bune proprietati de protectie, adica sa nu produca coroziunea pieselor metalice cu care vin in contact si sa nu deterioreze proprietatile garniturilor de etansare; sa fie stabile la temperaturi inalte, sa nu aiba tendinta de stratificare, sa nu formeze gume si sa-si pastreze proprietatile timp indelungat ; sa aiba bune proprietati de ungere; sa aiba punctul de fierbere cat mai ridicat.

Pentru satisfacerea acestor cerinte, lichidele de frana sunt amestecuri formate dintr-un solvent, putin vascos si relativ volatil, si o substanta onctuoasa. Ca solventi se intrebuinteaza alcoolurile, acetona, eterul etc., iar ca substanta de ungere serveste uleiul de ricin si, mai rar, glicerina. In cazurile cand piesele din cauciuc se confectioneaza dintr-un cauciuc rezistent la ulei se admite intrebuintarea lichidelor de frana pe baza de uleiuri minerale.

Din punct de vedere al compozitiei, lichidele de frana pot fi: solutii de ulei de ricin (53%) in alcool etilic (47%) sau ulei de ricin (40%) in alcool butilic (60%); amestecuri de alcool etilic (22,5%). apa (7,5%) si glicerina (70%); produse pe baza de uleiuri minerale sau sintetice; combinatii pe baza de glicoli.

2.6 Sistemul de prevenire a blocarii rotilor autovehiculului (ABS)

ABS reprezinta prescurtarea termenului provenit din limba engleza Anti-lock Braking Sistem si este un sistem pentru vehicule motorizate avand rolul de a evita blocarea rotilor in timpul franarii.

Tehnologia ABS a fost de dezvoltata de catre compania germana Robert Bosch GmbH, mai popular, cunoscuta sub numele de Bosch, inca din anii 1930, dar primele automobile de serie care au folosit sistemul electronic Bosch au fost disponibile din anul 1978. Acest sistem a aparut pentru prima data pe Sedan-urile mari si pe camioanele Mercedes-Benz. Intre timp, sistemul ABS a devenit unul uzual in industria automobilistica, aproape toate gamele de autovehicule fabricate in prezent fiind echipate cu un astfel de sistem.

Aceasta prezinta doua avantaje: permite soferului sa pastreze controlul directiei si scurteaza distanta de franare.

Autovehiculele echipate cu sistem ABS isi conserva maniabilitatea si stabilitatea directionala, chiar si in cazul unei franari violente. Sistemul ABS contribuie intr-o mare masura la siguranta rutiera.

Un sistem ABS tipic este compus dintr-o unitate centrala electronica, patru traductoare de viteza(unul pentru fiecare roata) si doua sau mai multe valve hidraulice pe circuitul de franare. Unitatea electronica monitorizeaza constant viteza de rotatie a fiecarei roti. Cand detecteaza ca una dintre roti se roteste mai incet decat celelalte(o conditie ce o va aduce in starea de blocare), misca valvele pentru a scadea presiunea in circuitul de franare, reducand forta de franare pe roata respectiva.

Pe suprafetele cu aderenta mare, uscate sau ude, majoritatea masinilor echipate cu ABS obtin distante de franare mai bune (mai scurte) decat cele fara ABS. Un sofer cu abilitati medii pe o masina fara ABS ar putea, printr-o franare cadentata, sa atinga performantele unui sofer incepator pe o masina cu ABS. Totusi, pentru un numar semnificativ de soferi, ABS imbunatateste distantele de franare in varii conditii. Tehnica recomandata pentru soferi intr-o masina echipata cu ABS, intr-o situatie de urgenta, este sa se apese pedala de frana pana la fund si sa se ocoleasca eventualele obstacole. In asemenea situatii, ABS va reduce semnificativ sansele unui derapaj si pierderea controlului, mai ales cu masinile grele.

Pe zapada si macadam, ABS-ul mareste distantele de franare. Pe aceste suprafete, rotile blocate s-ar adanci si ar opri automobilul mai repede, dar ABS-ul previne acest lucru. Unele modele de ABS reduc acest efect marind timpul de ciclare, lasand astfel rotile sa se blocheze in mod repetat, pentru perioade scurte de timp. Avantajul ABS-ului pe aceste suprafete este imbunatatirea controlului masinii, si nu franarea, desi pierderea controlului pe astfel de suprafete ramane totusi posibila.

Odata activat, ABS-ul va face ca pedala sa pulseze. Unii soferi, simtind acest efect, reduc apasarea pe pedala si astfel maresc distanta de franare. Aceasta contribuie la marirea numarului de accidente. Din acest motiv unii constructori au implementat sisteme de asistenta la franare ce mentin forta de franare in situatii de urgenta.

Echipamentul ABS poate fi folosit si pentru a implementa controlul tractiunii la accelerarea unui autovehicul. Daca, la accelerare, pneul pierde aderenta solului, ABS-ul poate detecta situatia si poate aplica franele pentru a reduce accelerarea pentru recapatarea aderentei.

In timpul franarii de urgenta, sistemul ABS trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte:

trebuie sa se adapteze foarte rapid la conditiile de aderenta aleatoare;

dirijabilitate- prin acesta se intelege ca se impiedica blocarea rotilor din fata;

deceleratie maxima- se intelege utilizarea maxima a aderentei;

stabilitate directionala-se intelege ca se impiedica blocarea rotilor spate, prin reglarea presiunii de franare spate;

gestionarea cuplului de forte diferite care apare in timpul franarii pe o sosea cu aderenta diferita la roti;

sa puna la dispozitie informatie in legatura cu viteza.

Tinand seama de evolutia industriei constructoare de autovehicule s-a adoptat un sistem ABS ca echipare pentru sistemul de franare al autoturismului din tema de proiect.

2.7 Definitivarea solutiei tehnice a sistemului de franare propus pentru proiectare

Tinand seama de analiza de mai sus, a tipurilor de sisteme de franare ce echipeaza autovehiculele actuale si de analiza solutiilor constructive a modelelor similare, cat si evolutia industriei constructoare de autovehicule, am hotarat ca sistemul de franare ce urmeaza a fi proiectat va fi unul cu discuri de tip deschis, compus din:

pentru rotile puntii fata – discuri ventilate, pentru a reduce temperatura la nivelul discurilor; etriere flotante; placute de frane;

La acest sistem se mai adauga si un servomecanism vacuumatic, pentru a amplifica forta aplicata de catre conducatorul auto, astfel reducandu-se considerabil forta necesara pentru apasarea pedalei de frana.

Pentru a creste eficienta franarii si siguranta circulatiei rutiere acestui sistem de franare i s-a atasat si un sistem ABS(obligatoriu conform legislatiei in viguare).